Vispārējā bioloģija 

Kā mainās magnētiskais spēks? Seno kuģu magnētiskie noslēpumi

Pieslēdzot elektriskajai strāvai divus paralēlus vadītājus, tie piesaistīs vai atgrūdīs atkarībā no pieslēgtās strāvas virziena (polaritātes). Tas izskaidrojams ar īpaša veida matērijas parādību ap šiem vadītājiem. Šo vielu sauc par magnētisko lauku (MF). Magnētiskais spēks ir spēks, ar kādu vadītāji iedarbojas viens uz otru.

Magnētisma teorija radās senos laikos, gadā senā civilizācijaĀzija. Magnēzijas kalnos viņi atrada īpašu akmeni, kura gabalus varēja pievilkt viens pie otra. Pamatojoties uz vietas nosaukumu, šo iezi sauca par "magnētisko". Stieņa magnēts satur divus stabus. Tā magnētiskās īpašības ir īpaši izteiktas pie poliem.

Magnēts, kas karājās uz pavediena, parādīs horizonta malas ar saviem stabiem. Tās stabi tiks pagriezti uz ziemeļiem un dienvidiem. Kompasa ierīce darbojas pēc šī principa. Divu magnētu pretējie stabi piesaista un līdzīgi stabi atgrūž.

Zinātnieki ir atklājuši, ka magnetizēta adata, kas atrodas netālu no vadītāja, tiek novirzīta, kad caur to iet elektriskā strāva. Tas norāda, ka ap to veidojas MP.

Magnētiskais lauks ietekmē:

Kustīgie elektriskie lādiņi.
Vielas, ko sauc par feromagnētiem: dzelzs, čuguns, to sakausējumi.

Pastāvīgie magnēti ir ķermeņi, kuriem ir kopīgs uzlādētu daļiņu (elektronu) magnētiskais moments.

1 - magnēta dienvidu pols
2 - magnēta ziemeļpols
3 - MP, izmantojot metāla vīlējumu piemēru
4 — virziens magnētiskais lauks

Spēka līnijas parādās, kad pastāvīgais magnēts tuvojas papīra loksnei, uz kuras tiek uzliets dzelzs šķembu slānis. Attēlā skaidri parādītas stabu atrašanās vietas ar orientētām spēka līnijām.

Magnētiskā lauka avoti

  • Elektriskā lauka maiņa laika gaitā.
  • Mobilo sakaru maksas.
  • Pastāvīgie magnēti.

Ar pastāvīgiem magnētiem esam pazīstami kopš bērnības. Tās tika izmantotas kā rotaļlietas, kas piesaistīja dažādas metāla detaļas. Tie tika piestiprināti pie ledusskapja, tika iebūvēti dažādās rotaļlietās.

Elektriskajiem lādiņiem, kas ir kustībā, visbiežāk ir lielāka magnētiskā enerģija, salīdzinot ar pastāvīgajiem magnētiem.

Īpašības

  • Magnētiskā lauka galvenā atšķirīgā iezīme un īpašība ir relativitāte. Ja jūs atstājat lādētu ķermeni nekustīgu noteiktā atskaites sistēmā un novietojat tuvumā magnētisko adatu, tad tas norādīs uz ziemeļiem un tajā pašā laikā "nejutīs" svešu lauku, izņemot zemes lauku. . Un, ja jūs sākat pārvietot uzlādētu ķermeni netālu no bultiņas, tad ap ķermeni parādīsies MP. Rezultātā kļūst skaidrs, ka MF veidojas tikai tad, kad pārvietojas noteikts lādiņš.
  • Magnētiskais lauks var ietekmēt un ietekmēt elektrisko strāvu. To var noteikt, uzraugot lādētu elektronu kustību. Magnētiskajā laukā daļiņas ar lādiņu tiks novirzītas, virzīsies vadītāji ar plūstošu strāvu. Rāmis ar pievienotu strāvas padevi sāks griezties, un magnetizētie materiāli pārvietosies noteiktā attālumā. Kompasa adata visbiežāk ir zilā krāsā. Tā ir magnetizēta tērauda sloksne. Kompass vienmēr norāda uz ziemeļiem, jo ​​Zemei ir magnētiskais lauks. Visa planēta ir kā liels magnēts ar saviem poliem.

Cilvēka orgāni magnētisko lauku neuztver, un to var noteikt tikai ar īpašām ierīcēm un sensoriem. Tā ir mainīga un pastāvīga veida. Maiņstrāvas lauku parasti veido speciālie induktori, kas darbojas ar maiņstrāvu. Pastāvīgu lauku veido pastāvīgs elektriskais lauks.

Noteikumi

Apsvērsim pamatnoteikumus dažādu vadītāju magnētiskā lauka attēlošanai.

Gimleta noteikums

Spēka līnija ir attēlota plaknē, kas atrodas 90 0 leņķī pret strāvas kustības ceļu tā, lai katrā punktā spēks būtu vērsts taisnei tangenciāli.

Lai noteiktu magnētisko spēku virzienu, jums jāatceras noteikums par karkasu ar labās puses vītni.

Kardānam jābūt novietotam pa vienu asi ar strāvas vektoru, rokturis jāpagriež tā, lai karkass kustētos tā virziena virzienā. Šajā gadījumā līniju orientāciju nosaka, pagriežot karkasa rokturi.

Gredzenveida gredzenu noteikums

Gredzena formā izveidotā spārna translācijas kustība parāda, kā indukcija ir orientēta, sakrīt ar strāvas plūsmu.

Spēka līnijas turpinās magnēta iekšpusē, un tās nevar atvērt.

Dažādu avotu magnētiskais lauks tiek pievienots viens otram. To darot, viņi veido kopīgu lauku.

Magnēti ar vienādiem poliem atgrūž, un magnēti ar dažādiem poliem piesaista. Mijiedarbības stipruma vērtība ir atkarīga no attāluma starp tiem. Tuvojoties stabiem, spēks palielinās.

Magnētiskā lauka parametri

  • Plūsmas sakabe ( Ψ ).
  • Magnētiskās indukcijas vektors ( IN).
  • Magnētiskā plūsma ( F).

Magnētiskā lauka intensitāti aprēķina pēc magnētiskās indukcijas vektora lieluma, kas ir atkarīgs no spēka F, un to veido strāva I gar vadītāju, kura garums ir l: B = F / (I * l).

Magnētiskā indukcija tiek mērīta Teslā (T) par godu zinātniekam, kurš pētīja magnētisma parādības un strādāja pie to aprēķinu metodēm. 1 T ir vienāds ar magnētiskās plūsmas indukcijas spēku 1 N garumā 1 m taisns vadītājs leņķī 90 0 lauka virzienā ar viena ampēra plūstošu strāvu:

1 T = 1 x H / (A x m).
Kreisās rokas noteikums

Noteikums atrod magnētiskās indukcijas vektora virzienu.

Ja kreisās rokas plaukstu novieto laukā, lai magnētiskā lauka līnijas iekļūtu plaukstā no Ziemeļpols pie 90 0 un novietojiet 4 pirkstus gar strāvas plūsmu, īkšķis parādīs magnētiskā spēka virzienu.

Ja vadītājs atrodas citā leņķī, tad spēks būs tieši atkarīgs no strāvas un vadītāja projekcijas uz plakni taisnā leņķī.

Spēks nav atkarīgs no vadītāja materiāla veida un tā šķērsgriezuma. Ja nav vadītāja un lādiņi pārvietojas citā vidē, spēks nemainīsies.

Ja magnētiskā lauka vektors ir vērsts vienā virzienā ar vienu lielumu, lauku sauc par vienmērīgu. Dažādas vides ietekmē indukcijas vektora lielumu.

Magnētiskā plūsma

Magnētiskā indukcija, kas iet caur noteiktu apgabalu S un ko ierobežo šī zona, ir magnētiskā plūsma.

Ja laukums ir slīps noteiktā leņķī α pret indukcijas līniju, magnētiskā plūsma tiek samazināta par šī leņķa kosinusa lielumu. Tā lielākā vērtība veidojas, ja laukums ir taisnā leņķī pret magnētisko indukciju:

F = B * S.

Magnētisko plūsmu mēra tādā mērvienībā kā "vēbers", kas ir vienāds ar lieluma indukcijas plūsmu 1 T pēc platības iekšā 1 m2.

Plūsmas savienojums

Šo jēdzienu izmanto, lai izveidotu vispārīga nozīme magnētiskā plūsma, kas tiek veidota no noteikta skaita vadītāju, kas atrodas starp magnētiskajiem poliem.

Gadījumā, ja tā pati strāva es plūst cauri tinumam ar apgriezienu skaitu n, kopējā magnētiskā plūsma, ko veido visi pagriezieni, ir plūsmas saite.

Plūsmas savienojums Ψ mēra ar Webers un ir vienāds ar: Ψ = n * Ф.

Magnētiskās īpašības

Magnētiskā caurlaidība nosaka, cik magnētiskais lauks noteiktā vidē ir zemāks vai lielāks par lauka indukciju vakuumā. Vielu sauc par magnetizētu, ja tā rada savu magnētisko lauku. Kad vielu ievieto magnētiskajā laukā, tā kļūst magnetizēta.

Zinātnieki ir noskaidrojuši iemeslu, kāpēc ķermeņi iegūst magnētiskas īpašības. Saskaņā ar zinātnieku hipotēzi vielu iekšienē ir mikroskopiskas elektriskās strāvas. Elektronam ir savs magnētiskais moments, kas ir kvantu raksturs un pārvietojas pa noteiktu orbītu atomos. Tieši šīs mazās strāvas nosaka magnētiskās īpašības.

Ja strāvas pārvietojas nejauši, tad to radītie magnētiskie lauki paši kompensējas. Ārējais lauks padara strāvas sakārtotas, tāpēc veidojas magnētiskais lauks. Tā ir vielas magnetizācija.

Dažādas vielas var iedalīt pēc to mijiedarbības ar magnētiskajiem laukiem īpašībām.

Tie ir sadalīti grupās:

Paramagnēti– vielas, kurām piemīt magnetizācijas īpašības ārējā lauka virzienā un kurām ir zems magnētisma potenciāls. Viņiem ir pozitīvs lauka stiprums. Šādas vielas ir dzelzs hlorīds, mangāns, platīns utt.
Ferrimagnēti– vielas, kuru magnētiskie momenti ir nelīdzsvaroti virzienā un vērtībā. Tos raksturo nekompensēta antiferomagnētisma klātbūtne. Lauka stiprums un temperatūra ietekmē to magnētisko jutību (dažādi oksīdi).
Feromagnēti– vielas ar paaugstinātu pozitīvo jutību atkarībā no spriedzes un temperatūras (kobalta, niķeļa u.c. kristāli).
Diamagnēti– piemīt magnetizācijas īpašība ārējam laukam pretējā virzienā, tas ir, negatīva magnētiskās jutības vērtība neatkarīgi no sprieguma. Ja nav lauka, šai vielai nebūs magnētisku īpašību. Šīs vielas ir: sudrabs, bismuts, slāpeklis, cinks, ūdeņradis un citas vielas.
Antiferomagnēti – ir līdzsvarots magnētiskais moments, kas rada zemu vielas magnetizācijas pakāpi. Sildot, notiek vielas fāzes pāreja, kuras laikā parādās paramagnētiskas īpašības. Kad temperatūra nokrītas zem noteiktas robežas, šādas īpašības neparādīsies (hroms, mangāns).

Aplūkotie magnēti tiek iedalīti vēl divās kategorijās:

Mīksti magnētiski materiāli . Viņiem ir zema piespiedu spēja. Mazjaudas magnētiskajos laukos tie var kļūt piesātināti. Magnetizācijas maiņas procesā tie piedzīvo nelielus zudumus. Rezultātā šādus materiālus izmanto elektrisko ierīču serdeņu ražošanai, kas darbojas ar maiņspriegumu (, ģenerators,).
Ciets magnētisks materiāliem. Viņiem ir palielināts piespiedu spēks. Lai tos atkārtoti magnetizētu, ir nepieciešams spēcīgs magnētiskais lauks. Šādus materiālus izmanto pastāvīgo magnētu ražošanā.

Magnētiskās īpašības dažādas vielas atrast to izmantošanu tehniskajos projektos un izgudrojumos.

Magnētiskās ķēdes

Vairāku magnētisku vielu kombināciju sauc par magnētisko ķēdi. Tie ir līdzīgi, un tos nosaka līdzīgi matemātikas likumi.

Uz magnētisko ķēžu pamata darbojas elektriskās ierīces, induktivitātes utt. Darbojošā elektromagnētā plūsma plūst caur magnētisko ķēdi, kas izgatavota no feromagnētiska materiāla un gaisa, kas nav feromagnētisks. Šo komponentu kombinācija ir magnētiskā ķēde. Daudzu elektrisko ierīču konstrukcijā ir magnētiskas ķēdes.

Sapratīsim kopā, kas ir magnētiskais lauks. Galu galā daudzi cilvēki šajā jomā dzīvo visu savu dzīvi un pat nedomā par to. Ir pienācis laiks to labot!

Magnētiskais lauks

Magnētiskais lauks- īpašs matērijas veids. Tas izpaužas iedarbībā uz kustīgiem elektriskiem lādiņiem un ķermeņiem, kuriem ir savs magnētiskais moments (pastāvīgie magnēti).

Svarīgi: magnētiskais lauks neietekmē stacionāros lādiņus! Magnētisko lauku rada arī kustīgi elektriskie lādiņi vai laikā mainīgs elektriskais lauks, vai elektronu magnētiskie momenti atomos. Tas ir, jebkurš vads, pa kuru plūst strāva, arī kļūst par magnētu!

Ķermenis, kuram ir savs magnētiskais lauks.

Magnētam ir stabi, ko sauc par ziemeļiem un dienvidiem. Apzīmējumi "ziemeļi" un "dienvidi" ir doti tikai ērtības labad (piemēram, "plus" un "mīnus" elektrībā).

Magnētiskais lauks ir attēlots ar drošības spēki magnētiskās līnijas . Spēka līnijas ir nepārtrauktas un slēgtas, un to virziens vienmēr sakrīt ar lauka spēku darbības virzienu. Ja metāla skaidas ir izkaisītas ap pastāvīgo magnētu, metāla daļiņas parādīs skaidru priekšstatu par magnētiskā lauka līnijām, kas iziet no ziemeļpola un ieiet dienvidu polā. Magnētiskā lauka grafiskais raksturlielums - spēka līnijas.

Magnētiskā lauka raksturojums

Magnētiskā lauka galvenās īpašības ir magnētiskā indukcija, magnētiskā plūsma Un magnētiskā caurlaidība. Bet parunāsim par visu pēc kārtas.

Uzreiz atzīmēsim, ka sistēmā ir dotas visas mērvienības SI.

Magnētiskā indukcija B - vektors fiziskais daudzums, kas ir galvenais magnētiskajam laukam raksturīgais spēks. Apzīmēts ar burtu B . Magnētiskās indukcijas mērvienība - Tesla (T).

Magnētiskā indukcija parāda, cik spēcīgs ir lauks, nosakot spēku, ko tas iedarbojas uz lādiņu. Šis spēks sauca Lorenca spēks.

Šeit q - uzlāde, v - tā ātrums magnētiskajā laukā, B - indukcija, F - Lorenca spēks, ar kādu lauks iedarbojas uz lādiņu.

F- fiziskais lielums, kas vienāds ar magnētiskās indukcijas reizinājumu ar ķēdes laukumu un kosinusu starp indukcijas vektoru un normālu ķēdes plaknei, caur kuru iet plūsma. Magnētiskā plūsma ir magnētiskā lauka skalārais raksturlielums.

Var teikt, ka magnētiskā plūsma raksturo magnētiskās indukcijas līniju skaitu, kas iekļūst laukuma vienībā. Magnētiskā plūsma tiek mērīta collās Vēberaha (Wb).

Magnētiskā caurlaidība– koeficients, kas nosaka vides magnētiskās īpašības. Viens no parametriem, no kura ir atkarīga lauka magnētiskā indukcija, ir magnētiskā caurlaidība.

Mūsu planēta vairākus miljardus gadu ir bijusi milzīgs magnēts. Zemes magnētiskā lauka indukcija mainās atkarībā no koordinātām. Pie ekvatora tas ir aptuveni 3,1 reizi 10 līdz mīnus piektajai Teslas pakāpei. Turklāt ir magnētiskas anomālijas, kurās lauka vērtība un virziens būtiski atšķiras no kaimiņu apgabaliem. Dažas no lielākajām magnētiskajām anomālijām uz planētas - Kurska Un Brazīlijas magnētiskās anomālijas.

Zemes magnētiskā lauka izcelsme zinātniekiem joprojām ir noslēpums. Tiek pieņemts, ka lauka avots ir Zemes šķidrā metāla kodols. Kodols kustas, kas nozīmē, ka kustās izkausētais dzelzs-niķeļa sakausējums, un uzlādēto daļiņu kustība ir elektriskā strāva, kas ģenerē magnētisko lauku. Problēma ir tāda, ka šī teorija ( ģeodinamo) nav paskaidrots, kā lauks tiek uzturēts stabils.

Zeme ir milzīgs magnētiskais dipols. Magnētiskie stabi nesakrīt ar ģeogrāfiskajiem, lai gan tie atrodas tiešā tuvumā. Turklāt Zemes magnētiskie stabi pārvietojas. To pārvietošanās reģistrēta kopš 1885. gada. Piemēram, pēdējo simts gadu laikā magnētiskais pols Dienvidu puslodē ir nobīdījusies gandrīz 900 kilometrus un tagad atrodas Dienvidu okeānā. Arktikas puslodes pols virzās pa ziemeļiem Arktiskais okeāns līdz Austrumsibīrijas magnētiskajai anomālijai, tās kustības ātrums (pēc 2004. gada datiem) bija aptuveni 60 kilometri gadā. Tagad ir vērojams stabu kustības paātrinājums – vidēji gadā ātrums pieaug par 3 kilometriem.

Kāda nozīme mums ir Zemes magnētiskajam laukam? Pirmkārt, Zemes magnētiskais lauks aizsargā planētu no kosmiskajiem stariem un saules vēja. Uzlādētās daļiņas no dziļā kosmosa nenokrīt tieši zemē, bet tiek novirzītas ar milzu magnētu un kustas pa tā spēka līnijām. Tādējādi visas dzīvās būtnes ir aizsargātas pret kaitīgo starojumu.

Zemes vēstures gaitā ir notikuši vairāki notikumi. inversijas magnētisko polu (izmaiņas). Polu inversija- tas ir tad, kad viņi mainās vietām. Pēdējo reizi šī parādība notika pirms aptuveni 800 tūkstošiem gadu, un kopumā Zemes vēsturē bija vairāk nekā 400 ģeomagnētisko inversiju Daži zinātnieki uzskata, ka, ņemot vērā novēroto magnētisko polu kustības paātrinājumu, nākamais pols inversija būtu sagaidāma tuvāko pāris tūkstošu gadu laikā.

Par laimi, mūsu gadsimtā polu maiņa vēl nav gaidāma. Tas nozīmē, ka jūs varat domāt par patīkamām lietām un baudīt dzīvi vecajā labajā pastāvīgajā Zemes laukā, ņemot vērā magnētiskā lauka pamatīpašības un īpašības. Un, lai jūs to varētu izdarīt, ir mūsu autori, kuriem jūs varat droši uzticēt dažas izglītības problēmas! un cita veida darbus varat pasūtīt, izmantojot saiti.

Attiecības starp elektriskajiem un magnētiskajiem laukiem ir pamanītas ļoti ilgu laiku. Šo saikni jau 19. gadsimtā atklāja angļu fiziķis Faradejs un deva tai nosaukumu. Tas parādās brīdī, kad magnētiskā plūsma iekļūst slēgtas ķēdes virsmā. Pēc magnētiskās plūsmas maiņas uz noteiktu laiku šajā ķēdē parādās elektriskā strāva.

Saikne starp elektromagnētisko indukciju un magnētisko plūsmu

Magnētiskās plūsmas būtību atspoguļo labi zināmā formula: Ф = BS cos α. Tajā F ir magnētiskā plūsma, S ir kontūras virsma (laukums), B ir magnētiskās indukcijas vektors. Leņķis α veidojas magnētiskās indukcijas vektora virziena un ķēdes virsmas normālā dēļ. No tā izriet, ka magnētiskā plūsma sasniegs maksimālo slieksni pie cos α = 1 un minimālo slieksni pie cos α = 0.

Otrajā variantā vektors B būs perpendikulārs normālam. Izrādās, ka plūsmas līnijas nekrustojas ar kontūru, bet tikai slīd pa tās plakni. Līdz ar to raksturlielumus noteiks vektora B līnijas, kas krustojas ar kontūras virsmu. Aprēķiniem kā mērvienību izmanto Weberu: 1 wb = 1v x 1s (volt-sekunde). Vēl viens, vēl maza vienība Mērījums ir Maksvels (μs). Tas ir: 1 vb = 108 μs, tas ir, 1 μs = 10-8 vb.

Faradeja pētījumiem tika izmantotas divas stiepļu spirāles, kas izolētas viena no otras un novietotas uz koka spoles. Viens no tiem bija savienots ar enerģijas avotu, bet otrs ar galvanometru, kas paredzēts nelielu strāvu reģistrēšanai. Brīdī, kad oriģinālās spirāles ķēde aizvērās un atvērās, otrā ķēdē mērierīces bultiņa novirzījās.

Pētījumu veikšana par indukcijas fenomenu

Pirmajā eksperimentu sērijā Maikls Faradejs ievietoja magnetizētu metāla stieni spolē, kas savienota ar strāvu, un pēc tam to izņēma (1., 2. att.).

1 2

Ievietojot magnētu spolē, kas savienota ar mērinstrumentu, ķēdē sāk plūst inducēta strāva. Ja no spoles noņem magnētisko stieni, inducētā strāva joprojām parādās, bet tās virziens kļūst pretējs. Līdz ar to indukcijas strāvas parametri mainīsies stieņa kustības virzienā un atkarībā no pola, ar kuru tas ievietots spolē. Strāvas stiprumu ietekmē magnēta kustības ātrums.

Otrā eksperimentu sērija apstiprina parādību, kurā mainīga strāva vienā spolē izraisa inducētu strāvu citā spolē (3., 4., 5. att.). Tas notiek, kad ķēde aizveras un atveras. Strāvas virziens būs atkarīgs no tā, vai elektriskā ķēde aizveras vai atveras. Turklāt šīs darbības nav nekas vairāk kā veidi, kā mainīt magnētisko plūsmu. Kad ķēde ir aizvērta, tā palielināsies, un, atverot, tā samazināsies, vienlaikus iekļūstot pirmajā spolē.

3 4

5

Eksperimentu rezultātā tika konstatēts, ka elektriskās strāvas rašanās slēgtā vadošā ķēdē ir iespējama tikai tad, ja tās ir novietotas mainīgā magnētiskajā laukā. Šajā gadījumā plūsma laika gaitā var mainīties jebkurā veidā.

Elektriskā strāva, ko rada elektromagnētiskā indukcija, sauca par indukciju, lai gan tā nebūs aktuāla vispārpieņemtā nozīmē. Kad slēgta ķēde tiek ievietota magnētiskajā laukā, tiek ģenerēts emf ar precīzu vērtību, nevis strāva, kas ir atkarīga no dažādām pretestībām.

Šo parādību sauc par inducēto emf, ko atspoguļo formula: Eind = - ∆Ф/∆t. Tā vērtība sakrīt ar magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrumu, kas iekļūst slēgtas cilpas virsmā, kas ņemta ar negatīvu vērtību. Šajā izteiksmē esošais mīnuss atspoguļo Lenca likumu.

Lenca noteikums par magnētisko plūsmu

Plaši pazīstamais noteikums tika iegūts pēc virknes pētījumu 19. gadsimta 30. gados. Tas ir formulēts šādi:

Indukcijas strāvas virziens, ko ierosina slēgtā kontūrā mainīga magnētiskā plūsma, ietekmē tā radīto magnētisko lauku tā, ka tas savukārt rada šķērsli magnētiskajai plūsmai, izraisot indukcijas strāvas parādīšanos.

Kad magnētiskā plūsma palielinās, tas ir, kļūst Ф > 0, un inducētā emf samazinās un kļūst par Eind< 0, в результате этого появляется электроток с такой направленностью, при которой под влиянием его магнитного поля происходит изменение потока в сторону уменьшения при его прохождении через плоскость замкнутого контура.

Ja plūsma samazinās, tad apgrieztais process, kad F< 0 и Еинд >0, tas ir, indukcijas strāvas magnētiskā lauka darbība, palielinās magnētiskā plūsma, kas iet caur ķēdi.

Lenca noteikuma fiziskā nozīme ir atspoguļot enerģijas nezūdamības likumu, kad, vienam daudzumam samazinoties, palielinās otrs, un, gluži pretēji, pieaugot vienam daudzumam, otrs samazināsies. Inducēto emf ietekmē arī dažādi faktori. Ja spolē pārmaiņus tiek ievietots spēcīgs un vājš magnēts, ierīce attiecīgi rādīs augstāku vērtību pirmajā gadījumā un zemāku vērtību otrajā. Tas pats notiek, mainoties magnēta ātrumam.

Attēlā parādīts, kā indukcijas strāvas virziens tiek noteikts, izmantojot Lenca likumu. Zilā krāsa atbilst indukcijas strāvas un pastāvīgā magnēta magnētiskā lauka līnijām. Tie atrodas polu virzienā no ziemeļiem uz dienvidiem, kas ir atrodami katrā magnētā.

Mainīga magnētiskā plūsma izraisa induktīvās elektriskās strāvas parādīšanos, kuras virziens izraisa pretestību no tās magnētiskā lauka, novēršot izmaiņas magnētiskajā plūsmā. Šajā sakarā spoles magnētiskā lauka spēka līnijas ir vērstas virzienā, kas ir pretējs pastāvīgā magnēta spēka līnijām, jo ​​tā kustība notiek šīs spoles virzienā.

Lai noteiktu strāvas virzienu, izmantojiet to ar labās puses vītni. Tas ir jāpieskrūvē tā, lai tā virziens kustība uz priekšu sakrita ar spoles indukcijas līniju virzienu. Šajā gadījumā indukcijas strāvas virzieni un karkasa roktura griešanās virzieni sakritīs.

Magnētiskais lauks- šī ir materiāla vide, caur kuru notiek mijiedarbība starp vadītājiem ar strāvas vai kustīgiem lādiņiem.

Magnētiskā lauka īpašības:

Magnētiskā lauka raksturojums:

Lai pētītu magnētisko lauku, tiek izmantota testa ķēde ar strāvu. Tas ir maza izmēra, un tajā esošā strāva ir daudz mazāka nekā strāva vadītājā, kas rada magnētisko lauku. Strāvas nesošās ķēdes pretējās pusēs iedarbojas spēki no magnētiskā lauka, kas ir vienādi pēc lieluma, bet vērsti pretējos virzienos, jo spēka virziens ir atkarīgs no strāvas virziena. Šo spēku pielikšanas punkti neatrodas uz vienas taisnes. Tādus spēkus sauc pāris spēki. Spēku pāra darbības rezultātā ķēde nevar kustēties, tā griežas ap savu asi. Raksturīga ir rotācijas darbība griezes moments.

, Kur l–pāris spēku sviras(attālums starp spēku pielikšanas punktiem).

Palielinoties strāvai testa ķēdē vai ķēdes laukumam, spēku pāra griezes moments proporcionāli palielināsies. Maksimālā spēka momenta, kas iedarbojas uz ķēdi ar strāvu, attiecība pret strāvas lielumu ķēdē un ķēdes laukumu ir nemainīga vērtība konkrētam lauka punktam. To sauc magnētiskā indukcija.

, Kur
-magnētiskais momentsķēde ar strāvu.

Vienība magnētiskā indukcija - Tesla [T].

Ķēdes magnētiskais moments– vektora lielums, kura virziens ir atkarīgs no strāvas virziena ķēdē un tiek noteikts ar labās skrūves noteikums: savelciet labo roku dūrē, pavērsiet četrus pirkstus ķēdes strāvas virzienā, tad īkšķis norādīs vektora virzienu magnētiskais moments. Magnētiskā momenta vektors vienmēr ir perpendikulārs kontūras plaknei.

Aiz muguras magnētiskās indukcijas vektora virziensņemt ķēdes magnētiskā momenta vektora virzienu, kas orientēts magnētiskajā laukā.

Magnētiskās indukcijas līnija– taisne, kuras tangense katrā punktā sakrīt ar magnētiskās indukcijas vektora virzienu. Magnētiskās indukcijas līnijas vienmēr ir slēgtas un nekad nekrustojas. Taisna vadītāja magnētiskās indukcijas līnijas ar strāvu ir apļu forma, kas atrodas plaknē, kas ir perpendikulāra vadītājam. Magnētiskās indukcijas līniju virzienu nosaka labās puses skrūves noteikums. Apļveida strāvas magnētiskās indukcijas līnijas(griežas ar strāvu) ir arī apļa forma. Katrs spoles elements ir garums
var iedomāties kā taisnu vadītāju, kas rada savu magnētisko lauku. Magnētiskajiem laukiem tiek piemērots superpozīcijas (neatkarīgas pievienošanas) princips. Kopējais magnētiskās indukcijas vektors apļveida strāva tiek definēts kā rezultāts, pievienojot šos laukus pagrieziena centrā saskaņā ar labās puses skrūves noteikumu.

Ja magnētiskās indukcijas vektora lielums un virziens ir vienādi katrā telpas punktā, tad magnētisko lauku sauc viendabīgs. Ja magnētiskās indukcijas vektora lielums un virziens katrā punktā laika gaitā nemainās, tad šādu lauku sauc pastāvīgs.

Lielums magnētiskā indukcija jebkurā lauka punktā ir tieši proporcionāls strāvas stiprumam vadītājā, kas rada lauku, apgriezti proporcionāls attālumam no vadītāja līdz noteiktam lauka punktam, ir atkarīgs no vides īpašībām un veidojošā vadītāja formas lauks.

, Kur
IESLĒGTS 2; Gn/m - vakuuma magnētiskā konstante,

-vides relatīvā magnētiskā caurlaidība,

-vides absolūtā magnētiskā caurlaidība.

Atkarībā no magnētiskās caurlaidības vērtības visas vielas iedala trīs klasēs:


Palielinoties vides absolūtajai caurlaidībai, palielinās arī magnētiskā indukcija noteiktā lauka punktā. Magnētiskās indukcijas attiecība pret vides absolūto magnētisko caurlaidību ir konstanta vērtība dotajam poli punktam, e sauc spriedze.

.

Sprieguma un magnētiskās indukcijas vektori sakrīt virzienā. Magnētiskā lauka stiprums nav atkarīgs no vides īpašībām.

Amperu jauda– spēks, ar kādu magnētiskais lauks iedarbojas uz strāvu nesošo vadītāju.

Kur l- diriģenta garums, - leņķis starp magnētiskās indukcijas vektoru un strāvas virzienu.

Ampēra spēka virzienu nosaka kreisās rokas likums: kreisā roka ir novietota tā, lai magnētiskās indukcijas vektora komponente, kas ir perpendikulāra vadītājam, nonāk plaukstā, četri izstieptie pirksti ir vērsti pa strāvu, tad īkšķis, kas saliekts par 90 0, norādīs ampēra spēka virzienu.

Ampēra spēka rezultāts ir vadītāja kustība noteiktā virzienā.

E ja = 90 0, tad F=max, ja = 0 0, tad F = 0.

Lorenca spēks– magnētiskā lauka spēks uz kustīgu lādiņu.

, kur q ir lādiņš, v ir tā kustības ātrums, - leņķis starp spriedzes un ātruma vektoriem.

Lorenca spēks vienmēr ir perpendikulārs magnētiskās indukcijas un ātruma vektoriem. Virzienu nosaka kreisās rokas likums(pirksti seko pozitīvā lādiņa kustībai). Ja daļiņas ātruma virziens ir perpendikulārs vienmērīga magnētiskā lauka magnētiskās indukcijas līnijām, tad daļiņa pārvietojas pa apli, nemainot savu kinētisko enerģiju.

Tā kā Lorenca spēka virziens ir atkarīgs no lādiņa zīmes, to izmanto lādiņu atdalīšanai.

Magnētiskā plūsma– vērtība, kas vienāda ar magnētiskās indukcijas līniju skaitu, kas iet caur jebkuru laukumu, kas atrodas perpendikulāri magnētiskās indukcijas līnijām.

, Kur - leņķis starp magnētisko indukciju un normālu (perpendikulāri) laukumam S.

Vienība– Vēbers [Wb].

Magnētiskās plūsmas mērīšanas metodes:

    Vietnes orientācijas maiņa magnētiskajā laukā (leņķa maiņa)

    Magnētiskā laukā novietotas ķēdes laukuma maiņa

    Strāvas stipruma maiņa, radot magnētisko lauku

    Ķēdes attāluma maiņa no magnētiskā lauka avota

    Izmaiņas barotnes magnētiskajās īpašībās.

F Aradejs reģistrēja elektrisko strāvu ķēdē, kurā nebija avota, bet kas atradās blakus citai ķēdei, kurā bija avots. Turklāt strāva pirmajā ķēdē radās šādos gadījumos: ar jebkādām strāvas izmaiņām ķēdē A, ar ķēžu relatīvu kustību, ar dzelzs stieņa ievadīšanu ķēdē A, ar pastāvīgā magnēta relatīvo kustību uz ķēdi B. Brīvo lādiņu (strāvas) virzīta kustība notiek tikai elektriskajā laukā. Tas nozīmē, ka mainīgs magnētiskais lauks ģenerē elektrisko lauku, kas iedarbina vadītāja brīvos lādiņus. Šo elektrisko lauku sauc izraisīts vai virpulis.

Atšķirības starp virpuļveida elektrisko lauku un elektrostatisko lauku:

    Virpuļa lauka avots ir mainīgs magnētiskais lauks.

    Virpuļa lauka intensitātes līnijas ir aizvērtas.

    Darbs, ko veic šis lauks, lai pārvietotu lādiņu pa slēgtu ķēdi, nav nulle.

    Virpuļlaukam raksturīgā enerģija nav potenciāls, bet gan izraisīts emf– vērtība, kas vienāda ar ārējo spēku (neelektrostatiskas izcelsmes spēku) darbu, lai pārvietotu lādiņa vienību pa slēgtu ķēdi.

.Mērīts voltos[IN].

Virpuļveida elektriskais lauks rodas, mainoties magnētiskajam laukam neatkarīgi no tā, vai ir vai nav vadoša slēgta ķēde. Ķēde ļauj noteikt tikai virpuļa elektrisko lauku.

Elektromagnētiskā indukcija- tas ir inducēta emf rašanās slēgtā ķēdē ar jebkādām izmaiņām magnētiskajā plūsmā caur tās virsmu.

Inducētais emf slēgtā ķēdē ģenerē inducētu strāvu.

.

Indukcijas strāvas virziens nosaka Lenca likums: inducētajai strāvai ir tāds virziens, ka tās radītais magnētiskais lauks neitralizē jebkādas izmaiņas magnētiskajā plūsmā, kas radīja šo strāvu.

Faradeja likums par elektromagnētisko indukciju: Inducētais emf slēgtā cilpā ir tieši proporcionāls magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrumam caur virsmu, ko ierobežo cilpa.

T oki fuko– virpuļindukcijas strāvas, kas rodas lielos vadītājos, kas novietoti mainīgā magnētiskajā laukā. Šāda vadītāja pretestība ir zema, jo tam ir liels šķērsgriezums S, tāpēc Fuko strāvas var būt lielas, kā rezultātā vadītājs uzsilst.

Pašindukcija- tas ir inducēta emf rašanās vadītājā, kad mainās strāvas stiprums tajā.

Vadītājs, kas nes strāvu, rada magnētisko lauku. Magnētiskā indukcija ir atkarīga no strāvas stipruma, tāpēc iekšējā magnētiskā plūsma ir atkarīga arī no strāvas stipruma.

, kur L ir proporcionalitātes koeficients, induktivitāte.

Vienība induktivitāte – Henrijs [H].

Induktivitāte diriģents ir atkarīgs no tā izmēra, formas un vides magnētiskās caurlaidības.

Induktivitāte palielinās, palielinoties vadītāja garumam, pagrieziena induktivitāte ir lielāka par tāda paša garuma taisna vadītāja induktivitāti, spoles (vadītāja ar lielu apgriezienu skaitu) induktivitāte ir lielāka par viena pagrieziena induktivitāti , spoles induktivitāte palielinās, ja tajā ievieto dzelzs stieni.

Faradeja likums pašindukcijai:
.

Pašizraisīta emf ir tieši proporcionāls strāvas izmaiņu ātrumam.

Pašizraisīta emfģenerē pašindukcijas strāvu, kas vienmēr novērš jebkādas strāvas izmaiņas ķēdē, tas ir, ja strāva palielinās, pašindukcijas strāva tiek virzīta pretējā virzienā, kad strāva ķēdē samazinās, pašindukcijas strāva; indukcijas strāva tiek virzīta tajā pašā virzienā. Jo lielāka ir spoles induktivitāte, jo lielāka tajā rodas pašinduktīvā emf.

Magnētiskā lauka enerģija ir vienāds ar darbu, ko strāva veic, lai pārvarētu pašinducēto emf laikā, kamēr strāva palielinās no nulles līdz maksimālajai vērtībai.

.

Elektromagnētiskās vibrācijas– tās ir periodiskas lādiņa, strāvas stipruma un visu elektrisko un magnētisko lauku īpašību izmaiņas.

Elektriskā oscilācijas sistēma(oscilējošā ķēde) sastāv no kondensatora un induktora.

Svārstību rašanās nosacījumi:

    Lai to izdarītu, sistēma ir jāizved no līdzsvara, uzlādējiet kondensatoru. Uzlādēta kondensatora elektriskā lauka enerģija:

.

    Sistēmai jāatgriežas līdzsvara stāvoklī. Elektriskā lauka ietekmē lādiņš pāriet no vienas kondensatora plāksnes uz otru, tas ir, ķēdē parādās elektriskā strāva, kas plūst caur spoli. Palielinoties strāvai induktorā, rodas pašindukcijas emf, kas tiek virzīts pretējā virzienā. Kad strāva spolē samazinās, pašindukcijas strāva tiek virzīta tajā pašā virzienā. Tādējādi pašindukcijas strāvai ir tendence atgriezt sistēmu līdzsvara stāvoklī.

    Ķēdes elektriskajai pretestībai jābūt zemai.

Ideāla svārstību ķēde nav pretestības. Vibrācijas tajā sauc bezmaksas.

Jebkurai elektriskajai ķēdei ir izpildīts Oma likums, saskaņā ar kuru ķēdē darbojošā emf ir vienāda ar spriegumu summu visās ķēdes daļās. Svārstību ķēdē nav strāvas avota, bet induktorā parādās pašinduktīvs emf, kas ir vienāds ar spriegumu pāri kondensatoram.

Secinājums: kondensatora lādiņš mainās saskaņā ar harmonikas likumu.

Kondensatora spriegums:
.

Strāvas stiprums ķēdē:
.

Lielums
- strāvas amplitūda.

Atšķirība no maksas par
.

Periods brīvas vibrācijasķēdē:

Enerģija elektriskais lauks kondensators:

Spoles magnētiskā lauka enerģija:

Elektriskā un magnētiskā lauka enerģijas mainās atkarībā no harmonikas likuma, taču to svārstību fāzes ir atšķirīgas: kad elektriskā lauka enerģija ir maksimāla, magnētiskā lauka enerģija ir nulle.

Svārstību sistēmas kopējā enerģija:
.

IN ideāla kontūra kopējā enerģija nemainās.

Svārstību procesā elektriskā lauka enerģija pilnībā pārvēršas magnētiskā lauka enerģijā un otrādi. Tas nozīmē, ka enerģija jebkurā laika momentā ir vienāda vai nu ar elektriskā lauka maksimālo enerģiju, vai ar magnētiskā lauka maksimālo enerģiju.

Reāla svārstību ķēde satur pretestību. Vibrācijas tajā sauc izbalēšanu.

Oma likumam būs šāda forma:

Ja slāpēšana ir maza (svārstību dabiskās frekvences kvadrāts ir daudz lielāks par slāpēšanas koeficienta kvadrātu), logaritmiskās slāpēšanas samazinājums ir:

Ar spēcīgu slāpēšanu (svārstību dabiskās frekvences kvadrāts ir mazāks par svārstību koeficienta kvadrātu):




Šis vienādojums apraksta kondensatora izlādes procesu rezistorā. Ja nav induktivitātes, svārstības nenotiks. Saskaņā ar šo likumu mainās arī spriegums uz kondensatora plāksnēm.

Kopējā enerģija reālā ķēdē samazinās, jo siltums tiek izvadīts pretestībā R strāvas pārejas laikā.

Pārejas process– process, kas notiek elektriskās ķēdēs, pārejot no viena darba režīma uz otru. Aprēķināts pēc laika ( ), kura laikā pārejas procesu raksturojošais parametrs mainīsies e reizes.


Priekš ķēde ar kondensatoru un rezistoru:
.

Maksvela elektromagnētiskā lauka teorija:

1 pozīcija:

Jebkurš mainīgs elektriskais lauks rada virpuļmagnētisko lauku. Maiņstrāvas elektrisko lauku Maksvels sauca par pārvietošanas strāvu, jo tas, tāpat kā parasta strāva, rada magnētisko lauku.

Lai noteiktu pārvietošanas strāvu, apsveriet strāvas pāreju caur sistēmu, kurā ir pievienots kondensators ar dielektrisku.

Nobīdes strāvas blīvums:
. Strāvas blīvums ir vērsts sprieguma maiņas virzienā.

Maksvela pirmais vienādojums:
- virpuļmagnētisko lauku ģenerē gan vadīšanas strāvas (kustīgie elektriskie lādiņi), gan nobīdes strāvas (mainīgais elektriskais lauks E).

2 pozīcija:

Jebkurš mainīgs magnētiskais lauks rada virpuļelektrisko lauku - elektromagnētiskās indukcijas pamatlikumu.

Maksvela otrais vienādojums:
- savieno magnētiskās plūsmas izmaiņu ātrumu caur jebkuru virsmu un elektriskā lauka intensitātes vektora cirkulāciju, kas rodas vienlaikus.

Jebkurš vadītājs, kas nes strāvu, rada telpā magnētisko lauku. Ja strāva ir nemainīga (laikā nemainās), tad arī ar to saistītais magnētiskais lauks ir nemainīgs. Mainīga strāva rada mainīgu magnētisko lauku. Vadītāja iekšpusē ir elektriskais lauks, kas nes strāvu. Tāpēc mainīgs elektriskais lauks rada mainīgu magnētisko lauku.

Magnētiskais lauks ir virpulis, jo magnētiskās indukcijas līnijas vienmēr ir slēgtas. Magnētiskā lauka intensitātes H lielums ir proporcionāls elektriskā lauka intensitātes izmaiņu ātrumam . Magnētiskā lauka intensitātes vektora virziens kas saistīti ar elektriskā lauka intensitātes izmaiņām labās skrūves noteikums: savelciet labo roku dūrē, pavērsiet īkšķi elektriskā lauka intensitātes izmaiņu virzienā, tad saliektie 4 pirksti norādīs magnētiskā lauka intensitātes līniju virzienu.

Jebkurš mainīgs magnētiskais lauks rada virpuļelektrisko lauku, kuras spriegojuma līnijas ir noslēgtas un atrodas plaknē, kas ir perpendikulāra magnētiskā lauka intensitātei.

Virpuļa elektriskā lauka intensitātes E lielums ir atkarīgs no magnētiskā lauka izmaiņu ātruma . Vektora E virziens ir saistīts ar magnētiskā lauka H izmaiņu virzienu ar kreisās skrūves likumu: savelciet kreiso roku dūrē, pavērsiet īkšķi magnētiskā lauka izmaiņu virzienā, saliekti četri pirksti rādīs. virpuļa elektriskā lauka intensitātes līniju virziens.

Savstarpēji savienotu virpuļelektrisko un magnētisko lauku kopums attēlo elektromagnētiskais lauks. Elektromagnētiskais lauks nepaliek rašanās vietā, bet izplatās telpā šķērsvirziena elektromagnētiskā viļņa veidā.

Elektromagnētiskais vilnis– tā ir savā starpā savienotu virpuļelektrisko un magnētisko lauku izplatīšanās telpā.

Elektromagnētiskā viļņa rašanās nosacījums– lādiņa kustība ar paātrinājumu.

Elektromagnētisko viļņu vienādojums:

- elektromagnētisko svārstību cikliskā frekvence

t – laiks no svārstību sākuma

l – attālums no viļņa avota līdz noteiktam telpas punktam

- viļņu izplatīšanās ātrums

Laiks, kas nepieciešams vilnim, lai no tā avota nokļūtu noteiktā punktā.

Vektori E un H elektromagnētiskajā vilnī ir perpendikulāri viens otram un viļņa izplatīšanās ātrumam.

Elektromagnētisko viļņu avots– vadītāji, caur kuriem plūst strauji mainīgas strāvas (makroemiteri), kā arī ierosinātie atomi un molekulas (mikroemiteri). Jo augstāka ir svārstību frekvence, jo labāk tās izstaro telpā elektromagnētiskie viļņi.

Elektromagnētisko viļņu īpašības:

    Visi elektromagnētiskie viļņi ir šķērsvirziena

    Viendabīgā vidē elektromagnētiskie viļņi izplatīties ar nemainīgu ātrumu, kas ir atkarīgs no vides īpašībām:

- barotnes relatīvā dielektriskā konstante

- vakuuma dielektriskā konstante,
F/m, Cl2/nm2

- vides relatīvā magnētiskā caurlaidība

- vakuuma magnētiskā konstante,
IESLĒGTS 2; Gn/m

    Elektromagnētiskie viļņi atstarots no šķēršļiem, absorbēts, izkliedēts, lauzts, polarizēts, izkliedēts, traucēts.

    Tilpuma enerģijas blīvums Elektromagnētiskais lauks sastāv no elektriskā un magnētiskā lauka tilpuma enerģijas blīvumiem:

    Viļņu enerģijas plūsmas blīvums - viļņu intensitāte:

-Umov-Poynting vektors.

Visi elektromagnētiskie viļņi ir sakārtoti virknē frekvenču vai viļņu garumu (
). Šī rinda ir elektromagnētisko viļņu skala.

    Zemas frekvences vibrācijas. 0–10 4 Hz. Iegūts no ģeneratoriem. Viņi slikti izstaro

    Radio viļņi. 10 4 – 10 13 Hz. Tos izstaro cietie vadītāji, caur kuriem iziet strauji mainīgas strāvas.

    Infrasarkanais starojums– viļņi, ko izstaro visi ķermeņi temperatūrā virs 0 K atomu un intramolekulāru procesu dēļ.

    Redzamā gaisma– viļņi, kas iedarbojas uz aci, radot redzes sajūtu. 380-760 nm

    Ultravioletais starojums. 10 – 380 nm. Redzamā gaisma un UV rodas, kad mainās elektronu kustība atoma ārējos apvalkos.

    Rentgena starojums. 80 - 10 -5 nm. Rodas, kad mainās elektronu kustība atoma iekšējos apvalkos.

    Gamma starojums. Rodas atomu kodolu sabrukšanas laikā.