Kamo će na slici biti usmjerene magnetske silnice. Školska enciklopedija. Posebni slučajevi smjera vektora istosmjerne magnetske indukcije

Otvorite dlan lijeve ruke i ispravite sve prste. Savijte palac pod kutom od 90 stupnjeva u odnosu na sve ostale prste, u istoj ravnini s dlanom.

Zamislite da vam četiri prsta dlana, koja držite zajedno, pokazuju smjer brzine naboja ako je pozitivan, odnosno suprotan smjer od brzine ako je naboj negativan.

Vektor magnetske indukcije, koji je uvijek usmjeren okomito na brzinu, tako će ući u dlan. Sada pogledajte kamo pokazuje vaš palac - ovo je smjer Lorentzove sile.

Lorentzova sila može biti nula i nema vektorsku komponentu. To se događa kada je putanja nabijene čestice paralelna s linijama magnetskog polja. U tom slučaju čestica ima pravocrtnu putanju i konstantnu brzinu. Lorentzova sila ni na koji način ne utječe na gibanje čestice, jer je u ovom slučaju uopće nema.

U najjednostavnijem slučaju nabijena čestica ima putanju gibanja okomitu na silnice magnetskog polja. Tada Lorentzova sila stvara centripetalno ubrzanje, tjerajući nabijenu česticu da se kreće po krugu.

Imajte na umu

Lorentzovu silu otkrio je 1892. godine Hendrik Lorentz, nizozemski fizičar. Danas se vrlo često koristi u raznim električnim uređajima, čije djelovanje ovisi o putanji kretanja elektrona. Na primjer, to su katodne cijevi u televizorima i monitorima. Sve vrste akceleratora koji ubrzavaju nabijene čestice do ogromnih brzina, koristeći Lorentzovu silu, određuju orbite njihovog kretanja.

Koristan savjet

Poseban slučaj Lorentzove sile je Amperova sila. Njegov smjer izračunava se prema pravilu lijeve ruke.

Izvori:

• Lorentzova sila
• Lorentzovo pravilo lijeve ruke

Učinak magnetskog polja na vodič kroz koji teče struja znači da magnetsko polje utječe na pokretne električne naboje. Sila koja djeluje na pokretnu nabijenu česticu iz magnetskog polja naziva se Lorentzova sila u čast nizozemskog fizičara H. Lorentza

upute

Sila - znači da možete odrediti njezinu brojčanu vrijednost (modul) i smjer (vektor).

Modul Lorentzove sile (Fl) jednak je omjeru modula sile F koja djeluje na dio vodiča s strujom duljine ∆l i broja N nabijenih čestica koje se gibaju na uredan način na tom dijelu vodiča vodič: Fl = F/N ( 1). Zbog jednostavnih fizikalnih transformacija, sila F se može prikazati u obliku: F= q*n*v*S*l*B*sina (formula 2), gdje je q naboj pokretne, n na presjek vodiča, v je brzina čestice, S je površina poprečnog presjeka odsječka vodiča, l je duljina odsječka vodiča, B je magnetska indukcija, sina je sinus kuta između brzine i indukcijski vektori. I pretvorite broj pokretnih čestica u oblik: N=n*S*l (formula 3). Zamijenite formule 2 i 3 u formulu 1, smanjite vrijednosti n, S, l, ispada za Lorentzovu silu: Fl = q*v*B*sin a. To znači da za rješavanje jednostavnih problema nalaženja Lorentzove sile definirajte sljedeće fizikalne veličine u uvjetu zadatka: naboj čestice u gibanju, njezinu brzinu, indukciju magnetskog polja u kojem se čestica giba i kut između brzina i indukcija.

Prije rješavanja problema provjerite jesu li sve veličine izmjerene u jedinicama koje odgovaraju jedna drugoj ili međunarodnom sustavu. Da biste dobili odgovor u njutnima (N - jedinica sile), naboj se mora mjeriti u kulonima (K), brzina - u metrima u sekundi (m/s), indukcija - u teslama (T), sinus alfa - nije mjerljivo broj.
Primjer 1. U magnetskom polju, čija je indukcija 49 mT, nabijena čestica 1 nC giba se brzinom 1 m/s. Vektori brzine i magnetske indukcije međusobno su okomiti.
Otopina. B = 49 mT = 0,049 T, q = 1 nC = 10 ^ (-9) C, v = 1 m/s, sin a = 1, Fl = ?

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

Smjer Lorentzove sile određen je pravilom lijeve ruke. Da biste ga primijenili, zamislite sljedeći odnos tri vektora okomita jedan na drugi. Postavite lijevu ruku tako da vektor magnetske indukcije ulazi u dlan, četiri prsta su usmjerena prema kretanju pozitivne (nasuprot kretanju negativne) čestice, tada će palac savijen za 90 stupnjeva pokazati smjer Lorentzove sile (vidi lik).
Lorentzova sila primjenjuje se u televizijskim cijevima monitora i televizora.

Izvori:

• G. Ya Myakishev, B.B. Bukhovcev. Udžbenik fizike. 11. razred. Moskva. "Obrazovanje". 2003. godine
• rješavanje problema o Lorentzovoj sili

Pravi smjer struje je smjer u kojem se gibaju nabijene čestice. To pak ovisi o predznaku njihovog naboja. Osim toga, tehničari koriste uvjetni smjer kretanja naboja, koji ne ovisi o svojstvima vodiča.

upute

Da biste odredili pravi smjer kretanja nabijenih čestica, slijedite sljedeće pravilo. Unutar izvora izlijeću iz elektrode koja je nabijena suprotnog predznaka i kreću se prema elektrodi koja zbog toga dobiva naboj sličnog predznaka kao i čestice. U vanjskom strujnom krugu izvlače ih električno polje iz elektrode čiji se naboj podudara s nabojem čestica i privlače suprotno nabijenu.

U metalu, nositelji struje su slobodni elektroni koji se kreću između kristalnih čvorova. Budući da su te čestice negativno nabijene, razmislite o njihovom kretanju s pozitivne na negativnu elektrodu unutar izvora i s negativne na pozitivnu u vanjskom krugu.

U nemetalnim vodičima naboj također nose elektroni, ali je mehanizam njihova kretanja drugačiji. Elektron koji napušta atom i time ga pretvara u pozitivan ion uzrokuje da uhvati elektron iz prethodnog atoma. Isti elektron koji napusti atom negativno ionizira sljedeći. Proces se neprekidno ponavlja sve dok postoji struja u krugu. Smjer kretanja nabijenih čestica u ovom slučaju smatra se istim kao u prethodnom slučaju.

Postoje dvije vrste poluvodiča: s elektronskom i šupljinom. U prvom su nositelji elektroni, pa se stoga smjer gibanja čestica u njima može smatrati istim kao kod metala i nemetalnih vodiča. U drugom naboj nose virtualne čestice – rupe. Pojednostavljeno rečeno, možemo reći da su to svojevrsni prazni prostori u kojima nema elektrona. Zbog naizmjeničnog pomicanja elektrona, rupe se kreću u suprotnom smjeru. Ako spojite dva poluvodiča, od kojih jedan ima elektronsku, a drugi rupičastu vodljivost, takav uređaj, nazvan dioda, imat će svojstva ispravljanja.

U vakuumu, naboj prenose elektroni koji se kreću od zagrijane elektrode (katode) prema hladnoj (anodi). Imajte na umu da kada se dioda ispravlja, katoda je negativna u odnosu na anodu, ali u odnosu na zajedničku žicu na koju je spojen terminal sekundarnog namota transformatora nasuprot anodi, katoda je pozitivno nabijena. Ovdje nema proturječja, s obzirom na prisutnost pada napona na bilo kojoj diodi (i vakuumskoj i poluvodičkoj).

U plinovima naboj nose pozitivni ioni. Smjer gibanja naboja u njima smatrajte suprotnim od smjera njihova gibanja u metalima, nemetalnim čvrstim vodičima, vakuumu, kao i poluvodičima s elektronskom vodljivošću, a sličan smjeru njihova gibanja u poluvodičima s šupljikom vodljivošću . Ioni su puno teži od elektrona, zbog čega uređaji s izbojem u plinu imaju veliku inerciju. Ionski uređaji sa simetričnim elektrodama nemaju jednosmjernu vodljivost, ali oni s asimetričnim elektrodama je imaju u određenom rasponu potencijalnih razlika.

U tekućinama naboj uvijek nose teški ioni. Ovisno o sastavu elektrolita, mogu biti negativni ili pozitivni. U prvom slučaju smatrajte da se ponašaju slično elektronima, au drugom slično pozitivnim ionima u plinovima ili rupama u poluvodičima.

Pri određivanju smjera struje u električnom krugu, bez obzira na to gdje se nabijene čestice zapravo kreću, uzmite u obzir njihovo kretanje u izvoru od negativnog prema pozitivnom, au vanjskom krugu od pozitivnog prema negativnom. Navedeni smjer smatra se uvjetnim, a prihvaćen je prije otkrića strukture atoma.

Izvori:

• smjer struje

Magnetsko polje se karakterizira pomoću vektora magnetske indukcije ().

Ako se slobodno rotirajuća magnetska igla, koja je mali magnet sa sjevernim (N) i južnim (S) polom, stavi u magnetsko polje, ona će se okretati dok se ne postavi na određeni način. Slično se ponaša i okvir s strujom, obješen na fleksibilnom ovjesu i sposoban se okretati. Sposobnost magnetskog polja da usmjeri magnetsku iglu koristi se za određivanje smjera vektora magnetske indukcije.

Smjer vektora magnetske indukcije

Dakle, smjerom vektora magnetske indukcije smatra se smjer koji pokazuje sjeverni pol magnetske igle, koji se može slobodno okretati u magnetskom polju.

Pozitivna normala na zatvorenu petlju sa strujom ima isti smjer. Smjer pozitivne normale određuje se pomoću pravila desnog vijka (gimlet): pozitivna normala je usmjerena na mjesto gdje bi se gimlet pomaknuo prema naprijed kada bi se njegova glava zakretala u smjeru protoka struje u krugu.

Pomoću strujne petlje ili magnetske igle možete saznati smjer vektora magnetske indukcije magnetskog polja u bilo kojoj točki.

Za određivanje smjera vektora ponekad je zgodno koristiti takozvano pravilo desne ruke. Koristi se na sljedeći način. Pokušavaju u svojoj mašti uhvatiti vodič desnom rukom na način da palac pokazuje smjer jakosti struje, a zatim su vrhovi preostalih prstiju usmjereni na isti način kao vektor magnetske indukcije.

Posebni slučajevi smjera vektora istosmjerne magnetske indukcije

Ako magnetsko polje u prostoru stvara ravni vodič kroz koji teče struja, tada će magnetska igla biti postavljena u bilo kojoj točki polja tangentne na krugove, čija središta leže na osi vodiča, a ravnine su okomite na do žice. U ovom slučaju smjer vektora magnetske indukcije određujemo pomoću pravila desnog vijka. Ako se vijak okreće tako da se progresivno kreće u smjeru struje u žici, tada se rotacija glave vijka poklapa sa smjerom vektora. Na sl. 1 je usmjeren od nas, okomito na ravninu crteža.

Krećući se terenom uz pomoć kompasa, svaki put provodimo pokus za određivanje smjera vektora Zemljinog polja.

Neka se nabijena čestica kreće u magnetskom polju, tada na nju djeluje Lorentzova sila (), koja je definirana kao:

gdje je q naboj čestice; - vektor brzine čestice. Lorentzova sila i vektor magnetske indukcije uvijek su međusobno okomiti. Za naknadu veću od nule ( title="Rendered by QuickLaTeX.com" height="16" width="43" style="vertical-align: -4px;">), тройка векторов и связана правилом правого винта (рис.2).!}

Linije magnetskog polja i smjer vektora B

Pomoću linija magnetske indukcije možete vizualizirati sliku magnetskog polja. Linije polja magnetske indukcije su linije kojima su tangente u bilo kojoj točki vektori magnetske indukcije dotičnog polja. Za ravni vodič kroz koji teče struja, linije magnetske indukcije su koncentrične kružnice, njihove su ravnine okomite na vodič, a središta su im na osi žice. Specifičnost silnica magnetskog polja je da su beskonačne i da su uvijek zatvorene (ili idu u beskonačnost). To znači da je magnetsko polje vrtložno.

Princip superpozicije vektora B

Ako magnetsko polje nije stvoreno jednim, već kombinacijom struja ili pokretnih naboja, tada se ono nalazi kao vektorski zbroj pojedinačnih polja koje stvara svaki strujni ili pokretni naboj zasebno. U obliku formule, princip superpozicije je zapisan kao:

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

Već u 6.st. PRIJE KRISTA U Kini je bilo poznato da neke rude imaju sposobnost međusobnog privlačenja i privlačenja željeznih predmeta. Komadi takvih ruda pronađeni su u blizini grada Magnezije u Maloj Aziji, pa su tako i dobili ime magneti.

Kako magneti i željezni predmeti međusobno djeluju? Prisjetimo se zašto se naelektrizirana tijela privlače? Jer u blizini električnog naboja nastaje osebujan oblik materije - električno polje. Postoji sličan oblik materije oko magneta, ali ima drugačiju prirodu podrijetla (uostalom, ruda je električki neutralna), zove se magnetsko polje.

Za proučavanje magnetskog polja koriste se ravni ili potkovasti magneti. Određena mjesta na magnetu imaju najveći privlačni učinak, tzv motke(sjever i jug). Suprotni magnetski polovi se privlače, a slični magnetski polovi odbijaju.

Za karakteristike jakosti magnetskog polja koristite vektor indukcije magnetskog polja B. Magnetsko polje se grafički prikazuje pomoću linija sile ( linije magnetske indukcije). Linije su zatvorene, nemaju ni početka ni kraja. Mjesto odakle izlaze magnetske linije je Sjeverni pol; magnetske linije ulaze u Južni pol.

Magnetsko polje može se učiniti "vidljivim" pomoću željeznih strugotina.

Magnetsko polje vodiča sa strujom

A sada o onome što smo pronašli Hans Christian Oersted I Andre Marie Ampere godine 1820. Ispostavilo se da magnetsko polje postoji ne samo oko magneta, već i oko bilo kojeg vodiča s strujom. Svaka žica, kao što je kabel svjetiljke, kroz koju teče električna struja je magnet! Žica s strujom djeluje u interakciji s magnetom (pokušajte držati kompas blizu njega), dvije žice s strujom djeluju jedna na drugu.

Linije magnetskog polja istosmjerne struje su krugovi oko vodiča.

Smjer vektora magnetske indukcije

Smjer magnetskog polja u određenoj točki može se definirati kao smjer koji pokazuje sjeverni pol igle kompasa postavljen na tu točku.

Smjer linija magnetske indukcije ovisi o smjeru struje u vodiču.

Smjer vektora indukcije određuje se prema pravilu gimlet ili pravilo desna ruka.

Vektor magnetske indukcije

Ovo je vektorska veličina koja karakterizira djelovanje sile polja.

Indukcija magnetskog polja beskonačnog ravnog vodiča s strujom na udaljenosti r od njega:

Indukcija magnetskog polja u središtu tanke kružne zavojnice polumjera r:

Indukcija magnetskog polja solenoid(zavojnica čiji se zavoji sekvencijalno propuštaju strujom u jednom smjeru):

Princip superpozicije

Ako magnetsko polje u određenoj točki prostora stvara više izvora polja, tada je magnetska indukcija vektorski zbroj indukcija svakog polja zasebno

Zemlja nije samo veliki negativni naboj i izvor električnog polja, nego je u isto vrijeme magnetsko polje našeg planeta slično polju izravnog magneta gigantskih razmjera.

Geografski jug blizak je magnetskom sjeveru, a geografski sjever blizak je magnetskom jugu. Ako kompas postavimo u Zemljino magnetsko polje, tada je njegova sjeverna strelica usmjerena duž linija magnetske indukcije u smjeru južnog magnetskog pola, odnosno pokazat će nam gdje se nalazi geografski sjever.

Karakteristični elementi zemaljskog magnetizma mijenjaju se vrlo sporo tijekom vremena - svjetovne promjene. Međutim, s vremena na vrijeme dogode se magnetske oluje, kada se Zemljino magnetsko polje jako izobliči nekoliko sati, a zatim se postupno vrati na prijašnje vrijednosti. Takva drastična promjena utječe na dobrobit ljudi.

Zemljino magnetsko polje je "štit" koji štiti naš planet od čestica koje prodiru iz svemira ("sunčev vjetar"). U blizini magnetskih polova tokovi čestica se mnogo više približavaju površini Zemlje. Tijekom snažnih sunčevih baklji, magnetosfera se deformira, a te se čestice mogu pomaknuti u gornje slojeve atmosfere, gdje se sudaraju s molekulama plina, tvoreći polarnu svjetlost.

Čestice željeznog dioksida na magnetskom filmu jako su magnetizirane tijekom procesa snimanja.

Magnetski levitacijski vlakovi klize preko površina bez ikakvog trenja. Vlak može postići brzinu do 650 km/h.

Rad mozga, pulsiranje srca popraćeno je električnim impulsima. U tom slučaju u organima se pojavljuje slabo magnetsko polje.

Sjedi, rastavljaj molekule na atome,
Zaboravljajući da se krumpir raspada na poljima.
V. Visockog

Kako opisati gravitacijsku interakciju pomoću gravitacijskog polja? Kako opisati električnu interakciju pomoću električnog polja? Zašto se električna i magnetska interakcija mogu smatrati dvjema komponentama jedne elektromagnetske interakcije?

Lekcija-predavanje

Gravitacijsko polje. Na kolegiju fizike proučavali ste zakon univerzalne gravitacije prema kojem se sva tijela međusobno privlače silom proporcionalnom umnošku njihovih masa i obrnuto proporcionalnom kvadratu udaljenosti između njih.

Razmotrimo bilo koje tijelo Sunčevog sustava i njegovu masu označimo s m. U skladu sa zakonom univerzalne gravitacije, sva ostala tijela Sunčevog sustava djeluju na ovo tijelo, a ukupna gravitacijska sila, koju označavamo s F, jednaka je vektorskom zbroju svih tih sila. Budući da je svaka od sila proporcionalna masi m, ukupna sila se može prikazati u obliku. Veličina vektora ovisi o udaljenosti do ostalih tijela Sunčevog sustava, odnosno o koordinatama tijela koje smo odabrali. Iz definicije dane u prethodnom paragrafu proizlazi da je veličina G polje. Ovo polje ima naziv gravitacijsko polje.

Kazimir Malevič. Crni kvadrat

Izrazite svoju pretpostavku zašto baš ova reprodukcija Maljevičeve slike prati tekst odlomka.

U blizini površine Zemlje, sila kojom Zemlja djeluje na tijelo, kao što ste vi, daleko premašuje sve druge gravitacijske sile. Ovo je sila gravitacije s kojom ste upoznati. Budući da je sila gravitacije povezana s masom tijela relacijom F g = mg, tada je G u blizini Zemljine površine jednostavno ubrzanje gravitacije.

Budući da vrijednost G ne ovisi o masi ili bilo kojem drugom parametru tijela koje smo odabrali, očito je da ako drugo tijelo postavimo na istu točku u prostoru, tada će sila koja na njega djeluje biti određena istom vrijednost i, pomnoženo s masom novog tijela. Dakle, djelovanje gravitacijskih sila svih tijela Sunčevog sustava na određeno pokusno tijelo može se opisati kao djelovanje gravitacijskog polja na to pokusno tijelo. Riječ "proba" znači da to tijelo možda i ne postoji, polje u datoj točki prostora i dalje postoji i ne ovisi o prisutnosti ovog tijela. Probno tijelo jednostavno služi da se to polje izmjeri mjerenjem ukupne gravitacijske sile koja na njega djeluje.

Sasvim je očito da se u našim raspravama ne možemo ograničiti na Sunčev sustav i razmatrati bilo koji sustav tijela, ma koliko velik bio.

Gravitacijska sila koju stvara određeni sustav tijela i koja djeluje na pokusno tijelo može se prikazati kao djelovanje gravitacijskog polja koje stvaraju sva tijela (osim pokusnog tijela) na pokusno tijelo.

Elektromagnetsko polje. Električne sile su vrlo slične gravitacijskim silama, samo što djeluju između nabijenih čestica, i to za jednakonabijene čestice su odbojne, a za različito nabijene čestice privlačne sile. Zakon sličan zakonu univerzalne gravitacije je Coulombov zakon. Prema njoj, sila koja djeluje između dva nabijena tijela proporcionalna je umnošku naboja i obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između tijela.

Zbog analogije između Coulombova zakona i zakona univerzalne gravitacije, ono što je rečeno o gravitacijskim silama može se ponoviti i za električne sile, a sila koja djeluje na probni naboj q iz određenog sustava nabijenih tijela može se prikazati u obliku F e = qE Veličina E karakterizira ono što vam je poznato električno polje i naziva se jakost električnog polja. Zaključak o gravitacijskom polju može se gotovo doslovce ponoviti za električno polje.

Interakcija između nabijenih tijela (ili jednostavno naboja), kao što je već spomenuto, vrlo je slična gravitacijskoj interakciji između bilo kojeg tijela. Međutim, postoji jedna vrlo značajna razlika. Gravitacijske sile ne ovise o tome kreću li se tijela ili miruju. Ali sila međudjelovanja između naboja mijenja se ako se naboji pomiču. Na primjer, odbojne sile djeluju između dva identična stacionarna naboja (slika 12, a). Ako se ti naboji pomiču, mijenjaju se sile interakcije. Osim električnih odbojnih sila, pojavljuju se privlačne sile (slika 12, b).

Riža. 12. Međudjelovanje dva stacionarna naboja (a), međudjelovanje dvaju pokretnih naboja (b)

Već ste upoznati s ovom silom iz vašeg kolegija fizike. Upravo ta sila uzrokuje privlačenje dvaju paralelnih vodiča kroz koje teče struja. Ta se sila naziva magnetska sila. Doista, u paralelnim vodičima s identično usmjerenim strujama naboji se gibaju kao što je prikazano na slici, što znači da su privučeni magnetskom silom. Sila koja djeluje između dva vodiča s strujom jednostavno je zbroj svih sila koje djeluju između naboja.

Električna sila koju stvara neki sustav nabijenih tijela i djeluje na probni naboj može se prikazati kao djelovanje električnog polja koje stvaraju sva nabijena tijela (osim probnog) na probni naboj.

Zašto u ovom slučaju nestaje električna sila? Vrlo je jednostavno. Vodiči sadrže i pozitivne i negativne naboje, a broj pozitivnih naboja točno je jednak broju negativnih naboja. Stoga se općenito električne sile kompenziraju. Struje nastaju zbog kretanja samo negativnih naboja; pozitivni naboji u vodiču miruju. Stoga se magnetske sile ne kompenziraju.

Mehaničko gibanje je uvijek relativno, odnosno brzina je uvijek dana u odnosu na neki referentni sustav i mijenja se pri prelasku iz jednog referentnog sustava u drugi.

Sada pažljivo pogledajte sliku 12. Koja je razlika između slika a i b? Na slici 6 naboji se gibaju. Ali ovo kretanje je samo u određenom referentnom okviru koji smo mi odabrali. Možemo odabrati drugačiji referentni okvir u kojem su oba naboja stacionarna. I tada magnetska sila nestaje. Ovo sugerira da su električne i magnetske sile sile iste prirode.

I ovo je istina. Iskustvo pokazuje da postoji jedan jedini elektromagnetska sila, koji djeluje između naboja, što se različito manifestira u različitim referentnim sustavima. Sukladno tome, možemo govoriti o jednom elektromagnetsko polje, što je kombinacija dvaju polja – električnog i magnetskog. U različitim referentnim sustavima, električna i magnetska komponenta elektromagnetskog polja mogu se manifestirati na različite načine. Konkretno, može se pokazati da u nekom referentnom okviru nestane električna ili magnetska komponenta elektromagnetskog polja.

Iz relativnosti gibanja slijedi da su električna interakcija i magnetska interakcija dvije komponente jedne elektromagnetske interakcije.

Ali ako je to tako, onda se zaključak o električnom polju može ponoviti.

Elektromagnetska sila koju stvara određeni sustav naboja i koja djeluje na ispitni naboj može se prikazati kao djelovanje elektromagnetskog polja koje stvaraju svi naboji (osim ispitnog) na ispitni naboj.

Mnoge sile koje djeluju na tijelo koje se nalazi u vakuumu ili u kontinuiranom mediju mogu se prikazati kao rezultat djelovanja odgovarajućih polja na tijelo. Takve sile uključuju, posebice, gravitacijske i elektromagnetske sile.

• Koliko je puta gravitacijska sila koja na vas djeluje sa Zemlje veća od gravitacijske sile koja djeluje sa Sunca? (Masa Sunca je 330 000 puta veća od mase Zemlje, a udaljenost od Zemlje do Sunca je 150 milijuna km.)
• Magnetska sila koja djeluje između dva naboja, kao i električna sila, proporcionalna je umnošku naboja. Kamo će biti usmjerene magnetske silnice ako se na slici 12, b jedan od naboja zamijeni nabojem suprotnog predznaka?
• Kamo će biti usmjerene magnetske silnice na slici 12, b, ako se brzine obaju naboja promijene na suprotne?

Odavno je poznato da komadići magnetske željezne rude mogu privući metalne predmete: čavle, matice, metalne strugotine, igle itd. Priroda ih je obdarila tom sposobnošću. Ovaj prirodni magneti .

Izložimo šipku željeza prirodnom magnetu. Nakon nekog vremena će se magnetizirati i početi privlačiti druge metalne predmete. Blok je postao umjetni magnet . Uklonimo magnet. Ako magnetizacija nestane, tada govorimo o privremena magnetizacija . Ako ostane, onda pred nama stalni magnet.

Nazivaju se krajevi magneta koji najjače privlače metalne predmete polovi magneta. Privlačnost je najslabija u njegovoj srednjoj zoni. Zovu je neutralna zona .

Ako na središnji dio magneta pričvrstite nit i pustite ga da se slobodno okreće, objesivši ga na tronožac, on će se okrenuti tako da će mu jedan pol biti usmjeren strogo prema sjeveru, a drugi strogo prema jugu. Kraj magneta okrenut prema sjeveru zove se Sjeverni pol(N), a suprotno – južni(S).

Interakcija magneta

Magnet privlači druge magnete bez da ih dodiruje. Jednaki polovi različitih magneta se odbijaju, a suprotni polovi privlače. Nije li istina da ovo sliči interakciji električnih naboja?

Električni naboji međusobno djeluju putem električno polje , formiran oko njih. Permanentni magneti međusobno djeluju na daljinu jer postoji magnetsko polje .

Fizičari 19. stoljeća pokušali su prikazati magnetsko polje kao analogno elektrostatičkom. Promatrali su polove magneta kao pozitivne i negativne magnetske naboje (sjeverni odnosno južni pol). Ali ubrzo su shvatili da izolirani magnetski naboji ne postoje.

Dva električna naboja iste veličine, ali različitog predznaka nazivaju se električni dipol . Magnet ima dva pola i jest magnetski dipol .

Naboji u električnom dipolu mogu se lako odvojiti jedan od drugoga presijecanjem vodiča na dva dijela, u čijim se različitim dijelovima nalaze. Ali ovo neće raditi s magnetom. Dijeljenjem trajnog magneta na isti način dobit ćemo dva nova magneta od kojih će svaki također imati dva magnetska pola.

Tijela koja imaju vlastito magnetsko polje nazivaju se magneti . Različiti materijali ih različito privlače. Ovisi o strukturi materijala. Svojstvo materijala da stvaraju magnetsko polje pod utjecajem vanjskog magnetskog polja naziva se magnetizam .

Najjače privlače magneti feromagneti. Štoviše, njihovo vlastito magnetsko polje, stvoreno od strane molekula, atoma ili iona, stotinama je puta veće od vanjskog magnetskog polja koje ga je uzrokovalo. Feromagnetski elementi su takvi kemijski elementi kao što su željezo, kobalt, nikal, kao i neke legure.

Paramagneti – tvari koje se magnetiziraju u vanjskom polju u njegovu smjeru. Slabo ih privlače magneti. Kemijski elementi aluminij, natrij, magnezij, soli željeza, kobalta, nikla itd. primjeri su paramagneta.

Ali postoje materijali koje magneti ne privlače, već odbijaju. Zovu se dijamagnetski materijali. Oni su magnetizirani suprotno smjeru vanjskog magnetskog polja, ali se odbijaju od magneta prilično slabo. To su bakar, srebro, cink, zlato, živa itd.

Oerstedovo iskustvo

Međutim, ne stvaraju samo trajni magneti magnetsko polje.

Godine 1820. danski fizičar Hans Christian Ørsted na jednom od svojih predavanja na sveučilištu demonstrirao je studentima eksperiment zagrijavanja žice iz "naponskog stupa". Jedna od žica električnog kruga završila je na staklenom poklopcu pomorskog kompasa koji je ležao na stolu. Kada je znanstvenik zatvorio električni krug i struja je potekla kroz žicu, magnetska igla kompasa iznenada je skrenula u stranu. Naravno, Oersted je isprva mislio da se radi samo o nesreći. No, ponavljajući eksperiment pod istim uvjetima, dobio je isti rezultat. Zatim je počeo mijenjati udaljenost od žice do strijele. Što je bila veća, to je igla slabije odstupala. Ali to nije sve. Propuštajući struju kroz žice napravljene od različitih metala, otkrio je da čak i one koje nisu bile magnetske odjednom postaju magneti kada kroz njih prođe električna struja. Strelica je skrenula čak i kada je od žice kroz koju teče struja bila odvojena zaslonima od materijala koji ne provode struju: drvo, staklo, kamenje. Čak i kad je stavljena u spremnik s vodom, nastavila je skrenuti. Kada je električni krug prekinut, magnetska igla kompasa vratila se u prvobitno stanje. To je značilo vodič kroz koji teče električna struja stvara magnetsko polje, uzrokujući da strelica pokazuje u određenom smjeru.

Hans Christian Oersted

Magnetska indukcija

Karakteristika jakosti magnetskog polja je magnetska indukcija . Ovo je vektorska veličina koja određuje njegov učinak na pokretne naboje u danoj točki polja.

Smjer vektora magnetske indukcije poklapa se sa smjerom sjevernog pola magnetske igle koja se nalazi u magnetskom polju. Mjerna jedinica magnetske indukcije u SI sustavu je tesla ( Tl) . Magnetska indukcija se mjeri instrumentima tzv Teslametri.

Ako su vektori magnetske indukcije polja isti po veličini i smjeru u svim točkama polja, tada se takvo polje naziva uniformnim.

Pojam se ne smije brkati indukcija magnetskog polja I fenomen elektromagnetske indukcije .

Grafički se magnetsko polje prikazuje pomoću linija sile.

Električni vodovi , ili linije magnetske indukcije , nazivaju se pravci čije se tangente u danoj točki podudaraju sa smjerom vektora magnetske indukcije. Gustoća ovih linija odražava veličinu vektora magnetske indukcije.

Slika položaja ovih linija može se dobiti jednostavnim eksperimentom. Raspršivanjem željeznih strugotina na komad glatkog kartona ili stakla i stavljanjem na magnet, možete vidjeti kako su strugotine raspoređene duž određenih linija. Ove linije su u obliku linija magnetskog polja.

Vodovi magnetske indukcije uvijek su zatvoreni. Nemaju ni početka ni kraja. Izlazeći sa sjevernog pola, ulaze u južni pol i ostaju zaključani unutar magneta.

Polja sa zatvorenim vektorskim linijama nazivaju se vrtlog. Stoga je magnetsko polje vrtložno. U svakoj točki vektor magnetske indukcije ima svoj smjer. Određuje se smjerom magnetske strelice u ovoj točki ili prema gimlet pravilo (za magnetsko polje oko vodiča sa strujom).

Pravilo gimleta (vijka) i pravilo desne ruke

Ova pravila omogućuju jednostavno i prilično točno određivanje smjera linija magnetske indukcije bez upotrebe fizičkih instrumenata.

Da shvatite kako to funkcionira gimlet pravilo , zamislimo da desnom rukom uvrćemo svrdlo ili vadičep.

Ako se smjer translatornog gibanja gimleta podudara sa smjerom kretanja struje u vodiču, tada se smjer rotacije ručke gimleta podudara sa smjerom linija magnetske indukcije.

Varijacija ovog pravila je pravilo desne ruke .

Ako desnom rukom mentalno uhvatite vodič kroz koji teče struja na način da palac savijen za 90° pokazuje smjer struje, tada će preostali prsti pokazivati ​​smjer linija magnetske indukcije polja koje time stvara. struje, a smjer vektora magnetske indukcije usmjeren tangencijalno na te linije.

Magnetski tok

Postavimo ravan zatvoreni krug u jednoliko magnetsko polje. Naziva se vrijednost jednaka broju linija sile koje prolaze kroz površinu konture magnetski tok .

F = V· S cosα ,

Gdje F – veličina magnetskog toka;

U – modul vektora indukcije;

S – područje konture;

α – kut između smjera vektora magnetske indukcije i normale (okomite) na ravninu konture.

S promjenom kuta nagiba mijenja se i veličina magnetskog toka.

Ako je ravnina konture okomita na magnetsko polje ( α = 0), tada će magnetski tok koji prolazi kroz njega biti maksimalan.

F max = V S

Ako se krug nalazi paralelno s magnetskim poljem ( α =90 0), tada će protok u ovom slučaju biti jednak nuli.

Lorentzova sila

Znamo da električno polje djeluje na sve naboje, bez obzira miruju li ili se gibaju. Magnetsko polje može utjecati samo na pokretne naboje.

Izraz za silu koja djeluje iz magnetskog polja na jedinični električni naboj koji se kreće u njemu uspostavio je nizozemski teorijski fizičar Hendrik Anton Lorenz Ova sila se zvala Lorentzova sila .

Hendrik Anton Lorenz

Modul Lorentzove sile određen je formulom:

F= q v B· grijehα ,

Gdje q – iznos naknade;

v – brzina kretanja naboja u magnetskom polju;

B - modul vektora indukcije magnetskog polja;

α - kut između vektora indukcije i vektora brzine.

Kamo je usmjerena Lorentzova sila? To se lako može utvrditi pomoću pravila lijeve ruke : « Postavite li dlan lijeve ruke tako da četiri ispružena prsta pokazuju smjer kretanja pozitivnog električnog naboja, a linije magnetskog polja ulaze u dlan, tada će palac savijen za 90 0 pokazati smjer Lorentzova sila».

Amperov zakon

Godine 1820., nakon što je Oersted ustanovio da električna struja stvara magnetsko polje, slavni francuski fizičar Andre Marie Ampere nastavak istraživanja interakcije između električne struje i magneta.

Andre Marie Ampere

Kao rezultat pokusa, znanstvenik je to otkrio na ravni vodič sa strujom koji se nalazi u magnetskom polju s indukcijom U, sila djeluje iz poljaF , proporcionalno jakosti struje i indukciji magnetskog polja. Ovaj zakon se zvao Amperov zakon , a sila se zvala Amperova sila .

F= ja L· B· grijehα ,

Gdje ja – jakost struje u vodiču;

L - duljina vodiča u magnetskom polju;

B - modul vektora indukcije magnetskog polja;

α - kut između vektora magnetskog polja i smjera struje u vodiču.

Amperova sila ima najveću vrijednost ako je kut α jednako 90 0.

Smjer Amperove sile, kao i Lorentzove sile, također je pogodno određen pravilom lijeve ruke.

Lijevu ruku postavimo tako da četiri prsta pokazuju smjer struje, a linije polja ulaze u dlan. Tada će palac savijen za 90 0 pokazati smjer Amperove sile.

Promatrajući interakciju dvaju tankih vodiča sa strujom, znanstvenik je to otkrio paralelni vodiči s strujom privlače se ako struje u njima teku u istom smjeru, a odbijaju se ako su smjerovi struja suprotni.

Zemljino magnetsko polje

Naš planet je ogromni stalni magnet oko kojeg postoji magnetsko polje. Ovaj magnet ima sjeverni i južni pol. U njihovoj blizini je Zemljino magnetsko polje najjače. Igla kompasa postavljena je duž magnetskih linija. Jedan njegov kraj usmjeren je prema sjevernom polu, a drugi prema južnom.

Zemljini magnetski polovi s vremena na vrijeme mijenjaju mjesta. Istina, to se ne događa često. U posljednjih milijun godina to se dogodilo 7 puta.

Magnetsko polje štiti Zemlju od kozmičkog zračenja koje razorno djeluje na sva živa bića.

Na Zemljino magnetsko polje utječu solarni vjetar, što je tok ioniziranih čestica koje bježe iz sunčeve korone ogromnom brzinom. Posebno se pojačava za vrijeme Sunčevih baklji. Čestice koje lete pokraj našeg planeta stvaraju dodatna magnetska polja, uslijed čega se mijenjaju karakteristike Zemljinog magnetskog polja. nastati magnetske oluje. Istina, ne traju dugo. I nakon nekog vremena magnetsko polje se obnavlja. Ali oni mogu stvoriti mnoge probleme, jer utječu na rad dalekovoda i radiokomunikacija, uzrokuju kvarove u radu raznih uređaja, pogoršavaju rad kardiovaskularnog, dišnog i živčanog sustava čovjeka. Na njih su posebno osjetljivi ljudi koji su ovisni o vremenskim prilikama.