Se stabilește experimental că conductorii de-a lungul cărora curenții curg în aceeași direcție sunt atrasi și, în direcții opuse, resping. Pentru a descrie interacțiunea dintre fire pentru care au fost utilizate fluxul curenților de câmp magnetic - o formă specială de materie generate de curenți electrici sau curentului electric alternativ și se manifestă prin acțiunea curenților electrici sunt în acest domeniu. Deschis câmpul magnetic în 1820, fizicianul danez H.K. Oe. Câmpul magnetic descrie interacțiunile magnetice care apar: a) între doi curenți; b) între tarifele curente și cele în mișcare; c) între două încărcări în mișcare.
Câmpul magnetic are un caracter reglat și trebuie caracterizat printr-o cantitate vectorică. Principala forță caracteristică a câmpului magnetic a fost numită inducția magnetică. Această valoare este de obicei indicată prin litera B.
Observăm din nou acțiunea magnetică a curentului. În trepied fixăm firul, ale cărui capete pot fi conectate la sursa de curent. Lângă fir, plasați acul magnetic de pe busolă, puneți-l pe ac. În timp ce curentul nu este pornit, plasați instrumentele astfel încât săgeata să indice firul. Când conectați capetele cablului la o sursă de curent continuu, săgeata se va "îndepărta" de fir. Luați câteva săgeți magnetice și aranjați-le în jurul firelor. Aflăm că atunci când curentul este pornit, săgețile se vor desfășura într-un anumit mod.
Dacă săgețile magnetice deviază de direcția inițială, atunci anumite forțe acționează în aceste puncte ale spațiului. Cu alte cuvinte, în spațiul din jurul firului cu curent există un câmp de forță. Deoarece am considerat acțiunea magnetică a curentului, spunem că există un câmp magnetic în spațiul din jurul conductorului cu curent.
Metoda liniilor de forță. pot fi utilizate atât pentru descrierea câmpurilor electrice, cât și pentru descrierea câmpurilor de câmpuri magnetice. Să acceptăm să numim linii magnetice de forță, cum ar fi linii imaginare de-a lungul cărora sunt localizate săgețile magnetice plasate în acest câmp. De exemplu, în figura "d" vedeți că săgețile magnetice plasate la aceeași distanță față de conductorul direct cu curent sunt aranjate într-un cerc. Se poate presupune că la alte distanțe față de conductor, liniile de forță ale câmpului magnetic vor fi de asemenea cercuri.
Să verificăm acest lucru prin experiență.
Continuăm experimentele cu câmpul magnetic al conductorului direct. Am trecut printr-o deschidere într-o foaie de carton și am fixat-o într-un trepied. Să folosim un fir cu o putere de 5-10 A pe fir. Vom turna cu grijă mici rumeguș de fier pe carton. Vom vedea că vor fi aranjate sub formă de cercuri, care "înconjoară" dirijorul. În consecință, presupunerea noastră a fost confirmată: liniile de forță ale câmpului magnetic al unui conductor direct cu un curent sunt cercuri concentrice care înconjoară conductorul.
Astfel de linii se formează deoarece rumegușul este magnetizat și se comportă ca niște săgeți magnetice mici. Atragerea cu capetele opuse se desfasoara, formand "lanturi" sub forma unor linii in forma de inel.
Se obișnuiește să se atribuie linii de câmp magnetic într-o anumită direcție - spre direcția indicată de capătul nord al acului magnetic. De exemplu, în figura "d" localizarea capetelor de nord ne indică faptul că liniile de forță sunt îndreptate în sens invers acelor de ceasornic. Dacă se schimbă polaritatea sursei de curent, săgețile vor fi rotite cu 180 °, iar liniile de câmp vor fi orientate în sensul acelor de ceasornic (figura de mai jos). Cu alte cuvinte, direcția liniilor de forță ale câmpului magnetic al conductorului depinde de direcția curentului din acest conductor.
Sa întâmplat istoric că direcția din conductor este atribuită direcției: de la terminalul "+" al sursei de curent la terminalul său "-". De exemplu, în figura "d", curentul trece prin planul foii cărții către noi, care este indicat condiționat de un punct din interiorul cercului care simbolizează secțiunea conductorului. În aceeași figură, curentul merge în direcția opusă: prin foaia în jos (acest lucru este indicat de o cruce). Prin urmare, direcția săgeților sa schimbat.
