Kuhu suunatakse joonisel magnetjõud. Kooli entsüklopeedia. Alalisvoolu magnetinduktsiooni vektori suuna erijuhud

Avage vasaku käe peopesa ja sirutage kõik sõrmed. Painutage pöial kõigi teiste sõrmede suhtes 90 kraadise nurga all, peopesaga samal tasapinnal.

Kujutage ette, et peopesa neli sõrme, mida hoiate koos, näitavad laengu kiiruse suunda, kui see on positiivne, või kiiruse vastupidist suunda, kui laeng on negatiivne.

Magnetilise induktsiooni vektor, mis on alati suunatud kiirusega risti, siseneb seega peopessa. Nüüd vaadake, kuhu pöial näitab – see on Lorentzi jõu suund.

Lorentzi jõud võib olla võrdne nulliga ja sellel ei ole vektorkomponenti. See juhtub siis, kui laetud osakese trajektoor on paralleelne magnetvälja joontega. Sel juhul on osakesel sirgjooneline liikumistrajektoor ja konstantne kiirus. Lorentzi jõud ei mõjuta mingil moel osakese liikumist, sest sel juhul puudub see täielikult.

Kõige lihtsamal juhul on laetud osakesel liikumistrajektoor risti magnetvälja jõujoontega. Seejärel loob Lorentzi jõud tsentripetaalse kiirenduse, mis sunnib laetud osakest ringikujuliselt liikuma.

Märge

Lorentzi jõu avastas 1892. aastal Hollandi füüsik Hendrik Lorentz. Tänapäeval kasutatakse seda üsna sageli erinevates elektriseadmetes, mille toime sõltub liikuvate elektronide trajektoorist. Näiteks on need telerite ja monitoride elektronkiiretorud. Igasugused kiirendid, mis kiirendavad laetud osakesi Lorentzi jõu abil tohutu kiiruseni, määravad nende liikumise orbiidid.

Abistavad nõuanded

Lorentzi jõu erijuht on Ampère'i jõud. Selle suund arvutatakse vasaku käe reegli järgi.

Allikad:

• Lorentzi jõud
• Lorentzi jõu vasaku käe reegel

Magnetvälja toime vooluga juhile tähendab, et magnetväli mõjutab liikuvaid elektrilaenguid. Magnetväljast liikuvale laetud osakesele mõjuvat jõudu nimetatakse Hollandi füüsiku H. Lorentzi auks Lorentzi jõuks.

Juhend

Tugevus -, nii saate määrata selle arvväärtuse (mooduli) ja suuna (vektor).

Lorentzi jõumoodul (Fl) on võrdne voolu pikkusega ∆l juhi lõigule mõjuva jõu mooduli F suhtega sellel juhi lõigul korrapäraselt liikuvate laetud osakeste arvu N. : Fl = F/N (1). Lihtsate füüsikaliste teisenduste tõttu saab jõudu F esitada järgmiselt: F = q * n * v * S * l * B * sina (valem 2), kus q on liikuva laeng, n on juhi sektsioonil, v on osakese kiirus, S on juhi sektsiooni ristlõike pindala, l on juhi sektsiooni pikkus, B on magnetinduktsioon, sina on kiiruse ja induktsioonivektori vahelise nurga siinus . Ja liikuvate osakeste arv teisendatakse kujule: N=n*S*l (valem 3). Asendage valemid 2 ja 3 valemiga 1, vähendage n, S, l väärtusi, selgub Lorentzi jõu jaoks: Fl \u003d q * v * B * sin a. Niisiis, Lorentzi jõu leidmise lihtsate ülesannete lahendamiseks määrake määramistingimuses järgmised füüsikalised suurused: liikuva osakese laeng, selle kiirus, magnetvälja induktsioon, milles osake liigub, ja kiiruse vaheline nurk. ja induktsioon.

Enne probleemi lahendamist veenduge, et kõik suurused on mõõdetud ühikutes, mis vastavad üksteisele või rahvusvahelisele süsteemile. Njuutonite saamiseks vastuses (N on jõu ühik), tuleb laengut mõõta kulonides (K), kiirust meetrites sekundis (m / s), induktsiooni - teslades (T), siinus alfa ei ole mõõdetav arv.
Näide 1. Magnetväljas, mille induktsioon on 49 mT, liigub 1 nC laetud osake kiirusega 1 m/s. Kiiruse ja magnetilise induktsiooni vektorid on üksteisega risti.
Lahendus. B = 49 mT = 0,049 T, q = 1 nC = 10 ^ (-9) C, v = 1 m/s, sin a = 1, Fl = ?

Fl \u003d q * v * B * sin a = 0,049 T * 10 ^ (-9) C * 1 m / s * 1 = 49 * 10 ^ (12).

Lorentzi jõu suund määratakse vasaku käe reegliga. Selle rakendamiseks kujutage ette järgmist kolme üksteisega risti oleva vektori paigutust. Asetage vasak käsi nii, et magnetinduktsiooni vektor siseneb peopessa, neli sõrme on suunatud positiivse (negatiivse liikumise vastu) osakese liikumise suunas, seejärel näitab 90 kraadi painutatud pöial Lorentzi suunda jõud (vt joonist).
Lorentzi jõudu rakendatakse monitoride ja telerite teleritorudes.

Allikad:

• G. Ya Myakishev, B.B. Bukhovtsev. Füüsika õpik. 11. klass. Moskva. "Haridus". 2003. aasta
• Lorentzi jõuga seotud probleemide lahendamine

Voolu tegelik suund on see, milles laetud osakesed liiguvad. See omakorda sõltub nende laengu märgist. Lisaks kasutavad tehnikud laengu liikumise tingimuslikku suunda, mis ei sõltu juhi omadustest.

Juhend

Laetud osakeste tegeliku liikumissuuna määramiseks järgige järgmist reeglit. Allika sees lendavad nad välja elektroodist, mis sellelt laetakse vastupidise märgiga, ja liiguvad elektroodi poole, mis sel põhjusel omandab osakestega märgilt sarnase laengu. Välisahelas tõmmatakse need aga elektrivälja toimel välja elektroodilt, mille laeng langeb kokku osakeste laenguga, ja tõmmatakse vastupidiselt laetud elektroodi poole.

Metallis on voolukandjad vabad elektronid, mis liiguvad kristalli sõlmede vahel. Kuna need osakesed on negatiivselt laetud, kaaluge nende liikumist allika sees positiivselt elektroodilt negatiivsele ja välisahelas - negatiivselt positiivsele.

Mittemetallilistes juhtides kannavad laengut ka elektronid, kuid nende liikumise mehhanism on erinev. Elektron, lahkudes aatomist ja muutes selle seeläbi positiivseks iooniks, paneb selle kinni võtma elektroni eelmisest aatomist. Sama elektron, mis aatomist lahkus, ioniseerib negatiivselt järgmise. Protsessi korratakse pidevalt seni, kuni vooluringis on voolu. Sel juhul arvestage laetud osakeste liikumissuunaga sama, mis eelmisel juhul.

Kahte tüüpi pooljuhid: elektroonilise ja aukjuhtivusega. Esimesel juhul on elektronid kandjad ja seetõttu võib nendes olevate osakeste liikumissuunda pidada samaks, mis metallidel ja mittemetallilistel juhtidel. Teises kannavad laengut virtuaalsed osakesed – augud. Lihtsustatult võib öelda, et need on mingid tühjad kohad, kus pole elektrone. Elektronide vahelduva nihke tõttu liiguvad augud vastupidises suunas. Kui ühendate kaks pooljuhti, millest ühel on elektrooniline ja teisel aukjuhtivus, on sellisel seadmel, mida nimetatakse dioodiks, alaldavad omadused.

Vaakumis kantakse laeng üle kuumutatud elektroodilt (katoodilt) külmale (anoodile) liikuvate elektronide abil. Pange tähele, et kui diood alaldub, on katood anoodi suhtes negatiivne, kuid ühise juhtme suhtes, millega on ühendatud anoodi vastas oleva trafo sekundaarklemm, on katood positiivselt laetud. Siin pole vastuolu, arvestades pingelanguse olemasolu mis tahes dioodil (nii vaakum- kui ka pooljuhil).

Gaasides kannavad positiivsed ioonid laengut. Laengute liikumissuunda neis peetakse vastupidiseks nende liikumise suunale metallides, mittemetallilistes tahkejuhtides, vaakumis, aga ka elektroonilise juhtivusega pooljuhtides ning sarnaseks nende liikumissuunaga aukjuhtivusega pooljuhtides. Ioonid on palju raskemad kui elektronid, mistõttu on gaaslahendusseadmetel suur inerts. Sümmeetriliste elektroodidega ioonseadmetel ei ole ühepoolset juhtivust, kuid asümmeetrilistel on see teatud potentsiaalide erinevuste vahemikus.

Vedelikes kannavad laengut alati rasked ioonid. Sõltuvalt elektrolüüdi koostisest võivad need olla negatiivsed või positiivsed. Esimesel juhul pidage meeles, et need käituvad nagu elektronid ja teisel juhul nagu positiivsed ioonid gaasides või augud pooljuhtides.

Elektriahela voolu suuna määramisel arvestage nende liikumist allikas negatiivsest positiivsesse ja välisahelas positiivsest negatiivsesse, olenemata sellest, kuhu laetud osakesed tegelikult liiguvad. Näidatud suunda peetakse tingimuslikuks ja see võeti vastu enne aatomi struktuuri avastamist.

Allikad:

• praegune suund

Magnetvälja iseloomustatakse magnetilise induktsiooni vektori () abil.

Kui vabalt pöörlev magnetnõel, mis on väike poolustega (põhja (N) ja lõuna (S)) magnet, asetada magnetvälja, siis see pöörleb, kuni see teatud viisil settib. Samamoodi käitub vooluga raam, mis on riputatud painduvale vedrustusele ja millel on võimalus pöörata. Magnetvälja võimet magnetnõela orienteerida kasutatakse magnetinduktsiooni vektori suuna määramiseks.

Magnetinduktsiooni vektori suund

Seega on magnetilise induktsiooni vektori suund suund, mis näitab magnetnõela põhjapoolust, mis võib magnetväljas vabalt pöörata.

Samal suunal on vooluga suletud ahela positiivne normaal. Positiivse normaalse suund määratakse parempoolse kruvi reegli abil: positiivne normaal on suunatud sinna, kus rõngas liiguks, kui selle pead pöörataks voolu liikumise suunas.

Voolu või magnetnõelaga vooluringi abil saate teada, kuidas magnetvälja magnetilise induktsiooni vektor on mis tahes punktis suunatud.

Vektori suuna määramiseks on mõnikord mugav kasutada nn parema käe reeglit. Seda rakendatakse järgmisel viisil. Parema käega püütakse oma kujutlusvõimet juhi ümber keerata nii, et pöial näitab voolutugevuse suunda, seejärel suunatakse ülejäänud sõrmede otsad samamoodi nagu magnetinduktsiooni vektor.

Alalisvoolu magnetinduktsiooni vektori suuna erijuhud

Kui vooluga sirgjooneline juht tekitab ruumis magnetvälja, seatakse magnetnõel mis tahes välja punktis tangentsiaalselt ringidele, mille keskpunktid asuvad juhi teljel ja tasandid on juhtmega risti. . Sel juhul määratakse magnetilise induktsiooni vektori suund parempoolse kruvi reegli abil. Kui kruvi keerata nii, et see liigub edasi juhtmes oleva voolu suunas, siis kattub kruvipea pöörlemine vektori suunaga. Joonisel fig. 1 on suunatud meist eemale, joonise tasapinnaga risti.

Kompassi abil maastikule keskendudes viime iga kord läbi katse, et määrata Maa väljavektori suund.

Laske laetud osakesel liikuda magnetväljas, seejärel Lorentzi jõud (), mis on määratletud järgmiselt:

kus q on osakeste laeng; - osakeste kiiruse vektor. Lorentzi jõud ja magnetilise induktsiooni vektor on alati üksteisega risti. Nullist suurema tasu eest ( title=" Renderdab QuickLaTeX.com" height="16" width="43" style="vertical-align: -4px;">), тройка векторов и связана правилом правого винта (рис.2).!}

Magnetvälja jooned ja vektori B suund

Magnetvälja pilti saate visualiseerida magnetiliste induktsioonijoonte abil. Välja magnetilise induktsiooni sirgeid nimetatakse joonteks, mille puutujad mis tahes punktis on vaadeldava välja magnetilise induktsiooni vektorid. Vooluga sirge juhi puhul on magnetinduktsiooni jooned kontsentrilised ringid, nende tasapinnad on juhiga risti, keskpunktid traadi teljel. Magnetvälja joonte eripära seisneb selles, et need on lõpmatud ja on alati suletud (või lähevad lõpmatusse). See tähendab, et magnetväli on keeris.

Vektori B superpositsiooni põhimõte

Kui magnetvälja ei tekita mitte üks, vaid voolude või liikuvate laengute kombinatsioon, siis leitakse see iga voolu või liikuva laengu poolt eraldi tekitatud üksikute väljade vektorsummana. Valemi kujul kirjutatakse superpositsiooni põhimõte järgmiselt:

Näited probleemide lahendamisest

NÄIDE 1

Juba VI sajandil. eKr. Hiinas teati, et mõnel maagil on võime üksteist ligi tõmmata ja raudesemeid ligi tõmmata. Selliste maakide tükke leiti Magneesia linna lähedalt Väike-Aasias, nii et need said nime magnetid.

Milline on magneti ja raudesemete vastastikmõju? Tuletage meelde, miks elektrifitseeritud kehad meelitavad? Sest elektrilaengu lähedusse tekib omapärane ainevorm – elektriväli. Magneti ümber on sarnane ainevorm, kuid selle päritolu on erinev (maak on ju elektriliselt neutraalne), seda nimetatakse magnetväli.

Magnetvälja uurimiseks kasutatakse sirgeid või hobuserauakujulisi magneteid. Magneti teatud kohtadel on suurim atraktiivsus, neid nimetatakse poolused(Põhja ja Lõuna). Vastupidised magnetpoolused tõmbavad ligi ja sarnaselt poolused tõrjuvad.

Magnetvälja võimsuskarakteristiku jaoks kasutage magnetvälja induktsiooni vektor B. Magnetvälja on graafiliselt kujutatud jõujoonte abil ( magnetilise induktsiooni jooned). Read on suletud, neil pole algust ega lõppu. Koht, kust magnetjooned väljuvad, on põhjapoolus (põhja), magnetjooned sisenevad lõunapoolusele (lõuna).

Magnetvälja saab "nähtavaks" teha raudviilidega.

Voolu juhtiva juhi magnetväli

Ja nüüd, mida me leidsime Hans Christian Oersted Ja André Marie Ampère aastal 1820. Selgub, et magnetväli ei eksisteeri mitte ainult magneti ümber, vaid ka iga vooluga juhi ümber. Igasugune juhe, näiteks lambi juhe, millest läbi voolab elektrivool, on magnet! Vooluga juhe suhtleb magnetiga (proovige sellele kompassi tuua), kaks vooluga juhet suhtlevad üksteisega.

Alalisvoolu magnetvälja jõujooned on ringid ümber juhi.

Magnetinduktsiooni vektori suund

Magnetvälja suunda antud punktis saab määratleda kui suunda, mis näitab sellesse punkti asetatud kompassinõela põhjapoolust.

Magnetinduktsiooni joonte suund sõltub juhi voolu suunast.

Induktsioonivektori suund määratakse reegliga gimlet või valitseda parem käsi.

Magnetilise induktsiooni vektor

See on vektorsuurus, mis iseloomustab välja jõu mõju.

Lõpmatu sirgjoonelise juhi magnetvälja induktsioon, mille vool on sellest kaugusel r:

Magnetvälja induktsioon õhukese ümmarguse pooli raadiusega r keskel:

Magnetvälja induktsioon solenoid(mähis, mille pöörded on pingestatud järjestikku ühes suunas):

Superpositsiooni põhimõte

Kui antud ruumipunktis tekitavad magnetvälja mitmed väljaallikad, siis on magnetinduktsioon iga välja eraldi induktsioonide vektorsumma.

Maa pole mitte ainult suur negatiivne laeng ja elektrivälja allikas, vaid samal ajal on meie planeedi magnetväli sarnane hiiglasliku otsemagneti väljaga.

Geograafiline lõuna on magnetilise põhja lähedal ja geograafiline põhi on magnetilise lõuna lähedal. Kui kompass asetatakse Maa magnetvälja, siis selle põhjanool on suunatud magnetilise induktsiooni joontele lõunapoolse magnetpooluse suunas, see tähendab, et see näitab meile, kus asub geograafiline põhjaosa.

Maa magnetismi iseloomulikud elemendid muutuvad aja jooksul väga aeglaselt - ilmalikud muutused. Magnettorme tuleb aga aeg-ajalt ette, kui Maa magnetväli on mitu tundi tugevalt moonutatud ja seejärel tasapisi endiste väärtuste juurde naaseb. Selline drastiline muutus mõjutab inimeste heaolu.

Maa magnetväli on "kilp", mis katab meie planeeti avakosmosest tungivate osakeste ("päikesetuul") eest. Magnetpooluste lähedal tulevad osakeste voolud Maa pinnale palju lähemale. Võimsate päikesepõletuste käigus magnetosfäär deformeerub ja need osakesed võivad pääseda atmosfääri ülemistesse kihtidesse, kus põrkuvad gaasimolekulidega, moodustades aurorasid.

Magnetkilel olevad rauddioksiidi osakesed magnetiseeruvad salvestusprotsessi ajal hästi.

Maglev-rongid libisevad üle pinna ilma hõõrdumiseta. Rong on võimeline kiirustama kuni 650 km/h.

Aju töö, südame pulsatsiooniga kaasnevad elektrilised impulsid. Sel juhul tekib organites nõrk magnetväli.

Istuge, lagundage molekulid aatomiteks,
Unustades, et kartul põldudel laguneb.
V. Võssotski

Kuidas kirjeldada gravitatsioonilist vastasmõju gravitatsioonivälja abil? Kuidas kirjeldada elektrilist vastasmõju elektrivälja abil? Miks võib elektrilist ja magnetilist vastasmõju pidada ühe elektromagnetilise interaktsiooni kaheks komponendiks?

Tund-loeng

Gravitatsiooniväli. Füüsikas õppisite universaalse gravitatsiooni seadust, mille kohaselt kõik kehad tõmbuvad üksteise poole jõuga, mis on võrdeline nende masside korrutisega ja pöördvõrdeline nendevahelise kauguse ruuduga.

Vaatleme mis tahes Päikesesüsteemi keha ja tähistame selle massi m-ga. Universaalse gravitatsiooniseaduse kohaselt mõjuvad sellele kehale kõik teised päikesesüsteemi kehad ja kogu gravitatsioonijõud, mida tähistame tähega F, on võrdne kõigi nende jõudude vektorsummaga. Kuna iga jõud on võrdeline massiga m, saab kogujõudu esitada vektorsuurusena, mis sõltub kaugusest teiste päikesesüsteemi kehade vahel, st meie valitud keha koordinaatidest. Eelmises osas antud definitsioonist järeldub, et G on väli. See väli kannab nime gravitatsiooniväli.

Kazimir Malevitš. Must ruut

Avaldage oma oletust, miks just see Malevitši maali reproduktsioon lõigu tekstiga kaasneb.

Maapinna lähedal mis tahes kehale, näiteks teile, Maa küljelt mõjuv jõud ületab kaugelt kõik muud gravitatsioonijõud. See on tuttav gravitatsioonijõud. Kuna gravitatsioonijõud on keha massiga seotud suhtega F g = mg, siis G Maa pinna lähedal on lihtsalt vaba langemise kiirendus.

Kuna G väärtus ei sõltu meie valitud keha massist ega ühestki muust parameetrist, on ilmne, et kui samasse ruumipunkti asetada teine ​​keha, siis määrab ka sellele mõjuv jõud sama. väärtus u korrutatuna uue keha massiga. Seega võib Päikesesüsteemi kõikide kehade gravitatsioonijõudude mõju teatud katsekehale kirjeldada kui gravitatsioonivälja mõju sellele katsekehale. Sõna "proov" tähendab, et seda keha ei pruugi eksisteerida, väli antud ruumipunktis on endiselt olemas ja ei sõltu selle keha olemasolust. Katsekeha eesmärk on lihtsalt mõõta seda välja, mõõtes sellele mõjuvat kogu gravitatsioonijõudu.

On üsna ilmne, et oma arutlustes võime minna kaugemale päikesesüsteemist ja käsitleda mis tahes kehade süsteemi, olenemata sellest, kui suur see on.

Mõne kehade süsteemi tekitatud ja katsekehale mõjuvat gravitatsioonijõudu saab kujutada kõigi kehade (v.a katsekeha) poolt tekitatava gravitatsioonivälja toimena katsekehale.

Elektromagnetväli. Elektrilised jõud on väga sarnased gravitatsiooniga, ainult et nad toimivad laetud osakeste vahel ja sarnase laenguga osakeste jaoks on need tõukejõud ja vastupidiselt laetud osakeste jaoks tõmbejõud. Universaalse gravitatsiooni seadusega sarnane seadus on Coulombi seadus. Selle kohaselt on kahe laetud keha vahel mõjuv jõud võrdeline laengute korrutisega ja pöördvõrdeline kehadevahelise kauguse ruuduga.

Tänu Coulombi seaduse ja universaalse gravitatsiooniseaduse vahelisele analoogiale saab gravitatsioonijõudude kohta öeldut korrata elektrijõudude kohta ja kujutada jõudu, mis mõjub teatud laetud kehade süsteemist katselaengule q kujul F e. \u003d qE Väärtust E, mis iseloomustab teile tuttavat elektrivälja, nimetatakse elektrivälja tugevuseks. Gravitatsioonivälja puudutavat järeldust saab peaaegu sõna-sõnalt korrata elektrivälja kohta.

Laetud kehade (või lihtsalt laengute) vaheline interaktsioon, nagu juba mainitud, on väga sarnane mis tahes kehade vahelisele gravitatsioonilisele vastastikmõjule. Siiski on üks väga oluline erinevus. Gravitatsioonijõud ei sõltu sellest, kas kehad liiguvad või seisavad. Kuid laengute vahelise vastasmõju jõud muutub, kui laengud liiguvad. Näiteks mõjuvad tõukejõud kahe identse fikseeritud laengu vahel (joon. 12, a). Kui need laengud liiguvad, muutuvad vastasmõjujõud. Lisaks elektrilistele tõukejõududele ilmnevad tõmbejõud (joon. 12, b).

Riis. 12. Kahe fikseeritud laengu koostoime (a), kahe liikuva laengu koostoime (b)

Selle jõuga olete juba füüsikakursusest tuttav. Just see jõud põhjustab kahe paralleelse voolu kandva juhi külgetõmbejõudu. Seda jõudu nimetatakse magnetjõuks. Tõepoolest, identse suunatud vooluga paralleeljuhtides laengud liiguvad, nagu on näidatud joonisel, mis tähendab, et neid tõmbab magnetjõud. Kahe voolu juhtiva juhi vahel mõjuv jõud on lihtsalt kõigi laengute vahel mõjuvate jõudude summa.

Mõne laetud kehade süsteemi tekitatud ja testlaengule mõjuvat elektrijõudu saab kujutada kõigi laetud kehade (v.a katsekeha) poolt tekitatava elektrivälja toimena katselaengule.

Miks elektrijõud sel juhul kaob? Kõik on väga lihtne. Juhtides on nii positiivseid kui ka negatiivseid laenguid, kusjuures positiivsete laengute arv on täpselt võrdne negatiivsete laengute arvuga. Seetõttu kompenseeritakse üldiselt elektrilised jõud. Voolud tekivad ainult negatiivsete laengute liikumise tõttu, positiivsed laengud juhis on liikumatud. Seetõttu ei kompenseerita magnetjõude.

Mehaaniline liikumine on alati suhteline, st kiirus on alati seatud mõne tugiraami suhtes ja muutub ühest tugiraamist teise liikudes.

Vaadake nüüd hoolikalt joonist 12. Mis vahe on joonistel a ja b? Joonisel 6 laengud liiguvad. Kuid see liikumine on ainult teatud meie poolt valitud tugiraamistikus. Saame valida teise tugiraamistiku, milles mõlemad laengud on paigal. Ja siis kaob magnetjõud. See viitab sellele, et elektri- ja magnetjõud on sama iseloomuga jõud.

Ja tõepoolest on. Kogemus näitab, et on olemas üksik elektromagnetiline jõud, toimides laengute vahel, mis avaldub erinevates tugiraamistikes erinevalt. Sellest lähtuvalt võib rääkida ühest elektromagnetväli, mis on kahe – elektri- ja magnetvälja – kombinatsioon. Erinevates referentssüsteemides võivad elektromagnetvälja elektrilised ja magnetilised komponendid avalduda erineval viisil. Eelkõige võib selguda, et mõnes võrdlusraamis kaob elektromagnetvälja elektriline või magnetiline komponent.

Liikumise suhtelisusest järeldub, et elektriline interaktsioon ja magnetiline vastastikmõju on ühe elektromagnetilise interaktsiooni kaks komponenti.

Aga kui see on nii, siis võime korrata järeldust elektrivälja kohta.

Mõne laengusüsteemi tekitatud ja testlaengule mõjuvat elektromagnetjõudu saab kujutada kõigi laengute (v.a testlaeng) poolt tekitatava elektromagnetvälja toimena testlaengule.

Paljusid vaakumis või pidevas keskkonnas kehale mõjuvaid jõude saab kujutada vastavate väljade mõju tulemusena kehale. Selliste jõudude hulka kuuluvad eelkõige gravitatsiooni- ja elektromagnetjõud.

• Mitu korda on Maalt teile mõjuv gravitatsioonijõud suurem kui Päikeselt mõjuv gravitatsioonijõud? (Päikese mass on 330 000 korda suurem kui Maa mass ja kaugus Maast Päikeseni on 150 miljonit km.)
• Kahe laengu vahel toimiv magnetjõud, nagu ka elektrijõud, on võrdeline laengute korrutisega. Kuhu suunatakse magnetjõud, kui joonisel 12, b asendatakse üks laengutest märgiliselt vastupidise laenguga?
• Kuhu suunatakse magnetjõud joonisel 12, b, kui mõlema laengu kiirused on vastupidised?

On ammu teada, et magnetilise rauamaagi tükid on võimelised ligi tõmbama metallesemeid: naelu, mutreid, metalliviilu, nõelu jne. Loodus on neile selle võime andnud. See looduslikud magnetid .

Anname raudkangi loodusliku magneti kätte. Mõne aja pärast magnetiseerub see ise ja hakkab teisi metallesemeid ligi tõmbama. Baar sai kunstlik magnet . Eemaldame magneti. Kui sel juhul magnetiseerimine kaob, siis räägitakse ajutine magnetiseerimine . Kui jääb, siis enne meid püsimagnet.

Nimetatakse magneti otsad, mis tõmbavad kõige tugevamalt metallesemeid magneti poolused. Kõige nõrgem atraktsioon on selle keskmises tsoonis. Nad kutsuvad teda eikellegimaa .

Kui kinnitate magneti keskosa külge niidi ja lasete sellel vabalt pöörelda, riputades selle statiivi küljes, siis see pöördub nii, et üks selle poolustest on suunatud rangelt põhja ja teine ​​rangelt põhja poole. Lõuna. Magneti põhjaotsa nimetatakse põhjapoolus(N ) ja vastupidi - lõunapoolne(S).

Magnetite koostoime

Magnet tõmbab teisi magneteid ligi neid puudutamata. Nagu erinevate magnetite poolused tõrjuvad ja vastaspoolused tõmbavad. Kas see pole mitte nagu elektrilaengute koosmõju?

Elektrilaengud mõjuvad üksteisele abiga elektriväli moodustatud nende ümber. Püsimagnetid interakteeruvad vahemaa tagant, sest on olemas magnetväli .

19. sajandi füüsikud püüdsid esitada magnetvälja elektrostaatilise välja analoogina. Nad pidasid magneti pooluseid positiivseteks ja negatiivseteks magnetlaenguteks (vastavalt põhja- ja lõunapoolus). Kuid nad mõistsid peagi, et isoleeritud magnetlaenguid pole olemas.

Nimetatakse kahte ühesuurust, kuid erineva märgiga elektrilaengut elektriline dipool . Magnetil on kaks poolust ja see on magnetiline dipool .

Elektridipooli laenguid saab kergesti üksteisest eraldada, lõigates juhi kaheks osaks, mille erinevates osades need asuvad. Kuid magneti puhul see nii ei ole. Püsimagneti samamoodi jagades saame kaks uut magnetit, millest igaühel on samuti kaks magnetpoolust.

Kehadeks, millel on oma magnetväli, nimetatakse magnetid . Erinevad materjalid meelitavad neid erineval viisil. See sõltub materjali struktuurist. Materjalide omadust tekitada välise magnetväljaga kokkupuutel magnetväli nimetatakse magnetism .

Enim tõmbavad magnetid ferromagnetid. Pealegi on nende endi magnetväli, mille loovad molekulid, aatomid või ioonid, sadu kordi suurem kui selle põhjustanud väline magnetväli. Ferromagnetid on keemilised elemendid nagu raud, koobalt, nikkel ja mõned sulamid.

Paramagnetid on ained, mis magnetiseeruvad välisväljas selle suunas. Nõrgalt tõmbab magneteid. Keemilised elemendid alumiinium, naatrium, magneesium, rauasoolad, koobalt, nikkel jne on näiteks paramagnetid.

Kuid on materjale, mida magnetid ei tõmba, vaid tõrjuvad. Neid nimetatakse diamagnetid. Need on magnetiseeritud vastu välise magnetvälja suunda, kuid tõrjuvad magneteid üsna nõrgalt. Need on vask, hõbe, tsink, kuld, elavhõbe jne.

Oerstedi kogemus

Magnetvälja ei loo aga ainult püsimagnetid.

1820. aastal demonstreeris Taani füüsik Hans Christian Oersted ülikoolis ühel oma loengus üliõpilastele juhtme soojendamise kogemust "voltakolonnist". Üks elektriahela juhtmetest oli laual lebava merekompassi klaaskaanel. Kui teadlane sulges elektriahela ja vool läbi juhtme voolas, kaldus kompassi magnetnõel ootamatult küljele. Muidugi arvas Oersted alguses, et see oli lihtsalt õnnetus. Kuid katset korrates samadel tingimustel, sai ta sama tulemuse. Seejärel hakkas ta muutma kaugust juhtmest nooleni. Mida suurem see oli, seda nõrgemalt kaldus nool kõrvale. Kuid see pole veel kõik. Juhtides voolu läbi erinevatest metallidest valmistatud juhtmete, leidis ta, et isegi need, millel polnud magnetilisi omadusi, muutusid elektrivoolu läbimisel ootamatult magnetideks. Nool kaldus kõrvale ka siis, kui see oli vooluga traadist eraldatud mittejuhtivast materjalist ekraanidega: puit, klaas, kivid. Isegi veepaaki asetatuna jätkas see siiski kõrvalekaldumist. Kui elektriahel katkes, naasis kompassi magnetnõel algsesse olekusse. See tähendas seda elektrivoolu kandev juht loob magnetvälja, mis sunnib noolt kindlas suunas seadma.

Hans Christian Oersted

Magnetiline induktsioon

Magnetväljale iseloomulik jõud on magnetiline induktsioon . See on vektorsuurus, mis määrab selle mõju liikuvatele laengutele välja antud punktis.

Magnetilise induktsiooni vektori suund langeb kokku magnetväljas paikneva magnetnõela põhjapooluse suunaga. Magnetinduktsiooni mõõtühik SI süsteemis on tesla ( Tl) . Magnetilist induktsiooni mõõdetakse instrumentidega nn teslamomeetrid.

Kui välja magnetilise induktsiooni vektorid on kõigis välja punktides sama suuruse ja suunaga, siis nimetatakse sellist välja homogeenseks.

Ärge ajage mõistet segamini magnetvälja induktsioon Ja elektromagnetilise induktsiooni nähtus .

Graafiliselt on magnetvälja kujutatud jõujoonte abil.

jõujooned , või magnetilise induktsiooni jooned , nimetatakse joonteks, mille puutujad antud punktis langevad kokku magnetinduktsiooni vektori suunaga. Nende joonte tihedus peegeldab magnetilise induktsiooni vektori suurust.

Pildi nende joonte asukohast saab lihtsa katsega. Siledale papile või klaasile raudviilu puistates ja magnetile asetades on näha, kuidas viilud teatud joont pidi asetsevad. Need jooned on magnetvälja joonte kujul.

Magnetinduktsiooni jooned on alati suletud. Neil pole algust ega lõppu. Põhjapoolusest lahkudes sisenevad nad lõunasse ja sulguvad magneti sisse.

Nimetatakse suletud vektorjoontega välju pööris. Seetõttu on magnetväli keeris. Magnetilise induktsiooni vektoril on igas punktis oma suund. Selle määrab magnetnõela suund selles punktis või kere reegel (magnetvälja jaoks vooluga juhi ümber).

Gimleti (kruvi) reegel ja parema käe reegel

Need reeglid võimaldavad lihtsalt ja üsna täpselt määrata magnetiliste induktsiooniliinide suuna ilma füüsilisi instrumente kasutamata.

Et mõista, kuidas see toimib kere reegel , kujutage ette, et parema käega keerame sisse puuri või korgitseri.

Kui gimleti translatsioonilise liikumise suund langeb kokku voolu liikumise suunaga juhis, siis katku käepideme pöörlemissuund langeb kokku magnetinduktsiooni joonte suunaga.

Selle reegli variant on parema käe reegel .

Kui keerate oma parema käe vaimselt ümber voolujuhi nii, et 90 ° kõverdatud pöial näitab voolu suunda, siis ülejäänud sõrmed näitavad selle voolu tekitatud välja magnetiliste induktsioonijoonte suunda, ja magnetilise induktsiooni vektori suund, mis on suunatud nendele joontele tangentsiaalselt.

magnetvoog

Asetame tasase suletud kontuuri ühtlasesse magnetvälja. Nimetatakse väärtust, mis võrdub kontuuri pinda läbivate jõujoonte arvuga magnetvoog .

F = V S cosα ,

Kus F on magnetvoo suurus;

IN on induktsioonivektori moodul;

S on kontuuri pindala;

α on nurk magnetinduktsiooni vektori suuna ja kontuuri tasapinnaga risti oleva normaalse (risti) vahel.

Kaldenurga muutumisel muutub magnetvoo suurus.

Kui kontuuri tasapind on magnetväljaga risti ( α = 0), siis on seda läbiv magnetvoog maksimaalne.

F max = V S

Kui kontuur on paralleelne magnetväljaga ( α =90 0), siis on vooluhulk sel juhul võrdne nulliga.

Lorentzi jõud

Teame, et elektriväli mõjutab kõiki laenguid, olenemata sellest, kas need on puhkeolekus või liikumises. Magnetväli saab mõjutada ainult liikuvaid laenguid.

Selles liikuvale ühikulisele elektrilaengule magnetväljast mõjuva jõu avaldise kehtestas Hollandi teoreetiline füüsik Hendrik Anton Lorenz.Seda jõudu kutsuti Lorentzi jõud .

Hendrik Anton Lorenz

Lorentzi jõumoodul määratakse järgmise valemiga:

F= q v B sinα ,

Kus q on tasu suurus;

v on laengu kiirus magnetväljas;

B - magnetvälja induktsioonivektori moodul;

α - induktsioonivektori ja kiirusvektori vaheline nurk.

Kuhu on Lorentzi jõud suunatud? Seda on lihtne kindlaks teha vasaku käe reeglid : « Kui asetate vasaku käe peopesa nii, et neli väljasirutatud sõrme näitavad positiivse elektrilaengu liikumissuunda ja magnetvälja jooned sisenevad peopesasse, siis 90 0 nurga all painutatud pöial näitab elektrilaengu liikumissuunda. Lorentzi jõud».

Ampère'i seadus

Aastal 1820, pärast seda, kui Oersted tegi kindlaks, et elektrivool loob magnetvälja, tegi kuulus prantsuse füüsik André Marie Ampère jätkas elektrivoolu ja magneti vastastikmõju uurimist.

André Marie Ampère

Eksperimentide tulemusena leidis teadlane, et vooluga sirgel juhil, mis asub induktsiooniga magnetväljas IN, mõjub jõud välja küljeltF , võrdeline voolu tugevusega ja magnetvälja induktsiooniga. Seda seadust nimetatakse Ampère'i seadus , ja jõudu nimetatakse Ampere jõul .

F= I L B sinα ,

Kus I - voolutugevus juhis;

L - juhi pikkus magnetväljas;

B - magnetvälja induktsioonivektori moodul;

α - nurk magnetvälja vektori ja juhis oleva voolu suuna vahel.

Amperjõul on maksimaalne väärtus, kui nurk α võrdub 90 0 .

Ampère’i jõu, aga ka Lorentzi jõu suund on samuti mugavalt määratud vasaku käe reegliga.

Asetame vasaku käe nii, et neli sõrme näitavad voolu suunda ja väljajooned sisenevad peopessa. Seejärel näitab 90 0 nurga all painutatud pöial Ampere'i jõu suunda.

Vaadeldes kahe õhukese juhi koostoimet vooluga, leidis teadlane selle paralleelsed voolu juhtivad juhid tõmbuvad, kui voolud voolavad samas suunas, ja tõrjuvad, kui voolud liiguvad vastassuundades.

Maa magnetväli

Meie planeet on hiiglaslik püsimagnet, mille ümber on magnetväli. Sellel magnetil on põhja- ja lõunapoolus. Nende läheduses on Maa magnetväli kõige tugevam. Kompassinõel on seatud piki magnetjooni. Selle üks ots on suunatud põhjapoolusele, teine ​​lõuna poole.

Maa magnetpoolused vahetavad aeg-ajalt kohti. Tõsi, seda ei juhtu sageli. Seda on viimase miljoni aasta jooksul juhtunud 7 korda.

Magnetväli kaitseb Maad kosmilise kiirguse eest, millel on hävitav mõju kõigile elusolenditele.

Maa magnetväli on mõjutatud päikeseline tuul, mis on ioniseeritud osakeste voog, mis pääseb päikesekroonist suure kiirusega. See on eriti tõhus päikesepõletuste ajal. Meie planeedist mööda lendavad osakesed tekitavad täiendavaid magnetvälju, mille tulemusena muutuvad Maa magnetvälja omadused. Tõuse üles magnettormid. Tõsi, need ei kesta kaua. Ja mõne aja pärast magnetväli taastub. Kuid need võivad tekitada palju probleeme, kuna mõjutavad elektriliinide, raadioside tööd, põhjustavad tõrkeid erinevate seadmete töös, halvendavad inimese südame-veresoonkonna, hingamisteede ja närvisüsteemide tööd. Eriti tundlikud on nende suhtes ilmast sõltuvad inimesed.