Campo magnetico, caratteristico del campo magnetico. Campo magnetico permanente

Un campo magnetico è una forma speciale di materia creata da magneti, conduttori di corrente (particelle cariche in movimento) e che può essere rilevata dall'interazione di magneti, conduttori con corrente (particelle cariche in movimento).

L'esperienza di Oersted

I primi esperimenti (effettuati nel 1820), che dimostrarono che esiste una profonda connessione tra fenomeni elettrici e magnetici, furono gli esperimenti del fisico danese H. Oersted.

Un ago magnetico situato vicino al conduttore ruota di un certo angolo quando la corrente viene inserita nel conduttore. Quando il circuito viene aperto, la freccia ritorna nella posizione originale.

Dall'esperienza di G. Oersted risulta che attorno a questo conduttore esiste un campo magnetico.

Esperienza Ampère
Due conduttori paralleli, attraversati da corrente elettrica, interagiscono tra loro: si attraggono se le correnti hanno lo stesso verso e si respingono se le correnti sono nella direzione opposta. Ciò è dovuto all'interazione dei campi magnetici che si formano attorno ai conduttori.

Proprietà del campo magnetico

1. Materialmente, cioè esiste indipendentemente da noi e dalla nostra conoscenza di esso.

2. Creato da magneti, conduttori con corrente (particelle cariche in movimento)

3. Rilevato dall'interazione di magneti, conduttori con corrente (particelle cariche in movimento)

4. Agisce su magneti, conduttori di corrente (particelle cariche in movimento) con una certa forza

5. In natura non esistono cariche magnetiche. Non è possibile separare i poli nord e sud e ottenere un corpo con un polo.

6. Il motivo per cui i corpi hanno proprietà magnetiche è stato scoperto dallo scienziato francese Ampère. Ampere ha avanzato la conclusione che le proprietà magnetiche di qualsiasi corpo sono determinate da correnti elettriche chiuse al suo interno.

Queste correnti rappresentano il movimento degli elettroni nelle orbite dell'atomo.

Se i piani in cui circolano queste correnti si trovano in modo casuale l'uno rispetto all'altro a causa del movimento termico delle molecole che compongono il corpo, allora le loro interazioni si compensano reciprocamente e il corpo non presenta alcuna proprietà magnetica.

E viceversa: se i piani su cui ruotano gli elettroni sono paralleli tra loro e le direzioni delle normali a questi piani coincidono, allora tali sostanze aumentano il campo magnetico esterno.

7. Le forze magnetiche agiscono in un campo magnetico in determinate direzioni, chiamate linee di forza magnetiche. Con il loro aiuto, puoi mostrare comodamente e chiaramente il campo magnetico in un caso particolare.

Per rappresentare il campo magnetico in modo più accurato, abbiamo convenuto di mostrare le linee di forza più fitte nei punti in cui il campo è più forte, ad es. più vicini gli uni agli altri. E viceversa, nei luoghi in cui il campo è più debole, le linee di campo vengono visualizzate in numero inferiore, ad es. localizzati meno frequentemente.

8. Il campo magnetico caratterizza il vettore dell'induzione magnetica.

Il vettore di induzione magnetica è una grandezza vettoriale che caratterizza il campo magnetico.

La direzione del vettore di induzione magnetica coincide con la direzione del polo nord di un ago magnetico libero in un dato punto.

La direzione del vettore di induzione del campo e l’intensità della corrente I sono legati dalla “regola della vite destra (succhiello)”:

se si avvita il succhiello nella direzione della corrente nel conduttore, la direzione della velocità di movimento dell'estremità della sua maniglia in un dato punto coinciderà con la direzione del vettore di induzione magnetica in questo punto.

Il campo magnetico terrestre è una formazione generata da fonti all'interno del pianeta. È oggetto di studio della corrispondente sezione di geofisica. Successivamente, diamo uno sguardo più da vicino a cos'è il campo magnetico terrestre, come si forma.

informazioni generali

Non lontano dalla superficie della Terra, approssimativamente a una distanza di tre dei suoi raggi, le linee di forza del campo magnetico sono disposte in un sistema di "due cariche polari". Qui c'è un'area chiamata "sfera di plasma". Con la distanza dalla superficie del pianeta aumenta l'influenza del flusso di particelle ionizzate provenienti dalla corona solare. Ciò porta alla compressione della magnetosfera dal lato del Sole e, viceversa, il campo magnetico terrestre viene estratto dal lato opposto, in ombra.

sfera di plasma

Un effetto tangibile sul campo magnetico superficiale della Terra è esercitato dal movimento diretto di particelle cariche negli strati superiori dell'atmosfera (ionosfera). La posizione di quest'ultimo è a un centinaio di chilometri e oltre dalla superficie del pianeta. Il campo magnetico terrestre sostiene la plasmasfera. Tuttavia, la sua struttura dipende fortemente dall'attività del vento solare e dalla sua interazione con lo strato di contenimento. E la frequenza delle tempeste magnetiche sul nostro pianeta è dovuta ai brillamenti solari.

Terminologia

Esiste il concetto di "asse magnetico della Terra". Questa è una linea retta che passa attraverso i poli corrispondenti del pianeta. L '"equatore magnetico" è il cerchio massimo del piano perpendicolare a questo asse. Il vettore su di esso ha una direzione vicina all'orizzontale. L'intensità media del campo magnetico terrestre dipende in modo significativo dalla posizione geografica. È approssimativamente uguale a 0,5 Oe, cioè 40 A / m. All'equatore magnetico, lo stesso indicatore è di circa 0,34 Oe, e vicino ai poli è vicino a 0,66 Oe. In alcune anomalie del pianeta, ad esempio, all'interno dell'anomalia di Kursk, l'indicatore è aumentato e ammonta a 2 Oe. le linee della magnetosfera terrestre a struttura complessa, proiettate sulla sua superficie e convergenti ai propri poli, sono chiamate "meridiani magnetici".

La natura dell'evento. Ipotesi e congetture

Non molto tempo fa, l'ipotesi sulla connessione tra l'emergere della magnetosfera terrestre e il flusso di corrente in un nucleo di metallo liquido, situato a una distanza di un quarto o un terzo del raggio del nostro pianeta, ha acquisito il diritto di esistere. Gli scienziati hanno un'ipotesi sulle cosiddette "correnti telluriche" che scorrono vicino alla crosta terrestre. Va detto che nel tempo c'è una trasformazione della formazione. Il campo magnetico della Terra è cambiato molte volte negli ultimi centottanta anni. Questo è fissato nella crosta oceanica e ciò è evidenziato dagli studi sulla magnetizzazione rimanente. Confrontando le sezioni su entrambi i lati delle dorsali oceaniche, viene determinato il tempo di divergenza di queste sezioni.

Lo spostamento dei poli magnetici della Terra

La posizione di queste parti del pianeta non è costante. Il fatto dei loro spostamenti è documentato fin dalla fine del XIX secolo. Nell'emisfero australe, durante questo periodo, il polo magnetico si è spostato di 900 km ed è finito nell'Oceano Indiano. Processi simili si stanno verificando nella parte settentrionale. Qui il polo si sta spostando verso l’anomalia magnetica nella Siberia orientale. Dal 1973 al 1994 la distanza percorsa qui dalla sezione è stata di 270 km. Questi dati precalcolati sono stati successivamente confermati dalle misurazioni. Secondo gli ultimi dati, la velocità del polo magnetico dell'emisfero settentrionale è aumentata in modo significativo. È passato dai 10 km/anno degli anni settanta del secolo scorso ai 60 km/anno dell'inizio di questo secolo. Allo stesso tempo, la forza del campo magnetico terrestre diminuisce in modo non uniforme. Quindi, negli ultimi 22 anni, in alcuni luoghi è diminuito dell'1,7% e in altri del 10%, sebbene ci siano anche aree in cui, al contrario, è aumentato. L'accelerazione nello spostamento dei poli magnetici (di circa 3 km all'anno) dà motivo di supporre che il loro movimento osservato oggi non sia un'escursione, ma un'altra inversione.

Ciò è indirettamente confermato dall'aumento dei cosiddetti "gap polari" nel sud e nel nord della magnetosfera. Il materiale ionizzato della corona solare e dello spazio penetra rapidamente nelle estensioni risultanti. Da ciò, una quantità crescente di energia viene raccolta nelle regioni subpolari della Terra, che di per sé è irta di ulteriore riscaldamento delle calotte polari.

Coordinate

La scienza che studia i raggi cosmici utilizza le coordinate del campo geomagnetico, dal nome dello scienziato McIlwain. È stato il primo a suggerirne l'utilizzo, poiché si basano su varianti modificate dell'attività degli elementi carichi in un campo magnetico. Per un punto vengono utilizzate due coordinate (L, B). Caratterizzano il guscio magnetico (il parametro McIlwain) e il campo induttivo L. Quest'ultimo è un parametro pari al rapporto tra la distanza media della sfera dal centro del pianeta e il suo raggio.

"Inclinazione magnetica"

Diverse migliaia di anni fa, i cinesi fecero una scoperta straordinaria. Hanno scoperto che gli oggetti magnetizzati possono essere posizionati in una certa direzione. E a metà del XVI secolo Georg Cartmann, uno scienziato tedesco, fece un'altra scoperta in quest'area. È così che è apparso il concetto di "inclinazione magnetica". Questo nome indica l'angolo di deviazione della freccia verso l'alto o verso il basso dal piano orizzontale sotto l'influenza della magnetosfera del pianeta.

Dalla storia della ricerca

Nella regione dell'equatore magnetico settentrionale, che è diversa da quella geografica, l'estremità settentrionale scende, mentre a sud, al contrario, sale. Nel 1600, il medico inglese William Gilbert fece per primo delle ipotesi sulla presenza del campo magnetico terrestre, provocando un certo comportamento degli oggetti premagnetizzati. Nel suo libro descrisse un esperimento con una palla dotata di una freccia di ferro. Come risultato della ricerca, è giunto alla conclusione che la Terra è un grande magnete. Gli esperimenti furono condotti anche dall'astronomo inglese Henry Gellibrant. Come risultato delle sue osservazioni, arrivò alla conclusione che il campo magnetico terrestre è soggetto a cambiamenti lenti.

José de Acosta ha descritto la possibilità di utilizzare una bussola. Stabilì anche la differenza tra il Polo magnetico e il Polo Nord, e nella sua famosa Storia (1590) fu confermata la teoria delle linee senza deviazione magnetica. Anche Cristoforo Colombo diede un contributo significativo allo studio della questione in esame. A lui appartiene la scoperta dell'inconsistenza della declinazione magnetica. Le trasformazioni dipendono dai cambiamenti nelle coordinate geografiche. La declinazione magnetica è l'angolo di deviazione della freccia dalla direzione Nord-Sud. In connessione con la scoperta di Colombo, la ricerca si intensificò. Le informazioni su quale sia il campo magnetico terrestre erano estremamente necessarie per i navigatori. Anche M. V. Lomonosov ha lavorato su questo problema. Per lo studio del magnetismo terrestre, raccomandò di condurre osservazioni sistematiche utilizzando punti permanenti (come osservatori). Secondo Lomonosov era anche molto importante realizzarlo in mare. Questa idea del grande scienziato fu realizzata in Russia sessant'anni dopo. La scoperta del Polo Magnetico nell'arcipelago canadese appartiene all'esploratore polare inglese John Ross (1831). E nel 1841 scoprì anche l'altro polo del pianeta, ma già in Antartide. L'ipotesi sull'origine del campo magnetico terrestre è stata avanzata da Carl Gauss. Ben presto dimostrò anche che la maggior parte viene alimentata da una fonte interna al pianeta, ma la ragione delle sue lievi deviazioni è nell'ambiente esterno.

Per molto tempo il campo magnetico ha sollevato molte domande nell’uomo, ma anche adesso rimane un fenomeno poco conosciuto. Molti scienziati hanno cercato di studiarne le caratteristiche e le proprietà, perché i benefici e le potenzialità dell'utilizzo del campo erano fatti indiscutibili.

Prendiamo tutto in ordine. Quindi, come agisce e si forma un campo magnetico? Esatto, corrente elettrica. E la corrente, secondo i libri di fisica, è un flusso di particelle cariche con una direzione, non è vero? Quindi, quando una corrente passa attraverso un conduttore, un certo tipo di materia inizia ad agire attorno ad esso: un campo magnetico. Il campo magnetico può essere creato dalla corrente di particelle cariche o dai momenti magnetici degli elettroni negli atomi. Ora questo campo e questa materia hanno energia, lo vediamo nelle forze elettromagnetiche che possono influenzare la corrente e le sue cariche. Il campo magnetico inizia ad agire sul flusso di particelle cariche e queste cambiano la direzione iniziale del movimento perpendicolare al campo stesso.

Un altro campo magnetico può essere chiamato elettrodinamico, perché si forma vicino a particelle in movimento e colpisce solo le particelle in movimento. Ebbene, è dinamico perché ha una struttura speciale nel ruotare i bioni in una regione dello spazio. Una normale carica elettrica in movimento può farli ruotare e muovere. I bioni trasmettono tutte le possibili interazioni in questa regione dello spazio. Pertanto, la carica in movimento attrae un polo di tutti i bioni e li fa ruotare. Solo Lui può farli uscire dallo stato di riposo, nient'altro, perché altre forze non potranno influenzarli.

In un campo elettrico ci sono particelle cariche che si muovono molto velocemente e possono percorrere 300.000 km in un solo secondo. La luce ha la stessa velocità. Non esiste campo magnetico senza carica elettrica. Ciò significa che le particelle sono incredibilmente strettamente correlate tra loro ed esistono in un campo elettromagnetico comune. Cioè, se ci sono cambiamenti nel campo magnetico, ci saranno cambiamenti anche nel campo elettrico. Anche questa legge è invertita.

Si parla tanto di campo magnetico qui, ma come si può immaginarlo? Non possiamo vederlo ad occhio nudo. Inoltre, a causa della propagazione incredibilmente veloce del campo, non abbiamo il tempo di ripararlo con l'aiuto di vari dispositivi. Ma per studiare qualcosa bisogna averne almeno un'idea. Spesso è anche necessario rappresentare il campo magnetico nei diagrammi. Per facilitarne la comprensione vengono tracciate delle linee di campo condizionali. Da dove li hanno presi? Sono stati inventati per un motivo.

Proviamo a vedere il campo magnetico con l'aiuto di piccola limatura metallica e di un normale magnete. Verseremo questa segatura su una superficie piana e la introdurremo sotto l'azione di un campo magnetico. Quindi vedremo che si muoveranno, ruoteranno e si allineeranno secondo uno schema o uno schema. L'immagine risultante mostrerà l'effetto approssimativo delle forze in un campo magnetico. Tutte le forze e, di conseguenza, le linee di forza in questo luogo sono continue e chiuse.

L'ago magnetico ha caratteristiche e proprietà simili a una bussola e viene utilizzato per determinare la direzione delle linee di forza. Se cade nella zona d'azione di un campo magnetico, possiamo vedere la direzione d'azione delle forze presso il suo polo nord. Quindi da qui trarremo alcune conclusioni: la parte superiore di un normale magnete permanente, da cui partono le linee di forza, è designata dal polo nord del magnete. Mentre il polo sud indica il punto in cui le forze sono chiuse. Ebbene, nel diagramma le linee di forza all'interno del magnete non sono evidenziate.

Il campo magnetico, le sue proprietà e caratteristiche sono abbastanza ampiamente utilizzate, perché in molti problemi deve essere preso in considerazione e studiato. Questo è il fenomeno più importante nella scienza della fisica. Ad esso sono indissolubilmente legate cose più complesse, come la permeabilità magnetica e l'induzione. Per spiegare tutte le ragioni della comparsa di un campo magnetico, bisogna fare affidamento su fatti e conferme scientifiche reali. Altrimenti, in problemi più complessi, l’approccio sbagliato può violare l’integrità della teoria.

Ora diamo degli esempi. Conosciamo tutti il ​​nostro pianeta. Dici che non ha campo magnetico? Potresti avere ragione, ma gli scienziati dicono che i processi e le interazioni all'interno del nucleo terrestre creano un enorme campo magnetico che si estende per migliaia di chilometri. Ma ogni campo magnetico deve avere i suoi poli. Ed esistono, proprio poco distanti dal polo geografico. Come lo sentiamo? Gli uccelli, ad esempio, hanno sviluppato capacità di navigazione e si orientano soprattutto grazie al campo magnetico. Così, con il suo aiuto, le oche arrivano sane e salve in Lapponia. Anche speciali dispositivi di navigazione sfruttano questo fenomeno.

UN CAMPO MAGNETICO

Il campo magnetico è un tipo speciale di materia, invisibile e intangibile per l’uomo,
esistente indipendentemente dalla nostra coscienza.
Anche nei tempi antichi, gli scienziati-pensatori intuivano che esistesse qualcosa attorno al magnete.

Ago magnetico.

Un ago magnetico è un dispositivo necessario per studiare l'azione magnetica di una corrente elettrica.
È un piccolo magnete montato sulla punta dell'ago, ha due poli: Nord e Sud. L'ago magnetico può ruotare liberamente sulla punta dell'ago.
L'estremità nord dell'ago magnetico punta sempre verso nord.
La linea che collega i poli dell'ago magnetico è chiamata asse dell'ago magnetico.
Un ago magnetico simile si trova in qualsiasi bussola: un dispositivo per l'orientamento a terra.

Dove ha origine il campo magnetico?

L'esperimento di Oersted (1820) - mostra come interagiscono un conduttore con corrente e un ago magnetico.

Quando il circuito elettrico è chiuso, l'ago magnetico si discosta dalla sua posizione originale, quando il circuito viene aperto, l'ago magnetico ritorna nella posizione originale.

Nello spazio attorno a un conduttore con corrente (e in generale attorno a qualsiasi carica elettrica in movimento) si forma un campo magnetico.
Le forze magnetiche di questo campo agiscono sull'ago e lo fanno girare.

In generale, si può dire
che attorno alle cariche elettriche in movimento si forma un campo magnetico.
La corrente elettrica e il campo magnetico sono inseparabili l'uno dall'altro.

COSA INTERESSANTE...

Molti corpi celesti - pianeti e stelle - hanno i propri campi magnetici.
Tuttavia, i nostri vicini più prossimi - Luna, Venere e Marte - non hanno un campo magnetico,
simile alla terra.
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Gilbert scoprì che quando un pezzo di ferro viene avvicinato a un polo di un magnete, l'altro polo inizia ad attrarsi con maggiore forza. Questa idea fu brevettata solo 250 anni dopo la morte di Hilbert.

Nella prima metà degli anni '90, quando apparvero nuove monete georgiane: lari,
i borseggiatori locali hanno dei magneti,
Perché il metallo con cui sono state realizzate queste monete è stato ben attratto da una calamita!

Se prendi una banconota da un dollaro dietro l'angolo e la avvicini a un potente magnete
(ad esempio ferro di cavallo), creando un campo magnetico non uniforme, un pezzo di carta
deviare verso uno dei poli. Si scopre che il colore della banconota da un dollaro contiene sali di ferro,
avendo proprietà magnetiche, quindi il dollaro è attratto da uno dei poli del magnete.

Se porti un grande magnete sulla livella a bolla del falegname, la bolla si muoverà.
Il fatto è che la livella a bolla è riempita con un liquido diamagnetico. Quando un tale liquido viene posto in un campo magnetico, al suo interno viene creato un campo magnetico di direzione opposta e viene espulso dal campo. Pertanto, la bolla nel liquido si avvicina al magnete.

DOVRESTI CONOSCERLI!

L'organizzatore del business delle bussole magnetiche nella Marina russa era un noto scienziato deviatore,
capitano di 1o grado, autore di lavori scientifici sulla teoria della bussola I.P. Belavan.
Membro di un viaggio intorno al mondo sulla fregata "Pallada" e partecipante alla guerra di Crimea del 1853-56. fu il primo al mondo a smagnetizzare una nave (1863)
e risolse il problema dell'installazione delle bussole all'interno di un sottomarino di ferro.
Nel 1865 fu nominato capo del primo Osservatorio della Bussola del paese a Kronstadt.

Un campo magnetico- questo è un mezzo materiale attraverso il quale viene effettuata l'interazione tra conduttori con correnti o cariche in movimento.

Proprietà del campo magnetico:

Caratteristiche del campo magnetico:

Per studiare il campo magnetico, viene utilizzato un circuito di prova con corrente. È piccolo e la corrente al suo interno è molto inferiore alla corrente nel conduttore che crea il campo magnetico. Sui lati opposti del circuito con corrente dal lato del campo magnetico, agiscono forze di uguale grandezza, ma dirette in direzioni opposte, poiché la direzione della forza dipende dalla direzione della corrente. I punti di applicazione di queste forze non giacciono su una linea retta. Tali forze sono chiamate un paio di forze. Come risultato dell'azione di una coppia di forze, il contorno non può spostarsi in avanti, ruota attorno al proprio asse. L'azione rotatoria è caratterizzata coppia.

, Dove l–braccio di una coppia di forze(distanza tra i punti di applicazione delle forze).

Con un aumento della corrente in un circuito o nell'area del circuito di prova, il momento di una coppia di forze aumenterà proporzionalmente. Il rapporto tra il momento massimo delle forze che agiscono sul circuito che trasporta corrente e l'entità della corrente nel circuito e l'area del circuito è un valore costante per un dato punto del campo. È chiamato induzione magnetica.

, Dove
-momento magnetico circuiti con corrente.

Unità induzione magnetica - Tesla [T].

Momento magnetico del circuito- quantità vettoriale, la cui direzione dipende dalla direzione della corrente nel circuito ed è determinata da regola della vite giusta: stringi la mano destra a pugno, punta quattro dita nella direzione della corrente nel circuito, quindi il pollice indicherà la direzione del vettore del momento magnetico. Il vettore del momento magnetico è sempre perpendicolare al piano del contorno.

Dietro direzione del vettore di induzione magnetica prendere la direzione del vettore del momento magnetico del circuito orientato nel campo magnetico.

Linea di induzione magnetica- una linea, la cui tangente in ciascun punto coincide con la direzione del vettore di induzione magnetica. Le linee di induzione magnetica sono sempre chiuse, non si intersecano mai. Linee di induzione magnetica di un conduttore rettilineo con corrente hanno la forma di cerchi situati su un piano perpendicolare al conduttore. La direzione delle linee di induzione magnetica è determinata dalla regola della vite destra. Linee di induzione magnetica della corrente circolare(bobina con corrente) hanno anche la forma di cerchi. Ogni elemento della bobina è lungo
può essere pensato come un conduttore rettilineo che crea il proprio campo magnetico. Per i campi magnetici è soddisfatto il principio di sovrapposizione (addizione indipendente). Il vettore totale dell'induzione magnetica della corrente circolare è determinato come risultato della somma di questi campi al centro della bobina secondo la regola della vite destra.

Se l'intensità e la direzione del vettore di induzione magnetica sono le stesse in ogni punto dello spazio, viene chiamato campo magnetico omogeneo. Se l'entità e la direzione del vettore di induzione magnetica in ciascun punto non cambiano nel tempo, viene chiamato tale campo permanente.

Valore induzione magnetica in qualsiasi punto del campo è direttamente proporzionale all'intensità della corrente nel conduttore che crea il campo, è inversamente proporzionale alla distanza del conduttore da un dato punto del campo, dipende dalle proprietà del mezzo e dalla forma del campo conduttore che crea il campo.

, Dove
SÌ 2 ; H/m è la costante magnetica del vuoto,

-permeabilità magnetica relativa del mezzo,

-permeabilità magnetica assoluta del mezzo.

A seconda dell'entità della permeabilità magnetica, tutte le sostanze sono divise in tre classi:

All'aumentare della permeabilità assoluta del mezzo aumenta anche l'induzione magnetica in un dato punto del campo. Il rapporto tra l'induzione magnetica e la permeabilità magnetica assoluta del mezzo è un valore costante per un dato punto del poli, e è chiamato tensione.

.

I vettori di tensione e induzione magnetica coincidono nella direzione. L'intensità del campo magnetico non dipende dalle proprietà del mezzo.

Potenza dell'amplificatore- la forza con cui agisce il campo magnetico su un conduttore percorso da corrente.

Dove l- la lunghezza del conduttore, - l'angolo tra il vettore dell'induzione magnetica e la direzione della corrente.

La direzione della forza Ampere è determinata da regola della mano sinistra: la mano sinistra è posizionata in modo che la componente del vettore di induzione magnetica, perpendicolare al conduttore, entri nel palmo, dirigere quattro dita tese lungo la corrente, quindi il pollice piegato di 90 0 indicherà la direzione della forza Ampere.

Il risultato dell'azione della forza Ampere è il movimento del conduttore in una determinata direzione.

E Se = 90 0 , allora F=max, se = 0 0 , allora F= 0.

Forza di Lorentz- la forza del campo magnetico sulla carica in movimento.

, dove q è la carica, v è la velocità del suo movimento, - l'angolo tra i vettori di tensione e velocità.

La forza di Lorentz è sempre perpendicolare ai vettori di induzione magnetica e velocità. La direzione è determinata da regola della mano sinistra(dita - sul movimento di una carica positiva). Se la direzione della velocità delle particelle è perpendicolare alle linee di induzione magnetica di un campo magnetico uniforme, la particella si muove in un cerchio senza modificare l'energia cinetica.

Poiché la direzione della forza di Lorentz dipende dal segno della carica, viene utilizzata per separare le cariche.

flusso magnetico- un valore pari al numero di linee di induzione magnetica che attraversano qualsiasi area situata perpendicolare alle linee di induzione magnetica.

, Dove - l'angolo tra l'induzione magnetica e la normale (perpendicolare) all'area S.

Unità– Weber [Wb].

Metodi per misurare il flusso magnetico:

Modificare l'orientamento del sito in un campo magnetico (modifica dell'angolo)

Cambiamento nell'area di un contorno posto in un campo magnetico

Cambiare la forza della corrente che crea il campo magnetico

Modifica della distanza del contorno dalla sorgente del campo magnetico

Cambiamento nelle proprietà magnetiche del mezzo.

F Araday ha registrato la corrente elettrica in un circuito che non conteneva una sorgente, ma si trovava accanto a un altro circuito contenente una sorgente. Inoltre la corrente nel circuito primario si è generata nei seguenti casi: con qualsiasi variazione della corrente nel circuito A, con movimento relativo dei circuiti, con introduzione di un'asta di ferro nel circuito A, con movimento di un magnete permanente rispetto a circuito B. Il movimento diretto delle cariche libere (corrente) avviene solo in un campo elettrico. Ciò significa che un campo magnetico variabile genera un campo elettrico, che mette in movimento le cariche libere del conduttore. Questo campo elettrico si chiama indotto O vortice.

Differenze tra un campo elettrico a vortice e uno elettrostatico:

La fonte del campo del vortice è un campo magnetico variabile.

Le linee dell'intensità del campo del vortice sono chiuse.

Il lavoro compiuto da questo campo per spostare la carica lungo un circuito chiuso non è uguale a zero.

La caratteristica energetica del campo del vortice non è il potenziale, ma Induzione EMF- un valore pari al lavoro delle forze esterne (forze di origine non elettrostatica) nello spostamento di un'unità di carica lungo un circuito chiuso.

.Misurato in Volt[IN].

Un campo elettrico a vortice si forma con qualsiasi cambiamento nel campo magnetico, indipendentemente dal fatto che vi sia o meno un circuito chiuso conduttivo. Il contorno consente solo di rilevare il campo elettrico del vortice.

Induzione elettromagnetica- questo è il verificarsi di un'EMF di induzione in un circuito chiuso con qualsiasi variazione del flusso magnetico attraverso la sua superficie.

L'EMF di induzione in un circuito chiuso genera una corrente induttiva.

.

Direzione della corrente di induzione determinato da Regola di Lenz: la corrente di induzione ha una direzione tale che il campo magnetico da essa creato si oppone a qualsiasi variazione del flusso magnetico che ha generato questa corrente.

Legge di Faraday per l'induzione elettromagnetica: La forza elettromagnetica di induzione in un circuito chiuso è direttamente proporzionale alla velocità di variazione del flusso magnetico attraverso la superficie delimitata dal circuito.

T ok, foucault- correnti parassite di induzione che si verificano in grandi conduttori posti in un campo magnetico variabile. La resistenza di un tale conduttore è piccola, poiché ha una grande sezione trasversale S, quindi le correnti di Foucault possono essere di grande entità, a seguito della quale il conduttore si riscalda.

autoinduzione- questo è il verificarsi di un'induzione EMF in un conduttore quando cambia la forza corrente in esso.

Un conduttore percorso da corrente crea un campo magnetico. L'induzione magnetica dipende dall'intensità della corrente, quindi anche il proprio flusso magnetico dipende dall'intensità della corrente.

, dove L è il coefficiente di proporzionalità, induttanza.

Unità induttanza - Henry [H].

Induttanza conduttore dipende dalla sua dimensione, forma e permeabilità magnetica del mezzo.

Induttanza aumenta con la lunghezza del conduttore, l'induttanza della bobina è maggiore dell'induttanza di un conduttore rettilineo della stessa lunghezza, l'induttanza della bobina (un conduttore con un gran numero di spire) è maggiore dell'induttanza di una spira , l'induttanza della bobina aumenta se al suo interno viene inserita un'asta di ferro.

Legge di Faraday per l'autoinduzione:
.

Autoinduzione dei campi elettromagnetici direttamente proporzionale alla velocità di variazione della corrente.

Autoinduzione dei campi elettromagnetici genera una corrente di autoinduzione, che impedisce sempre qualsiasi variazione della corrente nel circuito, cioè se la corrente aumenta, la corrente di autoinduzione viene diretta nella direzione opposta, quando la corrente nel circuito diminuisce, la corrente di autoinduzione la corrente di induzione è diretta nella stessa direzione. Maggiore è l'induttanza della bobina, maggiore è l'EMF di autoinduttanza al suo interno.

Energia del campo magneticoè uguale al lavoro compiuto dalla corrente per superare la forza elettromotrice di autoinduzione durante il tempo in cui la corrente aumenta da zero a un valore massimo.

.

Vibrazioni elettromagnetiche- si tratta di cambiamenti periodici di carica, intensità di corrente e tutte le caratteristiche dei campi elettrici e magnetici.

Sistema oscillatorio elettrico(circuito oscillatorio) è costituito da un condensatore e un induttore.

Condizioni per il verificarsi delle vibrazioni:

Il sistema deve essere portato fuori equilibrio; per questo viene impartita una carica al condensatore. L'energia del campo elettrico di un condensatore carico:

.

Il sistema deve ritornare ad uno stato di equilibrio. Sotto l'influenza di un campo elettrico, la carica passa da una piastra del condensatore all'altra, cioè nel circuito si forma una corrente elettrica che scorre attraverso la bobina. Con un aumento della corrente nell'induttore, si verifica un EMF di autoinduzione, la corrente di autoinduzione è diretta nella direzione opposta. Quando la corrente nella bobina diminuisce, la corrente di autoinduzione viene diretta nella stessa direzione. Pertanto, la corrente di autoinduzione tende a riportare il sistema in uno stato di equilibrio.

La resistenza elettrica del circuito deve essere piccola.

Circuito oscillatorio ideale non ha resistenza. Le oscillazioni in esso contenute si chiamano gratuito.

Per qualsiasi circuito elettrico è soddisfatta la legge di Ohm, secondo la quale l'EMF che agisce nel circuito è uguale alla somma delle tensioni in tutte le sezioni del circuito. Non vi è alcuna sorgente di corrente nel circuito oscillatorio, ma nell'induttore si genera un campo elettromagnetico di autoinduzione, che è uguale alla tensione ai capi del condensatore.

Conclusione: la carica del condensatore cambia secondo la legge armonica.

Tensione del condensatore:
.

Corrente di circuito:
.

Valore
- l'ampiezza della forza attuale.

La differenza dall'addebito in poi
.

Il periodo delle oscillazioni libere nel circuito:

Energia del campo elettrico del condensatore:

Energia del campo magnetico della bobina:

Le energie dei campi elettrico e magnetico cambiano secondo una legge armonica, ma le fasi delle loro oscillazioni sono diverse: quando l'energia del campo elettrico è massima, l'energia del campo magnetico è zero.

Energia totale del sistema oscillatorio:
.

IN contorno ideale l'energia totale non cambia.

Nel processo di oscillazione, l'energia del campo elettrico viene completamente convertita nell'energia del campo magnetico e viceversa. Ciò significa che l'energia in qualsiasi momento è uguale all'energia massima del campo elettrico o all'energia massima del campo magnetico.

Circuito oscillatorio reale contiene resistenza. Le oscillazioni in esso contenute si chiamano sbiadimento.

La legge di Ohm assume la forma:

A condizione che lo smorzamento sia piccolo (il quadrato della frequenza di oscillazione naturale è molto maggiore del quadrato del coefficiente di smorzamento), lo smorzamento logaritmico diminuisce:

Con forte smorzamento (il quadrato della frequenza di oscillazione naturale è inferiore al quadrato del coefficiente di oscillazione):

Questa equazione descrive il processo di scarica di un condensatore attraverso un resistore. In assenza di induttanza non si verificheranno oscillazioni. Secondo questa legge, cambia anche la tensione ai capi delle piastre del condensatore.

energia totale in un circuito reale diminuisce, poiché al passaggio di corrente viene rilasciato calore sulla resistenza R.

processo di transizione- un processo che si verifica nei circuiti elettrici durante la transizione da una modalità operativa all'altra. Tempo stimato ( ), durante il quale il parametro che caratterizza il processo transitorio cambierà in e volte.

Per circuito con condensatore e resistenza:
.

Teoria del campo elettromagnetico di Maxwell:

1 posizione:

Qualsiasi campo elettrico alternato genera un campo magnetico a vortice. Un campo elettrico alternato fu chiamato da Maxwell corrente di spostamento poiché, come una corrente ordinaria, induce un campo magnetico.

Per rilevare la corrente di spostamento si considera il passaggio di corrente attraverso il sistema, che comprende un condensatore con dielettrico.

Densità di corrente di polarizzazione:
. La densità di corrente è diretta nella direzione della variazione di intensità.

La prima equazione di Maxwell:
- il campo magnetico del vortice è generato sia da correnti di conduzione (cariche elettriche in movimento) che da correnti di spostamento (campo elettrico alternato E).

2 posizione:

Qualsiasi campo magnetico alternato genera un campo elettrico a vortice, la legge fondamentale dell'induzione elettromagnetica.

Seconda equazione di Maxwell:
- mette in relazione la velocità di variazione del flusso magnetico attraverso qualsiasi superficie e la circolazione del vettore dell'intensità del campo elettrico che si verifica in questo caso.

Qualsiasi conduttore con corrente crea un campo magnetico nello spazio. Se la corrente è costante (non cambia nel tempo), anche il campo magnetico associato è costante. La corrente variabile crea un campo magnetico variabile. All'interno di un conduttore percorso da corrente è presente un campo elettrico. Pertanto, un campo elettrico variabile crea un campo magnetico variabile.

Il campo magnetico è vorticoso, poiché le linee di induzione magnetica sono sempre chiuse. L'entità dell'intensità del campo magnetico H è proporzionale alla velocità di variazione dell'intensità del campo elettrico . Direzione del vettore campo magnetico associato ad una variazione dell’intensità del campo elettrico secondo la regola della vite giusta: stringere la mano destra a pugno, puntare il pollice nella direzione del cambiamento dell'intensità del campo elettrico, quindi le 4 dita piegate indicheranno la direzione delle linee dell'intensità del campo magnetico.

Qualsiasi variazione del campo magnetico crea un campo elettrico a vortice, le cui linee di forza sono chiuse e situate su un piano perpendicolare all'intensità del campo magnetico.

L'entità dell'intensità E del campo elettrico del vortice dipende dalla velocità di variazione del campo magnetico . La direzione del vettore E è correlata alla direzione della variazione del campo magnetico H secondo la regola della vite sinistra: stringere la mano sinistra a pugno, puntare il pollice nella direzione della variazione del campo magnetico, piegato quattro dita indicheranno la direzione delle linee del campo elettrico del vortice.

Rappresentano l'insieme dei campi elettrici e magnetici vorticosi collegati tra loro campo elettromagnetico. Il campo elettromagnetico non rimane nel luogo di origine, ma si propaga nello spazio sotto forma di onda elettromagnetica trasversale.

Onda elettromagnetica- questa è la distribuzione nello spazio dei campi elettrici e magnetici a vortice collegati tra loro.

La condizione per il verificarsi di un'onda elettromagnetica- movimento della carica con accelerazione.

Equazione delle onde elettromagnetiche:

- frequenza ciclica delle oscillazioni elettromagnetiche

t è il tempo dall'inizio delle oscillazioni

l è la distanza dalla sorgente dell'onda a un dato punto nello spazio

- velocità di propagazione delle onde

Il tempo impiegato da un'onda per viaggiare da una sorgente a un dato punto.

I vettori E e H in un'onda elettromagnetica sono perpendicolari tra loro e alla velocità di propagazione dell'onda.

Sorgente di onde elettromagnetiche- conduttori attraverso i quali scorrono correnti alternate veloci (macroemettitori), nonché atomi e molecole eccitati (microemettitori). Maggiore è la frequenza di oscillazione, migliore è l'emissione delle onde elettromagnetiche nello spazio.

Proprietà delle onde elettromagnetiche:

Tutte le onde elettromagnetiche trasversale

In un mezzo omogeneo, onde elettromagnetiche propagarsi a velocità costante, che dipende dalle proprietà dell'ambiente:

- permettività relativa del mezzo

è la costante dielettrica del vuoto,
F/m, Cl2/nm2

- permeabilità magnetica relativa del mezzo

- costante magnetica del vuoto,
SÌ 2 ; H/m

Onde elettromagnetiche riflesso da ostacoli, assorbito, disperso, rifratto, polarizzato, diffratto, interferito.

Densità energetica volumetrica il campo elettromagnetico è costituito dalle densità volumetriche di energia dei campi elettrici e magnetici:

Densità del flusso di energia delle onde - intensità delle onde:

-Vettore Umov-Poynting.

Tutte le onde elettromagnetiche sono disposte in una serie di frequenze o lunghezze d'onda (
). Questa riga è scala delle onde elettromagnetiche.

Vibrazioni a bassa frequenza. 0 - 10 4Hz. Ottenuto da generatori. Non irradiano bene.

onde radio. 10 4 - 10 13 Hz. Irradiato da conduttori solidi, attraverso i quali passano correnti alternate veloci.

Radiazione infrarossa- onde emesse da tutti i corpi a temperature superiori a 0 K, dovute a processi intraatomici e intramolecolari.

luce visibile- onde che agiscono sull'occhio, provocando una sensazione visiva. 380-760 nm

Radiazioni ultraviolette. 10-380 nm. La luce visibile e gli UV si verificano quando cambia il movimento degli elettroni nei gusci esterni di un atomo.

radiazione a raggi X. 80 - 10 -5 nm. Si verifica quando cambia il movimento degli elettroni nei gusci interni di un atomo.

Radiazione gamma. Si verifica durante il decadimento dei nuclei atomici.