Câmpurile magnetice, ca cele electrice, pot fi reprezentate grafic prin intermediul liniilor de inducție magnetică. Linii de inducție (sau linii vectoriale B) se numește o tangentă linie la care a direcționat la fel ca vector la un moment dat în domeniu. Este evident că o linie de inducție poate fi trasă prin fiecare punct al câmpului magnetic. Deoarece câmpul de inducție, în orice moment într-o anumită direcție, atunci direcția liniei de inducție în fiecare punct al acestui domeniu poate fi doar o singură și astfel liniile de câmp magnetic, precum și liniile de câmp electric de inducție câmp magnetic trasat de o asemenea densitate încât numărul de linii care traversează o suprafață perpendicular pe acestea, egală (sau proporțională) câmpul magnetic în locul dat. Prin urmare, ilustrând liniile de inducție pot fi vizualizate ca schimbarea în spațiul de inducție, și, prin urmare, intensitatea câmpului magnetic în mărime și direcție.
1.3. Natura vortex a câmpului magnetic.
Liniile de inducție magnetică sunt continue. ei nu au nici început, nici sfârșit. Acesta este cazul pentru orice câmp magnetic cauzat de orice circuite de curent. Câmpurile vectoriale cu linii continue se numesc câmpuri vortex. Vedem că câmpul magnetic este un câmp vortex. Aceasta este diferența esențială dintre câmpul magnetic și câmpul electrostatic.
Să luăm în considerare liniile de inducție a câmpului curent-curent. Intensitatea H (și prin urmare B) este întotdeauna perpendiculară pe planul care conține conductorul și punctul de câmp considerat. Prin urmare, liniile de inducție sunt în acest caz cercuri concentrice al căror centru este situat pe axa curentă.
Ideea formei liniei de inducție poate fi obținută experimental. Pentru a face acest lucru, utilizați faptul că acul magnetic în mișcare este întotdeauna stabilit de axa sa în direcția liniilor câmpului magnetic, adică linii de inducție.
Este chiar mai convenabil să folosiți pilitură de fier. Peletele de fier într-un câmp magnetic sunt magnetizate și devin similare cu săgețile magnetice. În implementarea practică a acestor experimente, firul de testare cu curent este trecut printr-o placă de sticlă orizontală (sau o bucată de carton) pe care se toarnă o cantitate mică de pilituri de fier. Cu o ușoară agitare a plăcii (atingerea), particulele de rumeguș formează lanțuri a căror formă corespunde cu liniile câmpului magnetic studiat.
Câmpul magnetic al unui curent circular este o linie continuă închisă cu următoarea formă:
Pentru câmpul magnetic, ca și câmpul electric, principiul suprapunerii este valabil:
n Olev generate de mai multe taxe în mișcare (curent) este egal cu suma vectorială poleyBI generat de fiecare încărcare (curent) în mod individual:
și anume pentru a găsi forța care acționează asupra unui punct în spațiu, trebuie să adăugați forțele care acționează asupra acestuia, după cum se arată în figură.
Câmpul magnetic al curentului circular este un anumit opt, cu separarea inelelor din centrul inelului, peste care curge curentul. Schema sa este prezentată în figura de mai jos:
Compararea câmpurilor electrice și magnetice.
II. CARACTERISTICI GENERALE ALE CÂMPULUI MAGNETIC AL PĂMÂNTULUI.
Pământul în ansamblu este un magnet cu balon mare. Omenirea a început să folosească câmpul magnetic al Pământului pentru o lungă perioadă de timp. Deja la începutul secolelor XII-XIII. este utilizat pe scară largă în busola de navigație. Cu toate acestea, în acele zile sa crezut că săgeata busolei este orientată de Polaris și de magnetismul său. Presupunerea existenței câmpului magnetic al Pământului a fost exprimată pentru prima dată în 1600 de naturalistul englez Hilbert.
În orice punct din spațiul care înconjoară Pământul și pe suprafața sa, este expus efectul forțelor magnetice. Cu alte cuvinte, în spațiul din jurul Pământului, se creează un câmp magnetic, liniile de forță ale cărora sunt reprezentate în Fig.
Polii magnetici și geografici ai Pământului nu coincid unul cu celălalt. Ce-N adevărat pol magnetic este în emisfera sudică, în apropierea coastei-O tarktidy și sud magnetic pol S este în emisfera nordică, în apropiere de coasta de nord a insulei Victoria (Canada). Ambii poli se deplasează continuu (deriva) pe suprafața pământului la o viteză de aproximativ 5 pe an datorită variabilității proceselor care generează câmpul magnetic. În plus, axa câmpului magnetic nu trece prin centrul Pământului, dar se află la o distanță de 430 km în spatele acestuia. Câmpul magnetic al Pământului nu este simetric. Datorită faptului că axa câmpului magnetic trece printr-un unghi de 11,5 grade față de axa de rotație a planetei, putem folosi busola.
Partea principală a câmpului magnetic al Pământului, conform vederilor moderne, are o origine intrinsecă. Câmpul magnetic al Pământului este creat de miezul său. Miezul exterior al Pământului este lichid și metalic. Metalul este o substanță conductivă și dacă există curenți constanți în miezul lichid, atunci curentul electric corespunzător ar crea un câmp magnetic. Datorită rotației Pământului, astfel de curenți există în nucleu, deoarece Pământul este într-o oarecare aproximație un dipol magnetic; Un fel de magnet cu doi poli: sud și nord.
O parte nesemnificativă a câmpului magnetic (aproximativ 1%) are o origine extraterestră. Apariția acestei părți este atribuită curenților electrici care sunt prezenți în straturile conductoare ale ionosferei și ale suprafeței Pământului. Această parte a câmpului magnetic al Pământului este supusă unei modificări ușoare în timp, numită variație seculară. Cauzele existenței curenților electrici în variațiile seculare nu sunt cunoscute.
Într-o ipoteză ipotetică ideală și în care Pământul ar fi singur în spațiul cosmic, liniile câmpului magnetic al planetei aranjate în același mod ca și liniile de forță a unui manual de fizica școală magnet convenționale, adică, Sub formă de arcuri simetrice care se extind de la polul sudic până la polul nordic. Densitatea liniilor (intensitatea câmpului magnetic) ar cădea cu distanța de la planetă. De fapt, câmpul magnetic al Pământului este în interacțiune cu câmpurile magnetice ale Soarelui, planete și fluxuri de particule încărcate emise în abundență de Soare. Dacă influența Soarelui și planetelor, cu atât mai mult, din cauza distanței poate fi neglijată, fluxul de particule, în caz contrar - vântul solar, așa că nu merge. Vântul solar este un flux de particule cu viteze de aproximativ 500 km / s, emise de atmosfera solare. În momentele de exploziile solare și perioadele în formarea pe grupul de soare pete mari, crește brusc numărul de electroni liberi care bombardeaza atmosfera Pământului. Aceasta duce la perturbarea curentului curent în ionosfera Pământului și, prin urmare, se schimbă câmpul magnetic al Pământului. Există furtuni magnetice. Astfel de fluxuri generează un câmp magnetic puternic, care interacționează cu câmpul Pământului, deformându-l foarte mult. Datorită câmpului său magnetic, Pământul menține așa-numitele centura de radiații solare captate particule de vânt, împiedicându-le de la trecerea în atmosfera Pământului și cu atât mai mult la suprafață. Particulele vântului solar ar fi foarte dăunătoare pentru toate lucrurile vii. Când câmpuri interacționează menționate de delimitare este formată la o parte care este perturbat (supus modificărilor datorate influențelor externe) câmpul magnetic al particulelor de vant solar, pe de altă parte - câmpul perturbata al pământului. Această limită trebuie privită ca limita spațiului apropiat de Pământ, limita magnetosferei și a atmosferei. În afara acestei limite, influența câmpurilor magnetice externe predomină. În direcția spre pământul soarelui aplatizat magnetosfere sub presiunea vântului solar și se extinde până la 10 raze ale planetei. În direcția opusă există o alungire de până la 1000 de raze ale Pământului.
Partea principală a câmpului magnetic al Pământului prezintă anomalii în diverse regiuni ale pământului. Aceste anomalii, aparent, ar trebui atribuite prezenței maselor feromagnetice în crusta pământului sau diferenței în proprietățile magnetice ale rocilor. Prin urmare, studiul anomaliilor magnetice are o importanță practică în studiul mineralelor.
Existența unui câmp magnetic în orice punct al pământului poate fi stabilită cu ajutorul unui ac magnetic. Dacă atarnați acul magnetic NS pe firul l (figura 2) astfel încât punctul de suspendare să coincidă cu centrul de greutate al săgeții, atunci săgeata este poziționată în direcția tangentei la linia de forță a câmpului magnetic al Pământului.
În emisfera nordică - capătul sudic va fi înclinat spre Pământ, iar săgeata cooperează cu orizontul cu unghiul de înclinare # 61521; (pe ecuatorul magnetic, înclinația # 61521; este egal cu zero). Planul vertical în care se află săgeata se numește planul meridianului magnetic. Toate avioanele meridianelor magnetice intersectează într-o linie dreaptă NS. iar urmele de meridiane magnetice de pe suprafața pământului converg la polii magnetici ai N și S. Deoarece polii magnetici nu coincid cu polii geografici, săgeata va fi deviată de meridianul geografic. Unghiul care formează planul vertical care trece prin săgeată (adică, meridianul magnetic), cu un meridian geografic, se numește declinația magnetică # 61537; # 61472; (Figura 2). Câmpul vector al câmpului magnetic al Pământului poate fi descompus în două componente: orizontală și verticală (Figura 3). Valoarea unghiurilor de înclinare și declinație, precum și componenta orizontală, fac posibilă determinarea magnitudinii și direcției intensității totale a câmpului magnetic al Pământului la un anumit punct. În cazul în care acul magnetic este liber să se rotească numai în jurul unei axe verticale, acesta va fi instalat sub acțiunea componentei orizontale a câmpului magnetic al Pământului în planul meridian magnetic. Componentă orizontală, declinare magnetică # 61537; și agravarea # 61521; se numesc elemente de magnetism terestru. Toate elementele magnetismului pământ se schimbă odată cu timpul.
Luați în considerare un conductor circular de n rotiri, care sunt destul de aproape una de cealaltă, situate vertical în planul meridianului magnetic. În centrul conductorului, plasați un ac magnetic care se rotește în jurul axei verticale. Dacă bobina trece curentul I. apoi apare un câmp magnetic cu o putere H. Direcția perpendiculară pe planul bobinei. astfel Două câmpuri perpendiculare vor acționa pe săgeată: câmpul magnetic al Pământului și câmpul magnetic al curentului. Intensitățile ambelor câmpuri sunt perpendiculare între ele. În Fig. 4. Secțiunea transversală a bobinei este reprezentată de un plan orizontal. Aici este vectorul intensității câmpului creat de curentul circular, componenta orizontală a câmpului magnetic al pământului. Săgeata este stabilită în direcția rezultatului, adică paralelogramul diagonal, ale cărui laturi vor fi vectorul intensității câmpului magnetic al curentului circular și Considerând figura 4, obținem:
pe de altă parte. Intensitatea câmpului magnetic în centrul bobinei tangent-galvanometrice este:
unde r este raza revoluției. apoi:
Pentru un anumit loc al Pământului și pentru un anumit instrument, valoarea
este un tangent constant - galvanometru, apoi: _
Formula (1) poate fi rescrisă în formular
Astfel, un conductor circular cu o săgeată magnetică poate fi utilizat pentru a măsura curentul care trece prin circuit. Dispozitivul, bazat pe principiul descris mai sus, se numește un galvanometru tangent.
Galvanometrul tangent utilizat în această lucrare constă dintr-o bobină, în centrul căreia este situat un ac magnetic pe axa verticală. Săgeata se poate roti liber într-o cutie rotundă cu un capac transparent (busola). În partea inferioară a casetei este marcată o scală circulară, gradată în grade unghiulare.
Asamblați circuitul electric al instalației de laborator conform schemei. Sursa tensiunii este redresorul VS-24 MS. Cu ajutorul comutatorului K, direcția curentului care trece prin galvanometrul tangent tg # 61553 este schimbată; .
Instalați tg # 61553; astfel încât planul răsucirilor bobinei să coincidă cu planul meridianului magnetic, adică astfel încât acul magnetic să fie poziționat în planul înfășurărilor bobinei, indicând în acest caz C și S.
Reglați regulatorul de tensiune R de pe panoul redresorului la poziția extremă stângă. Porniți redresorul și puneți comutatorul K în poziția stânga sau dreapta. Utilizați regulatorul de tensiune R pentru a seta curentul în circuitul indicat de instructor (de exemplu: I = 0.5A). Blocați unghiul de deformare al acului magnetic. Apăsați tasta K în poziția opusă și fixați și unghiul de deformare al săgeții. Acest lucru este necesar pentru planul de găsire a valorii medii aritmetice a unghiului de deformare al acului magnetic, deoarece Există întotdeauna o inexactitate în stabilirea întoarcerilor tg # 61553; # 61472; în planul meridianului magnetic.
Efectuați pasul 3 la valorile curente specificate de către instructor.
Înregistrați rezultatele măsurătorilor în tabel:
Articole similare
-
Valoarea critică a inducției și a câmpului magnetic; determinarea încărcăturii electronice specifice
-
Câmpul magnetic al pământului, wiki virtuală de laborator, fandom alimentat de wikia
Trimiteți-le prietenilor: