แม่เหล็กถาวร สนามแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวร สนามแม่เหล็กคงที่

สนามแม่เหล็ก- นี่คือสื่อวัสดุที่เกิดปฏิกิริยาระหว่างตัวนำกับประจุกระแสหรือประจุเคลื่อนที่

คุณสมบัติของสนามแม่เหล็ก:

ลักษณะของสนามแม่เหล็ก:

ในการศึกษาสนามแม่เหล็กจะใช้วงจรทดสอบที่มีกระแสไฟฟ้า มันมีขนาดเล็กและกระแสในนั้นน้อยกว่ากระแสในตัวนำที่สร้างสนามแม่เหล็กมาก ที่ด้านตรงข้ามของวงจรที่นำกระแส แรงจากสนามแม่เหล็กจะมีขนาดเท่ากัน แต่มุ่งไปในทิศทางตรงกันข้าม เนื่องจากทิศทางของแรงขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแส จุดที่ใช้แรงเหล่านี้ไม่ได้อยู่บนเส้นตรงเดียวกัน กองกำลังดังกล่าวเรียกว่า สองสามกองกำลัง- อันเป็นผลมาจากการกระทำของแรงคู่หนึ่ง วงจรจึงไม่สามารถเคลื่อนที่แบบแปลนได้ แต่วงจรจะหมุนรอบแกนของมัน การเคลื่อนไหวแบบหมุนมีลักษณะเฉพาะ แรงบิด.

, ที่ไหน ล–ใช้ประโยชน์จากพลังสองสามอย่าง(ระยะห่างระหว่างจุดที่ใช้แรง)

เมื่อกระแสในวงจรทดสอบหรือพื้นที่ของวงจรเพิ่มขึ้น แรงบิดของแรงคู่จะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วน อัตราส่วนของโมเมนต์แรงสูงสุดที่กระทำต่อวงจรกับกระแสต่อขนาดของกระแสในวงจรและพื้นที่ของวงจรเป็นค่าคงที่สำหรับจุดที่กำหนดในสนาม ก็เรียกว่า การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก.

, ที่ไหน
-ช่วงเวลาแม่เหล็กวงจรที่มีกระแส

หน่วยการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก – เทสลา [T]

โมเมนต์แม่เหล็กของวงจร– ปริมาณเวกเตอร์ ทิศทางขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแสในวงจรและกำหนดโดย กฎสกรูขวา: กำมือขวาเป็นกำปั้นแล้วชี้นิ้วสี่นิ้วไปตามทิศทางของกระแสในวงจรแล้ว นิ้วหัวแม่มือจะแสดงทิศทางของเวกเตอร์โมเมนต์แม่เหล็ก เวกเตอร์โมเมนต์แม่เหล็กจะตั้งฉากกับระนาบเส้นขอบเสมอ

ด้านหลัง ทิศทางของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กใช้ทิศทางของเวกเตอร์ของโมเมนต์แม่เหล็กของวงจรซึ่งวางตัวอยู่ในสนามแม่เหล็ก

เส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็ก– เส้นที่แทนเจนต์ในแต่ละจุดตรงกับทิศทางของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก เส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะปิดเสมอและไม่เคยตัดกัน เส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กของตัวนำตรงโดยกระแสจะมีรูปวงกลมอยู่ในระนาบตั้งฉากกับตัวนำ ทิศทางของเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กถูกกำหนดโดยกฎสกรูด้านขวา เส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กของกระแสวงกลม(หมุนตามกระแส) ก็มีรูปวงกลมเช่นกัน องค์ประกอบคอยล์แต่ละอันมีความยาว
สามารถจินตนาการได้ว่าเป็นตัวนำตรงที่สร้างสนามแม่เหล็กของตัวเอง สำหรับสนามแม่เหล็ก จะใช้หลักการของการซ้อน (การบวกอย่างอิสระ) เวกเตอร์รวมของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของกระแสวงกลมถูกกำหนดโดยเป็นผลมาจากการเพิ่มสนามเหล่านี้ที่ศูนย์กลางของวงเลี้ยวตามกฎสกรูด้านขวา

ถ้าขนาดและทิศทางของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กเท่ากันทุกจุดในอวกาศ สนามแม่เหล็กจะเรียกว่า เป็นเนื้อเดียวกัน- หากขนาดและทิศทางของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กในแต่ละจุดไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป สนามดังกล่าวจะถูกเรียกว่า ถาวร.

ขนาด การเหนี่ยวนำแม่เหล็กณ จุดใดๆ ในสนามจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความแรงของกระแสในตัวนำที่สร้างสนาม ซึ่งแปรผกผันกับระยะห่างจากตัวนำถึงจุดที่กำหนดในสนาม ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของตัวกลางและรูปร่างของตัวนำที่สร้าง สนาม.

, ที่ไหน
วันที่ 2 ; Gn/ม – ค่าคงที่แม่เหล็กของสุญญากาศ,

-การซึมผ่านของแม่เหล็กสัมพัทธ์ของตัวกลาง,

-การซึมผ่านของแม่เหล็กสัมบูรณ์ของตัวกลาง.

ขึ้นอยู่กับค่าของการซึมผ่านของแม่เหล็ก สารทั้งหมดจะถูกแบ่งออกเป็นสามประเภท:

เมื่อความสามารถในการซึมผ่านสัมบูรณ์ของตัวกลางเพิ่มขึ้น การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ณ จุดที่กำหนดในสนามก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน อัตราส่วนของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กต่อการซึมผ่านของแม่เหล็กสัมบูรณ์ของตัวกลางคือค่าคงที่สำหรับจุดโพลีที่กำหนด e เรียกว่า ความเครียด.

.

เวกเตอร์ของความตึงเครียดและการเหนี่ยวนำแม่เหล็กเกิดขึ้นพร้อมกันในทิศทางเดียวกัน ความแรงของสนามแม่เหล็กไม่ได้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของตัวกลาง

กำลังแอมแปร์– แรงที่สนามแม่เหล็กกระทำต่อตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน

ที่ไหน ล– ความยาวของตัวนำ - มุมระหว่างเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กกับทิศทางของกระแส

ทิศทางของแรงแอมแปร์ถูกกำหนดโดย กฎมือซ้าย: มือซ้ายวางตำแหน่งเพื่อให้ส่วนประกอบของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กซึ่งตั้งฉากกับตัวนำเข้าสู่ฝ่ามือ นิ้วที่ยื่นออกมาสี่นิ้วชี้ไปตามกระแส จากนั้นนิ้วหัวแม่มืองอ 90 0 จะแสดงทิศทางของแรงแอมแปร์

ผลลัพธ์ของแรงแอมแปร์คือการเคลื่อนที่ของตัวนำในทิศทางที่กำหนด

อี ถ้า = 90 0 แล้ว F=สูงสุด ถ้า = 0 0 จากนั้น F = 0

ลอเรนซ์ ฟอร์ซ– แรงของสนามแม่เหล็กต่อประจุที่กำลังเคลื่อนที่

โดยที่ q คือประจุ v คือความเร็วของการเคลื่อนที่ - มุมระหว่างเวกเตอร์ของความตึงเครียดและความเร็ว

แรงลอเรนซ์ตั้งฉากกับเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กและความเร็วเสมอ ทิศทางถูกกำหนดโดย กฎมือซ้าย(นิ้วติดตามการเคลื่อนที่ของประจุบวก) ถ้าทิศทางความเร็วของอนุภาคตั้งฉากกับเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ อนุภาคจะเคลื่อนที่เป็นวงกลมโดยไม่เปลี่ยนพลังงานจลน์

เนื่องจากทิศทางของแรงลอเรนซ์ขึ้นอยู่กับสัญลักษณ์ของประจุ จึงถูกใช้เพื่อแยกประจุ

สนามแม่เหล็ก– ค่าเท่ากับจำนวนเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่ผ่านพื้นที่ใดๆ ที่ตั้งฉากกับเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็ก

, ที่ไหน - มุมระหว่างการเหนี่ยวนำแม่เหล็กกับเส้นปกติ (ตั้งฉาก) กับพื้นที่ S

หน่วย– เวเบอร์ [Wb].

วิธีการวัดฟลักซ์แม่เหล็ก:

การเปลี่ยนทิศทางของไซต์ในสนามแม่เหล็ก (เปลี่ยนมุม)

การเปลี่ยนพื้นที่ของวงจรที่วางอยู่ในสนามแม่เหล็ก

การเปลี่ยนแปลงความแรงของกระแสทำให้เกิดสนามแม่เหล็ก

การเปลี่ยนระยะห่างของวงจรจากแหล่งกำเนิดสนามแม่เหล็ก

การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางแม่เหล็กของตัวกลาง

เอฟ ลงทะเบียนอาราเดย์แล้ว ไฟฟ้าในวงจรที่ไม่มีแหล่งกำเนิด แต่อยู่ติดกับวงจรอื่นที่มีแหล่งกำเนิด ยิ่งไปกว่านั้น กระแสไฟฟ้าในวงจรแรกเกิดขึ้นในกรณีต่อไปนี้: เมื่อกระแสในวงจร A เปลี่ยนแปลง โดยมีการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของวงจร ด้วยการนำแท่งเหล็กเข้าไปในวงจร A โดยมีการเคลื่อนที่ของสัมพัทธ์แม่เหล็กถาวร ไปยังวงจร B การเคลื่อนที่ตามทิศทางของประจุอิสระ (กระแส) เกิดขึ้นเฉพาะในสนามไฟฟ้าเท่านั้น ซึ่งหมายความว่าสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงจะสร้างสนามไฟฟ้า ซึ่งทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของประจุอิสระของตัวนำ สนามไฟฟ้านี้เรียกว่า ชักนำหรือ กระแสน้ำวน.

ความแตกต่างระหว่างสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนและไฟฟ้าสถิต:

แหล่งกำเนิดของสนามกระแสน้ำวนคือสนามแม่เหล็กที่กำลังเปลี่ยนแปลง

เส้นความเข้มของสนามกระแสน้ำวนปิดอยู่

งานที่ทำโดยสนามนี้เพื่อเคลื่อนย้ายประจุไปตามวงจรปิดไม่เป็นศูนย์

ลักษณะพลังงานของสนามกระแสน้ำวนไม่ใช่ศักยภาพ แต่เป็น แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำ– ค่าเท่ากับการทำงานของแรงภายนอก (แรงที่มีต้นกำเนิดไม่ไฟฟ้าสถิต) เพื่อเคลื่อนหน่วยประจุไปตามวงจรปิด

.วัดเป็นโวลต์[ใน].

สนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนเกิดขึ้นพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงใดๆ ในสนามแม่เหล็ก ไม่ว่าจะมีวงจรนำไฟฟ้าแบบปิดหรือไม่ก็ตาม วงจรนี้อนุญาตให้ตรวจจับสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนเท่านั้น

การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า- นี่คือการเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในวงจรปิดโดยมีการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กผ่านพื้นผิว

แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในวงจรปิดจะสร้างกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ

.

ทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำกำหนดโดย กฎของเลนซ์: กระแสเหนี่ยวนำอยู่ในทิศทางที่สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นจะต้านการเปลี่ยนแปลงใดๆ ในฟลักซ์แม่เหล็กที่สร้างกระแสนี้

กฎของฟาราเดย์สำหรับการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า: แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในวงปิดเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กผ่านพื้นผิวที่ล้อมรอบด้วยวง

ต โอกิ ฟุโกะ– กระแสเหนี่ยวนำเอ็ดดี้ที่เกิดขึ้นในตัวนำขนาดใหญ่ที่วางอยู่ในสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง ความต้านทานของตัวนำดังกล่าวต่ำเนื่องจากมีหน้าตัด S ขนาดใหญ่ ดังนั้นกระแส Foucault อาจมีค่ามากซึ่งเป็นผลมาจากการที่ตัวนำร้อนขึ้น

การเหนี่ยวนำตนเอง- นี่คือการเกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในตัวนำเมื่อความแรงของกระแสในตัวนำเปลี่ยนแปลง

ตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าจะสร้างสนามแม่เหล็ก การเหนี่ยวนำแม่เหล็กขึ้นอยู่กับความแรงของกระแสดังนั้นจึงเป็นตัวของมันเอง สนามแม่เหล็กขึ้นอยู่กับความแรงในปัจจุบันด้วย

โดยที่ L คือสัมประสิทธิ์สัดส่วน ตัวเหนี่ยวนำ.

หน่วยตัวเหนี่ยวนำ – เฮนรี่ [H]

ตัวเหนี่ยวนำตัวนำขึ้นอยู่กับขนาด รูปร่าง และการซึมผ่านของแม่เหล็กของตัวกลาง

ตัวเหนี่ยวนำเพิ่มขึ้นตามความยาวของตัวนำที่เพิ่มขึ้น ความเหนี่ยวนำของการหมุนมากกว่าความเหนี่ยวนำของตัวนำตรงที่มีความยาวเท่ากัน ความเหนี่ยวนำของขดลวด (ตัวนำที่มีจำนวนรอบมาก) มากกว่าความเหนี่ยวนำของการหมุนหนึ่งครั้ง ความเหนี่ยวนำของขดลวดจะเพิ่มขึ้นหากสอดแท่งเหล็กเข้าไป

กฎของฟาราเดย์สำหรับการเหนี่ยวนำตนเอง:
.

แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากตนเองเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแส

แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากตนเองจะสร้างกระแสเหนี่ยวนำในตัวซึ่งจะป้องกันการเปลี่ยนแปลงของกระแสในวงจรเสมอ กล่าวคือ ถ้ากระแสเพิ่มขึ้น กระแสเหนี่ยวนำในตัวจะพุ่งไปในทิศทางตรงกันข้าม เมื่อกระแสในวงจรลดลง กระแสไฟฟ้าในวงจรจะลดลง กระแสเหนี่ยวนำมีทิศทางไปในทิศทางเดียวกัน ยิ่งความเหนี่ยวนำของขดลวดมากขึ้นเท่าใด แรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำตัวเองที่เกิดขึ้นก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

พลังงานสนามแม่เหล็กเท่ากับงานที่กระแสไฟฟ้าทำเพื่อเอาชนะแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากตัวเองในช่วงเวลาหนึ่ง ในขณะที่กระแสเพิ่มขึ้นจากศูนย์เป็นค่าสูงสุด

.

การสั่นสะเทือนทางแม่เหล็กไฟฟ้า– สิ่งเหล่านี้คือการเปลี่ยนแปลงประจุ ความแรงของกระแสไฟฟ้า และคุณลักษณะทั้งหมดของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กเป็นระยะๆ

ระบบสั่นไฟฟ้า(วงจรสั่น) ประกอบด้วยตัวเก็บประจุและตัวเหนี่ยวนำ

เงื่อนไขในการเกิดความผันผวน:

ต้องนำระบบออกจากสมดุลเพื่อทำสิ่งนี้โดยชาร์จตัวเก็บประจุ พลังงานสนามไฟฟ้าของตัวเก็บประจุที่มีประจุ:

.

ระบบจะต้องกลับสู่สภาวะสมดุล ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า ประจุจะถ่ายโอนจากแผ่นหนึ่งของตัวเก็บประจุไปยังอีกแผ่นหนึ่งนั่นคือกระแสไฟฟ้าจะปรากฏขึ้นในวงจรซึ่งไหลผ่านขดลวด เมื่อกระแสเพิ่มขึ้นในตัวเหนี่ยวนำ แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองจะเกิดขึ้น; เมื่อกระแสในขดลวดลดลง กระแสเหนี่ยวนำตัวเองจะถูกทิศทางไปในทิศทางเดียวกัน ดังนั้นกระแสเหนี่ยวนำตัวเองจึงมีแนวโน้มที่จะทำให้ระบบกลับสู่สภาวะสมดุล

ความต้านทานไฟฟ้าของวงจรควรต่ำ

วงจรการสั่นในอุดมคติไม่มีการต่อต้าน แรงสั่นสะเทือนในนั้นเรียกว่า ฟรี.

สำหรับวงจรไฟฟ้าใด ๆ กฎของโอห์มเป็นไปตามที่แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่กระทำในวงจรเท่ากับผลรวมของแรงดันไฟฟ้าในทุกส่วนของวงจร ไม่มีแหล่งกำเนิดกระแสในวงจรออสซิลเลเตอร์ แต่แรงเคลื่อนไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำตัวเองปรากฏในตัวเหนี่ยวนำ ซึ่งเท่ากับแรงดันไฟฟ้าที่ตกคร่อมตัวเก็บประจุ

สรุป: ประจุของตัวเก็บประจุเปลี่ยนแปลงไปตามกฎฮาร์มอนิก.

แรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุ:
.

ความแรงของกระแสไฟฟ้าในวงจร:
.

ขนาด
- แอมพลิจูดปัจจุบัน

ความแตกต่างจากการคิดค่าบริการ
.

คาบของการแกว่งอิสระในวงจร:

พลังงานสนามไฟฟ้าของตัวเก็บประจุ:

พลังงานสนามแม่เหล็กคอยล์:

พลังงานของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กจะแตกต่างกันไปตามกฎฮาร์มอนิก แต่ระยะของการแกว่งจะแตกต่างกัน: เมื่อพลังงานของสนามไฟฟ้ามีค่าสูงสุด พลังงานของสนามแม่เหล็กจะเป็นศูนย์

พลังงานทั้งหมดของระบบสั่น:
.

ใน รูปร่างในอุดมคติพลังงานทั้งหมดไม่เปลี่ยนแปลง

ในระหว่างกระบวนการออสซิลเลชัน พลังงานของสนามไฟฟ้าจะถูกแปลงเป็นพลังงานของสนามแม่เหล็กโดยสมบูรณ์ และในทางกลับกัน ซึ่งหมายความว่าพลังงาน ณ เวลาใดเวลาหนึ่งจะเท่ากับพลังงานสูงสุดของสนามไฟฟ้าหรือพลังงานสูงสุดของสนามแม่เหล็ก

วงจรการสั่นจริงประกอบด้วยความต้านทาน แรงสั่นสะเทือนในนั้นเรียกว่า ซีดจาง

กฎของโอห์มจะอยู่ในรูปแบบ:

โดยมีเงื่อนไขว่าการหน่วงมีค่าน้อย (กำลังสองของความถี่ธรรมชาติของการสั่นมีค่ามากกว่ากำลังสองของสัมประสิทธิ์การหน่วง) การลดค่าการหน่วงแบบลอการิทึมคือ:

ด้วยการหน่วงที่รุนแรง (กำลังสองของความถี่ธรรมชาติของการสั่นน้อยกว่าค่ากำลังสองของสัมประสิทธิ์การสั่น):

สมการนี้อธิบายกระบวนการคายประจุตัวเก็บประจุลงในตัวต้านทาน หากไม่มีตัวเหนี่ยวนำ การแกว่งจะไม่เกิดขึ้น ตามกฎหมายนี้แรงดันไฟฟ้าบนแผ่นตัวเก็บประจุก็เปลี่ยนแปลงเช่นกัน

พลังงานทั้งหมดในวงจรจริงลดลงเนื่องจากความร้อนถูกปล่อยเข้าสู่ความต้านทาน R ในระหว่างที่กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน

กระบวนการเปลี่ยนผ่าน– กระบวนการที่เกิดขึ้นในวงจรไฟฟ้าระหว่างการเปลี่ยนจากโหมดการทำงานหนึ่งไปยังอีกโหมดหนึ่ง ประมาณตามเวลา ( ) ในระหว่างนั้นพารามิเตอร์ที่แสดงลักษณะของกระบวนการเปลี่ยนจะเปลี่ยนตามเวลา e

สำหรับ วงจรที่มีตัวเก็บประจุและตัวต้านทาน:
.

ทฤษฎีสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์:

1 ตำแหน่ง:

สนามไฟฟ้ากระแสสลับใดๆ ก็ตามจะสร้างสนามแม่เหล็กกระแสน้ำวน สนามไฟฟ้ากระแสสลับเรียกว่ากระแสกระจัดโดย Maxwell เนื่องจากทำให้เกิดสนามแม่เหล็กเช่นเดียวกับกระแสทั่วไป

ในการตรวจจับกระแสดิสเพลสเมนต์ ให้พิจารณาการผ่านของกระแสผ่านระบบที่เชื่อมต่อตัวเก็บประจุที่มีไดอิเล็กทริกอยู่

ความหนาแน่นกระแสอคติ:
- ความหนาแน่นกระแสมุ่งไปในทิศทางของการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้า

สมการแรกของแมกซ์เวลล์:
- สนามแม่เหล็กกระแสน้ำวนถูกสร้างขึ้นจากทั้งกระแสการนำ (ประจุไฟฟ้าที่กำลังเคลื่อนที่) และกระแสการเคลื่อนที่ (สนามไฟฟ้ากระแสสลับ E)

2 ตำแหน่ง:

สนามแม่เหล็กสลับใดๆ จะสร้างสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวน ซึ่งเป็นกฎพื้นฐานของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

สมการที่สองของแมกซ์เวลล์:
- เชื่อมต่ออัตราการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กผ่านพื้นผิวใด ๆ และการไหลเวียนของเวกเตอร์ความแรงของสนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในเวลาเดียวกัน

ตัวนำใดๆ ที่มีกระแสไฟฟ้าจะสร้างสนามแม่เหล็กในอวกาศ- หากกระแสคงที่ (ไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา) สนามแม่เหล็กที่เกี่ยวข้องกับมันจะคงที่เช่นกัน กระแสที่เปลี่ยนแปลงจะสร้างสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง มีสนามไฟฟ้าอยู่ภายในตัวนำที่ส่งกระแสไฟฟ้า ดังนั้นสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงจะสร้างสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงไป

สนามแม่เหล็กเป็นแบบกระแสน้ำวน เนื่องจากเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะปิดอยู่เสมอ ขนาดของความแรงของสนามแม่เหล็ก H เป็นสัดส่วนกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของความแรงของสนามไฟฟ้า - ทิศทางของเวกเตอร์ความแรงของสนามแม่เหล็ก เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงความแรงของสนามไฟฟ้า กฎสกรูขวา: กำมือขวาเป็นกำปั้น ชี้นิ้วหัวแม่มือไปในทิศทางของการเปลี่ยนแปลงความแรงของสนามไฟฟ้า จากนั้น 4 นิ้วที่งอจะระบุทิศทางของเส้นความแรงของสนามแม่เหล็ก

สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงจะสร้างสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนเส้นแรงดึงซึ่งปิดและอยู่ในระนาบตั้งฉากกับความแรงของสนามแม่เหล็ก

ขนาดของความเข้ม E ของสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวนขึ้นอยู่กับอัตราการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก - ทิศทางของเวกเตอร์ E สัมพันธ์กับทิศทางการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก H ตามกฎสกรูซ้าย: กำมือซ้ายเป็นกำปั้น ชี้นิ้วโป้งไปในทิศทางของการเปลี่ยนแปลงในสนามแม่เหล็ก งอสี่นิ้วจะระบุ ทิศทางของเส้นความเข้มของสนามไฟฟ้ากระแสน้ำวน

ชุดของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กกระแสน้ำวนที่เชื่อมต่อถึงกันแสดงถึง สนามแม่เหล็กไฟฟ้า- สนามแม่เหล็กไฟฟ้าไม่ได้อยู่ที่จุดกำเนิด แต่แพร่กระจายในอวกาศในรูปแบบของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตามขวาง

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า– นี่คือการแพร่กระจายในอวกาศของกระแสน้ำวนของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่เกี่ยวข้องกัน

สภาวะการเกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า– การเคลื่อนที่ของประจุด้วยความเร่ง

สมการคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า:

- ความถี่วงจรของการสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้า

t คือเวลาจากจุดเริ่มต้นของการสั่น

l คือระยะห่างจากแหล่งกำเนิดคลื่นไปยังจุดที่กำหนดในอวกาศ

- ความเร็วการแพร่กระจายคลื่น

เวลาที่คลื่นเดินทางจากแหล่งกำเนิดไปยังจุดที่กำหนด

เวกเตอร์ E และ H ในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตั้งฉากกันกับความเร็วการแพร่กระจายของคลื่น

แหล่งกำเนิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า- ตัวนำที่กระแสสลับไหลอย่างรวดเร็ว (ตัวปล่อยแมคโคร) รวมถึงอะตอมและโมเลกุลที่ถูกกระตุ้น (ตัวปล่อยไมโคร) ยิ่งความถี่การสั่นสูง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าก็จะปล่อยออกมาในอวกาศได้ดีขึ้น

คุณสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า:

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมดนั้น ขวาง

ในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เป็นเนื้อเดียวกัน แพร่กระจายด้วยความเร็วคงที่ซึ่งขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของสิ่งแวดล้อม:

- ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกสัมพัทธ์ของตัวกลาง

- ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของสุญญากาศ
F/m, Cl 2 /นาโนเมตร 2

- การซึมผ่านของแม่เหล็กสัมพัทธ์ของตัวกลาง

- ค่าคงที่แม่เหล็กของสุญญากาศ
วันที่ 2 ; Gn/ม

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า สะท้อนจากสิ่งกีดขวาง ซึมซับ กระจัดกระจาย หักเห โพลาไรซ์ เลี้ยวเบน แทรกแซง.

ความหนาแน่นของพลังงานตามปริมาตรสนามแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยความหนาแน่นพลังงานเชิงปริมาตรของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก:

ความหนาแน่นฟลักซ์พลังงานคลื่น - ความเข้มของคลื่น:

-เวกเตอร์ Umov-Poynting.

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมดจัดเรียงเป็นชุดความถี่หรือความยาวคลื่น (
- แถวนี้ก็. ระดับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า.

การสั่นสะเทือนความถี่ต่ำ- 0 – 10 4 เฮิรตซ์ ได้จากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า พวกมันแผ่รังสีได้ไม่ดี

คลื่นวิทยุ- 10 4 – 10 13 เฮิรตซ์

พวกมันถูกปล่อยออกมาจากตัวนำที่เป็นของแข็งซึ่งมีกระแสสลับอย่างรวดเร็ว– คลื่นที่ปล่อยออกมาจากวัตถุทั้งหมดที่อุณหภูมิสูงกว่า 0 K เนื่องจากกระบวนการภายในอะตอมและภายในโมเลกุล

แสงที่มองเห็น– คลื่นที่กระทำต่อดวงตา ทำให้เกิดความรู้สึกทางการมองเห็น 380-760 นาโนเมตร

รังสีอัลตราไวโอเลต- 10 – 380 นาโนเมตร แสงที่มองเห็นและรังสียูวีเกิดขึ้นเมื่อการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในเปลือกนอกของอะตอมเปลี่ยนไป

รังสีเอกซ์- 80 – 10 -5 นาโนเมตร เกิดขึ้นเมื่อการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนเปลี่ยนไป เปลือกด้านในอะตอม.

รังสีแกมมา- เกิดขึ้นระหว่างการสลายตัวของนิวเคลียสของอะตอม

สนามแม่เหล็กนี่เป็นเรื่องที่เกิดขึ้นรอบๆ แหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า เช่นเดียวกับรอบๆ แม่เหล็กถาวร ในอวกาศ สนามแม่เหล็กจะแสดงเป็นการรวมกันของแรงที่สามารถส่งผลต่อวัตถุที่ถูกแม่เหล็กได้ การกระทำนี้อธิบายได้จากการมีอยู่ของการปล่อยประจุในระดับโมเลกุล

สนามแม่เหล็กจะเกิดขึ้นรอบๆ ประจุไฟฟ้าที่กำลังเคลื่อนที่เท่านั้น นั่นคือสาเหตุที่สนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าเป็นส่วนประกอบและก่อตัวรวมกัน สนามแม่เหล็กไฟฟ้า- ส่วนประกอบของสนามแม่เหล็กเชื่อมต่อกันและมีอิทธิพลต่อกัน ส่งผลให้คุณสมบัติเปลี่ยนแปลงไป

คุณสมบัติของสนามแม่เหล็ก:
1. สนามแม่เหล็กเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของการขับประจุกระแสไฟฟ้า
2. ณ จุดใด ๆ สนามแม่เหล็กจะมีลักษณะเป็นเวกเตอร์ของปริมาณทางกายภาพที่เรียกว่า การเหนี่ยวนำแม่เหล็กซึ่งเป็นลักษณะความแรงของสนามแม่เหล็ก
3. สนามแม่เหล็กสามารถส่งผลต่อแม่เหล็ก ตัวนำกระแสไฟ และประจุเคลื่อนที่เท่านั้น
4. สนามแม่เหล็กอาจเป็นแบบคงที่หรือแบบสลับก็ได้
5. สนามแม่เหล็กวัดได้ด้วยเครื่องมือพิเศษเท่านั้นและไม่สามารถรับรู้ได้ด้วยประสาทสัมผัสของมนุษย์
6. สนามแม่เหล็กเป็นแบบไฟฟ้าไดนามิก เนื่องจากมันถูกสร้างขึ้นโดยการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุเท่านั้น และส่งผลต่อประจุที่กำลังเคลื่อนที่เท่านั้น
7. อนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่ไปตามวิถีตั้งฉาก

ขนาดของสนามแม่เหล็กขึ้นอยู่กับอัตราการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็ก ตามคุณลักษณะนี้ มีสนามแม่เหล็กอยู่ 2 ประเภท: สนามแม่เหล็กแบบไดนามิกและ สนามแม่เหล็กโน้มถ่วง. สนามแม่เหล็กโน้มถ่วงเกิดขึ้นเพียงใกล้ตัวเท่านั้น อนุภาคมูลฐานและเกิดขึ้นขึ้นอยู่กับลักษณะโครงสร้างของอนุภาคเหล่านี้

ช่วงเวลาแม่เหล็กเกิดขึ้นเมื่อสนามแม่เหล็กกระทำต่อกรอบที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า กล่าวอีกนัยหนึ่ง โมเมนต์แม่เหล็กคือเวกเตอร์ที่อยู่บนเส้นที่ตั้งฉากกับเฟรม

สนามแม่เหล็กสามารถแสดงเป็นกราฟิกได้โดยใช้เส้นแรงแม่เหล็ก เส้นเหล่านี้ถูกลากไปในทิศทางที่ทิศทางของแรงสนามเกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางของเส้นสนามนั่นเอง เส้นแรงแม่เหล็กมีความต่อเนื่องและปิดในเวลาเดียวกัน

ทิศทางของสนามแม่เหล็กถูกกำหนดโดยใช้เข็มแม่เหล็ก เส้นแรงยังกำหนดขั้วของแม่เหล็กด้วย โดยปลายด้านเอาท์พุตของเส้นแรงคือขั้วเหนือ และปลายด้านเข้าของเส้นเหล่านี้คือขั้วใต้

สะดวกมากในการประเมินสนามแม่เหล็กด้วยสายตาโดยใช้ตะไบเหล็กธรรมดาและกระดาษแผ่นหนึ่ง
หากเราวางกระดาษแผ่นหนึ่งลงบนแม่เหล็กถาวรและโรยขี้เลื่อยด้านบน อนุภาคเหล็กจะเรียงตัวกันตามเส้นสนามแม่เหล็ก

ทิศทางของสายไฟสำหรับตัวนำนั้นถูกกำหนดโดยผู้มีชื่อเสียงอย่างสะดวก กฎลูกชิ้นหรือ กฎ มือขวา - หากเราพันมือรอบตัวนำโดยให้นิ้วหัวแม่มือชี้ไปในทิศทางของกระแส (จากลบถึงบวก) นิ้วที่เหลือทั้ง 4 นิ้วจะแสดงทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็กให้เราทราบ

และทิศทางของแรงลอเรนซ์คือแรงที่สนามแม่เหล็กกระทำต่ออนุภาคที่มีประจุหรือตัวนำที่มีกระแสตาม กฎมือซ้าย.
ถ้าเราวางมือซ้ายไว้ในสนามแม่เหล็กโดยให้ 4 นิ้วมองไปในทิศทางของกระแสในตัวนำแล้วเส้นแรงเข้าสู่ฝ่ามือ จากนั้นนิ้วหัวแม่มือจะระบุทิศทางของแรงลอเรนซ์ซึ่งเป็นแรงที่กระทำต่อ ตัวนำที่วางอยู่ในสนามแม่เหล็ก

นั่นคือทั้งหมดที่ อย่าลืมถามคำถามที่คุณมีในความคิดเห็น

แม่เหล็กถาวรคืออะไร

ผลิตภัณฑ์เฟอร์โรแมกเนติกที่สามารถรักษาแรงแม่เหล็กที่ตกค้างได้อย่างมีนัยสำคัญหลังจากถอดสนามแม่เหล็กภายนอกออกแล้วเรียกว่าแม่เหล็กถาวร แม่เหล็กถาวรทำจากโลหะหลายชนิด เช่น โคบอลต์ เหล็ก นิกเกิล โลหะผสมของธาตุหายาก (สำหรับแม่เหล็กนีโอไดเมียม) รวมถึงจากแร่ธาตุธรรมชาติ เช่น แมกนีไทต์

ขอบเขตของการใช้แม่เหล็กถาวรในปัจจุบันนั้นกว้างมาก แต่จุดประสงค์ของพวกมันก็เหมือนกันทุกที่โดยพื้นฐานแล้ว - เป็นแหล่งกำเนิดของสนามแม่เหล็กคงที่โดยไม่ต้องจ่ายไฟฟ้า ดังนั้นแม่เหล็กจึงเป็นวัตถุที่มีตัวมันเอง

คำว่า "แม่เหล็ก" มาจากวลีภาษากรีก ซึ่งแปลว่า "หินจากแมกนีเซีย" ตามชื่อเมืองในเอเชียซึ่งมีการค้นพบแหล่งแร่แมกนีไทต์ - แร่เหล็กแม่เหล็ก - ถูกค้นพบในสมัยโบราณ จากมุมมองทางกายภาพ แม่เหล็กเบื้องต้นคืออิเล็กตรอน และ คุณสมบัติทางแม่เหล็กโดยทั่วไปแม่เหล็กจะถูกกำหนดโดยโมเมนต์แม่เหล็กของอิเล็กตรอนที่ประกอบเป็นวัสดุแม่เหล็ก

ลักษณะของส่วนล้างอำนาจแม่เหล็กของวัสดุที่ใช้สร้างแม่เหล็กถาวรจะเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติของแม่เหล็กถาวรชนิดใดชนิดหนึ่ง: ยิ่งแรงบีบบังคับ Hc สูงเท่าไร และค่า Br การเหนี่ยวนำแม่เหล็กตกค้างยิ่งสูง แม่เหล็กก็จะยิ่งแข็งแกร่งและมีเสถียรภาพมากขึ้นเท่านั้น

แรงบีบบังคับ (แปลตามตัวอักษรจากภาษาละติน - "แรงยึด") เป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับการล้างอำนาจแม่เหล็กของสารเฟอร์โรหรือเฟอร์ริแมกเนติกอย่างสมบูรณ์ ดังนั้น ยิ่งแม่เหล็กมีแรงบีบบังคับมากเท่าใด ก็ยิ่งทนทานต่อปัจจัยล้างอำนาจแม่เหล็กมากขึ้นเท่านั้น

หน่วยของแรงบีบบังคับคือ แอมแปร์/เมตร A ดังที่ทราบกันดีว่าคือปริมาณเวกเตอร์ ซึ่งเป็นลักษณะแรงของสนามแม่เหล็ก ค่าคุณลักษณะของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กตกค้างของแม่เหล็กถาวรคือประมาณ 1 เทสลา

ประเภทและคุณสมบัติของแม่เหล็กถาวร

เฟอร์ไรต์

แม่เหล็กเฟอร์ไรต์แม้จะเปราะบาง แต่ก็มีความต้านทานการกัดกร่อนที่ดี ซึ่งทำให้แม่เหล็กชนิดนี้พบได้บ่อยที่สุดในราคาที่ต่ำ แม่เหล็กดังกล่าวทำจากโลหะผสมของเหล็กออกไซด์กับแบเรียมหรือเฟอร์ไรต์สตรอนเซียม องค์ประกอบนี้ช่วยให้วัสดุสามารถรักษาคุณสมบัติทางแม่เหล็กไว้ได้ในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง - ตั้งแต่ -30°C ถึง +270°C

ผลิตภัณฑ์แม่เหล็กในรูปแบบของวงแหวนเฟอร์ไรต์ แท่ง และเกือกม้ามีการใช้กันอย่างแพร่หลายทั้งในอุตสาหกรรมและในชีวิตประจำวันในด้านเทคโนโลยีและอิเล็กทรอนิกส์ ใช้ในระบบเสียง เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ฯลฯ ในอุตสาหกรรมยานยนต์ แม่เหล็กเฟอร์ไรต์ถูกนำมาใช้ในสตาร์ทเตอร์ ตัวควบคุมหน้าต่าง ระบบทำความเย็น และพัดลม

แม่เหล็กเฟอร์ไรต์มีแรงบีบบังคับประมาณ 200 kA/m และการเหนี่ยวนำแม่เหล็กตกค้างประมาณ 0.4 เทสลา โดยเฉลี่ยแล้วแม่เหล็กเฟอร์ไรต์จะมีอายุการใช้งานได้ตั้งแต่ 10 ถึง 30 ปี

Alnico (อะลูมิเนียม-นิกเกิล-โคบอลต์)

แม่เหล็กถาวรที่ทำจากโลหะผสมของอะลูมิเนียม นิกเกิล และโคบอลต์ มีคุณสมบัติต้านทานอุณหภูมิและความเสถียรที่ไม่มีใครเทียบได้ โดยสามารถรักษาคุณสมบัติทางแม่เหล็กไว้ที่อุณหภูมิสูงถึง +550°C แม้ว่าลักษณะการบีบบังคับของแม่เหล็กจะค่อนข้างต่ำก็ตาม ภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กที่มีขนาดค่อนข้างเล็ก แม่เหล็กดังกล่าวจะสูญเสียคุณสมบัติทางแม่เหล็กดั้งเดิมไป

ตัดสินด้วยตัวคุณเอง: แรงบีบบังคับโดยทั่วไปคือประมาณ 50 kA/m โดยมีสนามแม่เหล็กตกค้างประมาณ 0.7 เทสลา อย่างไรก็ตาม แม้จะมีคุณสมบัตินี้ แม่เหล็กอัลนิโกก็เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้สำหรับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์บางอย่าง

ปริมาณโลหะผสมอัลนิโกที่มีแม่เหล็กสูงโดยทั่วไปมีตั้งแต่อะลูมิเนียม 7 ถึง 10% นิกเกิล 12 ถึง 15% โคบอลต์ 18 ถึง 40% และทองแดง 3 ถึง 4%

ยิ่งโคบอลต์มากเท่าใด การเหนี่ยวนำความอิ่มตัวและพลังงานแม่เหล็กของโลหะผสมก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น สารเติมแต่งในรูปของไทเทเนียม 2 ถึง 8% และไนโอเบียมเพียง 1% เท่านั้นที่ช่วยให้ได้รับแรงบีบบังคับที่สูงขึ้น - สูงถึง 145 kA/m การเติมซิลิคอน 0.5 ถึง 1% ช่วยให้มั่นใจได้ถึงคุณสมบัติแม่เหล็กไอโซโทรปิก

สะมาเรีย

หากคุณต้องการความต้านทานต่อการกัดกร่อน ออกซิเดชัน และอุณหภูมิสูงถึง +350°C เป็นพิเศษ โลหะผสมแม่เหล็กของซาแมเรียมกับโคบอลต์คือสิ่งที่คุณต้องการ

ในแง่ของราคา แม่เหล็กซาแมเรียม-โคบอลต์มีราคาแพงกว่าแม่เหล็กนีโอไดเมียม เนื่องจากโคบอลต์เป็นโลหะที่หายากและมีราคาแพงกว่า อย่างไรก็ตาม ขอแนะนำให้ใช้หากจำเป็นต้องมีขนาดและน้ำหนักขั้นต่ำของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

เหมาะสมที่สุดในนี้ ยานอวกาศ, การบิน และ เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์มอเตอร์ไฟฟ้าขนาดเล็กและข้อต่อแม่เหล็กในอุปกรณ์และอุปกรณ์ที่สวมใส่ได้ (นาฬิกา หูฟัง โทรศัพท์มือถือฯลฯ)

