Mulți dintre voi probabil ați observat că unii magneți creează câmpuri mai puternice în spațiu decât alții. De exemplu, câmpul primului magnet, prezentat în Figura 111, este mai puternic decât al doilea. Într-adevăr, la aceeași distanță față de cuiele împrăștiate pe masă, forța de atracție față de primul magnet s-a dovedit a fi suficientă pentru a depăși forța gravitațională a cuielor, dar forța de atracție față de al doilea nu a fost.
Orez. 111. Câmpul magnetic al primului magnet este mai puternic decât al celui de-al doilea
Care este magnitudinea câmpului magnetic?
- Câmpul magnetic este caracterizat de o mărime fizică vectorială, care este notă cu simbolul B și se numește inducție camp magnetic(sau inducție magnetică)
Să explicăm care este această valoare.
Amintiți-vă că un câmp magnetic poate acționa cu o anumită forță asupra unui conductor purtător de curent plasat în el.
Să plasăm o secțiune dreaptă a conductorului AB cu curent într-un câmp magnetic perpendicular pe liniile sale magnetice (Fig. 112). Cu direcția intensității curentului I în conductorul prezentat în figură și locația polilor magnetului, forța F care acționează asupra conductorului, după regula mâinii stângi, va fi îndreptată în jos. Această forță poate fi determinată prin calcularea greutății greutății care trebuie adăugată la panoul de cântare din dreapta pentru a echilibra forța F.
Orez. 112. Experiență în măsurarea forței care acționează asupra unui conductor purtător de curent plasat într-un câmp magnetic
Experimentele arată că modulul acestei forțe depinde de câmpul magnetic în sine - un magnet mai puternic acționează asupra unui conductor dat cu o forță mai mare. În plus, puterea câmpului magnetic pe conductor este proporțională cu lungimea L a acestui conductor și cu puterea curentului I în el.
Raportul dintre modulul de forță F și lungimea conductorului L și puterea curentului I (adică F / IL) este o valoare constantă. Nu depinde de lungimea conductorului și nici de puterea curentului din acesta. Raportul F/IL depinde numai de câmp și poate servi drept caracteristică cantitativă a acestuia.
Această valoare este luată ca modul al vectorului de inducție magnetică:
- Modulul vectorului de inducție magnetică B este egal cu raportul dintre modulul forței F, cu care câmpul magnetic acționează asupra unui conductor purtător de curent situat perpendicular pe liniile magnetice, cu puterea curentului I din conductor și lungimea acestuia. L
Această formulă poate fi utilizată pentru a determina inducerea unui câmp magnetic uniform.
În SI, unitatea de inducție magnetică se numește tesla (T) după inginerul electric iugoslav Nikola Tesla.
Să stabilim relația dintre unitatea de inducție magnetică și unitățile altor valori SI:
Până acum pentru imagine grafică câmpuri magnetice, am folosit linii, pe care le-am numit condiționat linii magnetice sau linii de câmp magnetic. Nume mai exact linii magnetice- linii de inducție magnetică (sau linii de inducție a câmpului magnetic).
- Liniile de inducție magnetică se numesc linii, tangentele la care în fiecare punct al câmpului coincid cu direcția vectorului de inducție magnetică.
Această definiție a liniilor de inducție magnetică poate fi explicată folosind figura 113. Acesta prezintă un conductor cu curent, situat perpendicular pe planul desenului. Cercul din jurul conductorului este una dintre liniile de inducție a câmpului magnetic creat de curentul care trece prin conductor. Tangentele trasate la acest cerc în orice punct coincid cu vectorul de inducție magnetică.
Orez. 113. Vectorul de inducție magnetică a unui conductor direct cu curent este direcționat tangențial în fiecare punct al câmpului
Acum, folosind termenul „inducție magnetică”, vom numi principalele caracteristici ale câmpurilor magnetice omogene și neomogene.
Într-un câmp magnetic uniform (Fig. 114), vectorul de inducție magnetică B în toate punctele alese arbitrar ale câmpului este același atât ca valoare absolută, cât și ca direcție.
Orez. 114. În toate punctele unui câmp magnetic uniform, vectorul de inducție magnetică B este același în valoare absolută și în direcție
Să comparăm acest câmp cu două câmpuri neomogene: câmpul unui magnet cu bară permanentă (Fig. 115, a) și câmpul unui curent care curge de-a lungul unei secțiuni drepte a conductorului (Fig. 115, b).
Orez. 115. În diferite puncte ale unui câmp magnetic neomogen, vectorul de inducție magnetică poate fi diferit atât ca valoare absolută, cât și ca direcție
Este ușor de observat că în câmpurile neuniforme, spre deosebire de unul uniform, vectorul de inducție magnetică variază de la un punct la altul. De exemplu, în fiecare dintre câmpurile neomogene considerate, la trecerea de la punctul 1 la punctul 2, vectorul de inducție magnetică se modifică modulo, la trecerea de la punctul 1 la punctul 3 - în direcție, la trecerea de la punctul 2 la punctul 3, magneticul vectorul de inducție se modifică ca modulo , precum și în direcție.
Un câmp magnetic se numește omogen dacă inducția magnetică B este aceeași în toate punctele sale. În caz contrar, câmpul se numește neomogen.
Cu cât este mai mare inducția magnetică într-un anumit punct al câmpului, cu atât câmpul va acționa mai multă forță în acest punct asupra unui ac magnetic sau a unui dispozitiv în mișcare. incarcare electrica.
Întrebări
- Cum se numește mărimea vectorială care servește ca caracteristică cantitativă a câmpului magnetic?
- Ce formulă este folosită pentru a determina modulul vectorului de inducție magnetică al unui câmp magnetic uniform?
- Ce se numesc linii de inducție magnetică?
- În ce caz câmpul magnetic este numit omogen și în ce caz - neomogen?
- Cum depinde forța care acționează într-un punct dat al câmpului magnetic asupra unui ac magnetic sau a unei sarcini în mișcare de inducția magnetică în acest punct?
Exercițiul 34
- Un conductor drept este plasat într-un câmp magnetic uniform perpendicular pe liniile de inducție magnetică, prin care trece curentul. Curentul în conductor este de 4 A. Să se determine inducerea acestui câmp dacă acţionează cu o forţă de 0,2 N la fiecare 10 cm din lungimea conductorului.
- Un conductor cu curent a fost plasat într-un câmp magnetic uniform perpendicular pe liniile de inducție magnetică B. După un timp, curentul din conductor a fost redus de 2 ori. A schimbat aceasta inducția B a câmpului magnetic în care a fost plasat conductorul? Scăderea curentului a fost însoțită de o modificare a unei alte mărimi fizice? Dacă da, care este această valoare și cum s-a schimbat?
UN CÂMP MAGNETIC
Conform teoriei câmpului, interacțiunea magnetică a sarcinilor electrice în mișcare este explicată după cum urmează: orice sarcină electrică în mișcare creează un câmp magnetic în spațiul înconjurător care poate acționa asupra altor sarcini electrice în mișcare.
B este o mărime fizică care este o forță caracteristică câmpului magnetic. Se numește inducție magnetică (sau inducție a câmpului magnetic).
Inductie magnetica- cantitatea vectorială. Modulul vectorului de inducție magnetică este egal cu raportul dintre valoarea maximă a forței Ampère care acționează asupra unui conductor drept care poartă curent și puterea curentului din conductor și lungimea acestuia:
Unitatea de inducție magnetică. ÎN sistem international unități pe unitatea de inducție magnetică este inducția unui astfel de câmp magnetic în care pentru fiecare metru de lungime a conductorului la un curent de 1 A acționează forța maximă Ampere de 1 N. Această unitate se numește tesla (abreviat: T ), în onoarea remarcabilului fizician iugoslav N. Tesla:
FORTA LORENTZ
Mișcarea unui conductor cu curent într-un câmp magnetic arată că câmpul magnetic acționează asupra sarcinilor electrice în mișcare. Forța de amperi acționează asupra conductorului F A \u003d IBlsin a, iar forța Lorentz acționează asupra sarcinii în mișcare:
Unde A- unghiul dintre vectorii B şi v.
Mișcarea particulelor încărcate într-un câmp magnetic. Într-un câmp magnetic uniform, o particulă încărcată care se mișcă cu o viteză perpendiculară pe liniile de inducție a câmpului magnetic este supusă unei forțe m, constantă în valoare absolută și direcționată perpendicular pe vectorul viteză.Sub acțiunea unei forțe magnetice, particula capătă o accelerație, al cărei modul este egal cu:
Într-un câmp magnetic uniform, această particulă se mișcă într-un cerc. Raza de curbură a traiectoriei de-a lungul căreia se mișcă particula este determinată din condiția de unde urmează,
Raza de curbură a traiectoriei este o valoare constantă, deoarece forța perpendiculară pe vectorul viteză își schimbă doar direcția, dar nu și modulul. Și asta înseamnă că această traiectorie este un cerc.
Perioada de revoluție a unei particule într-un câmp magnetic uniform este:
Ultima expresie arată că perioada de revoluție a unei particule într-un câmp magnetic uniform nu depinde de viteza și raza traiectoriei mișcării sale.
Dacă tensiune câmp electric este zero, atunci forța Lorentz l este egală cu forța magnetică m:
INDUCTIE ELECTROMAGNETICA
Fenomenul de inducție electromagnetică a fost descoperit de Faraday, care a stabilit că un curent electric ia naștere într-un circuit conductor închis, cu orice modificare a câmpului magnetic pătrunzând în circuit.
FLUX MAGNETIC
flux magnetic F(flux de inducție magnetică) printr-o suprafață cu o zonă S- o valoare egală cu produsul dintre modulul vectorului de inducție magnetică și aria Sși cosinusul unghiului Aîntre vector și normala la suprafață:
F=BScos
În SI, unitatea de măsură a fluxului magnetic este 1 Weber (Wb) - flux magnetic printr-o suprafață de 1 m 2 situată perpendicular pe direcția unui câmp magnetic uniform, a cărui inducție este de 1 T:
Inductie electromagnetica- fenomen de apariţie curent electricîntr-un circuit conductor închis cu orice modificare a fluxului magnetic care pătrunde în circuit.
Apărând într-un circuit închis, curentul de inducție are o astfel de direcție încât câmpul său magnetic contracarează modificarea fluxului magnetic de care este cauzat (regula lui Lenz).
LEGEA INDUCȚIEI ELECTROMAGNETICE
Experimentele lui Faraday au arătat că puterea curentului inductiv I i într-un circuit conductor este direct proporțională cu rata de modificare a numărului de linii de inducție magnetică care pătrund în suprafața delimitată de acest circuit.
Prin urmare, puterea curentului de inducție este proporțională cu viteza de schimbare a fluxului magnetic prin suprafața delimitată de contur:
Se știe că dacă în circuit apare un curent, aceasta înseamnă că sarcinile libere ale conductorului sunt afectate de forțe exterioare. Lucrul acestor forțe pentru a muta o sarcină unitară de-a lungul unei bucle închise se numește forță electromotoare (EMF). Aflați EMF de inducție ε i .
Conform legii lui Ohm pentru un circuit închis
Deoarece R nu depinde de , atunci
FEM de inducție coincide în direcție cu curentul indus, iar acest curent, în conformitate cu regula Lenz, este direcționat astfel încât fluxul magnetic creat de acesta să contracareze modificarea fluxului magnetic extern.
Legea inducției electromagnetice
FEM de inducție într-un circuit închis este egală cu viteza de modificare a fluxului magnetic care pătrunde în circuit, luată cu semnul opus:
AUTOINDUCEREA. INDUCTANŢĂ
Experiența arată că fluxul magnetic F, asociat cu circuitul, este direct proporțional cu puterea curentului din acest circuit:
F \u003d L * I .
Inductanța buclei L- coeficient de proporţionalitate între curentul care trece prin circuit şi fluxul magnetic creat de acesta.
Inductanța unui conductor depinde de forma, dimensiunea și proprietățile mediului.
autoinducere- fenomenul de apariție a inducției EMF în circuit atunci când fluxul magnetic se modifică, cauzat de o modificare a curentului care trece prin circuitul propriu-zis.
Auto-inducere - caz special inductie electromagnetica.
Inductanță - o valoare egală numeric cu Auto-inducție EMF, care apar în circuit atunci când puterea curentului din acesta se modifică în funcție de unitate pe unitatea de timp. În SI, inductanța unui astfel de conductor este luată ca unitate de inductanță, în care, atunci când puterea curentului se modifică cu 1 A, apare în 1 s un EMF de autoinducție de 1 V. Această unitate se numește henry (H ):
ENERGIA CÂMPULUI MAGNETIC
Fenomenul de autoinducere este analog cu fenomenul de inerție. Inductanța joacă același rol cu o modificare a curentului ca și masa cu o schimbare a vitezei unui corp. Viteza este analogă cu curentul.
Deci, energia câmpului magnetic al curentului poate fi considerată o valoare similară cu energia cinetică a corpului:
Să presupunem că după ce bobina este deconectată de la sursă, curentul din circuit scade cu timpul conform unei legi liniare.
EMF de auto-inducție în acest caz are o valoare constantă:
unde I este valoarea inițială a curentului, t este intervalul de timp în care curentul scade de la I la 0.
În timpul t, o sarcină electrică trece prin circuit q = I cp t. Deoarece I cp = (I + 0)/2 = I/2, apoi q=It/2. Prin urmare, lucrul unui curent electric:
Acest lucru se realizează datorită energiei câmpului magnetic al bobinei. Deci primim din nou:
Exemplu. Determinați energia câmpului magnetic al bobinei, în care la un curent de 7,5 A fluxul magnetic este de 2,3 * 10 -3 Wb. Cum se va schimba energia câmpului dacă curentul este redus la jumătate?
Energia câmpului magnetic al bobinei W 1 = LI 1 2 /2. Prin definiție, inductanța bobinei L \u003d F / I 1. Prin urmare,
Cuplul care acționează asupra unei bobine într-un câmp magnetic este proporțional cu puterea curentului din ea:
Mmax ~eu vit,
iar cuplul maxim care acționează asupra unei bobine într-un câmp magnetic este proporțional cu aria sa:
Mmax ~S vit.
Raportul valorilor proporționale este întotdeauna o valoare constantă. De aceea
M max / (eu vit.S vit) =b.
B este modul de inducție magnetică. Determină efectul de forță al câmpului magnetic asupra bobinei și nu depinde de caracteristicile contorului (bobinei).
Modul de inducție magnetică este egal cu raportul dintre cuplul maxim care acționează într-un câmp magnetic pe o bobină purtătoare de curent și produsul dintre curentul din bobină și aria acesteia.
În practică, se folosește adesea un cadru dreptunghiular cu curent. Acest lucru nu modifică rezultatele măsurătorilor.
Pentru măsurare inducție magnetică se folosește o unitate, care se numește tesla (Tl). Această unitate poartă numele celebrului om de știință și inventator sârb Nikola Tesla.
Nikola Tesla (1856-1943), originar din Serbia, inventator în domeniul ingineriei electrice și radio. Lucrând ca inginer la întreprinderi din Ungaria, Franța, SUA, a dat o definiție științifică clară a câmpului magnetic rotativ; a creat motoare cu curent alternativ multifazic și sisteme de transmisie a puterii multifazate; au dezvoltat sisteme de dispozitive radiocontrolate: a inventat un contor electric, un contor de frecvență; a propus principiul de funcționare a unui dispozitiv pentru detectarea radio a submarinelor.
Pe baza definiției inducției magnetice, putem scrie:
1 T \u003d 1 N.m / 1 A.m 2 \u003d 1 N / (A.m).
În practică, se folosesc și unități mai mici:
1 millitesla \u003d 1 mT \u003d 10 -3 T.
1 microtesla = 1 µT = 10 -6 T.
În practică, valorile inducției magnetice sunt măsurate de dispozitive numite indicatori de inducție magnetică, sau magnetometre(Fig. 6.9). Principiul funcționării lor se bazează pe diverse manifestări ale acțiunii unui câmp magnetic asupra unui conductor purtător de curent sau asupra unei substanțe. Completate de dispozitive electronice speciale, aceste dispozitive permit măsurători de valori foarte mici ale inducției magnetice.
În multe cazuri, în loc de măsurători, se folosesc formule care leagă caracteristicile câmpului magnetic de caracteristicile conductorului. Un astfel de exemplu ar putea fi calculul modul de inducție magnetică a unui conductor direct cu curent. Studiile experimentale arată că inducerea magnetică a câmpului unui conductor direct proporțional cu puterea curentului din acesta și invers proporțional cu distanța de la conductor până la punctul investigat al câmpului:
B=k .eu /r.material de pe site
Inducția magnetică a unui conductor direct cu curent proporțional cu puterea curentului din acesta și invers proporțional cu distanța de la conductor până la punctul de observație.
Coeficientul de proporționalitate depinde de alegerea sistemului de unități de măsură. În Sistemul Internațional de Unități (SI), are valoarea
k = μ 0 / 2π,
Unde μ 0 - constantă magnetică, a cărei valoare este 12,56. 10 -7 N/A 2 .
Apoi, în sfârșit, pentru calcule modul de inducție magnetică a câmpului unui conductor direct obținem formula
B=μ 0 I/2π r,
Unde eu- puterea curentului în conductor; r este distanța de la un punct dat al câmpului până la conductor; μ 0 este constanta magnetică.
Pe această pagină, material pe teme:
Mărimi electrodinamice
Rezolvarea problemelor pe tema „magnetic
Determinarea modulului de inducție magnetică
Întrebări despre acest articol: