☰

میدان مغناطیسی آهنربای دائمی چقدر است؟ میدان مغناطیسی، ویژگی های میدان مغناطیسی

بیایید با هم بفهمیم میدان مغناطیسی چیست. به هر حال، بسیاری از مردم تمام عمر خود را در این زمینه زندگی می کنند و حتی به آن فکر نمی کنند. وقت آن است که آن را درست کنید!

یک میدان مغناطیسی

یک میدان مغناطیسی – نوع خاصموضوع. این خود را در عمل در حرکت نشان می دهد بارهای الکتریکیو اجسامی که دارای گشتاور مغناطیسی خاص خود هستند (آهنربای دائمی).

مهم: میدان مغناطیسی بر بارهای ثابت تأثیر نمی گذارد! میدان مغناطیسی نیز با حرکت بارهای الکتریکی یا میدان الکتریکی متغیر با زمان یا گشتاورهای مغناطیسی الکترون ها در اتم ها ایجاد می شود. یعنی هر سیمی که جریان از آن عبور کند آهنربا هم می شود!

جسمی که میدان مغناطیسی خاص خود را دارد.

آهنربا دارای قطب هایی به نام شمال و جنوب است. عناوین "شمال" و "جنوب" فقط برای راحتی داده شده اند (مانند "به علاوه" و "منهای" در برق).

میدان مغناطیسی با نشان داده می شود نیروهای امنیتی خطوط مغناطیسی . خطوط نیرو پیوسته و بسته هستند و جهت آنها همیشه با جهت عمل نیروهای میدانی منطبق است. اگر براده های فلزی در اطراف آهنربای دائمی پراکنده شوند، ذرات فلز تصویر واضحی از خطوط نیرو نشان خواهند داد. میدان مغناطیسی، خروج از شمال و ورود به قطب جنوب. ویژگی گرافیکی یک میدان مغناطیسی - خطوط نیرو.

ویژگی های میدان مغناطیسی

ویژگی های اصلی میدان مغناطیسی عبارتند از القای مغناطیسی, شار مغناطیسی و نفوذپذیری مغناطیسی. اما بیایید در مورد همه چیز به ترتیب صحبت کنیم.

اجازه دهید بلافاصله توجه داشته باشیم که تمام واحدهای اندازه گیری در سیستم داده شده است SI.

القای مغناطیسی ب – بردار کمیت فیزیکیکه نیروی اصلی مشخصه میدان مغناطیسی است. با حرف مشخص شده است ب . واحد اندازه گیری القای مغناطیسی - تسلا (T).

القای مغناطیسی با تعیین نیرویی که بر یک بار وارد می کند، نشان می دهد که میدان چقدر قوی است. این نیرو نامیده می شود نیروی لورنتس.

اینجا q - شارژ، v - سرعت آن در میدان مغناطیسی، ب - القاء، اف - نیروی لورنتس که میدان با آن بر روی بار عمل می کند.

اف- کمیت فیزیکی برابر حاصلضرب القای مغناطیسی توسط مساحت مدار و کسینوس بین بردار القاء و نرمال به صفحه مداری که شار از آن عبور می کند. شار مغناطیسی یک مشخصه اسکالر میدان مغناطیسی است.

می توان گفت که شار مغناطیسی تعداد خطوط القای مغناطیسی را مشخص می کند که در یک واحد سطح نفوذ می کنند. شار مغناطیسی در اندازه گیری می شود Weberach (Wb).

نفوذپذیری مغناطیسی- ضریب تعیین کننده خواص مغناطیسی محیط. یکی از پارامترهایی که القای مغناطیسی میدان به آن بستگی دارد نفوذپذیری مغناطیسی است.

سیاره ما برای چندین میلیارد سال یک آهنربای بزرگ بوده است. القای میدان مغناطیسی زمین بسته به مختصات متفاوت است. در خط استوا تقریباً 3.1 ضربدر 10 به منهای توان پنجم تسلا است. علاوه بر این، ناهنجاری های مغناطیسی وجود دارد که در آن مقدار و جهت میدان به طور قابل توجهی با مناطق همسایه متفاوت است. برخی از بزرگترین ناهنجاری های مغناطیسی در این سیاره - کورسکو ناهنجاری های مغناطیسی برزیل.

منشا میدان مغناطیسی زمین هنوز برای دانشمندان یک راز باقی مانده است. فرض بر این است که منبع میدان، هسته فلزی مایع زمین است. هسته در حال حرکت است، به این معنی که آلیاژ آهن و نیکل مذاب در حال حرکت است و حرکت ذرات باردار جریان الکتریکی است که میدان مغناطیسی را ایجاد می کند. مشکل اینجاست که این نظریه ( ژئودینامو) توضیح نمی دهد که چگونه فیلد ثابت نگه داشته می شود.

زمین یک دوقطبی مغناطیسی عظیم است.قطب های مغناطیسی با قطب های جغرافیایی منطبق نیستند، اگرچه در مجاورت یکدیگر قرار دارند. علاوه بر این، قطب های مغناطیسی زمین حرکت می کنند. جابجایی آنها از سال 1885 ثبت شده است. به عنوان مثال، در طول صد سال گذشته، قطب مغناطیسی در نیمکره جنوبی تقریباً 900 کیلومتر جابجا شده است و اکنون در اقیانوس جنوبی قرار دارد. قطب نیمکره قطب شمال در حال حرکت از طریق اقیانوس منجمد شمالی به سمت ناهنجاری مغناطیسی سیبری شرقی است؛ سرعت حرکت آن (طبق داده های سال 2004) حدود 60 کیلومتر در سال بود. اکنون شتاب حرکت قطب ها وجود دارد - به طور متوسط ​​سرعت 3 کیلومتر در سال در حال افزایش است.

میدان مغناطیسی زمین برای ما چه اهمیتی دارد؟اول از همه، میدان مغناطیسی زمین از سیاره در برابر پرتوهای کیهانی و باد خورشیدی محافظت می کند. ذرات باردار از اعماق فضا مستقیماً به زمین نمی افتند، بلکه توسط یک آهنربای غول پیکر منحرف می شوند و در امتداد خطوط نیروی آن حرکت می کنند. بنابراین، همه موجودات زنده از تشعشعات مضر محافظت می شوند.

چندین رویداد در طول تاریخ زمین رخ داده است. وارونگی ها(تغییرات) قطب های مغناطیسی. وارونگی قطب- این زمانی است که آنها مکان خود را تغییر می دهند. آخرین باری که این پدیده رخ داده حدود 800 هزار سال پیش بوده و در مجموع بیش از 400 وارونگی ژئومغناطیسی در تاریخ زمین رخ داده است.برخی از دانشمندان معتقدند با توجه به شتاب مشاهده شده حرکت قطب های مغناطیسی، قطب بعدی باید انتظار وارونگی در چند هزار سال آینده را داشت.

خوشبختانه در قرن ما هنوز تغییر قطب انتظار نمی رود. این بدان معنی است که شما می توانید با در نظر گرفتن ویژگی ها و ویژگی های اصلی میدان مغناطیسی به چیزهای خوشایند فکر کنید و از زندگی در میدان ثابت خوب قدیمی زمین لذت ببرید. و برای اینکه بتوانید این کار را انجام دهید، نویسندگان ما هستند که می توانید با اطمینان بخشی از مشکلات آموزشی را با اطمینان به آنها بسپارید! و انواع کارهای دیگر که می توانید با استفاده از لینک سفارش دهید.

یک میدان مغناطیسی- این محیط مادی است که از طریق آن برهمکنش بین هادی ها با بارهای جاری یا متحرک رخ می دهد.

خواص میدان مغناطیسی:

ویژگی های میدان مغناطیسی:

برای مطالعه میدان مغناطیسی از مدار آزمایشی با جریان استفاده می شود. اندازه آن کوچک است و جریان موجود در آن بسیار کمتر از جریان در هادی ایجاد میدان مغناطیسی است. در دو طرف مدار حامل جریان، نیروهایی از میدان مغناطیسی وارد می شوند که از نظر اندازه برابر هستند، اما در جهت مخالف هستند، زیرا جهت نیرو به جهت جریان بستگی دارد. نقاط اعمال این نیروها روی یک خط مستقیم قرار نمی گیرند. چنین نیروهایی نامیده می شوند یکی دو نیرو. در نتیجه عمل یک جفت نیرو، مدار نمی تواند به صورت انتقالی حرکت کند، حول محور خود می چرخد. عمل چرخشی مشخص می شود گشتاور.

، جایی که ل–اهرم دو نیرو(فاصله بین نقاط اعمال نیرو).

با افزایش جریان در مدار آزمایش یا مساحت مدار، گشتاور جفت نیرو به نسبت افزایش می یابد. نسبت حداکثر گشتاور نیروی وارد بر مدار با جریان به مقدار جریان در مدار و مساحت مدار یک مقدار ثابت برای یک نقطه معین در میدان است. نامیده می شود القای مغناطیسی.

، جایی که
-لحظه مغناطیسیمدار با جریان

واحدالقای مغناطیسی - تسلا [T].

گشتاور مغناطیسی مدار– کمیت برداری که جهت آن به جهت جریان در مدار بستگی دارد و توسط قانون پیچ راست: دست راست خود را در یک مشت ببندید، چهار انگشت خود را در جهت جریان در مدار بگیرید، سپس شستجهت بردار گشتاور مغناطیسی را نشان خواهد داد. بردار گشتاور مغناطیسی همیشه بر صفحه کانتور عمود است.

پشت جهت بردار القای مغناطیسیجهت بردار گشتاور مغناطیسی مدار را که در میدان مغناطیسی قرار دارد، بگیرید.

خط القای مغناطیسی- خطی که مماس آن در هر نقطه با جهت بردار القای مغناطیسی منطبق است. خطوط القای مغناطیسی همیشه بسته هستند و هرگز قطع نمی شوند. خطوط القای مغناطیسی یک هادی مستقیمبا جریان به شکل دایره هایی هستند که در صفحه ای عمود بر هادی قرار دارند. جهت خطوط القای مغناطیسی توسط قانون پیچ سمت راست تعیین می شود. خطوط القایی مغناطیسی جریان دایره ای(با جریان می چرخد) نیز شکل دایره ای دارند. هر عنصر سیم پیچ طول دارد
را می توان به عنوان یک هادی مستقیم تصور کرد که میدان مغناطیسی خود را ایجاد می کند. برای میدان های مغناطیسی، اصل برهم نهی (افزودن مستقل) اعمال می شود. بردار کل القای مغناطیسی جریان دایره ای به عنوان نتیجه اضافه شدن این میدان ها در مرکز پیچ طبق قانون پیچ سمت راست تعیین می شود.

اگر مقدار و جهت بردار القای مغناطیسی در هر نقطه از فضا یکسان باشد، میدان مغناطیسی نامیده می شود. همگن. اگر مقدار و جهت بردار القای مغناطیسی در هر نقطه در طول زمان تغییر نکند، چنین میدانی نامیده می شود. دائمی

اندازه القای مغناطیسیدر هر نقطه از میدان با قدرت جریان در هادی که میدان را ایجاد می کند، نسبت معکوس با فاصله هادی تا نقطه معینی در میدان دارد، به خواص محیط و شکل هادی ایجاد کننده بستگی دارد. میدان

، جایی که
ON 2 ; Gn/m - ثابت مغناطیسی خلاء,

-نفوذپذیری مغناطیسی نسبی محیط,

-نفوذپذیری مغناطیسی مطلق محیط.

بسته به مقدار نفوذپذیری مغناطیسی، همه مواد به سه دسته تقسیم می شوند:


با افزایش نفوذپذیری مطلق محیط، القای مغناطیسی در یک نقطه معین از میدان نیز افزایش می یابد. نسبت القای مغناطیسی به نفوذپذیری مغناطیسی مطلق محیط یک مقدار ثابت برای یک نقطه پلی معین است، e نامیده می شود. تنش

.

بردارهای کشش و القای مغناطیسی در جهت منطبق هستند. شدت میدان مغناطیسی به خواص محیط بستگی ندارد.

قدرت آمپر- نیرویی که میدان مغناطیسی بر روی یک هادی حامل جریان وارد می کند.

جایی که ل- طول هادی، - زاویه بین بردار القای مغناطیسی و جهت جریان.

جهت نیروی آمپر با تعیین می شود قانون دست چپ: دست چپ طوری قرار می گیرد که جزء بردار القای مغناطیسی عمود بر هادی وارد کف دست شود، چهار انگشت کشیده در امتداد جریان هدایت می شوند، سپس شست خم شده 90 0 جهت نیروی آمپر را نشان می دهد.

نتیجه نیروی آمپر حرکت رسانا در یک جهت معین است.

E اگر = 90 0، سپس F=max، اگر = 0 0، سپس F = 0.

نیروی لورنتس- نیروی میدان مغناطیسی بر یک بار متحرک.

، جایی که q بار است، v سرعت حرکت آن است، - زاویه بین بردارهای تنش و سرعت.

نیروی لورنتس همیشه بر بردارهای القای مغناطیسی و سرعت عمود است. جهت توسط تعیین می شود قانون دست چپ(انگشتان حرکت بار مثبت را دنبال می کند). اگر جهت سرعت ذره بر خطوط القای مغناطیسی یک میدان مغناطیسی یکنواخت عمود باشد، آنگاه ذره بدون تغییر انرژی جنبشی خود در یک دایره حرکت می کند.

از آنجایی که جهت نیروی لورنتس به علامت بار بستگی دارد، برای جداسازی بارها استفاده می شود.

شار مغناطیسی- مقداری برابر با تعداد خطوط القای مغناطیسی که از هر ناحیه ای که عمود بر خطوط القای مغناطیسی قرار دارد عبور می کنند.

، جایی که - زاویه بین القای مغناطیسی و نرمال (عمود) به ناحیه S.

واحد– وبر [Wb].

روش های اندازه گیری شار مغناطیسی:

    تغییر جهت سایت در میدان مغناطیسی (تغییر زاویه)

    تغییر مساحت مداری که در میدان مغناطیسی قرار گرفته است

    تغییر در قدرت جریان باعث ایجاد میدان مغناطیسی می شود

    تغییر فاصله مدار از منبع میدان مغناطیسی

    تغییرات در خواص مغناطیسی محیط

اف آرادای جریان الکتریکی را در مداری ثبت کرد که منبعی نداشت، اما در کنار مدار دیگری حاوی منبع قرار داشت. علاوه بر این، جریان در مدار اول در موارد زیر به وجود آمد: با هر تغییر در جریان در مدار A، با حرکت نسبی مدارها، با وارد کردن یک میله آهنی به مدار A، با حرکت یک آهنربای دائمی نسبی. به مدار B. حرکت مستقیم بارهای آزاد (جریان) فقط در یک میدان الکتریکی اتفاق می افتد. این بدان معنی است که یک میدان مغناطیسی در حال تغییر ایجاد می کند میدان الکتریکی، که به حرکت در می آید هزینه های رایگانرهبر ارکستر. این میدان الکتریکی نامیده می شود القاء شدهیا گرداب.

تفاوت میدان الکتریکی گردابی و الکترواستاتیکی:

    منبع میدان گرداب یک میدان مغناطیسی در حال تغییر است.

    خطوط قدرت میدان گرداب بسته هستند.

    کار انجام شده توسط این میدان برای حرکت یک بار در طول یک مدار بسته صفر نیست.

    مشخصه انرژی یک میدان گردابی پتانسیل نیست، بلکه emf القایی- مقداری برابر با کار نیروهای خارجی (نیروهای با منشاء غیرالکترواستاتیکی) برای حرکت یک واحد بار در طول یک مدار بسته.

.بر حسب ولت اندازه گیری می شود[که در].

میدان الکتریکی گردابی با هر تغییری در میدان مغناطیسی رخ می دهد، صرف نظر از اینکه مدار بسته رسانا وجود داشته باشد یا خیر. مدار فقط به شخص اجازه می دهد میدان الکتریکی گرداب را تشخیص دهد.

القای الکترومغناطیسی- این وقوع emf القایی در یک مدار بسته با هرگونه تغییر در شار مغناطیسی از طریق سطح آن است.

emf القایی در مدار بسته یک جریان القایی تولید می کند.

.

جهت جریان القاییتعیین شده توسط قانون لنز: جریان القایی در جهتی است که میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط آن با هرگونه تغییر در شار مغناطیسی که این جریان را ایجاد می کند مقابله می کند.

قانون فارادی برای القای الکترومغناطیسی: emf القایی در یک حلقه بسته مستقیماً با سرعت تغییر شار مغناطیسی از طریق سطح محدود شده توسط حلقه متناسب است.

تی اوکی فوکو- جریان‌های القایی گردابی که در هادی‌های بزرگی که در یک میدان مغناطیسی در حال تغییر قرار دارند، ایجاد می‌شوند. مقاومت چنین هادی کم است، زیرا دارای سطح مقطع S بزرگ است، بنابراین جریان های فوکو می توانند از نظر مقدار زیاد باشند، در نتیجه هادی گرم می شود.

خود القایی- این رخداد emf القایی در یک هادی است زمانی که قدرت جریان در آن تغییر می کند.

هادی حامل جریان میدان مغناطیسی ایجاد می کند. القای مغناطیسی به قدرت جریان بستگی دارد، بنابراین شار مغناطیسی ذاتی نیز به قدرت جریان بستگی دارد.

، جایی که L ضریب تناسب است، اندوکتانس.

واحداندوکتانس - هنری [H].

اندوکتانسهادی به اندازه، شکل و نفوذپذیری مغناطیسی محیط بستگی دارد.

اندوکتانسبا افزایش طول هادی افزایش می یابد، اندوکتانس یک چرخش از اندوکتانس یک هادی مستقیم با همان طول بیشتر است، اندوکتانس یک سیم پیچ (هادی با تعداد چرخش زیاد) بیشتر از اندوکتانس یک پیچ است. اگر یک میله آهنی در آن وارد شود، اندوکتانس سیم پیچ افزایش می یابد.

قانون فارادی برای القای خود:
.

emf خود القا شدهبا نرخ تغییر جریان نسبت مستقیم دارد.

emf خود القا شدهیک جریان خود القایی ایجاد می کند که همیشه از هرگونه تغییر در جریان در مدار جلوگیری می کند، یعنی اگر جریان افزایش یابد، جریان خود القایی در جهت مخالف هدایت می شود؛ زمانی که جریان در مدار کاهش می یابد، خود القایی جریان دارد. جریان القایی در همان جهت هدایت می شود. هرچه اندوکتانس سیم پیچ بیشتر باشد، emf خود القایی بیشتر در آن رخ می دهد.

انرژی میدان مغناطیسیبرابر است با کاری که جریان برای غلبه بر emf خود القا شده در طول زمان انجام می دهد در حالی که جریان از صفر به مقدار حداکثر افزایش می یابد.

.

ارتعاشات الکترومغناطیسی- اینها تغییرات دوره ای در بار، قدرت جریان و تمام ویژگی های میدان های الکتریکی و مغناطیسی هستند.

سیستم نوسانی الکتریکی(مدار نوسانی) از یک خازن و یک سلف تشکیل شده است.

شرایط وقوع نوسانات:

    سیستم باید از حالت تعادل خارج شود، برای این کار خازن را شارژ کنید. انرژی میدان الکتریکی یک خازن باردار:

.

    سیستم باید به حالت تعادل برگردد. تحت تأثیر میدان الکتریکی، بار از یک صفحه خازن به صفحه دیگر منتقل می شود، یعنی جریان الکتریکی در مدار ظاهر می شود که از طریق سیم پیچ جریان می یابد. با افزایش جریان در سلف، یک emf خود القایی ایجاد می شود؛ جریان خود القایی در جهت مخالف هدایت می شود. هنگامی که جریان در سیم پیچ کاهش می یابد، جریان خود القایی در همان جهت هدایت می شود. بنابراین، جریان خودالقایی تمایل دارد تا سیستم را به حالت تعادل بازگرداند.

    مقاومت الکتریکی مدار باید کم باشد.

مدار نوسانی ایده آلمقاومتی ندارد ارتعاشات موجود در آن نامیده می شود رایگان.

برای هر مدار الکتریکی، قانون اهم رعایت می شود که بر اساس آن emf عمل کننده در مدار برابر است با مجموع ولتاژهای موجود در تمام بخش های مدار. هیچ منبع جریانی در مدار نوسانی وجود ندارد، اما یک emf خود القایی در سلف ظاهر می شود که برابر با ولتاژ دو طرف خازن است.

نتیجه گیری: بار خازن طبق قانون هارمونیک تغییر می کند.

ولتاژ خازن:
.

قدرت جریان در مدار:
.

اندازه
- دامنه جریان

تفاوت از شارژ در
.

دوره نوسانات آزاد در مدار:

انرژی میدان الکتریکی یک خازن:

انرژی میدان مغناطیسی سیم پیچ:

انرژی میدان های الکتریکی و مغناطیسی بر اساس قانون هارمونیک متفاوت است، اما مراحل نوسانات آنها متفاوت است: وقتی انرژی میدان الکتریکی حداکثر است، انرژی میدان مغناطیسی صفر است.

انرژی کل سیستم نوسانی:
.

که در کانتور ایده آلانرژی کل تغییر نمی کند.

در طی فرآیند نوسان، انرژی میدان الکتریکی به طور کامل به انرژی میدان مغناطیسی تبدیل می شود و بالعکس. این بدان معناست که انرژی در هر لحظه از زمان برابر با حداکثر انرژی میدان الکتریکی یا حداکثر انرژی میدان مغناطیسی است.

مدار نوسانی واقعیحاوی مقاومت است. ارتعاشات موجود در آن نامیده می شود محو شدن

قانون اهم به شکل زیر خواهد بود:

به شرطی که میرایی کوچک باشد (مربع فرکانس طبیعی نوسانات بسیار بیشتر از مجذور ضریب میرایی باشد)، کاهش میرایی لگاریتمی برابر است با:

با میرایی قوی (مربع فرکانس طبیعی نوسان کمتر از مجذور ضریب نوسان است):




این معادله فرآیند تخلیه خازن به یک مقاومت را توصیف می کند. در غیاب اندوکتانس، نوسانات رخ نمی دهد. طبق این قانون ولتاژ روی صفحات خازن نیز تغییر می کند.

انرژی کلدر مدار واقعی کاهش می یابد، زیرا گرما در طول عبور جریان به مقاومت R آزاد می شود.

فرآیند انتقال- فرآیندی که در مدارهای الکتریکیهنگام انتقال از یک حالت عملیاتی به حالت دیگر. تخمین زده شده بر اساس زمان ( ) که در طی آن پارامتر مشخص کننده فرآیند انتقال به میزان e بار تغییر می کند.


برای مدار با خازن و مقاومت:
.

نظریه میدان الکترومغناطیسی ماکسول:

1 موقعیت:

هر میدان الکتریکی متناوب یک میدان مغناطیسی گردابی ایجاد می کند. ماکسول یک میدان الکتریکی متناوب را جریان جابجایی نامید، زیرا مانند یک جریان معمولی، میدان مغناطیسی ایجاد می کند.

برای تشخیص جریان جابجایی، عبور جریان از سیستمی را در نظر بگیرید که در آن یک خازن با دی الکتریک متصل است.

چگالی جریان بایاس:
. چگالی جریان در جهت تغییر ولتاژ هدایت می شود.

معادله اول ماکسول:
- میدان مغناطیسی گردابی توسط هر دو جریان رسانایی (بارهای الکتریکی متحرک) و جریان های جابجایی (میدان الکتریکی متناوب E) ایجاد می شود.

2 موقعیت:

هر میدان مغناطیسی متناوب یک میدان الکتریکی گردابی ایجاد می کند - قانون اساسی القای الکترومغناطیسی.

معادله دوم ماکسول:
- سرعت تغییر شار مغناطیسی را از طریق هر سطحی و گردش بردار شدت میدان الکتریکی که در همان زمان ایجاد می شود را به هم متصل می کند.

هر رسانایی که حامل جریان باشد یک میدان مغناطیسی در فضا ایجاد می کند. اگر جریان ثابت باشد (در طول زمان تغییر نمی کند)، میدان مغناطیسی مرتبط با آن نیز ثابت است. یک جریان در حال تغییر یک میدان مغناطیسی متغیر ایجاد می کند. یک میدان الکتریکی در داخل یک هادی وجود دارد که جریان را حمل می کند. بنابراین، یک میدان الکتریکی در حال تغییر، یک میدان مغناطیسی متغیر ایجاد می کند.

میدان مغناطیسی گردابی است، زیرا خطوط القای مغناطیسی همیشه بسته هستند. بزرگی شدت میدان مغناطیسی H با سرعت تغییر شدت میدان الکتریکی متناسب است . جهت بردار قدرت میدان مغناطیسی با تغییرات در قدرت میدان الکتریکی مرتبط است قانون پیچ راست: دست راست خود را در مشت ببندید، انگشت شست خود را در جهت تغییر قدرت میدان الکتریکی بگیرید، سپس 4 انگشت خم شده جهت خطوط قدرت میدان مغناطیسی را نشان می دهد.

هر میدان مغناطیسی در حال تغییر یک میدان الکتریکی گردابی ایجاد می کندکه خطوط کششی آن بسته شده و در صفحه ای عمود بر شدت میدان مغناطیسی قرار دارند.

بزرگی شدت E میدان الکتریکی گرداب به سرعت تغییر میدان مغناطیسی بستگی دارد. . جهت بردار E به جهت تغییر میدان مغناطیسی H توسط قانون پیچ چپ مربوط می شود: دست چپ خود را در مشت بچسبانید، شست خود را در جهت تغییر میدان مغناطیسی قرار دهید، چهار انگشت خم شده را نشان می دهد. جهت خطوط شدت میدان الکتریکی گرداب.

مجموعه ای از میدان های الکتریکی و مغناطیسی گردابی به هم پیوسته را نشان می دهد میدان الکترومغناطیسی. میدان الکترومغناطیسی در نقطه مبدا باقی نمی ماند، بلکه به شکل موج الکترومغناطیسی عرضی در فضا منتشر می شود.

موج الکترومغناطیسی- این انتشار در فضای گرداب میدان های الکتریکی و مغناطیسی متصل به یکدیگر است.

شرایط وقوع موج الکترومغناطیسی- حرکت بار با شتاب.

معادله امواج الکترومغناطیسی:

- فرکانس چرخه ای نوسانات الکترومغناطیسی

t - زمان از شروع نوسانات

l - فاصله از منبع موج تا نقطه معینی در فضا

- سرعت انتشار موج

مدت زمانی که طول می کشد تا یک موج از منبع خود به یک نقطه معین حرکت کند.

بردارهای E و H در یک موج الکترومغناطیسی بر یکدیگر و بر سرعت انتشار موج عمود هستند.

منبع امواج الکترومغناطیسی- هادی هایی که جریان های متناوب سریع از طریق آنها جریان می یابد (ماکروماترها) و همچنین اتم ها و مولکول های برانگیخته (ریزمترها). هر چه فرکانس نوسان بیشتر باشد، امواج الکترومغناطیسی بهتری در فضا منتشر می شود.

خواص امواج الکترومغناطیسی:

    همه امواج الکترومغناطیسی هستند عرضی

    در یک محیط همگن، امواج الکترومغناطیسی با سرعت ثابت منتشر می شود، که به ویژگی های محیط بستگی دارد:

- ثابت دی الکتریک نسبی محیط

- ثابت دی الکتریک خلاء،
F/m، Cl 2 /nm 2

- نفوذپذیری مغناطیسی نسبی محیط

- ثابت مغناطیسی خلاء،
ON 2 ; Gn/m

    امواج الکترومغناطیسی منعکس شده از موانع، جذب، پراکنده، شکست، قطبی، پراش، تداخل.

    چگالی انرژی حجمیمیدان الکترومغناطیسی از چگالی انرژی حجمی میدان های الکتریکی و مغناطیسی تشکیل شده است:

    چگالی شار انرژی موج - شدت موج:

-وکتور Umov-Poynting.

همه امواج الکترومغناطیسی در یک سری فرکانس یا طول موج مرتب شده اند.
). این ردیف است مقیاس امواج الکترومغناطیسی.

    ارتعاشات فرکانس پایین. 0 - 10 4 هرتز از ژنراتورها به دست می آید. تابش ضعیفی دارند

    امواج رادیویی. 10 4 - 10 13 هرتز. آنها توسط هادی های جامد که دارای جریان های متناوب سریع هستند منتشر می شوند.

    اشعه مادون قرمز- امواج ساطع شده توسط تمام اجسام در دمای بالاتر از 0 K، به دلیل فرآیندهای درون اتمی و درون مولکولی.

    نور مرئی - امواجی که روی چشم اثر می‌گذارند و باعث ایجاد حس بینایی می‌شوند. 380-760 نانومتر

    اشعه ماوراء بنفش. 10-380 نانومتر نور مرئی و UV زمانی بوجود می آیند که حرکت الکترون ها در لایه بیرونی اتم تغییر کند.

    تابش اشعه ایکس. 80 - 10 - 5 نانومتر. زمانی رخ می دهد که حرکت الکترون ها تغییر کند پوسته های داخلیاتم

    تابش گاما. در هنگام فروپاشی هسته اتم رخ می دهد.


میدان مغناطیسی زمین

میدان مغناطیسی میدان نیرویی است که بر روی بارهای الکتریکی متحرک و اجسامی که دارای گشتاور مغناطیسی هستند، بدون توجه به وضعیت حرکت آنها، تأثیر می گذارد.

منابع میدان مغناطیسی ماکروسکوپی اجسام مغناطیسی، هادی های حامل جریان و اجسام باردار الکتریکی متحرک هستند. ماهیت این منابع یکسان است: میدان مغناطیسی در نتیجه حرکت ریزذرات باردار (الکترون ها، پروتون ها، یون ها) و همچنین به دلیل وجود گشتاور مغناطیسی (اسپین) خود ریزذرات به وجود می آید.

یک میدان مغناطیسی متناوب نیز زمانی رخ می دهد که میدان الکتریکی در طول زمان تغییر کند. به نوبه خود، هنگامی که میدان مغناطیسی در طول زمان تغییر می کند، یک میدان الکتریکی ظاهر می شود. توضیحات کاملمیدان های الکتریکی و مغناطیسی در رابطه آنها معادلات ماکسول را به دست می دهند. برای توصیف میدان مغناطیسی، مفهوم خطوط میدان (خطوط القای مغناطیسی) اغلب معرفی می شود.

برای اندازه گیری ویژگی های میدان مغناطیسی و خواص مغناطیسی مواد از آنها استفاده می کنند انواع مختلفمغناطیس سنج ها واحد القای میدان مغناطیسی در سیستم واحدهای CGS گاوس (G) است سیستم بین المللیواحد (SI) - تسلا (T)، 1 T = 104 Gs. شدت به ترتیب بر حسب ارستد (Oe) و آمپر بر متر (A/m، 1 A/m = 0.01256 Oe؛ انرژی میدان مغناطیسی - بر حسب Erg/cm2 یا J/m2، 1 J/m2 = 10 erg/ اندازه‌گیری می‌شود. سانتی متر مربع


قطب نما واکنش نشان می دهد
به میدان مغناطیسی زمین

میدان های مغناطیسی در طبیعت هم از نظر مقیاس و هم از نظر تأثیراتی که ایجاد می کنند بسیار متنوع هستند. میدان مغناطیسی زمین که مگنتوسفر زمین را تشکیل می دهد تا فاصله 70-80 هزار کیلومتری در جهت خورشید و میلیون ها کیلومتر در جهت مخالف گسترش می یابد. در سطح زمین میدان مغناطیسی به طور متوسط ​​50 μT است، در مرز مگنتوسفر ~ 10-3 G. میدان ژئومغناطیسی از سطح و بیوسفر زمین در برابر جریان ذرات باردار باد خورشیدی و پرتوهای جزئی کیهانی محافظت می کند. مغناطیس‌شناسی تأثیر خود میدان ژئومغناطیسی را بر فعالیت حیات موجودات مطالعه می‌کند. در فضای نزدیک به زمین، میدان مغناطیسی یک تله مغناطیسی برای ذرات باردار با انرژی بالا - کمربند تابشی زمین - تشکیل می دهد. ذرات موجود در کمربند تشعشعی خطر قابل توجهی را هنگام پرواز به فضا ایجاد می کنند. منشا میدان مغناطیسی زمین با حرکات همرفتی رسانا مرتبط است ماده مایعدر هسته زمین

اندازه گیری های مستقیم با استفاده از فضاپیما نشان داده است که اجرام کیهانی نزدیک به زمین - ماه، سیارات زهره و مریخ - میدان مغناطیسی خود را مشابه زمین ندارند. از سیارات دیگر منظومه شمسیفقط مشتری و ظاهراً زحل میدان های مغناطیسی خاص خود را دارند که برای ایجاد تله های مغناطیسی سیاره ای کافی است. میدان های مغناطیسی تا 10 گاوس و تعدادی از پدیده های مشخصه در مشتری کشف شده است. طوفان های مغناطیسی، انتشار رادیویی سنکروترون و دیگران)، که نشان دهنده نقش مهم میدان مغناطیسی در فرآیندهای سیاره ای است.


© عکس: http://www.tesis.lebedev.ru
عکاسی خورشید
در یک طیف باریک

میدان مغناطیسی بین سیاره ای عمدتاً میدان باد خورشیدی (پلاسمای پیوسته در حال انبساط تاج خورشیدی) است. در نزدیکی مدار زمین، میدان بین سیاره ای ~ 10 -4 -10 -5 Gs است. نظم میدان مغناطیسی بین سیاره ای ممکن است به دلیل توسعه مختل شود انواع مختلفناپایداری پلاسما، عبور امواج ضربه ای و انتشار جریان های ذرات سریع تولید شده توسط شراره های خورشیدی.

در تمام فرآیندهای خورشید - شعله ها، ظهور لکه ها و برجستگی ها، تولد پرتوهای کیهانی خورشیدی، میدان مغناطیسی بازی می کند. نقش حیاتی. اندازه‌گیری‌های مبتنی بر اثر زیمن نشان داده‌اند که میدان مغناطیسی لکه‌های خورشیدی به چندین هزار گاوس می‌رسد، برجستگی‌ها توسط میدان‌های ~ 100-10 گاوس (با مقدار متوسط ​​کل میدان مغناطیسی خورشید ~ 1 گاوس) حفظ می‌شوند.

طوفان های مغناطیسی

طوفان های مغناطیسی اختلالات قوی در میدان مغناطیسی زمین هستند که به شدت چرخه روزانه روان عناصر مغناطیسی زمین را مختل می کنند. طوفان های مغناطیسی از چند ساعت تا چند روز طول می کشند و به طور همزمان در سراسر زمین مشاهده می شوند.

به عنوان یک قاعده، طوفان های مغناطیسی شامل فازهای مقدماتی، اولیه و اصلی و همچنین مرحله بازیابی هستند. در مرحله مقدماتی، تغییرات جزئی در میدان ژئومغناطیسی مشاهده می شود (عمدتا در عرض های جغرافیایی بالا) و همچنین تحریک نوسانات میدان کوتاه دوره کوتاه مشخصه. فاز اولیه مشخص می شود تغییر ناگهانیاجزای میدان جداگانه در سراسر زمین، و اصلی ترین - نوسانات میدان بزرگ و کاهش شدید در مولفه افقی. در مرحله بازیابی طوفان مغناطیسی، میدان به مقدار طبیعی خود باز می گردد.



تاثیر باد خورشیدی
به مگنتوسفر زمین

طوفان های مغناطیسی توسط جریان های پلاسمای خورشیدی از مناطق فعال خورشید که بر باد آرام خورشیدی قرار گرفته اند، ایجاد می شوند. بنابراین، طوفان های مغناطیسی بیشتر در نزدیکی حداکثر چرخه 11 ساله فعالیت خورشیدی مشاهده می شوند. جریان‌های پلاسمای خورشیدی با رسیدن به زمین، فشردگی مگنتوسفر را افزایش می‌دهند و فاز اولیه یک طوفان مغناطیسی را ایجاد می‌کنند و تا حدی به درون مگنتوسفر زمین نفوذ می‌کنند. ورود ذرات پرانرژی به اتمسفر فوقانی زمین و تأثیر آنها بر مگنتوسفر منجر به تولید و تشدید جریان های الکتریکی در آن می شود و به بیشترین شدت خود در مناطق قطبی یونوسفر می رسد که با وجود آن همراه است. منطقه فعالیت مغناطیسی در عرض جغرافیایی بالا. تغییرات در سیستم های جریان مگنتوسفر-یونوسفر خود را در سطح زمین به شکل اختلالات مغناطیسی نامنظم نشان می دهد.

در پدیده های جهان خرد، نقش میدان مغناطیسی به اندازه مقیاس کیهانی مهم است. این با وجود یک گشتاور مغناطیسی در همه ذرات - عناصر ساختاری ماده (الکترون ها، پروتون ها، نوترون ها) و همچنین تأثیر میدان مغناطیسی بر بارهای الکتریکی متحرک توضیح داده می شود.

کاربرد میدان های مغناطیسی در علم و فناوری. میدان های مغناطیسی معمولا به ضعیف (تا 500 Gs)، متوسط ​​(500 Gs - 40 KGs)، قوی (40 KGs - 1 MGs) و فوق قوی (بیش از 1 MGs) تقسیم می شوند. تقریباً تمام مهندسی برق، مهندسی رادیو و الکترونیک مبتنی بر استفاده از میدان های مغناطیسی ضعیف و متوسط ​​است. میدان های مغناطیسی ضعیف و متوسط ​​با استفاده از آهنرباهای دائمی، آهنرباهای الکتریکی، سلونوئیدهای خنک نشده و آهنرباهای ابررسانا به دست می آیند.

منابع میدان مغناطیسی

همه منابع میدان مغناطیسی را می توان به مصنوعی و طبیعی تقسیم کرد. منابع طبیعی اصلی میدان مغناطیسی، میدان مغناطیسی خود سیاره زمین و باد خورشیدی است. منابع مصنوعی شامل همه می شود میدان های الکترومغناطیسی، که مال ما در آن بسیار فراوان است دنیای مدرنو به ویژه خانه های ما. در مورد ما بیشتر بخوانید و بخوانید.

وسایل نقلیه الکتریکی منبع قدرتمند میدان مغناطیسی در محدوده 0 تا 1000 هرتز هستند. حمل و نقل ریلی از جریان متناوب استفاده می کند. حمل و نقل شهری ثابت است. حداکثر مقادیرالقای میدان مغناطیسی در حمل و نقل الکتریکی حومه شهر به 75 μT می رسد، مقادیر متوسط ​​حدود 20 μT است. مقادیر متوسط ​​برای وسایل نقلیه DC در 29 µT ثبت شده است. در تراموا که سیم برگشت ریل است، میدان‌های مغناطیسی در فاصله‌ای بسیار بیشتر از سیم‌های ترولی‌بوس یکدیگر را خنثی می‌کنند، و در داخل تراموا نوسانات میدان مغناطیسی حتی در هنگام شتاب کم است. اما بیشترین نوسانات میدان مغناطیسی در مترو است. هنگامی که قطار حرکت می کند، میدان مغناطیسی روی سکو 50-100 µT یا بیشتر است که از میدان ژئومغناطیسی بیشتر است. حتی زمانی که قطار برای مدت طولانی در تونل ناپدید شده است، میدان مغناطیسی به مقدار قبلی خود باز نمی گردد. تنها پس از عبور قطار از نقطه اتصال بعدی به ریل تماس، میدان مغناطیسی به مقدار قبلی خود باز می گردد. درست است، گاهی اوقات وقت ندارد: قطار بعدی در حال نزدیک شدن به سکو است و وقتی سرعتش کم می شود، میدان مغناطیسی دوباره تغییر می کند. در خود واگن، میدان مغناطیسی حتی قوی تر است - 150-200 µT، یعنی ده برابر بیشتر از یک قطار معمولی.

مقادیر القایی میدان های مغناطیسی که ما اغلب در آنها با آن مواجه می شویم زندگی روزمرهدر نمودار زیر نشان داده شده اند. با نگاهی به این نمودار، مشخص است که ما همیشه و همه جا در معرض میدان های مغناطیسی هستیم. به گفته برخی از دانشمندان، میدان های مغناطیسی با القای بالای 0.2 µT مضر در نظر گرفته می شوند. طبیعی است که برای محافظت از خود در برابر اثرات مضر مزارع اطرافمان، اقدامات احتیاطی خاصی انجام دهیم. به سادگی با رعایت چند قانون ساده می توانید تاثیر میدان های مغناطیسی بر بدن خود را به میزان قابل توجهی کاهش دهید.

SanPiN 2.1.2.2801-10 فعلی "تغییرات و اضافات شماره 1 به SanPiN 2.1.2.2645-10 "الزامات بهداشتی و اپیدمیولوژیک برای شرایط زندگی در ساختمان های مسکونی و اماکن" موارد زیر را بیان می کند: "حداکثر سطح مجاز میرایی تضعیف میدان در محوطه ساختمان های مسکونی معادل 1.5 اینچ برقرار می شود. همچنین بر روی محدودیت تنظیم کنید مقادیر معتبرشدت و قدرت میدان مغناطیسی با فرکانس 50 هرتز:

  • در اماکن مسکونی - 5 µTیا 4 A/M;
  • V اماکن غیر مسکونیساختمان های مسکونی، در مناطق مسکونی، از جمله در زمین های باغ - 10 µTیا 8 صبح.

بر اساس این استانداردها، همه می توانند محاسبه کنند که در هر اتاق خاص چند وسیله برقی می توانند روشن و در حالت آماده به کار باشند یا بر اساس چه مواردی توصیه هایی برای عادی سازی فضای نشیمن صادر شود.

ویدیو های مرتبط



فیلم علمی کوتاه در مورد میدان مغناطیسی زمین

منابع

1. دایره المعارف بزرگ شوروی.

اصطلاح "میدان مغناطیسی" معمولاً به معنای فضای انرژی خاصی است که در آن نیروهای برهمکنش مغناطیسی خود را نشان می دهند. تاثیر می گذارند:

    مواد منفرد: آهنربای آهنی (فلزات - عمدتاً چدن، آهن و آلیاژهای آنها) و کلاس فریت های آنها، صرف نظر از حالت.

    بارهای متحرک الکتریسیته

اجسام فیزیکی که دارای گشتاور مغناطیسی کل الکترون ها یا ذرات دیگر هستند نامیده می شوند آهنرباهای دائمی. تعامل آنها در تصویر نشان داده شده است خطوط نیروی مغناطیسی.


آنها پس از آوردن یک آهنربای دائمی تشکیل شدند سمت عقبورق مقوایی با یک لایه یکنواخت از براده های آهن. تصویر نشانه های واضح قطب شمال (N) و جنوب (S) را با جهت خطوط میدان نسبت به جهت آنها نشان می دهد: خروج از قطب شمالو ورودی جنوب.

میدان مغناطیسی چگونه ایجاد می شود؟

منابع میدان مغناطیسی عبارتند از:

    آهنرباهای دائمی؛

    بارهای متحرک؛

    میدان الکتریکی متغیر با زمان


هر کودک مهدکودکی با عملکرد آهنرباهای دائمی آشنا است. از این گذشته، او قبلاً مجبور بود عکس هایی از آهن ربا را روی یخچال که از بسته هایی با انواع غذاهای لذیذ گرفته شده بود، مجسمه کند.

بارهای الکتریکی در حال حرکت معمولاً دارای انرژی میدان مغناطیسی قابل توجهی بیشتر از . همچنین با خطوط نیرو مشخص می شود. بیایید به قوانین ترسیم آنها برای یک هادی مستقیم با جریان I نگاه کنیم.


خط میدان مغناطیسی در صفحه ای عمود بر حرکت جریان رسم می شود به طوری که در هر نقطه نیروی وارد بر قطب شمال سوزن مغناطیسی به صورت مماس بر این خط هدایت می شود. این باعث ایجاد دایره های متحدالمرکز در اطراف بار متحرک می شود.

جهت این نیروها با قاعده معروف پیچ یا گیره با سیم پیچی رزوه سمت راست تعیین می شود.

قانون گیملت


لازم است گیملت را به صورت هم محور با بردار جریان قرار دهیم و دسته را بچرخانیم تا حرکت انتقالی گیملت با جهت آن منطبق شود. سپس جهت خطوط میدان مغناطیسی با چرخش دسته نشان داده می شود.

در هادی حلقه، حرکت چرخشی دسته با جهت جریان منطبق است و حرکت انتقالی جهت القاء را نشان می دهد.


خطوط مغناطیسی نیرو همیشه از قطب شمال خارج شده و وارد قطب جنوب می شوند. آنها در داخل آهنربا ادامه می یابند و هرگز باز نمی شوند.

قوانین برهمکنش میدان های مغناطیسی

میدان های مغناطیسی از منابع مختلفبه یکدیگر اضافه می شوند تا فیلد حاصل را تشکیل دهند.


در این حالت آهنرباهایی با قطب های مخالف (N - S) یکدیگر را جذب می کنند و با قطب های مشابه (N - N ، S - S) آنها را دفع می کنند. نیروهای متقابل بین قطب ها به فاصله بین آنها بستگی دارد. هر چه قطب ها نزدیکتر جابجا شوند، نیروی تولید شده بیشتر می شود.

ویژگی های اصلی میدان مغناطیسی

این شامل:

    بردار القای مغناطیسی (B);

    شار مغناطیسی (F)؛

    پیوند شار (Ψ).

شدت یا قدرت ضربه میدان با مقدار تخمین زده می شود بردار القای مغناطیسی. با مقدار نیروی "F" ایجاد شده توسط جریان عبوری "I" از یک هادی به طول "l" تعیین می شود. В =F/(I∙l)

واحد اندازه گیری القای مغناطیسی در سیستم SI تسلا است (به یاد فیزیکدانی که این پدیده ها را مطالعه کرده و آنها را توصیف کرده است. روش های ریاضی). در ادبیات فنی روسیه "Tl" تعیین شده است و در اسناد بین المللی نماد "T" اتخاذ شده است.

1 T القای چنین شار مغناطیسی یکنواختی است که با عبور جریان 1 آمپر از این هادی به ازای هر متر طول رسانای مستقیم عمود بر جهت میدان، با نیروی 1 نیوتن عمل می کند.

1T=1∙N/(A∙m)

جهت بردار B توسط قانون دست چپ


اگر کف دست چپ خود را در میدان مغناطیسی قرار دهید تا خطوط نیرو از قطب شمال با زاویه قائم وارد کف دست شوند و چهار انگشت خود را در جهت جریان در هادی قرار دهید، آنگاه شست بیرون زده این کار را انجام می دهد. جهت نیروی وارد بر این هادی را نشان می دهد.

در موردی که هادی حامل جریان الکتریکی در زاویه قائم نسبت به مغناطیسی قرار نداشته باشد خطوط برق، سپس نیروی وارد بر آن متناسب با بزرگی جریان جاری و جزء برآمدگی طول هادی با جریان بر روی صفحه ای است که در جهت عمود قرار دارد.

نیروی وارد بر جریان الکتریکی به موادی که هادی از آن ساخته شده و سطح مقطع آن بستگی ندارد. حتی اگر این هادی اصلا وجود نداشته باشد و بارهای متحرک در محیط دیگری بین قطب های مغناطیسی شروع به حرکت کنند، این نیرو به هیچ وجه تغییر نخواهد کرد.

اگر در داخل یک میدان مغناطیسی در تمام نقاط بردار B دارای جهت و قدر یکسان باشد، چنین میدانی یکنواخت در نظر گرفته می شود.

هر محیطی که داشته باشد، بر مقدار بردار القایی B تأثیر می گذارد.

شار مغناطیسی (F)

اگر عبور القای مغناطیسی را در نظر بگیریم منطقه معین S، سپس القای محدود شده توسط حدود آن شار مغناطیسی نامیده می شود.


هنگامی که ناحیه در زاویه α نسبت به جهت القای مغناطیسی متمایل می شود، شار مغناطیسی به میزان کسینوس زاویه شیب ناحیه کاهش می یابد. حداکثر مقدار آن زمانی ایجاد می شود که ناحیه عمود بر القای نافذ آن باشد. Ф=В·S

واحد اندازه گیری شار مغناطیسی 1 وبر است که با عبور القای 1 تسلا از مساحت 1 متر مربع تعریف می شود.

شار

این اصطلاح برای به دست آوردن مقدار کل شار مغناطیسی ایجاد شده از تعداد معینی از هادی های حامل جریان واقع در بین قطب های آهنربا استفاده می شود.

برای حالتی که همان جریان I از سیم پیچ یک سیم پیچ با تعداد دور n عبور می کند، آنگاه شار مغناطیسی کل (مرتبط) از همه پیچ ها، پیوند شار Ψ نامیده می شود.


Ψ=n·Ф . واحد پیوند شار 1 وبر است.

چگونه میدان مغناطیسی از یک برق متناوب تشکیل می شود؟

میدان الکترومغناطیسی که با بارهای الکتریکی و اجسام با گشتاورهای مغناطیسی در تعامل است، ترکیبی از دو میدان است:

    برقی

    مغناطیسی

آنها به هم پیوسته اند، ترکیبی از یکدیگر را نشان می دهند و هنگامی که یکی در طول زمان تغییر می کند، انحرافات خاصی در دیگری رخ می دهد. به عنوان مثال، هنگامی که یک میدان الکتریکی سینوسی متناوب در یک ژنراتور سه فاز ایجاد می شود، همان میدان مغناطیسی با مشخصات هارمونیک های متناوب مشابه به طور همزمان تشکیل می شود.

خواص مغناطیسی مواد

در رابطه با برهمکنش با میدان مغناطیسی خارجی، مواد به دو دسته تقسیم می شوند:

    ضد فرومغناطیسبا ممان های مغناطیسی متعادل، که به دلیل آن، میزان مغناطیسی بسیار پایین بدن ایجاد می شود.

    دیامغناطیس هایی با خاصیت مغناطیس کردن یک میدان داخلی در برابر عمل یک میدان خارجی. هنگامی که میدان خارجی وجود ندارد، خواص مغناطیسی آنها ظاهر نمی شود.

    مواد پارامغناطیس با خاصیت مغناطیسی میدان داخلی در جهت میدان خارجی که درجه کمی دارند.

    فرومغناطیس هایی که دارای خواص مغناطیسی بدون میدان خارجی اعمال شده در دمای زیر نقطه کوری هستند.

    آهنرباهای آهنی با گشتاورهای مغناطیسی نامتعادل در قدر و جهت.

همه این خواص مواد در تکنولوژی مدرن کاربردهای مختلفی پیدا کرده است.

مدارهای مغناطیسی

تمام ترانسفورماتورها، سلف ها، ماشین های الکتریکی و بسیاری از دستگاه های دیگر بر این اساس کار می کنند.

به عنوان مثال، در یک آهنربای الکتریکی فعال، شار مغناطیسی از یک هسته مغناطیسی ساخته شده از فولاد فرومغناطیسی و هوا با خواص غیر فرومغناطیسی مشخص عبور می کند. ترکیب این عناصر یک مدار مغناطیسی را می سازد.

اکثر دستگاه های الکتریکی دارای مدارهای مغناطیسی در طراحی خود هستند. بیشتر در این مورد در این مقاله بخوانید -

هنگام اتصال دو هادی موازی به جریان الکتریکی، بسته به جهت (قطبی) جریان متصل، جذب یا دفع می شوند. این با پدیده ظهور نوع خاصی از ماده در اطراف این هادی ها توضیح داده می شود. به این ماده میدان مغناطیسی (MF) می گویند. نیروی مغناطیسی نیرویی است که رساناها بر روی یکدیگر اثر می کنند.

نظریه مغناطیس در دوران باستان، در تمدن باستانی آسیا مطرح شد. در کوه‌های مگنزیا صخره‌ای خاص پیدا کردند که تکه‌های آن می‌توانستند جذب یکدیگر شوند. بر اساس نام محل به این سنگ «مغناطیسی» می گفتند. آهنربای میله ای شامل دو قطب است. خواص مغناطیسی آن به ویژه در قطب ها مشخص است.

آهنربایی که روی نخ آویزان است، کناره های افق را با قطب های خود نشان می دهد. قطب های آن به سمت شمال و جنوب خواهد رفت. دستگاه قطب نما بر اساس این اصل عمل می کند. قطب های مخالف دو آهنربا جذب می شوند و قطب های مشابه دفع می کنند.

دانشمندان کشف کرده اند که یک سوزن مغناطیسی که در نزدیکی یک هادی قرار دارد، وقتی جریان الکتریکی از آن عبور می کند، منحرف می شود. این نشان می دهد که یک MP در اطراف آن تشکیل شده است.

میدان مغناطیسی بر:

بارهای الکتریکی متحرک
موادی به نام فرومغناطیس: آهن، چدن، آلیاژهای آنها.

آهنرباهای دائمی اجسامی هستند که دارای گشتاور مغناطیسی مشترک ذرات باردار (الکترون) هستند.

1 - قطب جنوب آهنربا
2 - قطب شمال آهنربا
3 - MP با استفاده از نمونه براده های فلزی
4 - جهت میدان مغناطیسی

خطوط نیرو زمانی ظاهر می شوند که آهنربای دائمی به ورق کاغذی نزدیک می شود که لایه ای از براده های آهن روی آن ریخته می شود. شکل به وضوح مکان قطب ها را با خطوط نیروی جهت دار نشان می دهد.

منابع میدان مغناطیسی

  • میدان الکتریکی در طول زمان تغییر می کند.
  • هزینه های موبایل
  • آهنرباهای دائمی

ما از کودکی با آهنرباهای دائمی آشنا بودیم. از آنها به عنوان اسباب بازی هایی استفاده می شد که قطعات فلزی مختلفی را به خود جذب می کردند. آنها به یخچال وصل شده بودند، آنها را در اسباب بازی های مختلف ساخته بودند.

بارهای الکتریکی که در حال حرکت هستند اغلب در مقایسه با آهنرباهای دائمی انرژی مغناطیسی بیشتری دارند.

خواص

  • اصلی انگو خاصیت میدان مغناطیسی نسبیت است. اگر یک جسم باردار را در یک چارچوب مشخص بی حرکت رها کنید و یک سوزن مغناطیسی در نزدیکی آن قرار دهید، آنگاه به سمت شمال اشاره می کند و در عین حال یک میدان خارجی را به جز میدان زمین احساس نمی کند. . و اگر حرکت یک جسم باردار را در نزدیکی فلش شروع کنید، یک MP در اطراف بدن ظاهر می شود. در نتیجه، مشخص می شود که MF تنها زمانی تشکیل می شود که یک بار خاص حرکت می کند.
  • یک میدان مغناطیسی می تواند بر جریان الکتریکی تأثیر بگذارد و بر آن تأثیر بگذارد. با نظارت بر حرکت الکترون های باردار می توان آن را تشخیص داد. در یک میدان مغناطیسی، ذرات دارای بار منحرف می شوند، هادی هایی با جریان جریان حرکت می کنند. قاب با منبع جریان وصل شده شروع به چرخش می کند و مواد مغناطیسی شده در فاصله مشخصی حرکت می کنند. سوزن قطب نما اغلب رنگی است رنگ ابی. این یک نوار از فولاد مغناطیسی است. قطب نما همیشه به سمت شمال می رود، زیرا زمین دارای میدان مغناطیسی است. کل سیاره مانند یک آهنربای بزرگ با قطب های خود است.

میدان مغناطیسی توسط اندام های انسان درک نمی شود و تنها توسط دستگاه ها و حسگرهای خاص قابل تشخیص است. در انواع متغیر و دائمی موجود است. میدان متناوب معمولاً توسط سلف های خاصی ایجاد می شود که با جریان متناوب کار می کنند. یک میدان ثابت از یک میدان الکتریکی ثابت تشکیل می شود.

قوانین

بیایید قوانین اساسی برای به تصویر کشیدن میدان مغناطیسی برای هادی های مختلف را در نظر بگیریم.

قانون گیملت

خط نیرو در صفحه ای به تصویر کشیده می شود که در زاویه 90 0 نسبت به مسیر جریان جریان قرار دارد به طوری که در هر نقطه نیرو به صورت مماس بر خط هدایت می شود.

برای تعیین جهت نیروهای مغناطیسی، باید قاعده گیملت با نخ سمت راست را به خاطر بسپارید.

گیملت باید در امتداد همان محور با بردار جریان قرار گیرد، دسته باید به گونه‌ای بچرخد که گیره در جهت خود حرکت کند. در این حالت جهت خطوط با چرخاندن دسته گیملت تعیین می شود.

قانون حلقه حلقه

حرکت انتقالی گیملت در یک هادی ساخته شده به شکل حلقه نشان می دهد که القاء چگونه جهت گیری می کند؛ چرخش با جریان جریان منطبق است.

خطوط نیرو در داخل آهنربا ادامه دارند و نمی توانند باز شوند.

میدان مغناطیسی منابع مختلف به یکدیگر اضافه می شود. با این کار میدان مشترکی ایجاد می کنند.

آهنرباهایی با قطب های یکسان دفع می کنند و آهنرباهای با قطب های متفاوت جذب می شوند. مقدار قدرت اندرکنش به فاصله بین آنها بستگی دارد. با نزدیک شدن به قطب ها، نیرو افزایش می یابد.

پارامترهای میدان مغناطیسی

  • کوپلینگ جریان ( Ψ ).
  • بردار القای مغناطیسی ( که در).
  • شار مغناطیسی ( اف).

شدت میدان مغناطیسی با اندازه بردار القای مغناطیسی محاسبه می شود که به نیروی F بستگی دارد و توسط جریان I در امتداد رسانایی با طول تشکیل می شود. l: B = F / (I * l).

القای مغناطیسی در تسلا (T)، به افتخار دانشمندی که پدیده های مغناطیس را مطالعه کرده و روی روش های محاسبه آنها کار کرده است، اندازه گیری می شود. 1 T برابر با نیروی القای شار مغناطیسی است 1 Nدر طول 1 مترهادی مستقیم در زاویه 90 0 به جهت میدان، با جریان یک آمپر:

1 T = 1 x H / (A x m).
قانون دست چپ

این قانون جهت بردار القای مغناطیسی را پیدا می کند.

اگر کف دست چپ در میدان قرار گیرد به طوری که خطوط میدان مغناطیسی از قطب شمال در 90 0 وارد کف دست شوند و 4 انگشت در امتداد جریان جریان قرار گیرند، شست جهت نیروی مغناطیسی را نشان می دهد.

اگر هادی در یک زاویه متفاوت باشد، نیرو مستقیماً به جریان و برآمدگی هادی بر روی صفحه در زاویه قائم بستگی دارد.

نیرو به نوع ماده هادی و سطح مقطع آن بستگی ندارد. اگر هادی وجود نداشته باشد و بارها در یک محیط متفاوت حرکت کنند، آنگاه نیرو تغییر نخواهد کرد.

هنگامی که بردار میدان مغناطیسی در یک جهت یک قدر باشد، میدان یکنواخت نامیده می شود. محیط های مختلف بر اندازه بردار القایی تأثیر می گذارد.

شار مغناطیسی

القای مغناطیسی که از ناحیه معینی S می گذرد و با این ناحیه محدود می شود، یک شار مغناطیسی است.

اگر ناحیه در زاویه ای معین α نسبت به خط القاء متمایل باشد، شار مغناطیسی به اندازه کسینوس این زاویه کاهش می یابد. بیشترین مقدار آن زمانی تشکیل می شود که ناحیه در زاویه قائمه با القای مغناطیسی باشد:

F = B * S.

شار مغناطیسی در یک واحد اندازه گیری می شود مانند "وبر"، که برابر است با جریان القای قدر 1 تبر اساس منطقه در 1 متر مربع.

شار

این مفهوم برای ایجاد استفاده می شود معنی کلیشار مغناطیسی که از تعداد معینی هادی که بین قطب های مغناطیسی قرار دارند ایجاد می شود.

در موردی که همان جریان مناز طریق سیم پیچی با تعدادی پیچ n جریان می یابد، کل شار مغناطیسی تشکیل شده توسط همه پیچ ها، پیوند شار است.

شار Ψ با وبر اندازه گیری می شود و برابر است: Ψ = n * Ф.

خواص مغناطیسی

نفوذپذیری مغناطیسی تعیین می کند که چقدر میدان مغناطیسی در یک محیط خاص کمتر یا بیشتر از القای میدان در خلاء است. ماده ای مغناطیسی نامیده می شود که میدان مغناطیسی خود را تولید کند. هنگامی که یک ماده در میدان مغناطیسی قرار می گیرد، مغناطیسی می شود.

دانشمندان دلیل به دست آوردن خواص مغناطیسی اجسام را مشخص کرده اند. بر اساس فرضیه دانشمندان، موادی در داخل آن وجود دارد جریان های الکتریکیاندازه میکروسکوپی یک الکترون دارای گشتاور مغناطیسی خاص خود است که ماهیت کوانتومی دارد و در امتداد مدار خاصی در اتم ها حرکت می کند. این جریان های کوچک هستند که خواص مغناطیسی را تعیین می کنند.

اگر جریان ها به طور تصادفی حرکت کنند، میدان های مغناطیسی ناشی از آنها خود جبران می شوند. میدان خارجی جریان ها را مرتب می کند، بنابراین یک میدان مغناطیسی تشکیل می شود. این مغناطیس شدن ماده است.

مواد مختلف را می توان بر اساس خواص برهمکنش آنها با میدان های مغناطیسی تقسیم کرد.

آنها به گروه های زیر تقسیم می شوند:

پارامغناطیس- موادی که خاصیت مغناطیسی در جهت میدان خارجی دارند و پتانسیل کمی برای مغناطیس دارند. آنها قدرت میدانی مثبتی دارند. از جمله این مواد می توان به کلرید آهن، منگنز، پلاتین و غیره اشاره کرد.
آهنربای فری- موادی با گشتاورهای مغناطیسی نامتعادل در جهت و ارزش. آنها با وجود آنتی فرومغناطیس جبران نشده مشخص می شوند. قدرت میدان و دما بر حساسیت مغناطیسی آنها (اکسیدهای مختلف) تأثیر می گذارد.
فرومغناطیس ها- مواد با افزایش حساسیت مثبت، بسته به کشش و دما (کریستال های کبالت، نیکل و غیره).
دیامغناطیس ها- دارای خاصیت مغناطیسی در جهت مخالف میدان خارجی، یعنی معنی منفیحساسیت مغناطیسی، مستقل از کشش. در صورت عدم وجود میدان، این ماده خاصیت مغناطیسی نخواهد داشت. این مواد عبارتند از: نقره، بیسموت، نیتروژن، روی، هیدروژن و سایر مواد.
ضد فرومغناطیس - دارای یک گشتاور مغناطیسی متعادل و در نتیجه درجه مغناطیسی کم ماده است. هنگامی که گرم می شود، یک انتقال فاز ماده رخ می دهد که در طی آن خواص پارامغناطیس ظاهر می شود. هنگامی که دما به زیر یک حد معین کاهش می یابد، چنین خواصی ظاهر نمی شود (کروم، منگنز).

آهنرباهای در نظر گرفته شده نیز به دو دسته دیگر طبقه بندی می شوند:

مواد مغناطیسی نرم . اجبار کم دارند. در میدان های مغناطیسی کم توان آنها می توانند اشباع شوند. در طول فرآیند برگشت مغناطیسی، آنها تلفات جزئی را تجربه می کنند. در نتیجه، چنین موادی برای تولید هسته های دستگاه های الکتریکی که بر روی ولتاژ متناوب کار می کنند (، ژنراتور،) استفاده می شود.
مغناطیسی سختمواد. آنها نیروی اجباری فزاینده ای دارند. برای مغناطیس مجدد آنها، یک میدان مغناطیسی قوی لازم است. از چنین موادی در تولید آهنرباهای دائمی استفاده می شود.

خواص مغناطیسی مواد مختلفکاربرد آنها را در پروژه های فنیو اختراعات

مدارهای مغناطیسی

ترکیبی از چندین ماده مغناطیسی را مدار مغناطیسی می گویند. آنها مشابه هستند و توسط قوانین مشابه ریاضی تعیین می شوند.

دستگاه های الکتریکی، اندوکتانس ها و غیره بر اساس مدارهای مغناطیسی عمل می کنند. در یک الکترومغناطیس فعال، شار از طریق یک مدار مغناطیسی ساخته شده از مواد فرومغناطیسی و هوا جریان می یابد که فرومغناطیسی نیست. ترکیب این اجزا یک مدار مغناطیسی است. بسیاری از دستگاه های الکتریکی دارای مدارهای مغناطیسی در طراحی خود هستند.