O formă specială a existenței materiei - câmpul magnetic al Pământului a contribuit la originea și conservarea vieții. Fragmente din acest câmp, bucăți de minereu, atrăgătoare de fier, led electricitate în slujba umanității. Fără electricitate, supraviețuirea ar fi de neconceput.
Conţinut
Ce sunt liniile de inducție magnetică
Câmpul magnetic este determinat de puterea în fiecare punct din spațiul său. Curbele care unesc puncte de câmp cu intensități egale ca mărime sunt numite linii de inducție magnetică. Intensitatea câmpului magnetic într-un anumit punct este o caracteristică de putere, iar pentru a-l evalua se folosește vectorul câmp magnetic B. Direcția sa într-un anumit punct de pe linia de inducție magnetică apare tangențial cu acesta.
Dacă un punct din spațiu este afectat de mai multe câmpuri magnetice, atunci intensitatea este determinată prin însumarea vectorilor de inducție magnetică ai fiecărui câmp magnetic care acționează. În acest caz, intensitatea într-un anumit punct este însumată în valoare absolută, iar vectorul de inducție magnetică este definit ca suma vectorilor tuturor câmpurilor magnetice.
În ciuda faptului că liniile de inducție magnetică sunt invizibile, ele au anumite proprietăți:
- Este în general acceptat că liniile câmpului magnetic ies la polul (N) și se întorc de la (S).
- Direcția vectorului de inducție magnetică este tangențială la linie.
- În ciuda formei complexe, curbele nu se intersectează și neapărat se închid.
- Câmpul magnetic din interiorul magnetului este uniform, iar densitatea liniei este maximă.
- Doar o linie de inducție magnetică trece prin punctul de câmp.
Direcția liniilor de inducție magnetică în interiorul unui magnet permanent
Din punct de vedere istoric, în multe locuri de pe Pământ, calitatea naturală a unor pietre pentru a atrage produse din fier a fost de mult observată. De-a lungul timpului, în China antică, săgețile sculptate într-un anumit fel din bucăți de minereu de fier (minereu de fier magnetic) s-au transformat în busole, arătând direcția către polii nord și sud ai Pământului și permițându-ți să navighezi pe teren.
Studiile acestui fenomen natural au determinat că o proprietate magnetică mai puternică durează mai mult în aliajele de fier. Magneții naturali mai slabi sunt minereurile care conțin nichel sau cobalt. În procesul de studiere a electricității, oamenii de știință au învățat cum să obțină produse magnetizate artificial din aliaje care conțin fier, nichel sau cobalt.Pentru a face acest lucru, au fost introduse într-un câmp magnetic creat de curent electric continuu și, dacă este necesar, demagnetizate prin curent alternativ.
Produsele magnetizate in conditii naturale sau obtinute artificial au doi poli diferiti - locurile in care magnetismul este cel mai concentrat. Magneții interacționează între ei prin intermediul unui câmp magnetic, astfel încât polii asemănători se resping și polii diferiți să se atragă. Acest lucru generează cupluri pentru orientarea lor în spațiu de câmpuri mai puternice, cum ar fi câmpul Pământului.
O reprezentare vizuală a interacțiunii elementelor slab magnetizate și a unui magnet puternic oferă experiența clasică cu pilitură de oțel împrăștiată pe carton și un magnet plat dedesubt. Mai ales dacă rumegușul este alungit, se vede clar cum se aliniază de-a lungul liniilor câmpului magnetic. Prin schimbarea poziției magnetului sub carton, se observă o schimbare a configurației imaginii acestora. Utilizarea busolei în acest experiment îmbunătățește și mai mult efectul înțelegerii structurii câmpului magnetic.
Una dintre calitățile liniilor magnetice de forță, descoperită de M. Faraday, sugerează că acestea sunt închise și continue. Liniile care ies din polul nord al unui magnet permanent intră în polul sud. Cu toate acestea, în interiorul magnetului nu se deschid și nu intră de la polul sud spre nord. Numărul de linii din interiorul produsului este maxim, câmpul magnetic este uniform, iar inducția se poate slăbi atunci când este demagnetizată.
Determinarea direcției vectorului de inducție magnetică folosind regula gimlet
La începutul secolului al XIX-lea, oamenii de știință au descoperit că un câmp magnetic este creat în jurul unui conductor prin care trece curent. Liniile de forță rezultate se comportă după aceleași reguli ca și în cazul unui magnet natural.Mai mult, interacțiunea câmpului electric al unui conductor cu curentul și câmpul magnetic a servit ca bază a dinamicii electromagnetice.
Înțelegerea orientării în spațiu a forțelor în câmpurile care interacționează ne permite să calculăm vectorii axiali:
- inducție magnetică;
- Mărimea și direcția curentului de inducție;
- Viteza unghiulara.
O astfel de înțelegere a fost formulată în regula gimlet.
Combinând mișcarea de translație a brațului din dreapta cu direcția curentului în conductor, obținem direcția liniilor câmpului magnetic, care este indicată de rotația mânerului.
Nefiind o lege a fizicii, regula gimlet în inginerie electrică este folosită pentru a determina nu numai direcția liniilor câmpului magnetic în funcție de vectorul de curent din conductor, ci și invers, determinând direcția curentului în firele solenoidelor. datorită rotaţiei liniilor de inducţie magnetică.
Înțelegerea acestei relații i-a permis lui Ampère să fundamenteze legea câmpurilor rotative, ceea ce a dus la crearea motoarelor electrice de diferite principii. Toate echipamentele retractabile care utilizează inductori urmează regula gimletului.
Regula pentru mâna dreaptă
Determinarea direcției unui curent care se mișcă într-un câmp magnetic al unui conductor (o parte a unei bucle închise de conductori) demonstrează în mod clar regula mâinii drepte.
Se spune că palma dreaptă, întoarsă spre polul N (liniile de câmp intră în palmă), iar degetul mare deviat la 90 de grade arată direcția de mișcare a conductorului, apoi într-un circuit închis (bobină) câmpul magnetic induce un curent electric , al cărui vector de mișcare îl arată patru degete.
Această regulă demonstrează cum au apărut inițial generatoarele de curent continuu. O anumită forță a naturii (apa, vânt) a rotit un circuit închis de conductori într-un câmp magnetic, generând electricitate. Apoi motoarele, după ce au primit un curent electric într-un câmp magnetic constant, l-au transformat într-o mișcare mecanică.
Regula mâinii drepte este valabilă și pentru inductori. Mișcarea miezului magnetic în interiorul lor duce la apariția curenților de inducție.
Dacă cele patru degete ale mâinii drepte sunt aliniate cu direcția curentului în spirele bobinei, atunci degetul mare deviat cu 90 de grade va îndrepta către polul nord.
Regulile gimletului și ale mâinii drepte demonstrează cu succes interacțiunea câmpurilor electrice și magnetice. Ele fac posibilă înțelegerea funcționării diferitelor dispozitive în inginerie electrică pentru aproape toată lumea, nu doar pentru oamenii de știință.
Articole similare:
