میدان مغناطیسی، مشخصه میدان مغناطیسی. میدان مغناطیسی دائمی

میدان مغناطیسی شکل خاصی از ماده است که توسط آهنرباها، رساناهایی با جریان (ذرات باردار متحرک) ایجاد می شود و می توان آن را با برهمکنش آهنرباها، هادی ها با جریان (ذرات باردار متحرک) تشخیص داد.

تجربه ارستد

اولین آزمایشات (که در سال 1820 انجام شد) که نشان داد ارتباط عمیقی بین پدیده های الکتریکی و مغناطیسی وجود دارد، آزمایش های فیزیکدان دانمارکی H. Oersted بود.

یک سوزن مغناطیسی که در نزدیکی هادی قرار دارد، هنگامی که جریان در هادی روشن می شود، از یک زاویه خاص می چرخد. هنگامی که مدار باز می شود، فلش به موقعیت اصلی خود باز می گردد.

از تجربه G.Oersted چنین بر می آید که میدان مغناطیسی در اطراف این هادی وجود دارد.

تجربه آمپر
دو هادی موازی که جریان الکتریکی از طریق آنها جریان می یابد با یکدیگر تعامل دارند: اگر جریان ها در یک جهت باشند جذب می شوند و اگر جریان ها در جهت مخالف باشند دفع می کنند. این به دلیل برهمکنش میدان های مغناطیسی است که در اطراف هادی ها ایجاد می شود.

خواص میدان مغناطیسی

1. از نظر مادی، یعنی. مستقل از ما و دانش ما از آن وجود دارد.

2. ایجاد شده توسط آهنربا، هادی با جریان (ذرات باردار متحرک)

3. توسط برهمکنش آهنرباها، هادی ها با جریان (ذرات باردار متحرک) تشخیص داده می شود.

4. روی آهنرباها، هادی ها با جریان (ذرات باردار متحرک) با مقداری نیرو عمل می کند

5. هیچ بار مغناطیسی در طبیعت وجود ندارد. نمی توان قطب شمال و جنوب را از هم جدا کرد و با یک قطب بدن به دست آورد.

6. دلیل اینکه اجسام دارای خواص مغناطیسی هستند توسط دانشمند فرانسوی آمپر کشف شد. آمپر این نتیجه را مطرح کرد که خواص مغناطیسی هر جسمی توسط جریان های الکتریکی بسته درون آن تعیین می شود.

این جریان ها نشان دهنده حرکت الکترون ها در مدارهای اتم هستند.

اگر صفحاتی که این جریان ها در آنها گردش می کنند به دلیل حرکت حرارتی مولکول های تشکیل دهنده جسم به طور تصادفی نسبت به یکدیگر قرار گیرند، آنگاه برهم کنش آنها متقابلاً جبران می شود و جسم هیچ خاصیت مغناطیسی از خود نشان نمی دهد.

و بالعکس: اگر صفحاتی که الکترونها در آنها می چرخند موازی یکدیگر باشند و جهات نرمال به این صفحات منطبق باشد، چنین موادی میدان مغناطیسی خارجی را تقویت می کنند.

7. نیروهای مغناطیسی در یک میدان مغناطیسی در جهات خاصی عمل می کنند که به آنها خطوط مغناطیسی نیرو می گویند. با کمک آنها می توانید میدان مغناطیسی را در یک مورد خاص به راحتی و به وضوح نشان دهید.

برای اینکه میدان مغناطیسی را دقیق‌تر به تصویر بکشیم، در مکان‌هایی که میدان قوی‌تر است، توافق کردیم که خطوط نیرو را متراکم‌تر نشان دهیم، یعنی. به هم نزدیک تر و بالعکس، در جاهایی که میدان ضعیف‌تر است، خطوط میدان به تعداد کمتر نشان داده می‌شوند، یعنی. کمتر واقع شده است.

8. میدان مغناطیسی بردار القای مغناطیسی را مشخص می کند.

بردار القای مغناطیسی یک کمیت برداری است که میدان مغناطیسی را مشخص می کند.

جهت بردار القای مغناطیسی با جهت قطب شمال یک سوزن مغناطیسی آزاد در یک نقطه معین منطبق است.

جهت بردار القاء میدان و قدرت جریان I با "قاعده پیچ سمت راست (گیملت)" مرتبط است:

اگر گیملت را در جهت جریان در هادی پیچ کنید، جهت سرعت حرکت انتهای دسته آن در یک نقطه معین با جهت بردار القای مغناطیسی در این نقطه مطابقت دارد.

میدان مغناطیسی زمین تشکیلاتی است که توسط منابع درون سیاره ایجاد می شود. این موضوع مورد مطالعه بخش مربوطه ژئوفیزیک است. در مرحله بعد، بیایید نگاهی دقیق‌تر به میدان مغناطیسی زمین، چگونگی تشکیل آن بیندازیم.

اطلاعات کلی

نه چندان دور از سطح زمین، تقریباً در فاصله سه شعاع آن، خطوط نیروی میدان مغناطیسی در سیستمی از "دو بار قطبی" مرتب شده اند. در اینجا منطقه ای به نام "کره پلاسما" وجود دارد. با فاصله گرفتن از سطح سیاره، تأثیر جریان ذرات یونیزه شده از تاج خورشیدی افزایش می یابد. این منجر به فشردگی مگنتوسفر از سمت خورشید می شود و بالعکس، میدان مغناطیسی زمین از سمت مخالف، سمت سایه بیرون کشیده می شود.

کره پلاسما

یک اثر محسوس بر میدان مغناطیسی سطح زمین توسط حرکت جهت دار ذرات باردار در لایه های بالایی جو (یونوسفر) اعمال می شود. محل دومی از صد کیلومتری و بالاتر از سطح سیاره است. میدان مغناطیسی زمین پلاسماکره را نگه می دارد. با این حال، ساختار آن به شدت به فعالیت باد خورشیدی و تعامل آن با لایه نگهدارنده بستگی دارد. و فراوانی طوفان های مغناطیسی در سیاره ما به دلیل شراره های خورشیدی است.

واژه شناسی

مفهوم "محور مغناطیسی زمین" وجود دارد. این یک خط مستقیم است که از قطب های مربوط به سیاره می گذرد. «استوای مغناطیسی» دایره بزرگ صفحه عمود بر این محور است. بردار روی آن جهتی نزدیک به افقی دارد. میانگین شدت میدان مغناطیسی زمین به طور قابل توجهی به موقعیت جغرافیایی بستگی دارد. تقریباً برابر با 0.5 Oe است، یعنی 40 A / m. در استوای مغناطیسی، همین نشانگر تقریباً 0.34 Oe و در نزدیکی قطب ها نزدیک به 0.66 Oe است. در برخی از ناهنجاری های سیاره، به عنوان مثال، در داخل ناهنجاری کورسک، این نشانگر افزایش یافته و به 2 Oe می رسد. خطوط مغناطیس کره زمین با ساختار پیچیده ای که بر روی سطح آن قرار گرفته و در قطب های خود همگرا می شوند، "مریدین های مغناطیسی" نامیده می شوند.

ماهیت وقوع. فرضیات و حدسیات

چندی پیش، فرض ارتباط بین ظهور مگنتوسفر زمین و جریان جریان در یک هسته فلزی مایع، واقع در فاصله یک چهارم یا یک سوم شعاع سیاره ما، حق وجود را به دست آورد. دانشمندان در مورد به اصطلاح "جریان های تلوریک" که در نزدیکی پوسته زمین جریان دارند، فرضی دارند. باید گفت که در طول زمان یک دگرگونی در شکل گیری وجود دارد. میدان مغناطیسی زمین در طول یکصد و هشتاد سال گذشته بارها تغییر کرده است. این در پوسته اقیانوسی ثابت است، و این توسط مطالعات مغناطیسی باقیمانده اثبات شده است. با مقایسه مقاطع دو طرف پشته های اقیانوسی، زمان واگرایی این برش ها مشخص می شود.

تغییر قطب مغناطیسی زمین

مکان این قسمت های سیاره ثابت نیست. حقیقت جابجایی آنها از اواخر قرن نوزدهم ثبت شده است. در نیمکره جنوبی، قطب مغناطیسی در این مدت 900 کیلومتر جابجا شده و به اقیانوس هند ختم شده است. روندهای مشابهی در بخش شمالی در حال انجام است. در اینجا قطب به سمت ناهنجاری مغناطیسی در سیبری شرقی تغییر می کند. از سال 1973 تا 1994 مسافتی که این بخش به اینجا منتقل شد 270 کیلومتر بود. این داده های از پیش محاسبه شده بعداً با اندازه گیری ها تأیید شد. بر اساس آخرین داده ها، سرعت قطب مغناطیسی نیمکره شمالی به میزان قابل توجهی افزایش یافته است. از 10 کیلومتر در سال در دهه هفتاد قرن گذشته به 60 کیلومتر در سال در ابتدای این قرن رسیده است. در همان زمان، قدرت میدان مغناطیسی زمین به طور ناهموار کاهش می یابد. بنابراین، در طول 22 سال گذشته، در برخی جاها 1.7 درصد و در جایی 10 درصد کاهش یافته است، اگرچه مناطقی نیز وجود دارد که برعکس، افزایش یافته است. شتاب در جابجایی قطب‌های مغناطیسی (تقریباً 3 کیلومتر در سال) دلیلی برای این فرض می‌کند که حرکت آنها که امروز مشاهده می‌شود یک گردش نیست، این یک وارونگی دیگر است.

این به طور غیر مستقیم با افزایش به اصطلاح "شکاف های قطبی" در جنوب و شمال مغناطیس کره تایید می شود. مواد یونیزه شده تاج خورشیدی و فضا به سرعت در امتدادهای حاصل نفوذ می کنند. از این طریق، مقدار فزاینده ای انرژی در مناطق زیرقطبی زمین جمع آوری می شود که به خودی خود مملو از گرمایش اضافی کلاهک های یخی قطبی است.

مختصات

علمی که پرتوهای کیهانی را مطالعه می کند از مختصات میدان ژئومغناطیسی استفاده می کند که به نام دانشمند مک ایلوین نامگذاری شده است. او اولین کسی بود که استفاده از آنها را پیشنهاد کرد، زیرا آنها بر اساس انواع اصلاح شده فعالیت عناصر باردار در یک میدان مغناطیسی هستند. دو مختصات (L، B) برای یک نقطه استفاده می شود. آنها پوسته مغناطیسی (پارامتر مک ایلوین) و القای میدان L را مشخص می کنند. دومی پارامتری است برابر با نسبت فاصله متوسط ​​کره از مرکز سیاره به شعاع آن.

"میل مغناطیسی"

چندین هزار سال پیش، چینی ها به کشف شگفت انگیزی دست یافتند. آنها دریافتند که اجسام مغناطیسی را می توان در جهت خاصی قرار داد. و در اواسط قرن شانزدهم، گئورگ کارتمان، دانشمند آلمانی، کشف دیگری در این زمینه کرد. اینگونه بود که مفهوم "میل مغناطیسی" ظاهر شد. این نام به معنای زاویه انحراف فلش به بالا یا پایین از صفحه افقی تحت تأثیر مغناطیس کره سیاره است.

از تاریخچه تحقیق

در ناحیه استوای مغناطیسی شمالی که با منطقه جغرافیایی متفاوت است، انتهای شمالی به سمت پایین و در جنوب برعکس بالا می رود. در سال 1600، پزشک انگلیسی ویلیام گیلبرت برای اولین بار فرضیاتی در مورد حضور میدان مغناطیسی زمین ایجاد کرد که باعث رفتار خاصی از اجسام از پیش مغناطیسی شده بود. او در کتاب خود آزمایشی را با یک توپ مجهز به یک تیر آهنی شرح داد. در نتیجه تحقیقات او به این نتیجه رسید که زمین یک آهنربای بزرگ است. این آزمایش ها نیز توسط ستاره شناس انگلیسی هنری گلیبرانت انجام شد. او در نتیجه مشاهدات خود به این نتیجه رسید که میدان مغناطیسی زمین در معرض تغییرات آهسته است.

خوزه د آکوستا امکان استفاده از قطب نما را توضیح داد. او همچنین تفاوت بین قطب مغناطیسی و شمال را مشخص کرد و در تاریخ معروف خود (1590) نظریه خطوط بدون انحراف مغناطیسی را اثبات کرد. کریستف کلمب نیز سهم بسزایی در مطالعه موضوع مورد بررسی داشت. او صاحب کشف ناسازگاری انحراف مغناطیسی است. دگرگونی ها به تغییرات مختصات جغرافیایی بستگی دارد. انحراف مغناطیسی زاویه انحراف پیکان از جهت شمال به جنوب است. در ارتباط با کشف کلمب، تحقیقات شدت گرفت. اطلاعات در مورد میدان مغناطیسی زمین برای دریانوردان بسیار ضروری بود. M. V. Lomonosov نیز روی این مشکل کار کرد. برای مطالعه مغناطیس زمینی، او انجام مشاهدات سیستماتیک را با استفاده از نقاط دائمی (مانند رصدخانه ها) برای این کار توصیه کرد. به گفته لومونوسوف، انجام این کار در دریا نیز بسیار مهم بود. این ایده دانشمند بزرگ شصت سال بعد در روسیه محقق شد. کشف قطب مغناطیسی در مجمع الجزایر کانادا متعلق به کاوشگر قطبی انگلیسی جان راس (1831) است. و در سال 1841، او همچنین قطب دیگر سیاره را کشف کرد، اما قبلاً در قطب جنوب. فرضیه منشا میدان مغناطیسی زمین توسط کارل گاوس مطرح شد. به زودی او همچنین ثابت کرد که بیشتر آن از منبعی در داخل سیاره تغذیه می شود، اما دلیل انحرافات جزئی آن در محیط خارجی است.

برای مدت طولانی، میدان مغناطیسی سوالات زیادی را در انسان ایجاد کرده است، اما حتی اکنون نیز یک پدیده ناشناخته باقی مانده است. بسیاری از دانشمندان سعی کردند ویژگی ها و خواص آن را مطالعه کنند، زیرا مزایا و پتانسیل استفاده از این رشته حقایقی غیرقابل انکار بود.

بیایید همه چیز را به ترتیب در نظر بگیریم. بنابراین، هر میدان مغناطیسی چگونه عمل می کند و شکل می گیرد؟ درست است، جریان الکتریکی. و جریان، طبق کتاب های درسی فیزیک، جریانی از ذرات باردار با جهت است، اینطور نیست؟ بنابراین، هنگامی که یک جریان از هر رسانایی عبور می کند، نوع خاصی از ماده شروع به عمل در اطراف آن می کند - یک میدان مغناطیسی. میدان مغناطیسی را می توان با جریان ذرات باردار یا گشتاورهای مغناطیسی الکترون ها در اتم ها ایجاد کرد. اکنون این میدان و ماده دارای انرژی هستند، آن را در نیروهای الکترومغناطیسی می بینیم که می تواند بر جریان و بارهای آن تأثیر بگذارد. میدان مغناطیسی شروع به عمل بر روی جریان ذرات باردار می کند و آنها جهت اولیه حرکت را عمود بر خود میدان تغییر می دهند.

میدان مغناطیسی دیگری را می توان الکترودینامیک نامید، زیرا در نزدیکی ذرات متحرک تشکیل می شود و تنها بر ذرات متحرک تأثیر می گذارد. خوب، به دلیل اینکه ساختار خاصی در چرخش بیون ها در منطقه ای از فضا دارد، پویا است. یک بار الکتریکی متحرک معمولی می تواند آنها را به چرخش و حرکت وادار کند. بیون ها هر گونه فعل و انفعالات احتمالی را در این ناحیه از فضا منتقل می کنند. بنابراین بار متحرک یک قطب از همه بیون ها را جذب می کند و باعث چرخش آنها می شود. فقط او می تواند آنها را از حالت استراحت خارج کند، نه چیز دیگر، زیرا نیروهای دیگر نمی توانند بر آنها تأثیر بگذارند.

در میدان الکتریکی ذراتی باردار هستند که بسیار سریع حرکت می کنند و می توانند 300000 کیلومتر را تنها در یک ثانیه طی کنند. نور هم همین سرعت را دارد. هیچ میدان مغناطیسی بدون بار الکتریکی وجود ندارد. این بدان معنی است که ذرات به طور باور نکردنی نزدیک به یکدیگر هستند و در یک میدان الکترومغناطیسی مشترک وجود دارند. یعنی اگر در میدان مغناطیسی تغییراتی ایجاد شود، در میدان الکتریکی نیز تغییراتی ایجاد خواهد شد. این قانون نیز معکوس است.

ما در اینجا در مورد میدان مغناطیسی زیاد صحبت می کنیم، اما چگونه می توانید آن را تصور کنید؟ ما نمی توانیم آن را با چشم غیرمسلح انسان ببینیم. علاوه بر این، به دلیل انتشار فوق‌العاده سریع میدان، ما فرصتی برای تعمیر آن با کمک دستگاه‌های مختلف نداریم. اما برای مطالعه چیزی باید حداقل تصوری از آن داشت. همچنین اغلب لازم است که میدان مغناطیسی را در نمودارها به تصویر بکشیم. برای سهولت در درک آن، خطوط میدان شرطی ترسیم می شوند. آنها را از کجا آورده اند؟ آنها به دلیلی اختراع شدند.

بیایید سعی کنیم میدان مغناطیسی را با کمک براده های فلزی کوچک و یک آهنربای معمولی ببینیم. ما این خاک اره را روی یک سطح صاف می ریزیم و آنها را وارد عمل میدان مغناطیسی می کنیم. سپس خواهیم دید که آنها حرکت می کنند، می چرخند و در یک الگو یا الگو قرار می گیرند. تصویر حاصل اثر تقریبی نیروها در میدان مغناطیسی را نشان می دهد. تمام نیروها و بر این اساس خطوط نیرو در این مکان پیوسته و بسته هستند.

سوزن مغناطیسی ویژگی ها و خواصی مشابه قطب نما دارد و برای تعیین جهت خطوط نیرو استفاده می شود. اگر در ناحیه عمل میدان مغناطیسی قرار گیرد، می‌توانیم جهت عمل نیروها توسط قطب شمال آن را ببینیم. سپس چندین نتیجه را از اینجا جدا می کنیم: بالای یک آهنربای دائمی معمولی که خطوط نیرو از آن بیرون می آیند، توسط قطب شمال آهنربا مشخص می شود. در حالی که قطب جنوب نشان دهنده نقطه بسته شدن نیروها است. خوب، خطوط نیروی داخل آهنربا در نمودار مشخص نشده اند.

میدان مغناطیسی، خواص و ویژگی های آن بسیار مورد استفاده قرار می گیرد، زیرا در بسیاری از مسائل باید مورد توجه و مطالعه قرار گیرد. این مهمترین پدیده در علم فیزیک است. چیزهای پیچیده تر مانند نفوذپذیری مغناطیسی و القاء به طور جدایی ناپذیری با آن مرتبط هستند. برای توضیح همه دلایل پیدایش میدان مغناطیسی، باید به حقایق و تأییدهای علمی واقعی تکیه کرد. در غیر این صورت، در مسائل پیچیده تر، رویکرد اشتباه می تواند یکپارچگی نظریه را نقض کند.

حالا بیایید مثال هایی بزنیم. همه ما سیاره خود را می شناسیم. شما می گویید میدان مغناطیسی ندارد؟ شاید حق با شما باشد، اما دانشمندان می گویند که فرآیندها و فعل و انفعالات درون هسته زمین یک میدان مغناطیسی عظیم ایجاد می کند که هزاران کیلومتر امتداد دارد. اما هر میدان مغناطیسی باید قطب های خود را داشته باشد. و آنها وجود دارند، فقط کمی دورتر از قطب جغرافیایی قرار دارند. چگونه آن را احساس می کنیم؟ به عنوان مثال، پرندگان توانایی های ناوبری را توسعه داده اند و به ویژه با میدان مغناطیسی جهت گیری می کنند. بنابراین، با کمک او، غازها به سلامت به لاپلند می رسند. دستگاه های ناوبری ویژه نیز از این پدیده استفاده می کنند.

یک میدان مغناطیسی

میدان مغناطیسی نوع خاصی از ماده است که برای انسان نامرئی و نامشهود است.
مستقل از آگاهی ما وجود دارد.
حتی در دوران باستان، دانشمندان-متفکران حدس می زدند که چیزی در اطراف آهنربا وجود دارد.

سوزن مغناطیسی.

سوزن مغناطیسی وسیله ای است که برای مطالعه عملکرد مغناطیسی جریان الکتریکی ضروری است.
این یک آهنربای کوچک است که روی نوک سوزن نصب شده است، دارای دو قطب شمال و جنوب است.سوزن مغناطیسی می تواند آزادانه روی نوک سوزن بچرخد.
انتهای شمالی سوزن مغناطیسی همیشه به سمت شمال است.
خطی که قطب های سوزن مغناطیسی را به هم متصل می کند، محور سوزن مغناطیسی نامیده می شود.
یک سوزن مغناطیسی مشابه در هر قطب نما - وسیله ای برای جهت یابی روی زمین است.

میدان مغناطیسی از کجا منشا می گیرد؟

آزمایش ارستد (1820) - نشان می دهد که چگونه یک هادی با جریان و یک سوزن مغناطیسی برهم کنش می کنند.

هنگامی که مدار الکتریکی بسته می شود، سوزن مغناطیسی از موقعیت اصلی خود منحرف می شود، زمانی که مدار باز می شود، سوزن مغناطیسی به موقعیت اولیه خود باز می گردد.

در فضای اطراف یک هادی با جریان (و در حالت کلی در اطراف هر بار الکتریکی متحرک) میدان مغناطیسی ایجاد می شود.
نیروهای مغناطیسی این میدان بر روی سوزن وارد می شوند و آن را می چرخانند.

به طور کلی می توان گفت
که یک میدان مغناطیسی در اطراف بارهای الکتریکی متحرک ایجاد می شود.
جریان الکتریکی و میدان مغناطیسی از یکدیگر جدایی ناپذیرند.

جالبه چی...

بسیاری از اجرام آسمانی - سیارات و ستارگان - میدان مغناطیسی خاص خود را دارند.
با این حال، نزدیکترین همسایگان ما - ماه، زهره و مریخ - میدان مغناطیسی ندارند.
شبیه زمین
___

گیلبرت کشف کرد که وقتی یک تکه آهن به یک قطب آهنربا نزدیک می شود، قطب دیگر با شدت بیشتری جذب می شود. این ایده تنها 250 سال پس از مرگ هیلبرت ثبت شد.

در نیمه اول دهه 90، هنگامی که سکه های جدید گرجستان ظاهر شد - لاری،
جیب برهای محلی آهن ربا دارند،
زیرا فلزی که این سکه ها از آن ساخته شده بود به خوبی توسط آهنربا جذب می شد!

اگر اسکناس دلاری را در گوشه و کنار بیاورید و آن را به یک آهنربای قدرتمند بیاورید
(به عنوان مثال، نعل اسب)، ایجاد یک میدان مغناطیسی غیر یکنواخت، یک تکه کاغذ
به سمت یکی از قطب ها منحرف شوید. به نظر می رسد که رنگ اسکناس دلار حاوی نمک های آهن است،
با داشتن خواص مغناطیسی، دلار به یکی از قطب های آهنربا جذب می شود.

اگر یک آهنربای بزرگ را به سطح حباب نجار بیاورید، حباب حرکت می کند.
واقعیت این است که سطح حباب با مایع دیامغناطیس پر شده است. وقتی چنین مایعی در میدان مغناطیسی قرار می گیرد، میدان مغناطیسی خلاف جهت داخل آن ایجاد می شود و از میدان به بیرون رانده می شود. بنابراین، حباب در مایع به آهنربا نزدیک می شود.

شما باید در مورد آنها بدانید!

سازمان دهنده تجارت قطب نما مغناطیسی در نیروی دریایی روسیه یک دانشمند منحرف معروف بود.
کاپیتان درجه 1، نویسنده آثار علمی در مورد نظریه قطب نما I.P. بلاوان.
عضو یک سفر دور دنیا با ناو "پالادا" و شرکت کننده در جنگ کریمه 1853-1856. او اولین کسی در جهان بود که یک کشتی را مغناطیسی زدایی کرد (1863)
و مشکل نصب قطب نما در داخل یک زیردریایی آهنی را حل کرد.
در سال 1865 او به عنوان رئیس اولین رصدخانه قطب نما کشور در کرونشتات منصوب شد.

یک میدان مغناطیسی- این یک محیط مادی است که از طریق آن تعامل بین هادی ها با بارهای جریان یا متحرک انجام می شود.

خواص میدان مغناطیسی:

ویژگی های میدان مغناطیسی:

برای مطالعه میدان مغناطیسی از مدار آزمایشی با جریان استفاده می شود. کوچک است و جریان موجود در آن بسیار کمتر از جریان رسانایی است که میدان مغناطیسی را ایجاد می کند. در دو طرف مدار با جریانی از سمت میدان مغناطیسی، نیروهایی عمل می کنند که از نظر قدر مساوی 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، کانتور نمی تواند به جلو حرکت کند، حول محور خود می چرخد. عمل چرخشی مشخص می شود گشتاور.

، جایی که ل–بازوی یک جفت نیرو(فاصله بین نقاط اعمال نیرو).

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

، جایی که
-لحظه مغناطیسیمدارهای 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 شست جهت بردار گشتاور مغناطیسی را نشان می دهد. بردار گشتاور مغناطیسی همیشه بر صفحه کانتور عمود است.

پشت جهت بردار القای مغناطیسیجهت بردار گشتاور مغناطیسی مدار را در میدان مغناطیسی بگیرید.

خط القای مغناطیسی- خطی که مماس آن در هر نقطه با جهت بردار القای مغناطیسی منطبق است. خطوط القای مغناطیسی همیشه بسته هستند، 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 القای مغناطیسی جریان دایره ای(کویل با جریان) نیز شکل دایره ای دارند. هر عنصر سیم پیچ طولانی است
را می توان به عنوان یک هادی مستقیم در نظر گرفت که میدان مغناطیسی خود را ایجاد می کند. برای میدان های مغناطیسی، اصل برهم نهی (افزودن مستقل) برآورده می شود. بردار کل القای مغناطیسی جریان دایره ای در نتیجه افزودن این میدان ها در مرکز سیم 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

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

، جایی که
ON 2 ; H/M ثابت مغناطیسی خلاء است,

-نفوذپذیری مغناطیسی نسبی محیط,

-نفوذپذیری مغناطیسی مطلق محیط.

بسته به میزان 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 معین از پلی است که e نامیده می شود. تنش

.

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

قدرت آمپر- نیرویی که میدان مغناطیسی بر روی یک هادی با 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 را در امتداد جریان هدایت کنید، سپس شست خم شده 90 0 جهت نیروی آمپر را نشان می دهد.

نتیجه عمل نیروی آمپر حرکت هادی در یک جهت معین است.

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

نیروی لورنتس- نیروی میدان مغناطیسی بر بار متحرک.

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

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

، 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 در ناحیه کانتور قرار گرفته در میدان مغناطیسی

تغییر قدرت جریانی که میدان مغناطیسی ایجاد می کند

تغییر فاصله کانتور از منبع میدان مغناطیسی

تغییر 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 اولیه 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 نسبت به مدار B. حرکت هدایت شده بارهای آزاد (جریان) فقط در یک میدان الکتریکی اتفاق می افتد. این بدان معنی است که یک میدان مغناطیسی در حال تغییر یک میدان الکتریکی ایجاد می کند که بارهای آزاد رسانا را به حرکت در می آورد. این میدان الکتریکی نامیده می شود القاء شدهیا گردابی.

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 بار در طول یک مدار بسته برابر با صفر نیست.

مشخصه انرژی میدان گرداب پتانسیل نیست، بلکه القای EMF- مقداری برابر با کار نیروهای خارجی (نیروهای با منشا غیرالکترواستاتیکی) در 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 به وجود می آید، صرف نظر از اینکه یک حلقه بسته رسانا وجود دارد یا خیر. کانتور فقط امکان تشخیص میدان الکتریکی گرداب را می دهد.

القای الکترومغناطیسی- این وقوع یک 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 دارای جهتی است که میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط آن با هرگونه تغییر در شار مغناطیسی که این جریان را ایجاد می کند مخالفت می کند.

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

تی باشه فوکو- جریان های القایی گردابی که در هادی های بزرگی که در یک میدان مغناطیسی در حال تغییر قرار دارند رخ می دهد. مقاومت چنین هادی کوچک است، زیرا دارای سطح مقطع S بزرگ است، بنابراین جریان های فوکو می توانند بزرگ باشند، در نتیجه هادی گرم می شود.

خود القایی- این وقوع یک EMF القایی در یک هادی هنگامی است که قدرت جریان در آن تغییر می کند.

یک هادی حامل جریان یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند. القای مغناطیسی به قدرت جریان بستگی دارد، بنابراین، شار مغناطیسی خود 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 طول هادی افزایش می یابد، اندوکتانس سیم پیچ از اندوکتانس یک هادی مستقیم با همان طول بیشتر است، اندوکتانس سیم پیچ (رسانایی 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 خود القایی:
.

خود القای EMFنسبت مستقیم با نرخ تغییر جریان دارد.

خود القای EMFیک 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. هر چه اندوکتانس سیم پیچ بیشتر باشد، EMF خود القایی بیشتری در آن رخ می دهد.

انرژی میدان مغناطیسیبرابر است با کاری که جریان برای غلبه بر EMF خود القایی در طول زمان تا زمانی که جریان از صفر به مقدار حداکثر افزایش یابد، انجام می دهد.

.

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 ارتعاشات:

سیستم باید از حالت تعادل خارج شود، برای این کار، شارژی به خازن وارد می شود. 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 ایجاد می شود که از طریق سیم پیچ جریان می یابد. با افزایش جریان در سلف، 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 نوسانات موجود در آن نامیده می شود رایگان.

برای هر مدار الکتریکی، قانون اهم برآورده 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 EMF خود القایی در سلف ایجاد می شود که برابر با ولتاژ دو طرف خازن است.

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

ولتاژ خازن:
.

جریان حلقه:
.

ارزش
- دامنه قدرت جریان.

تفاوت از شارژ در
.

دوره نوسانات آزاد در مدار:

انرژی میدان الکتریکی خازن:

انرژی میدان مغناطیسی سیم پیچ:

انرژی میدان های الکتریکی و مغناطیسی طبق قانون هارمونیک تغییر می کند، اما مراحل نوسان 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 فرآیند نوسانات، 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 یا با حداکثر انرژی میدان الکتریکی یا حداکثر انرژی میدان مغناطیسی برابر است.

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

قانون اهم به شکل زیر است:

به شرطی که میرایی کوچک باشد (مربع فرکانس نوسان طبیعی بسیار بیشتر از مجذور ضریب میرایی باشد)، میرایی لگاریتمی کاهش می یابد:

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

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

انرژی کلدر یک مدار واقعی، کاهش می یابد، زیرا با عبور جریان، گرما روی مقاومت R آزاد می شود.

فرآیند انتقال- فرآیندی که در مدارهای الکتریکی در حین انتقال از یک حالت کار به حالت دیگر رخ می دهد. زمان تخمین زده شده ( ) که طی آن پارامتر مشخص کننده فرآیند گذرا در 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. یک میدان الکتریکی متناوب توسط ماکسول جریان جابجایی نامیده شد، زیرا مانند یک جریان معمولی، یک میدان مغناطیسی القا می کند.

برای تشخیص جریان جابجایی، عبور جریان از سیستم که شامل یک خازن با دی الکتریک است، در نظر گرفته می شود.

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

معادله اول ماکسول:
- میدان مغناطیسی گرداب هم توسط جریان های هدایت (بارهای الکتریکی متحرک) و هم 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:
- نرخ تغییر شار مغناطیسی را از طریق هر سطح و گردش بردار شدت میدان الکتریکی که در این حالت ایجاد می شود، مرتبط می کند.

هر رسانایی با جریان یک میدان مغناطیسی در فضا ایجاد می کند. اگر جریان ثابت باشد (در طول زمان تغییر نمی کند)، میدان مغناطیسی مرتبط نیز ثابت است. جریان در حال تغییر یک میدان مغناطیسی متغیر ایجاد می کند. یک میدان الکتریکی در داخل یک هادی حامل جریان وجود دارد. 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 میدان مغناطیسی با تغییر در قدرت میدان الکتریکی مرتبط است طبق قانون پیچ سمت راست: دست راست را در مشت بچسبانید، انگشت شست را در جهت تغییر قدرت میدان الکتریکی قرار دهید، سپس 4 انگشت خم شده جهت خطوط شدت میدان مغناطیسی را نشان می دهد.

هر میدان مغناطیسی در حال تغییر یک میدان الکتریکی گردابی ایجاد می کند، که خطوط قدرت 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 با قانون پیچ چپ به جهت تغییر میدان مغناطیسی H مربوط می شود: دست چپ را در مشت ببندید، انگشت شست را در جهت تغییر میدان مغناطیسی بگیرید، خم کنید. چهار انگشت جهت خطوط میدان الکتریکی گرداب را نشان می دهد.

مجموعه ای از میدان های الکتریکی و مغناطیسی گردابی متصل به یکدیگر نشان دهنده میدان الکترومغناطیسی. میدان الکترومغناطیسی در محل مبدا باقی نمی ماند، بلکه به صورت موج الکترومغناطیسی عرضی در فضا منتشر می شود.

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

شرط وقوع موج الکترومغناطیسی- حرکت شارژ با شتاب.

معادله امواج الکترومغناطیسی:

- فرکانس چرخه ای نوسانات الکترومغناطیسی

t زمان شروع نوسانات است

l فاصله منبع موج تا نقطه معینی در فضا است

- سرعت انتشار موج

مدت زمانی که طول می کشد تا یک موج از یک منبع 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 از طریق آن جریان های متناوب سریع (ماکرو ساطع کننده ها) و همچنین اتم ها و مولکول های برانگیخته (ریز ساطع کننده ها) جریان دارند. هر چه فرکانس نوسان بیشتر باشد، امواج الکترومغناطیسی بهتر در فضا ساطع می شوند.

خواص امواج الکترومغناطیسی:

تمام امواج الکترومغناطیسی عرضی

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

- گذردهی نسبی محیط

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

- نفوذپذیری مغناطیسی نسبی محیط

- ثابت مغناطیسی خلاء،
ON 2 ; H/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. آنها به خوبی تابش نمی کنند.

امواج رادیویی. 10 4 - 10 13 هرتز. توسط هادی های جامد تابش می شود که جریان های متناوب سریع از آن عبور می کنند.

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 می کنند و باعث ایجاد حس بینایی می شوند. 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 در لایه های داخلی اتم تغییر کند.

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