במשך זמן רב, השדה המגנטי עורר שאלות רבות בבני אדם, אך גם כעת הוא נותר תופעה ידועה מעט. מדענים רבים ניסו לחקור את מאפייניו ותכונותיו, כי היתרונות והפוטנציאל של השימוש בתחום היו עובדות שאין עליהן עוררין.

בוא נעשה הכל בסדר. אז איך כל שדה מגנטי פועל ויוצר? נכון, זרם חשמלי. והזרם, לפי ספרי הלימוד בפיזיקה, הוא זרם של חלקיקים טעונים עם כיוון, לא? לכן, כאשר זרם עובר דרך מוליך כלשהו, ​​סוג מסוים של חומר מתחיל לפעול סביבו - שדה מגנטי. השדה המגנטי יכול להיווצר על ידי הזרם של חלקיקים טעונים או על ידי המומנטים המגנטיים של אלקטרונים באטומים. כעת לשדה ולחומר הזה יש אנרגיה, אנו רואים אותה בכוחות אלקטרומגנטיים שיכולים להשפיע על הזרם והמטענים שלו. השדה המגנטי מתחיל לפעול על זרימת החלקיקים הטעונים, והם משנים את כיוון התנועה הראשוני בניצב לשדה עצמו.

שדה מגנטי נוסף יכול להיקרא אלקטרודינמי, מכיוון שהוא נוצר ליד חלקיקים נעים ומשפיע רק על חלקיקים נעים. ובכן, הוא דינמי בשל העובדה שיש לו מבנה מיוחד בביון מסתובב באזור של חלל. מטען נע חשמלי רגיל יכול לגרום להם להסתובב ולנוע. הביונים מעבירים כל אינטראקציה אפשרית באזור זה של החלל. לכן, המטען הנע מושך קוטב אחד מכל הביונים וגורם להם להסתובב. רק הוא יכול להוציא אותם ממצב של מנוחה, שום דבר אחר, כי כוחות אחרים לא יוכלו להשפיע עליהם.

בשדה חשמלי נמצאים חלקיקים טעונים שנעים מהר מאוד ויכולים לעבור 300,000 ק"מ בשנייה בלבד. לאור יש אותה מהירות. אין שדה מגנטי ללא מטען חשמלי. המשמעות היא שהחלקיקים קשורים זה לזה באופן הדוק בצורה מדהימה ומתקיימים בשדה אלקטרומגנטי משותף. כלומר, אם יהיו שינויים כלשהם בשדה המגנטי, אז יהיו שינויים בשדה החשמלי. גם החוק הזה הפוך.

אנחנו מדברים הרבה על השדה המגנטי כאן, אבל איך אתה יכול לדמיין את זה? אנחנו לא יכולים לראות את זה בעין האדם שלנו. יתרה מכך, בשל ההתפשטות המהירה להפליא של השדה, אין לנו זמן לתקן אותו בעזרת מכשירים שונים. אבל כדי ללמוד משהו, צריך שיהיה לו לפחות מושג כלשהו לגביו. לעתים קרובות יש צורך גם לתאר את השדה המגנטי בתרשימים. על מנת להקל על הבנתו, מציירים קווי שדה מותנים. מאיפה הם הביאו אותם? הם הומצאו מסיבה כלשהי.

בואו ננסה לראות את השדה המגנטי בעזרת סיבי מתכת קטנים ומגנט רגיל. שפכו את הנסורת הללו על משטח שטוח והכניסו אותם לפעולה שדה מגנטי. אחר כך נראה שהם יזוזו, יסתובבו ויתישרו בתבנית או תבנית. התמונה המתקבלת תציג את ההשפעה המשוערת של כוחות בשדה מגנטי. כל הכוחות ובהתאם לכך קווי הכוח רציפים וסגורים במקום הזה.

למחט המגנטית מאפיינים ומאפיינים דומים למצפן ומשמשת לקביעת כיוון קווי הכוח. אם הוא נופל לאזור הפעולה של שדה מגנטי, נוכל לראות את כיוון פעולת הכוחות לפי הקוטב הצפוני שלו. לאחר מכן נפרט מספר מסקנות מכאן: החלק העליון של מגנט קבוע רגיל, שממנו בוקעים קווי הכוח, מסומן על ידי הקוטב הצפוני של המגנט. ואילו הקוטב הדרומי מציין את הנקודה שבה הכוחות סגורים. ובכן, קווי הכוח בתוך המגנט אינם מודגשים בתרשים.

השדה המגנטי, תכונותיו ומאפייניו נמצאים בשימוש נרחב למדי, כי בבעיות רבות יש לקחת אותו בחשבון וללמוד אותו. זוהי התופעה החשובה ביותר במדע הפיזיקה. דברים מורכבים יותר קשורים אליו באופן בלתי נפרד, כמו חדירות מגנטית ואינדוקציה. כדי להסביר את כל הסיבות להופעת שדה מגנטי, יש להסתמך על עובדות ואישורים מדעיים אמיתיים. אחרת, בבעיות מורכבות יותר, הגישה השגויה עלולה להפר את שלמות התיאוריה.

עכשיו בואו ניתן דוגמאות. כולנו מכירים את הכוכב שלנו. אתה אומר שאין לו שדה מגנטי? אולי אתה צודק, אבל מדענים אומרים שהתהליכים והאינטראקציות בתוך ליבת כדור הארץ יוצרים שדה מגנטי עצום שנמתח לאורך אלפי קילומטרים. אבל לכל שדה מגנטי חייב להיות הקטבים שלו. והם קיימים, רק ממוקמים קצת רחוק מהקוטב הגיאוגרפי. איך אנחנו מרגישים את זה? למשל, ציפורים פיתחו יכולות ניווט, והן מכוונות את עצמן, במיוחד, לפי השדה המגנטי. אז, בעזרתו, האווזים מגיעים בשלום ללפלנד. גם מכשירי ניווט מיוחדים משתמשים בתופעה זו.

שדה מגנטי ומאפייניו. כאשר זרם חשמלי עובר דרך מוליך, א שדה מגנטי. שדה מגנטי הוא אחד מסוגי החומר. יש לו אנרגיה, המתבטאת בצורה של כוחות אלקטרומגנטיים הפועלים על חלקים נעים בודדים. מטענים חשמליים(אלקטרונים ויונים) והזרימות שלהם, כלומר זרם חשמלי. בהשפעת כוחות אלקטרומגנטיים, חלקיקים טעונים נעים סוטים מנתיבם המקורי בכיוון הניצב לשדה (איור 34). השדה המגנטי נוצררק סביב מטענים חשמליים נעים, ופעולתו משתרעת גם רק על מטענים נעים. שדות מגנטיים וחשמלייםבלתי נפרדים ויוצרים יחד יחיד שדה אלקרומגנטי. כל שינוי שדה חשמלימוביל להופעת שדה מגנטי ולהפך, כל שינוי בשדה המגנטי מלווה בהופעת שדה חשמלי. שדה אלקרומגנטימתפשט במהירות האור, כלומר 300,000 קמ"ש.

ייצוג גרפי של השדה המגנטי.מבחינה גרפית, השדה המגנטי מיוצג על ידי קווי כוח מגנטיים, אשר מצוירים כך שכיוון קו הכוח בכל נקודה של השדה חופף לכיוון כוחות השדה; קווי שדה מגנטי הם תמיד רציפים וסגורים. ניתן לקבוע את כיוון השדה המגנטי בכל נקודה באמצעות מחט מגנטית. הקוטב הצפוני של החץ מוגדר תמיד לכיוון כוחות השדה. קצה המגנט הקבוע, ממנו יוצאים קווי הכוח (איור 35, א), נחשב לקוטב הצפוני, והקצה הנגדי, הכולל את קווי הכוח, הוא הקוטב הדרומי (הקווים). הכוח העובר בתוך המגנט אינם מוצגים). ניתן לזהות את חלוקת קווי הכוח בין הקטבים של מגנט שטוח באמצעות סיבי פלדה המפוזרים על דף נייר המונח על הקטבים (איור 35, ב). השדה המגנטי במרווח האוויר בין שני קטבים מנוגדים מקבילים של מגנט קבוע מאופיין בחלוקה אחידה של קווי כוח מגנטיים (איור 36) (לא מוצגים קווי שדה העוברים בתוך המגנט).

אורז. 37. שטף מגנטי חודר לסליל במאונך (א) ונוטה (ב) במיקומיו ביחס לכיוון קווי הכוח המגנטיים.

עבור ייצוג חזותי יותר של השדה המגנטי, קווי הכוח ממוקמים בתדירות נמוכה יותר או עבים יותר. באותם מקומות שבהם התפקיד המגנטי חזק יותר, קווי הכוח ממוקמים קרוב יותר זה לזה, באותו מקום שבו הוא חלש יותר, רחוק יותר. קווי הכוח אינם מצטלבים בשום מקום.

במקרים רבים, נוח להתייחס לקווי כוח מגנטיים ככמה חוטים מתוחים אלסטיים הנוטים להתכווץ וגם לדחות זה את זה (יש להם התרחבות רוחבית הדדית). ייצוג מכני כזה של קווי הכוח מאפשר להסביר בבירור את הופעת כוחות אלקטרומגנטיים במהלך האינטראקציה של שדה מגנטי ומוליך עם זרם, כמו גם שני שדות מגנטיים.

המאפיינים העיקריים של שדה מגנטי הם אינדוקציה מגנטית, שטף מגנטי, חדירות מגנטית וחוזק שדה מגנטי.

אינדוקציה מגנטית ושטף מגנטי.עוצמת השדה המגנטי, כלומר יכולתו לבצע עבודה, נקבעת על ידי כמות הנקראת אינדוקציה מגנטית. ככל שהשדה המגנטי שנוצר על ידי מגנט קבוע או אלקטרומגנט חזק יותר, כך האינדוקציה שלו גדולה יותר. ניתן לאפיין אינדוקציה מגנטית B בצפיפות של קווי כוח מגנטיים, כלומר, מספר קווי הכוח העוברים דרך שטח של 1 מ"ר או 1 ס"מ 2 הממוקם בניצב לשדה המגנטי. הבחנה בין שדות מגנטיים הומוגניים ובלתי הומוגניים. בשדה מגנטי אחיד, להשראה המגנטית בכל נקודה של השדה יש ​​אותו ערך וכיוון. השדה במרווח האוויר בין הקטבים המנוגדים של מגנט או אלקטרומגנט (ראה איור 36) יכול להיחשב הומוגני במרחק מסוים מהקצוות שלו. השטף המגנטי Ф העובר דרך כל משטח נקבע על ידי מספר כוללקווי שדה מגנטי חודרים למשטח זה, למשל, סליל 1 (איור 37, א), לפיכך, בשדה מגנטי אחיד

F = BS (40)

כאשר S הוא שטח החתך של פני השטח שדרכו עוברים קווי הכוח המגנטיים. מכאן נובע שבשדה כזה האינדוקציה המגנטית שווה לשטף חלקי שטח החתך S:

ב = ו/S (41)

אם משטח כלשהו נוטה ביחס לכיוון של קווי השדה המגנטי (איור 37, ב), אז השטף החודר אליו יהיה קטן יותר מאשר כאשר הוא מאונך, כלומר Ф 2 יהיה פחות מ Ф 1.

במערכת SI של יחידות, השטף המגנטי נמדד בווברים (Wb), ליחידה זו יש את הממד V * s (וולט-שנייה). אינדוקציה מגנטית במערכת SI של יחידות נמדדת בטסלות (T); 1 T \u003d 1 Wb / m 2.

חדירות מגנטית.אינדוקציה מגנטית תלויה לא רק בעוצמת הזרם העובר דרך מוליך או סליל ישר, אלא גם בתכונות המדיום שבו נוצר השדה המגנטי. הכמות המאפיינת את התכונות המגנטיות של המדיום היא החדירות המגנטית המוחלטת? א. היחידה שלו היא הנרי למטר (1 H/m = 1 Ohm*s/m).
בתווך עם חדירות מגנטית גדולה יותר, זרם חשמלי בעוצמה מסוימת יוצר שדה מגנטי עם אינדוקציה גדולה יותר. נקבע כי לחדירות המגנטית של האוויר ושל כל החומרים, למעט חומרים פרומגנטיים (ראה סעיף 18), יש בערך אותו ערך כמו החדירות המגנטית של ואקום. החדירות המגנטית המוחלטת של ואקום נקראת הקבוע המגנטי, ? o \u003d 4? * 10 -7 Gn / m. החדירות המגנטית של חומרים פרומגנטיים גדולה באלפי ואף עשרות אלפי מונים מהחדירות המגנטית של חומרים לא פרומגנטיים. יחס חדירות? וכל חומר לחדירות המגנטית של ואקום? o נקראת חדירות מגנטית יחסית:

? = ? א /? O (42)

כוח שדה מגנטי. מתח ואינו תלוי תכונות מגנטיותסביבה, אך לוקח בחשבון את השפעת עוצמת הזרם וצורת המוליכים על עוצמת השדה המגנטי בנקודה נתונה בחלל. אינדוקציה מגנטית ועוצמה קשורות בקשר

H=B/? a = b/(?? o) (43)

כתוצאה מכך, במדיום עם חדירות מגנטית קבועה, השראת השדה המגנטי פרופורציונלית לעוצמתו.
עוצמת השדה המגנטי נמדדת באמפר למטר (A/m) או אמפר לסנטימטר (A/cm).

בואו נבין ביחד מהו שדה מגנטי. הרי הרבה אנשים חיים בתחום הזה כל חייהם ואפילו לא חושבים על זה. הגיע הזמן לתקן את זה!

שדה מגנטי

שדה מגנטי – סוג מיוחדחוֹמֶר. זה מתבטא בפעולה על מטענים חשמליים נעים וגופים שיש להם מומנט מגנטי משלהם (מגנטים קבועים).

חשוב: שדה מגנטי אינו פועל על מטענים נייחים! שדה מגנטי נוצר גם על ידי הזזת מטענים חשמליים, או על ידי שדה חשמלי משתנה בזמן, או על ידי המומנטים המגנטיים של אלקטרונים באטומים. כלומר, כל חוט שדרכו זורם זרם הופך גם הוא למגנט!

גוף שיש לו שדה מגנטי משלו.

למגנט יש קטבים הנקראים צפון ודרום. הכינויים "צפוני" ו"דרומי" ניתנים רק מטעמי נוחות (כ"פלוס" ו"מינוס" בחשמל).

השדה המגנטי מיוצג על ידי כוח קווים מגנטיים. קווי הכוח הם רציפים וסגורים, וכיוונם תמיד עולה בקנה אחד עם כיוון כוחות השדה. אם שברי מתכת מפוזרים סביב מגנט קבוע, חלקיקי המתכת יציגו תמונה ברורה של קווי השדה המגנטי היוצאים מהצפון ונכנסים לקוטב הדרומי. מאפיין גרפי של השדה המגנטי - קווי כוח.

מאפייני שדה מגנטי

המאפיינים העיקריים של השדה המגנטי הם אינדוקציה מגנטית, שטף מגנטיו חדירות מגנטית. אבל בואו נדבר על הכל לפי הסדר.

מיד נציין שכל יחידות המדידה ניתנות במערכת סִי.

אינדוקציה מגנטית ב - וקטור כמות פיסית, שהוא מאפיין ההספק העיקרי של השדה המגנטי. מסומן במכתב ב . יחידת המדידה של אינדוקציה מגנטית - טסלה (תל).

אינדוקציה מגנטית מציינת כמה חזק שדה על ידי קביעת הכוח שבו הוא פועל על מטען. הכוח הזה נקרא כוח לורנץ.

כאן ש - לחייב, v - המהירות שלו בשדה מגנטי, ב - אינדוקציה, ו הוא כוח לורנץ שבו פועל השדה על המטען.

ו- כמות פיזיקלית השווה למכפלת האינדוקציה המגנטית לפי שטח קו המתאר והקוסינוס בין וקטור האינדוקציה לנורמלי למישור המתאר שדרכו עוברת הזרימה. שטף מגנטי הוא מאפיין סקלרי של שדה מגנטי.

אנו יכולים לומר שהשטף המגנטי מאפיין את מספר קווי האינדוקציה המגנטיים החודרים ליחידת שטח. השטף המגנטי נמדד ב Weberach (WB).

חדירות מגנטיתהוא המקדם שקובע את התכונות המגנטיות של המדיום. אחד הפרמטרים שבהם תלויה ההשראה המגנטית של השדה הוא החדירות המגנטית.

כוכב הלכת שלנו היה מגנט ענק כבר כמה מיליארדי שנים. אינדוקציה של השדה המגנטי של כדור הארץ משתנה בהתאם לקואורדינטות. בקו המשווה הוא בערך 3.1 כפול 10 בחזקת מינוס חמישית של טסלה. בנוסף, ישנן חריגות מגנטיות, שבהן הערך והכיוון של השדה שונים באופן משמעותי מהאזורים הסמוכים. אחת החריגות המגנטיות הגדולות ביותר על פני כדור הארץ - קורסקו אנומליה מגנטית ברזילאית.

מקור השדה המגנטי של כדור הארץ הוא עדיין בגדר תעלומה למדענים. ההנחה היא שמקור השדה הוא ליבת המתכת הנוזלית של כדור הארץ. הליבה נעה, כלומר סגסוגת הברזל-ניקל המותכת נעה, ותנועת החלקיקים הטעונים היא הזרם החשמלי שיוצר את השדה המגנטי. הבעיה היא שהתיאוריה הזו גאודינמו) אינו מסביר כיצד השדה נשמר יציב.

כדור הארץ הוא דיפול מגנטי ענק.הקטבים המגנטיים אינם עולים בקנה אחד עם אלו הגיאוגרפיים, למרות שהם נמצאים בסמיכות. יתר על כן, הקטבים המגנטיים של כדור הארץ נעים. העקירה שלהם מתועדת מאז 1885. לדוגמה, במהלך מאה השנים האחרונות, הקוטב המגנטי בחצי הכדור הדרומי הוסט בכמעט 900 קילומטרים והוא נמצא כעת באוקיינוס ​​הדרומי. הקוטב של חצי הכדור הארקטי נע על פני האוקיינוס ​​הארקטי לעבר האנומליה המגנטית המזרח סיבירית, מהירות תנועתו (לפי נתוני 2004) הייתה כ-60 קילומטרים בשנה. כעת יש האצה בתנועת העמודים - בממוצע המהירות גדלה ב-3 קילומטרים בשנה.

מהי משמעות השדה המגנטי של כדור הארץ עבורנו?קודם כל, השדה המגנטי של כדור הארץ מגן על כדור הארץ מפני קרניים קוסמיות ורוח השמש. חלקיקים טעונים מהחלל העמוק אינם נופלים ישירות אל הקרקע, אלא מוסטים על ידי מגנט ענק ונעים לאורך קווי הכוח שלו. לפיכך, כל היצורים החיים מוגנים מפני קרינה מזיקה.

במהלך ההיסטוריה של כדור הארץ, היו כמה היפוכים(שינויים) של קטבים מגנטיים. היפוך קוטבזה כשהם מחליפים מקום. פעם אחרונהתופעה זו התרחשה לפני כ-800 אלף שנה, והיו יותר מ-400 היפוכים גיאומגנטיים בהיסטוריה של כדור הארץ. ישנם מדענים המאמינים כי לאור האצה הנצפית של תנועת הקטבים המגנטיים, יש לצפות להיפוך הקוטב הבא ב- אלפי השנים הבאות.

למרבה המזל, לא צפוי היפוך קטבים במאה שלנו. אז אתה יכול לחשוב על הנעים וליהנות מהחיים בשדה הקבוע הישן והטוב של כדור הארץ, לאחר שקלט את המאפיינים והמאפיינים העיקריים של השדה המגנטי. וכדי שתוכלו לעשות זאת, יש את המחברים שלנו, שניתן להפקיד בהם חלק מהצרות החינוכיות בביטחון בהצלחה! ושאר סוגי עבודות ניתן להזמין בקישור.

ידוע כי השדה המגנטי נמצא בשימוש נרחב בחיי היומיום, בעבודה ובתוך מחקר מדעי. די למנות מכשירים כמו אלטרנטורים, מנועים חשמליים, ממסרים, מאיצי חלקיקים וחיישנים שונים. הבה נבחן ביתר פירוט מהו שדה מגנטי וכיצד הוא נוצר.

מהו שדה מגנטי - הגדרה

שדה מגנטי הוא שדה כוח הפועל על חלקיקים טעונים נעים. גודל השדה המגנטי תלוי בקצב השינוי שלו. על פי תכונה זו, מבחינים בין שני סוגים של שדה מגנטי: דינמי וכבידה.

השדה המגנטי הכבידתי נוצר רק ליד חלקיקים יסודיים ונוצר בהתאם לתכונות המבנה שלהם. המקורות של שדה מגנטי דינמי הם מטענים חשמליים נעים או גופים טעונים, מוליכים נושאי זרם, כמו גם חומרים ממוגנטים.

מאפייני שדה מגנטי

המדען הצרפתי הגדול אנדרה אמפר הצליח לגלות שתי תכונות בסיסיות של השדה המגנטי:

1. ההבדל העיקרי בין שדה מגנטי לשדה חשמלי והתכונה העיקרית שלו היא שהוא יחסי. אם תיקחו גוף טעון, משאירים אותו ללא תנועה בכל מסגרת התייחסות ומניחים מחט מגנטית בקרבת מקום, הוא יצביע, כרגיל, צפונה. כלומר, הוא לא יזהה שום שדה מלבד זה של כדור הארץ. אם מתחילים להזיז את הגוף הטעון הזה ביחס לחץ, אז הוא יתחיל להסתובב - זה מעיד שכאשר הגוף הטעון זז, נוצר גם שדה מגנטי, בנוסף לזה החשמלי. לפיכך, שדה מגנטי מופיע אם ורק אם יש מטען נע.
2. השדה המגנטי פועל על זרם חשמלי אחר. אז, אתה יכול לזהות את זה על ידי מעקב אחר התנועה של חלקיקים טעונים - בשדה מגנטי הם יסטו, מוליכים עם זרם ינועו, המסגרת עם הזרם תסתובב, חומרים ממוגנטים יעברו. כאן עלינו להיזכר במחט המצפן המגנטי, שצוירה בדרך כלל צבע כחול- זו רק חתיכת ברזל ממוגנט. הוא תמיד מצביע צפונה כי לכדור הארץ יש שדה מגנטי. כוכב הלכת שלנו כולו הוא מגנט ענק: החגורה המגנטית הדרומית ממוקמת בקוטב הצפוני, והקוטב המגנטי הצפוני ממוקם בקוטב הגיאוגרפי הדרומי.

בנוסף, המאפיינים של השדה המגנטי כוללים את המאפיינים הבאים:

1. עוצמת השדה המגנטי מתוארת באינדוקציה מגנטית – זוהי כמות וקטורית הקובעת את העוצמה שבה משפיע השדה המגנטי על מטענים נעים.
2. השדה המגנטי יכול להיות מסוג קבוע ומשתנה. הראשון נוצר על ידי שדה חשמלי שאינו משתנה בזמן, ההשראה של שדה כזה גם היא ללא שינוי. השני נוצר לרוב באמצעות משרנים המופעלים על ידי זרם חילופין.
3. השדה המגנטי אינו ניתן לתפיסה על ידי החושים האנושיים והוא מתועד רק על ידי חיישנים מיוחדים.

כדי להבין מהו מאפיין של שדה מגנטי, יש להגדיר תופעות רבות. יחד עם זאת, אתה צריך לזכור מראש איך ולמה זה מופיע. גלה מהו ההספק המאפיין שדה מגנטי. חשוב גם ששדה כזה יכול להתרחש לא רק במגנטים. בהקשר זה, לא יזיק להזכיר את מאפייני השדה המגנטי של כדור הארץ.

הופעת התחום

ראשית, יש צורך לתאר את מראה השדה. לאחר מכן, אתה יכול לתאר את השדה המגנטי ואת המאפיינים שלו. זה מופיע בזמן תנועה של חלקיקים טעונים. יכול להשפיע על מוליכים מוליכים במיוחד. האינטראקציה בין שדה מגנטי למטענים נעים, או מוליכים שדרכם זורם זרם, מתרחשת עקב כוחות הנקראים אלקטרומגנטיים.

העוצמה או ההספק האופייניים לשדה המגנטי בנקודה מרחבית מסוימת נקבעים באמצעות אינדוקציה מגנטית. האחרון מסומן בסמל B.

ייצוג גרפי של התחום

ניתן לייצג את השדה המגנטי ומאפייניו בצורה גרפית באמצעות קווי אינדוקציה. הגדרה זו נקראת קווים, שהמשיקים אליהם בכל נקודה עולים בקנה אחד עם כיוון הווקטור y של האינדוקציה המגנטית.

קווים אלו כלולים במאפייני השדה המגנטי ומשמשים לקביעת כיוונו ועוצמתו. ככל שעוצמת השדה המגנטי גבוהה יותר, כך יצוירו יותר קווי נתונים.

מהם קווים מגנטיים

לקווים המגנטיים של מוליכים ישרים עם זרם יש צורה של מעגל קונצנטרי, שמרכזו ממוקם על הציר של מוליך זה. כיוון הקווים המגנטיים ליד המוליכים עם הזרם נקבע על ידי כלל הגימלט, שנשמע כך: אם הגימלט ממוקם כך שהוא יוברג לתוך המוליך בכיוון הזרם, אזי כיוון הסיבוב של הידית מתאימה לכיוון הקווים המגנטיים.

עבור סליל עם זרם, כיוון השדה המגנטי ייקבע גם על ידי כלל הגימלט. כמו כן נדרש לסובב את הידית לכיוון הזרם בסיבובי הסולנואיד. כיוון קווי האינדוקציה המגנטית יתאים לכיוון תנועה קדימהגימלט.

זהו המאפיין העיקרי של השדה המגנטי.

נוצר על ידי זרם אחד, בתנאים שווים, השדה יהיה שונה בעוצמתו ב סביבות שונותבשל התכונות המגנטיות השונות בחומרים אלו. התכונות המגנטיות של המדיום מאופיינות בחדירות מגנטית מוחלטת. הוא נמדד בהנרי למטר (g/m).

המאפיין של השדה המגנטי כולל את החדירות המגנטית המוחלטת של הוואקום, הנקראת הקבוע המגנטי. הערך הקובע כמה פעמים תהיה שונה החדירות המגנטית המוחלטת של המדיום מהקבוע נקרא החדירות המגנטית היחסית.

חדירות מגנטית של חומרים

זוהי כמות חסרת מימד. חומרים בעלי ערך חדירות של פחות מאחד נקראים דיאמגנטיים. בחומרים אלו השדה יהיה חלש יותר מאשר בוואקום. תכונות אלו קיימות במימן, מים, קוורץ, כסף וכו'.