เนื่องจากทนทานต่อการกัดกร่อนเป็นพิเศษ แม่เหล็กซาแมเรียมจึงถูกนำมาใช้ในการพัฒนาเชิงกลยุทธ์และการใช้งานทางการทหาร มอเตอร์ไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ระบบยก รถจักรยานยนต์ - แม่เหล็กแรงสูงที่ทำจากโลหะผสมซาแมเรียมโคบอลต์ เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงและสภาพการทำงานที่ยากลำบาก แรงบีบบังคับอยู่ที่ประมาณ 700 kA/m โดยมีการเหนี่ยวนำแม่เหล็กตกค้างประมาณ 1 เทสลา

นีโอไดเมียม

แม่เหล็กนีโอไดเมียมเป็นที่ต้องการอย่างมากในปัจจุบันและดูเหมือนว่าจะมีแนวโน้มมากที่สุด โลหะผสมนีโอดิเมียม-เหล็ก-โบรอนทำให้สามารถสร้างซูเปอร์แม่เหล็กได้ สาขาต่างๆตั้งแต่สลักและของเล่นไปจนถึงเครื่องยกอันทรงพลัง

แรงบีบบังคับสูงที่ระดับ 1,000 kA/m และการดึงดูดแม่เหล็กตกค้างที่ระดับ 1.1 เทสลา ทำให้แม่เหล็กมีอายุการใช้งานนานหลายปี เป็นเวลา 10 ปี แม่เหล็กนีโอไดเมียมสูญเสียพลังแม่เหล็กเพียง 1% หากอุณหภูมิภายใต้สภาวะการทำงานไม่เกิน +80°C (สำหรับบางยี่ห้อสูงถึง +200°C) ดังนั้นแม่เหล็กนีโอไดเมียมจึงมีข้อเสียเพียงสองประการเท่านั้นคือความเปราะบางและอุณหภูมิในการทำงานต่ำ

ผงแม่เหล็กพร้อมกับส่วนประกอบที่ยึดเกาะทำให้เกิดแม่เหล็กที่อ่อนนุ่ม ยืดหยุ่น และมีน้ำหนักเบา การยึดติดส่วนประกอบต่างๆ เช่น ไวนิล ยาง พลาสติก หรืออะคริลิก ทำให้สามารถรับแม่เหล็กได้ รูปแบบต่างๆและขนาด

แน่นอนว่าแรงแม่เหล็กนั้นด้อยกว่าวัสดุแม่เหล็กบริสุทธิ์ แต่บางครั้งการแก้ปัญหาดังกล่าวมีความจำเป็นเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์บางประการที่ไม่ปกติสำหรับแม่เหล็ก: ในการผลิตผลิตภัณฑ์โฆษณา ในการผลิตสติกเกอร์แบบถอดได้บนรถยนต์ เช่นเดียวกับในการผลิต สินค้าเครื่องเขียนและของที่ระลึกต่างๆ

เช่นเดียวกับขั้วแม่เหล็กที่ผลักกัน และขั้วต่างแม่เหล็กจะดึงดูดกัน ปฏิสัมพันธ์ของแม่เหล็กอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าแม่เหล็กใด ๆ มีสนามแม่เหล็กและสิ่งเหล่านี้ สนามแม่เหล็กมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน ตัวอย่างเช่น อะไรคือสาเหตุที่ทำให้เกิดแม่เหล็กของเหล็ก?

ตามสมมติฐานของนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส แอมแปร์ มีกระแสไฟฟ้าเบื้องต้น (กระแสแอมแปร์) ภายในสสารซึ่งเกิดขึ้นจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียสของอะตอมและรอบแกนของพวกมันเอง

เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ สนามแม่เหล็กพื้นฐานจะเกิดขึ้น และถ้านำชิ้นเหล็กเข้าไปในสนามแม่เหล็กภายนอก สนามแม่เหล็กปฐมภูมิทั้งหมดในเหล็กนี้จะมีทิศทางเท่ากันในสนามแม่เหล็กภายนอก ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กของชิ้นเหล็กขึ้นมาเอง ดังนั้นหากสนามแม่เหล็กภายนอกที่ใช้นั้นแรงพอ หลังจากปิดแล้ว เหล็กชิ้นหนึ่งก็จะกลายเป็นแม่เหล็กถาวร

การทราบรูปร่างและการดึงดูดของแม่เหล็กถาวรช่วยให้เราสามารถแทนที่มันเพื่อการคำนวณด้วยระบบกระแสไฟฟ้าแม่เหล็กที่เทียบเท่ากัน การเปลี่ยนดังกล่าวเป็นไปได้ทั้งเมื่อคำนวณลักษณะของสนามแม่เหล็กและเมื่อคำนวณแรงที่กระทำต่อแม่เหล็กจากสนามภายนอก ตัวอย่างเช่น ลองคำนวณแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างแม่เหล็กถาวรสองตัว

ปล่อยให้แม่เหล็กมีรูปร่างเป็นทรงกระบอกบาง ๆ รัศมีของพวกมันจะแสดงด้วย r1 และ r2 ความหนาของพวกมันจะเป็น h1, h2 แกนของแม่เหล็กตรงกันระยะห่างระหว่างแม่เหล็กจะแสดงด้วย z เราจะถือว่า มันเป็นสิ่งสำคัญ ขนาดเพิ่มเติมแม่เหล็ก

อธิบายการเกิดขึ้นของแรงปฏิกิริยาระหว่างแม่เหล็ก วิธีดั้งเดิม: แม่เหล็กอันหนึ่งสร้างสนามแม่เหล็กที่ส่งผลต่อแม่เหล็กอันที่สอง

ในการคำนวณแรงอันตรกิริยา ให้เราแทนที่แม่เหล็กด้วยแรงแม่เหล็กสม่ำเสมอ J1 และ J2 ด้วยกระแสวงกลมที่ไหลไปตามพื้นผิวด้านข้างของกระบอกสูบ เราจะแสดงความแข็งแกร่งของกระแสเหล่านี้ผ่านการทำให้เป็นแม่เหล็กของแม่เหล็ก และเราจะพิจารณารัศมีของพวกมัน เท่ากับรัศมีแม่เหล็ก

ให้เราแยกเวกเตอร์การเหนี่ยวนำ B ของสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยแม่เหล็กตัวแรกที่ตำแหน่งของวินาทีออกเป็นสององค์ประกอบ: แนวแกนกำกับไปตามแกนของแม่เหล็กและรัศมีตั้งฉากกับมัน

ในการคำนวณแรงทั้งหมดที่กระทำต่อวงแหวน จำเป็นต้องแบ่งมันออกเป็นองค์ประกอบเล็ก ๆ IΔl ทางจิตใจ และสรุปผลที่กระทำต่อแต่ละองค์ประกอบดังกล่าว

เมื่อใช้กฎมือซ้าย จะแสดงให้เห็นได้ง่ายว่าองค์ประกอบตามแนวแกนของสนามแม่เหล็กทำให้เกิดแรงแอมแปร์ที่มีแนวโน้มที่จะยืด (หรือบีบอัด) วงแหวน - ผลรวมเวกเตอร์ของแรงเหล่านี้เป็นศูนย์

การปรากฏตัวขององค์ประกอบรัศมีของสนามนำไปสู่การเกิดขึ้นของแรงแอมแปร์ที่พุ่งไปตามแกนของแม่เหล็กนั่นคือแรงดึงดูดหรือแรงผลัก ยังคงต้องคำนวณแรงของแอมแปร์ซึ่งจะเป็นแรงปฏิกิริยาระหว่างแม่เหล็กสองตัว

สนามแม่เหล็กและคุณลักษณะของมัน

โครงร่างการบรรยาย:

สนามแม่เหล็ก สมบัติและลักษณะเฉพาะของมัน

สนามแม่เหล็ก- รูปแบบการดำรงอยู่ของสสารที่อยู่รอบๆ ประจุไฟฟ้าที่กำลังเคลื่อนที่ (ตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน แม่เหล็กถาวร)

ชื่อนี้เนื่องมาจากข้อเท็จจริงที่ว่าตามที่นักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก ฮานส์ เออร์สเตด ค้นพบในปี 1820 มันมีผลต่อการวางทิศทางของเข็มแม่เหล็ก การทดลองของเออร์สเตด: วางเข็มแม่เหล็กไว้ใต้ลวดที่นำกระแสและหมุนอยู่บนเข็ม เมื่อเปิดกระแสไฟจะถูกติดตั้งในแนวตั้งฉากกับสายไฟ เมื่อกระแสน้ำเปลี่ยนทิศก็กลับทิศตรงกันข้าม

คุณสมบัติพื้นฐานของสนามแม่เหล็ก:

ที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้า ตัวนำกระแสไฟฟ้า แม่เหล็กถาวร และสนามไฟฟ้ากระแสสลับ

กระทำการด้วยแรงในการเคลื่อนย้ายประจุไฟฟ้า ตัวนำกระแสไฟ และตัวแม่เหล็ก

สนามแม่เหล็กสลับจะสร้างสนามไฟฟ้ากระแสสลับ

จากประสบการณ์ของเออร์สเตด พบว่าสนามแม่เหล็กเป็นทิศทางและต้องมีลักษณะเฉพาะของแรงเวกเตอร์ มันถูกกำหนดและเรียกว่าการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก

สนามแม่เหล็กจะแสดงเป็นภาพกราฟิกโดยใช้เส้นสนามแม่เหล็กหรือเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็ก พลังแม่เหล็ก เส้นเส้นเหล่านี้เป็นเส้นที่ตะไบเหล็กหรือแกนของเข็มแม่เหล็กขนาดเล็กอยู่ในสนามแม่เหล็ก ที่แต่ละจุดของเส้นตรง เวกเตอร์จะชี้ไปตามเส้นสัมผัสกัน

เส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะปิดอยู่เสมอ ซึ่งบ่งชี้ว่าไม่มีประจุแม่เหล็กในธรรมชาติและลักษณะกระแสน้ำวนของสนามแม่เหล็ก

ตามอัตภาพ พวกมันจะออกจากขั้วเหนือของแม่เหล็กและเข้าสู่ทิศใต้ ความหนาแน่นของเส้นถูกเลือกเพื่อให้จำนวนเส้นต่อหน่วยพื้นที่ที่ตั้งฉากกับสนามแม่เหล็กเป็นสัดส่วนกับขนาดของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก

เอ็น

โซลินอยด์แม่เหล็กพร้อมกระแส

ทิศทางของเส้นถูกกำหนดโดยกฎสกรูด้านขวา โซลินอยด์เป็นขดลวดที่มีกระแสซึ่งมีการหมุนอยู่ใกล้กันและเส้นผ่านศูนย์กลางของการหมุนนั้นน้อยกว่าความยาวของขดลวดมาก

สนามแม่เหล็กภายในโซลินอยด์มีความสม่ำเสมอ สนามแม่เหล็กจะเรียกว่าสม่ำเสมอถ้าเวกเตอร์คงที่ที่จุดใดๆ

สนามแม่เหล็กของโซลินอยด์จะคล้ายกับสนามแม่เหล็กของแท่งแม่เหล็ก

กับ

โซลินอยด์ที่มีกระแสไฟฟ้าเป็นแม่เหล็กไฟฟ้า

ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าสำหรับสนามแม่เหล็ก เช่นเดียวกับสนามไฟฟ้า หลักการซ้อนทับ: การเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยกระแสหรือประจุเคลื่อนที่หลายตัวจะเท่ากับผลรวมเวกเตอร์ของการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยกระแสหรือประจุแต่ละอัน:

การป้อนเวกเตอร์ด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งจาก 3 วิธี:

ก) จากกฎของแอมแปร์

b) โดยผลของสนามแม่เหล็กบนกรอบที่มีกระแสไฟฟ้า

c) จากการแสดงออกของแรงลอเรนซ์

ก mpper ทดลองว่าแรงที่สนามแม่เหล็กกระทำต่อองค์ประกอบของตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้า I อยู่ในสนามแม่เหล็กนั้นเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรง

ปัจจุบัน I และผลิตภัณฑ์เวกเตอร์ขององค์ประกอบความยาวและการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก:

- กฎของแอมแปร์

เอ็น
ทิศทางของเวกเตอร์สามารถพบได้ตามกฎทั่วไปของผลิตภัณฑ์เวกเตอร์ซึ่งกฎของมือซ้ายเป็นไปตาม: หากฝ่ามือซ้ายอยู่ในตำแหน่งเพื่อให้เส้นแรงแม่เหล็กเข้ามาและ 4 นิ้วที่ยื่นออกมาจะถูกชี้ไปตามกระแส จากนั้นนิ้วหัวแม่มือที่งอจะแสดงทิศทางของแรง

แรงที่กระทำต่อเส้นลวดที่มีความยาวจำกัดสามารถหาได้โดยการอินทิเกรตตลอดความยาวทั้งหมด

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

ถ้า  =90 0, F = BIl

การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็ก- ปริมาณทางกายภาพของเวกเตอร์ เป็นตัวเลขเท่ากับแรงที่กระทำในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอบนตัวนำที่มีความยาวหนึ่งหน่วยพร้อมกับกระแสหนึ่งหน่วย ซึ่งตั้งฉากกับเส้นแรงแม่เหล็ก

1T คือการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ ซึ่งแรง 1N กระทำต่อตัวนำยาว 1 เมตร โดยมีกระแสไฟฟ้า 1A ซึ่งตั้งฉากกับเส้นแรงแม่เหล็ก

จนถึงตอนนี้เราได้พิจารณากระแสน้ำขนาดใหญ่ที่ไหลในตัวนำแล้ว อย่างไรก็ตาม ตามสมมติฐานของแอมแปร์ ในร่างกายใดๆ มีกระแสระดับจุลภาคที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในอะตอม กระแสโมเลกุลระดับจุลภาคเหล่านี้สร้างสนามแม่เหล็กของตัวเองและสามารถหมุนไปในสนามกระแสขนาดใหญ่ได้ ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กเพิ่มเติมในร่างกาย เวกเตอร์แสดงลักษณะของสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นซึ่งสร้างขึ้นโดยกระแสมาโครและกระแสไมโครทั้งหมด เช่น ที่กระแสน้ำขนาดใหญ่เดียวกัน เวกเตอร์ในสภาพแวดล้อมที่ต่างกันจะมีค่าต่างกัน

สนามแม่เหล็กของกระแสขนาดใหญ่อธิบายโดยเวกเตอร์ความเข้มแม่เหล็ก

สำหรับตัวกลางไอโซโทรปิกที่เป็นเนื้อเดียวกัน

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

 คือการซึมผ่านของแม่เหล็กของตัวกลาง ซึ่งแสดงว่าสนามแม่เหล็กของกระแสน้ำขนาดใหญ่เปลี่ยนแปลงไปกี่ครั้งเนื่องจากสนามของกระแสน้ำขนาดเล็กของตัวกลาง

สนามแม่เหล็ก. ทฤษฎีบทของเกาส์สำหรับฟลักซ์แม่เหล็ก

การไหลของเวกเตอร์(ฟลักซ์แม่เหล็ก) ผ่านทางไซต์ ดีเอสเรียกว่าปริมาณสเกลาร์เท่ากับ

การฉายภาพไปยังทิศทางของภาพปกติไปยังไซต์อยู่ที่ไหน

 คือมุมระหว่างเวกเตอร์กับ

องค์ประกอบพื้นผิวทิศทาง

ฟลักซ์เวกเตอร์เป็นปริมาณพีชคณิต

ถ้า - เมื่อออกจากพื้นผิว

ถ้า - เมื่อเข้าสู่พื้นผิว

ฟลักซ์ของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กผ่านพื้นผิว S ใด ๆ ก็ตามจะเท่ากับ

สำหรับสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ = const

1 Wb - ฟลักซ์แม่เหล็กที่ไหลผ่านพื้นผิวเรียบโดยมีพื้นที่ 1 m2 ซึ่งตั้งฉากกับสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอซึ่งมีการเหนี่ยวนำคือ 1 T

ฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านพื้นผิว S มีค่าเท่ากับจำนวนเส้นสนามแม่เหล็กที่ตัดผ่านพื้นผิวนี้

เนื่องจากเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กปิดอยู่เสมอ สำหรับพื้นผิวปิด จำนวนเส้นที่เข้าสู่พื้นผิว (Ф 0) ดังนั้น ฟลักซ์รวมของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กผ่านพื้นผิวปิดจึงเป็นศูนย์

- ทฤษฎีบทของเกาส์: ฟลักซ์ของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กผ่านพื้นผิวปิดใดๆ จะเป็นศูนย์

ทฤษฎีบทนี้เป็นการแสดงออกทางคณิตศาสตร์ถึงข้อเท็จจริงที่ว่าในธรรมชาติไม่มีประจุแม่เหล็กที่เส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กเริ่มต้นหรือสิ้นสุด

กฎหมาย Biot-Savart-Laplace และการประยุกต์ในการคำนวณสนามแม่เหล็ก

คุณพ่อได้ศึกษาสนามแม่เหล็กของกระแสตรงรูปทรงต่างๆ อย่างละเอียด นักวิทยาศาสตร์ Biot และ Savard พวกเขาพบว่าในทุกกรณี การเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่จุดใดๆ จะเป็นสัดส่วนกับความแรงของกระแสไฟฟ้า และขึ้นอยู่กับรูปร่าง ขนาดของตัวนำ ตำแหน่งของจุดนี้สัมพันธ์กับตัวนำและสิ่งแวดล้อม

ผลการทดลองเหล่านี้ได้รับการสรุปโดยคุณพ่อ นักคณิตศาสตร์ลาปลาซซึ่งคำนึงถึงธรรมชาติของเวกเตอร์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กและตั้งสมมติฐานว่าการเหนี่ยวนำในแต่ละจุดตามหลักการของการทับซ้อนคือผลรวมเวกเตอร์ของการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กเบื้องต้นที่สร้างขึ้นโดยแต่ละส่วนของตัวนำนี้

ลาปลาซได้กำหนดกฎหมายขึ้นในปี พ.ศ. 2363 ซึ่งเรียกว่ากฎหมาย Biot-Savart-Laplace: แต่ละองค์ประกอบของตัวนำที่มีกระแสไหลอยู่จะสร้างสนามแม่เหล็ก ซึ่งเวกเตอร์การเหนี่ยวนำซึ่ง ณ จุดใดจุดหนึ่ง K จะถูกกำหนดโดยสูตร:

- กฎหมายไบโอต-ซาวาร์ต-ลาปลาซ

จากกฎของไบโอต์-โซวาร์-ลาปลาซ พบว่าทิศทางของเวกเตอร์เกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางของผลิตภัณฑ์เวกเตอร์ ทิศทางเดียวกันนี้กำหนดโดยกฎของสกรูด้านขวา (วงแหวน)

เมื่อพิจารณาแล้วว่า

องค์ประกอบตัวนำร่วมกับกระแส

เวกเตอร์รัศมีเชื่อมต่อกับจุด K;

กฎหมาย Biot-Savart-Laplace มีความสำคัญในทางปฏิบัติเพราะว่า ช่วยให้คุณค้นหาจุดที่กำหนดในอวกาศการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กของกระแสที่ไหลผ่านตัวนำที่มีขนาด จำกัด และรูปร่างโดยพลการ

สำหรับกระแสที่มีรูปร่างไม่แน่นอน การคำนวณดังกล่าวถือเป็นปัญหาทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อน อย่างไรก็ตาม หากการกระจายกระแสมีความสมมาตรที่แน่นอน การประยุกต์ใช้หลักการซ้อนทับร่วมกับกฎไบโอต-ซาวาร์ต-ลาปลาซ จะทำให้สามารถคำนวณสนามแม่เหล็กจำเพาะได้ค่อนข้างง่ายดาย

ลองดูตัวอย่างบางส่วน

ก. สนามแม่เหล็กของตัวนำตรงที่พากระแสไฟฟ้า

สำหรับตัวนำที่มีความยาวจำกัด:

สำหรับตัวนำที่มีความยาวไม่สิ้นสุด:  1 = 0,  2 = 

B. สนามแม่เหล็กที่ศูนย์กลางของกระแสวงกลม:

=90 0 , บาป=1,

ค้นพบจากการทดลองในปี ค.ศ. 1820 ว่าการไหลเวียนในวงปิดรอบระบบกระแสน้ำขนาดใหญ่เป็นสัดส่วนกับผลรวมพีชคณิตของกระแสเหล่านี้ ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วนขึ้นอยู่กับการเลือกระบบหน่วยและใน SI เท่ากับ 1

ค
การไหลเวียนของเวกเตอร์เรียกว่าอินทิกรัลวงปิด

สูตรนี้มีชื่อว่า ทฤษฎีบทการไหลเวียนหรือกฎปัจจุบันทั้งหมด:

การไหลเวียนของเวกเตอร์ความแรงของสนามแม่เหล็กตามวงจรปิดโดยพลการจะเท่ากับผลรวมเชิงพีชคณิตของกระแสขนาดใหญ่ (หรือกระแสรวม) ที่ครอบคลุมโดยวงจรนี้ ของเขา ลักษณะเฉพาะในอวกาศที่ล้อมรอบกระแสน้ำและแม่เหล็กถาวร มีแรงเกิดขึ้น สนาม, เรียกว่า แม่เหล็ก- ความพร้อมใช้งาน แม่เหล็ก สาขาถูกเปิดเผย...

เกี่ยวกับโครงสร้างที่แท้จริงของแม่เหล็กไฟฟ้า สาขาและ ของเขา ลักษณะเฉพาะการแพร่กระจายในรูปของคลื่นระนาบ

บทความ >> ฟิสิกส์

เกี่ยวกับโครงสร้างที่แท้จริงของแม่เหล็กไฟฟ้า สนามและ ของเขา ลักษณะเฉพาะการขยายพันธุ์ในรูปแบบของคลื่นระนาบ...ส่วนประกอบอื่นๆของคลื่นเดียว สาขา: แม่เหล็กไฟฟ้า สนามด้วยส่วนประกอบเวกเตอร์และไฟฟ้า สนามพร้อมส่วนประกอบและ แม่เหล็ก สนามด้วยส่วนประกอบ...

แม่เหล็ก สนามวงจรและการเหนี่ยวนำ

บทคัดย่อ >> ฟิสิกส์

... สาขา- ขั้นพื้นฐาน ลักษณะเฉพาะ แม่เหล็ก สาขาเป็น ของเขาแรงที่กำหนดโดยเวกเตอร์ แม่เหล็กการเหนี่ยวนำ (เวกเตอร์การเหนี่ยวนำ แม่เหล็ก สาขา- ในเอสไอ แม่เหล็ก... มี แม่เหล็กช่วงเวลา. แม่เหล็ก สนามและ ของเขาทิศทางพารามิเตอร์ แม่เหล็กเส้นและ...

แม่เหล็ก สนาม (2)

บทคัดย่อ >> ฟิสิกส์

ส่วนของตัวนำ AB ที่มีกระแสเข้า แม่เหล็ก สนามตั้งฉาก ของเขา แม่เหล็กเส้น เมื่อแสดงในรูป...ค่าจะขึ้นอยู่กับเท่านั้น แม่เหล็ก สาขาและสามารถให้บริการได้ ของเขาเชิงปริมาณ ลักษณะเฉพาะ- ค่านี้รับได้...

แม่เหล็กวัสดุ (2)

บทคัดย่อ >> เศรษฐศาสตร์

วัสดุที่สัมผัสกับ แม่เหล็ก สนามแสดงใน ของเขาการเปลี่ยนแปลงเช่นเดียวกับในสิ่งอื่น ๆ... และหลังจากการหยุดการสัมผัส แม่เหล็ก สาขา.1. ขั้นพื้นฐาน ลักษณะเฉพาะ แม่เหล็กวัสดุคุณสมบัติทางแม่เหล็กของวัสดุมีลักษณะเฉพาะ...

หัวข้อ: สนามแม่เหล็ก

จัดทำโดย: Baygarashev D.M.

ตรวจสอบโดย: Gabdullina A.T.

สนามแม่เหล็ก

หากตัวนำไฟฟ้าขนานสองตัวเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้าเพื่อให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวนำเหล่านั้น ขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแสในตัวนำนั้น ตัวนำจะผลักหรือดึงดูด

คำอธิบายปรากฏการณ์นี้เป็นไปได้จากตำแหน่งของการเกิดขึ้นของสสารชนิดพิเศษรอบตัวนำ - สนามแม่เหล็ก

เรียกว่าแรงที่ตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าโต้ตอบกัน แม่เหล็ก.

สนามแม่เหล็ก- นี้ ชนิดพิเศษลักษณะเฉพาะของวัตถุคือ ผลกระทบต่อประจุไฟฟ้าที่กำลังเคลื่อนที่ ตัวนำที่ไหลผ่าน วัตถุที่มีโมเมนต์แม่เหล็ก โดยมีแรงขึ้นอยู่กับเวกเตอร์ความเร็วประจุ ทิศทางของกระแสในตัวนำ และทิศทางของ ช่วงเวลาแม่เหล็กของร่างกาย

ประวัติศาสตร์ของแม่เหล็กย้อนกลับไปในสมัยโบราณ สู่อารยธรรมโบราณของเอเชียไมเนอร์ มันอยู่ในดินแดนของเอเชียไมเนอร์ในแมกนีเซียที่พบหินซึ่งตัวอย่างเหล่านี้ถูกดึงดูดเข้าหากัน ตามชื่อของพื้นที่ ตัวอย่างดังกล่าวเริ่มถูกเรียกว่า "แม่เหล็ก" แม่เหล็กแท่งหรือรูปเกือกม้ามีปลายสองข้างเรียกว่าขั้ว ในสถานที่นี้มีคุณสมบัติทางแม่เหล็กเด่นชัดที่สุด หากคุณแขวนแม่เหล็กไว้บนเชือก ขั้วหนึ่งจะชี้ไปทางทิศเหนือเสมอ เข็มทิศเป็นไปตามหลักการนี้ ขั้วที่หันหน้าไปทางทิศเหนือของแม่เหล็กแขวนอิสระเรียกว่าขั้วเหนือของแม่เหล็ก (N) ขั้วตรงข้ามเรียกว่าขั้วใต้ (S)

ขั้วแม่เหล็กมีปฏิกิริยาต่อกัน เหมือนขั้วผลักกัน และขั้วแม่เหล็กต่างแม่เหล็กดูดกัน คล้ายกับแนวคิดของสนามไฟฟ้าที่ล้อมรอบประจุไฟฟ้า จึงมีการนำแนวคิดของสนามแม่เหล็กรอบแม่เหล็กมาใช้

ในปี ค.ศ. 1820 เออร์สเตด (ค.ศ. 1777-1851) ค้นพบว่าเข็มแม่เหล็กที่อยู่ติดกับตัวนำไฟฟ้าจะเบี่ยงเบนไปเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวนำ กล่าวคือ สนามแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นรอบๆ ตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน หากเราใช้เฟรมที่มีกระแส สนามแม่เหล็กภายนอกจะมีปฏิกิริยากับสนามแม่เหล็กของเฟรมและมีผลต่อการวางแนว เช่น มีตำแหน่งของเฟรมที่สนามแม่เหล็กภายนอกมีเอฟเฟกต์การหมุนสูงสุด และมีตำแหน่งเมื่อแรงบิดเป็นศูนย์

สนามแม่เหล็ก ณ จุดใดๆ สามารถกำหนดลักษณะได้ด้วยเวกเตอร์ B ซึ่งเรียกว่า เวกเตอร์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กหรือ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กตรงจุด

การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B เป็นเวกเตอร์ ปริมาณทางกายภาพซึ่งเป็นลักษณะความแรงของสนามแม่เหล็กที่จุดหนึ่ง เท่ากับอัตราส่วนของโมเมนต์เชิงกลสูงสุดของแรงที่กระทำต่อเฟรมโดยกระแสที่วางอยู่ในสนามสม่ำเสมอต่อผลคูณของความแรงกระแสในเฟรมและพื้นที่:

ทิศทางของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B ถือเป็นทิศทางของค่าปกติบวกกับเฟรม ซึ่งสัมพันธ์กับกระแสในเฟรมตามกฎของสกรูด้านขวา โดยมีแรงบิดเชิงกลเท่ากับศูนย์

เช่นเดียวกับเส้นความแรงของสนามไฟฟ้าที่แสดงให้เห็น เส้นเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กก็ถูกแสดงให้เห็นเช่นกัน เส้นสนามแม่เหล็กเป็นเส้นจินตภาพ ซึ่งเป็นเส้นสัมผัสกันซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกับทิศทาง B ที่จุดหนึ่ง

ทิศทางของสนามแม่เหล็ก ณ จุดที่กำหนดสามารถกำหนดเป็นทิศทางที่ระบุได้เช่นกัน

ขั้วเหนือของเข็มทิศที่วาง ณ จุดนี้ เชื่อกันว่าเส้นสนามแม่เหล็กมีทิศทางจากขั้วโลกเหนือไปทางทิศใต้

ทิศทางของเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นโดยกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวนำตรงจะถูกกำหนดโดยสว่านหรือกฎสกรูมือขวา ทิศทางของเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กถือเป็นทิศทางการหมุนของหัวสกรู ซึ่งจะทำให้มั่นใจว่ามีการเคลื่อนที่ในทิศทางของกระแสไฟฟ้า (รูปที่ 59)

โดยที่ n01 = 4 พาย 10 -7 V วินาที/(ม.) - ค่าคงที่แม่เหล็ก, R - ระยะทาง, I - ความแรงของกระแสในตัวนำ

ต่างจากเส้นสนามไฟฟ้าสถิตซึ่งเริ่มต้นที่ประจุบวกและสิ้นสุดที่ประจุลบ เส้นสนามแม่เหล็กจะปิดอยู่เสมอ ตรวจไม่พบประจุแม่เหล็กที่คล้ายกับประจุไฟฟ้า

หนึ่งเทสลา (1 T) ถูกนำมาใช้เป็นหน่วยของการเหนี่ยวนำ - การเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอซึ่งแรงบิดเชิงกลสูงสุด 1 N m กระทำบนเฟรมที่มีพื้นที่ 1 m2 ซึ่งกระแสไฟฟ้า 1 กระแส

การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กสามารถกำหนดได้จากแรงที่กระทำต่อตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าในสนามแม่เหล็ก

ตัวนำที่มีกระแสไหลอยู่ในสนามแม่เหล็กจะถูกกระทำโดยแรงแอมแปร์ ซึ่งขนาดจะถูกกำหนดโดยนิพจน์ต่อไปนี้:

โดยที่ฉันคือความแรงในปัจจุบันในตัวนำ ล -ความยาวของตัวนำ B คือขนาดของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก และเป็นมุมระหว่างเวกเตอร์กับทิศทางของกระแส

ทิศทางของแรงแอมแปร์สามารถกำหนดได้โดยกฎมือซ้าย: เราวางฝ่ามือของมือซ้ายเพื่อให้เส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กเข้าสู่ฝ่ามือเราวางนิ้วสี่นิ้วในทิศทางของกระแสในตัวนำจากนั้นจึงงอ นิ้วหัวแม่มือแสดงทิศทางของแรงแอมแปร์

เมื่อพิจารณาว่า I = q 0 nSv และแทนที่นิพจน์นี้ลงใน (3.21) เราจะได้ F = q 0 nSh/B sin ก- จำนวนอนุภาค (N) ในปริมาตรที่กำหนดของตัวนำคือ N = nSl จากนั้น F = q 0 NvB sin ก.

ให้เราพิจารณาแรงที่กระทำโดยสนามแม่เหล็กต่ออนุภาคที่มีประจุแต่ละตัวซึ่งเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก:

แรงนี้เรียกว่าแรงลอเรนซ์ (พ.ศ. 2396-2471) ทิศทางของแรงลอเรนซ์สามารถกำหนดได้ตามกฎของมือซ้าย: เราวางฝ่ามือของมือซ้ายเพื่อให้เส้นการเหนี่ยวนำแม่เหล็กเข้าสู่ฝ่ามือ นิ้วทั้งสี่แสดงทิศทางการเคลื่อนที่ของประจุบวก ขนาดใหญ่ นิ้วที่งอแสดงทิศทางของแรงลอเรนซ์

แรงอันตรกิริยาระหว่างตัวนำไฟฟ้าขนานสองตัวที่มีกระแส I 1 และ I 2 เท่ากับ:

ที่ไหน ล -ส่วนหนึ่งของตัวนำที่อยู่ในสนามแม่เหล็ก หากกระแสอยู่ในทิศทางเดียวกันตัวนำจะดึงดูด (รูปที่ 60) หากอยู่ในทิศทางตรงกันข้ามก็จะผลักกัน แรงที่กระทำต่อตัวนำแต่ละตัวมีขนาดเท่ากันและมีทิศทางตรงกันข้าม สูตร (3.22) เป็นพื้นฐานในการกำหนดหน่วยของกระแส 1 แอมแปร์ (1 A)

คุณสมบัติของแม่เหล็กของสารนั้นมีลักษณะเป็นปริมาณทางกายภาพสเกลาร์ - การซึมผ่านของแม่เหล็กซึ่งแสดงจำนวนครั้งที่การเหนี่ยวนำ B ของสนามแม่เหล็กในสารที่เติมเต็มสนามแม่เหล็กนั้นมีขนาดที่แตกต่างกันจากการเหนี่ยวนำ B 0 ของสนามแม่เหล็กใน สูญญากาศ:

ตามคุณสมบัติทางแม่เหล็ก สารทั้งหมดจะถูกแบ่งออกเป็น ไดอะแมกเนติก, พาราแมกเนติกและ แม่เหล็กไฟฟ้า.

ให้เราพิจารณาธรรมชาติของคุณสมบัติทางแม่เหล็กของสสาร

อิเล็กตรอนในเปลือกอะตอมของสารเคลื่อนที่ในวงโคจรที่ต่างกัน เพื่อให้ง่ายขึ้น เราถือว่าวงโคจรเหล่านี้เป็นวงกลม และอิเล็กตรอนแต่ละตัวที่โคจรรอบนิวเคลียสของอะตอมก็ถือได้ว่าเป็นกระแสไฟฟ้าแบบวงกลม อิเล็กตรอนแต่ละตัวจะสร้างสนามแม่เหล็กซึ่งเราเรียกว่าออร์บิทัลเช่นเดียวกับกระแสวงกลม นอกจากนี้ อิเล็กตรอนในอะตอมยังมีสนามแม่เหล็กของตัวเองเรียกว่าสนามสปิน

หากเมื่อนำเข้าสู่สนามแม่เหล็กภายนอกที่มีการเหนี่ยวนำ B 0 จะเกิดการเหนี่ยวนำ B ขึ้นภายในสาร< В 0 , то такие вещества называются диамагнитными (น< 1).

ใน แม่เหล็กในวัสดุ หากไม่มีสนามแม่เหล็กภายนอก สนามแม่เหล็กของอิเล็กตรอนจะถูกชดเชย และเมื่อพวกมันถูกนำเข้าไปในสนามแม่เหล็ก การเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กของอะตอมจะพุ่งตรงไปที่สนามแม่เหล็กภายนอก วัสดุไดแมกเนติกถูกผลักออกจากสนามแม่เหล็กภายนอก

ยู พาราแมกเนติกวัสดุการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของอิเล็กตรอนในอะตอมไม่ได้รับการชดเชยอย่างสมบูรณ์และอะตอมโดยรวมกลายเป็นเหมือนแม่เหล็กถาวรขนาดเล็ก โดยปกติแล้วแม่เหล็กขนาดเล็กเหล่านี้ในสสารทั้งหมดจะถูกวางทิศทางแบบสุ่ม และการเหนี่ยวนำแม่เหล็กรวมของสนามแม่เหล็กทั้งหมดจะเป็นศูนย์ หากคุณวางพาราแมกเน็ตไว้ในสนามแม่เหล็กภายนอก แม่เหล็กขนาดเล็กทั้งหมด - อะตอมจะเปลี่ยนในสนามแม่เหล็กภายนอกเหมือนเข็มเข็มทิศ และสนามแม่เหล็กในสารจะเพิ่มขึ้น ( n >= 1).

เฟอร์โรแมกเนติกเป็นวัสดุเหล่านั้นซึ่ง n 1. ในวัสดุเฟอร์โรแมกเนติก สิ่งที่เรียกว่าโดเมนจะถูกสร้างขึ้น ซึ่งเป็นบริเวณที่มองเห็นด้วยตาเปล่าของการดึงดูดโดยธรรมชาติ

ในโดเมนที่ต่างกัน การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กมีทิศทางที่แตกต่างกัน (รูปที่ 61) และในผลึกขนาดใหญ่

ตอบแทนซึ่งกันและกัน เมื่อนำตัวอย่างเฟอร์โรแมกเนติกเข้าไปในสนามแม่เหล็กภายนอก ขอบเขตของแต่ละโดเมนจะเปลี่ยนไปเพื่อให้ปริมาตรของโดเมนที่วางตามแนวสนามแม่เหล็กภายนอกเพิ่มขึ้น

ด้วยการเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กภายนอก B 0 เพิ่มขึ้น การเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสารแม่เหล็กจะเพิ่มขึ้น ที่ค่าบางค่า B 0 การเหนี่ยวนำจะหยุดลง เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว- ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าความอิ่มตัวของแม่เหล็ก

คุณลักษณะเฉพาะของวัสดุเฟอร์โรแมกเนติกคือปรากฏการณ์ฮิสเทรีซิสซึ่งประกอบด้วยการพึ่งพาการเหนี่ยวนำที่ไม่ชัดเจนในวัสดุในการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กภายนอกเมื่อมีการเปลี่ยนแปลง

วงแม่เหล็กฮิสเทรีซีสเป็นเส้นโค้งปิด (cdc`d`c) ซึ่งแสดงถึงการพึ่งพาของการเหนี่ยวนำในวัสดุกับความกว้างของการเหนี่ยวนำของสนามภายนอกโดยมีการเปลี่ยนแปลงค่อนข้างช้าเป็นระยะในช่วงหลัง (รูปที่ 62)

ลูปฮิสเทรีซิสมีลักษณะเฉพาะด้วยค่าต่อไปนี้: B s, Br, B c B s - ค่าสูงสุดของการเหนี่ยวนำวัสดุที่ B 0s; ใน r คือการเหนี่ยวนำที่เหลือซึ่งเท่ากับค่าการเหนี่ยวนำในวัสดุเมื่อการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กภายนอกลดลงจาก B 0s เป็นศูนย์ -B c และ B c - แรงบีบบังคับ - ค่าเท่ากับการเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กภายนอกที่จำเป็นในการเปลี่ยนการเหนี่ยวนำในวัสดุจากที่เหลือเป็นศูนย์

สำหรับเฟอร์โรแมกเนติกแต่ละตัวจะมีอุณหภูมิ (จุด Curie (J. Curie, 1859-1906) ซึ่งสูงกว่านั้นเฟอร์โรแมกเนติกจะสูญเสียคุณสมบัติของเฟอร์โรแมกเนติกไป

มีสองวิธีในการทำให้แม่เหล็กเฟอร์โรแม่เหล็กเข้าสู่สถานะล้างอำนาจแม่เหล็ก: ก) ให้ความร้อนเหนือจุดกูรีและทำให้เย็นลง; b) ทำให้วัสดุเป็นแม่เหล็กด้วยสนามแม่เหล็กสลับที่มีแอมพลิจูดลดลงอย่างช้าๆ

แม่เหล็กเฟอร์ริกที่มีการเหนี่ยวนำตกค้างและแรงบีบบังคับต่ำเรียกว่าแม่เหล็กอ่อน โดยพบการใช้งานในอุปกรณ์ที่มักจะต้องทำให้แม่เหล็กเป็นแม่เหล็กใหม่ (แกนของหม้อแปลง เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ฯลฯ)

แม่เหล็กเฟอร์โรแม่เหล็กชนิดแข็งซึ่งมีแรงบีบบังคับสูงถูกนำมาใช้เพื่อสร้างแม่เหล็กถาวร