מדיה עם חדירות מגנטית גדולה מאחדות נקראת פרמגנטית. בחומרים אלו השדה יהיה חזק יותר מאשר בוואקום. אמצעים וחומרים אלה כוללים אוויר, אלומיניום, חמצן, פלטינה.

במקרה של חומרים פרמגנטיים ודיאמגנטיים, ערך החדירות המגנטית לא יהיה תלוי במתח השדה החיצוני, הממגנט. המשמעות היא שהערך קבוע עבור חומר מסוים.

פרומגנטים שייכים לקבוצה מיוחדת. עבור חומרים אלו, החדירות המגנטית תגיע לכמה אלפים או יותר. חומרים אלו, בעלי התכונה להיות ממוגנטים ולהגביר את השדה המגנטי, נמצאים בשימוש נרחב בהנדסת חשמל.

עוצמת השדה

כדי לקבוע את המאפיינים של השדה המגנטי, יחד עם וקטור האינדוקציה המגנטי, ניתן להשתמש בערך הנקרא עוצמת השדה המגנטי. מונח זה מגדיר את עוצמת השדה המגנטי החיצוני. כיוון השדה המגנטי במדיום עם אותם מאפייניםבכל הכיוונים וקטור העוצמה יעלה בקנה אחד עם וקטור האינדוקציה המגנטי בנקודת השדה.

חוזקם של פרומגנטים מוסבר על ידי נוכחותם של חלקים קטנים ממוגנטים באופן שרירותי, שיכולים להיות מיוצגים כמגנטים קטנים.

בהיעדר שדה מגנטי, ייתכן שלחומר פרומגנטי אין תכונות מגנטיות בולטות, שכן שדות התחום מקבלים כיוונים שונים, והשדה המגנטי הכולל שלהם הוא אפס.

לפי המאפיין העיקרי של השדה המגנטי, אם פרומגנט ממוקם בשדה מגנטי חיצוני, למשל, בסליל עם זרם, אז בהשפעת השדה החיצוני, התחומים יסתובבו לכיוון השדה החיצוני. . יתר על כן, השדה המגנטי בסליל יגדל, והאינדוקציה המגנטית תגדל. אם השדה החיצוני חלש מספיק, אז רק חלק מכל התחומים שהשדות המגנטיים שלהם מתקרבים לכיוון השדה החיצוני יתהפך. ככל שעוצמת השדה החיצוני תגדל, מספר התחומים המסובבים יגדל, ובערך מסוים של מתח השדה החיצוני, כמעט כל החלקים יסתובבו כך שהשדות המגנטיים ממוקמים בכיוון השדה החיצוני. מצב זה נקרא רוויה מגנטית.

הקשר בין אינדוקציה מגנטית לעוצמה

ניתן לתאר את הקשר בין ההשראה המגנטית של חומר פרומגנטי לחוזק של שדה חיצוני באמצעות גרף הנקרא עקומת המגנטיזציה. בעיקול גרף העקומה יורד קצב העלייה באינדוקציה המגנטית. לאחר עיקול, שבו המתח מגיע לערך מסוים, מתרחשת רוויה, והעקומה מעט עולה, ורוכשת בהדרגה צורה של קו ישר. בסעיף זה האינדוקציה עדיין גדלה, אך די לאט ורק עקב עלייה בחוזק השדה החיצוני.

התלות הגרפית של אינדיקטורים אלה אינה ישירה, כלומר היחס ביניהם אינו קבוע, והחדירות המגנטית של החומר אינה אינדיקטור קבוע, אלא תלויה בשדה החיצוני.

שינויים בתכונות המגנטיות של חומרים

עם עלייה בעוצמת הזרם לרוויה מלאה בסליל עם ליבה פרומגנטית והירידה שלו לאחר מכן, עקומת המגנטיזציה לא תחפוף לעקומת הדמגנטיזציה. בעוצמה אפסית, ההשראה המגנטית לא תהיה בעלת אותו ערך, אלא תרכוש אינדיקטור כלשהו שנקרא האינדוקציה המגנטית השיורית. המצב עם פיגור של אינדוקציה מגנטית מכוח המגנט נקרא היסטרזיס.

כדי לבטל לחלוטין את הליבה הפרומגנטית בסליל, יש צורך לתת זרם הפוך, שייצור את המתח הדרוש. עבור חומרים פרומגנטיים שונים, יש צורך בקטע באורכים שונים. ככל שהוא גדול יותר, יש צורך באנרגיה רבה יותר עבור דה-מגנטיזציה. הערך שבו החומר מנותק לחלוטין נקרא כוח הכפייה.

עם עלייה נוספת בזרם בסליל, האינדוקציה תגדל שוב למדד הרוויה, אך עם כיוון שונה של הקווים המגנטיים. כאשר מגנטים בכיוון ההפוך, תתקבל אינדוקציה שיורית. תופעת מגנטיות שיורית משמשת ליצירת מגנטים קבועים מחומרים בעלי מגנטיות שיורית גבוהה. מחומרים בעלי יכולת למגנט מחדש נוצרות ליבות עבור מכונות ומכשירים חשמליים.

שלטון יד שמאל

לכוח הפועל על מוליך עם זרם יש כיוון שנקבע על ידי הכלל של יד שמאל: כאשר כף היד הבתולה ממוקמת בצורה כזו שהקווים המגנטיים נכנסים אליה, וארבע אצבעות מושטות לכיוון זרם במוליך, כפוף אֲגוּדָלמציין את כיוון הכוח. כוח זה מאונך לווקטור האינדוקציה והזרם.

מוליך נושא זרם הנע בשדה מגנטי נחשב לאב טיפוס של מנוע חשמלי, המשתנה אנרגיה חשמליתלתוך מכאני.

שלטון יד ימין

במהלך תנועת המוליך בשדה מגנטי, מושרה בתוכו כוח אלקטרו-מוטיבי, בעל ערך פרופורציונלי להשראה המגנטית, אורך המוליך המעורב ומהירות תנועתו. תלות זו נקראת אינדוקציה אלקטרומגנטית. בעת קביעת הכיוון של EMF המושרה במוליך, הכלל משמש יד ימין: כאשר יד ימין ממוקמת באותו אופן כמו בדוגמה משמאל, הקווים המגנטיים נכנסים לכף היד, והאגודל מציין את כיוון התנועה של המוליך, האצבעות המושטות מצביעות על כיוון ה-EMF המושרה. נע בשטף מגנטי בהשפעת גורם חיצוני כוח מכנימוליך הוא הדוגמה הפשוטה ביותר של גנרטור חשמלי שבו אנרגיה מכנית מומרת לאנרגיה חשמלית.

ניתן לנסח זאת אחרת: במעגל סגור מושרה EMF, כאשר כל שינוי בשטף המגנטי מכוסה במעגל זה, ה-EDE במעגל שווה מספרית לקצב השינוי של השטף המגנטי המכסה מעגל זה.

צורה זו מספקת אינדיקטור EMF ממוצע ומציינת את התלות של EMF לא בשטף המגנטי, אלא בקצב השינוי שלו.

חוק לנץ

צריך לזכור גם את חוק לנץ: הזרם המושרה משינוי בשדה המגנטי העובר במעגל, עם השדה המגנטי שלו, מונע את השינוי הזה. אם הסיבובים של הסליל מנוקבים על ידי שטפים מגנטיים בגדלים שונים, אז ה-EMF המושרה על כל הסליל שווה לסכום ה-EMF בסיבובים שונים. סכום השטפים המגנטיים של סיבובים שונים של הסליל נקרא הצמדת שטף. יחידת המדידה של כמות זו, כמו גם השטף המגנטי, היא וובר.

כאשר הזרם החשמלי במעגל משתנה, משתנה גם השטף המגנטי שנוצר על ידו. עם זאת, לפי החוק השראות אלקטרומגנטית, EMF מושרה בתוך המוליך. זה מופיע בקשר לשינוי בזרם במוליך, כי התופעה הזונקרא אינדוקציה עצמית, וה-EMF המושרה במוליך נקרא EMF.

הצמדת השטף והשטף המגנטי תלויים לא רק בעוצמת הזרם, אלא גם בגודל ובצורה של מוליך נתון, ובחדירות המגנטית של החומר שמסביב.

השראות מוליכים

מקדם המידתיות נקרא השראות של המוליך. זה מציין את היכולת של מוליך ליצור קישור שטף כאשר חשמל עובר דרכו. זהו אחד הפרמטרים העיקריים של מעגלים חשמליים. עבור מעגלים מסוימים, השראות היא קבועה. זה יהיה תלוי בגודל קו המתאר, התצורה שלו והחדירות המגנטית של המדיום. במקרה זה, עוצמת הזרם במעגל והשטף המגנטי לא ישפיעו.

ההגדרות והתופעות לעיל מספקות הסבר מהו שדה מגנטי. כמו כן ניתנים המאפיינים העיקריים של השדה המגנטי, בעזרתם ניתן להגדיר תופעה זו.