Stai, descompune moleculele în atomi,
Uitând că cartofii se descompun pe câmpuri.
V. Vysotsky
Cum se descrie interacțiunea gravitațională folosind un câmp gravitațional? Cum se descrie interacțiunea electrică folosind un câmp electric? De ce interacțiunile electrice și magnetice pot fi considerate ca două componente ale unei singure interacțiuni electromagnetice?
Lecție-prelecție
Câmp gravitațional. La cursul tău de fizică, ai studiat legea gravitației universale, conform căreia toate corpurile se atrag între ele cu o forță proporțională cu produsul maselor lor și invers proporțională cu pătratul distanței dintre ele.
Să luăm în considerare oricare dintre corpurile Sistemului Solar și să notăm masa acestuia cu m. În conformitate cu legea gravitației universale, toate celelalte corpuri ale Sistemului Solar acționează asupra acestui corp, iar forța gravitațională totală, pe care o notăm cu F, este egală cu suma vectorială a tuturor acestor forțe. Deoarece fiecare dintre forțe este proporțională cu masa m, forța totală poate fi reprezentată sub forma Mărimea vectorului depinde de distanța față de alte corpuri ale sistemului solar, adică de coordonatele corpului pe care l-am ales. Din definiția dată în paragraful anterior rezultă că mărimea G este un câmp. Acest câmp are numele câmp gravitațional.
Kazimir Malevici. Pătrat negru
Exprimați-vă de ce această reproducere specială a picturii lui Malevici însoțește textul paragrafului.
Aproape de suprafața Pământului, forța exercitată de Pământ asupra unui corp, precum dumneavoastră, depășește cu mult toate celelalte forțe gravitaționale. Aceasta este forța gravitațională cu care ești familiarizat. Deoarece forța gravitației este legată de masa unui corp prin relația F g = mg, atunci G lângă suprafața Pământului este pur și simplu accelerația gravitației.
Deoarece valoarea lui G nu depinde de masa sau de orice alt parametru al corpului pe care l-am ales, este evident că dacă un alt corp este plasat în același punct din spațiu, atunci forța care acționează asupra acestuia va fi determinată de aceeași valoare și, înmulțit cu masa corpului nou. Astfel, acțiunea forțelor gravitaționale ale tuturor corpurilor Sistemului Solar asupra unui anumit corp de testare poate fi descrisă ca acțiunea unui câmp gravitațional asupra acestui corp de testare. Cuvântul „probă” înseamnă că acest corp poate să nu existe, câmpul într-un anumit punct din spațiu încă există și nu depinde de prezența acestui corp. Corpul de testare servește pur și simplu pentru a permite măsurarea acestui câmp prin măsurarea forței gravitaționale totale care acționează asupra acestuia.
Este destul de evident că în discuțiile noastre nu ne putem limita la sistemul Solar și luăm în considerare orice sistem de corpuri, oricât de mare ar fi.
Forța gravitațională creată de un anumit sistem de corpuri și care acționează asupra corpului de testare poate fi reprezentată ca acțiunea câmpului gravitațional creat de toate corpurile (cu excepția corpului de testare) asupra corpului de testare.
Câmp electromagnetic. Forțele electrice sunt foarte asemănătoare cu forțele gravitaționale, doar ele acționează între particulele încărcate, iar pentru particulele încărcate asemănătoare acestea sunt forțe de respingere, iar pentru particulele încărcate diferit sunt forțe atractive. O lege similară cu legea gravitației universale este legea lui Coulomb. Potrivit acesteia, forța care acționează între două corpuri încărcate este proporțională cu produsul sarcinilor și invers proporțională cu pătratul distanței dintre corpuri.
Datorită analogiei dintre legea lui Coulomb și legea gravitației universale, ceea ce s-a spus despre forțele gravitaționale se poate repeta pentru forțele electrice, iar forța care acționează asupra sarcinii de test q dintr-un anumit sistem de corpuri încărcate poate fi reprezentată sub forma F e = qE Mărimea E caracterizează ceea ce vă este familiar câmpul electric și se numește puterea câmpului electric. Concluzia referitoare la câmpul gravitațional poate fi repetată aproape textual pentru câmpul electric.
Interacțiunea dintre corpurile încărcate (sau pur și simplu încărcături), așa cum am menționat deja, este foarte asemănătoare cu interacțiunea gravitațională dintre orice corp. Cu toate acestea, există o diferență foarte semnificativă. Forțele gravitaționale nu depind de corpurile în mișcare sau staționare. Dar forța de interacțiune între sarcini se schimbă dacă sarcinile se mișcă. De exemplu, forțele de respingere acționează între două sarcini staționare identice (Fig. 12, a). Dacă aceste sarcini se mișcă, atunci forțele de interacțiune se schimbă. Pe lângă forțele electrice de repulsie, apar și forțele de atracție (Fig. 12, b).
Orez. 12. Interacțiunea a două sarcini staționare (a), interacțiunea a două sarcini în mișcare (b)
Ești deja familiarizat cu această forță de la cursul tău de fizică. Această forță este cea care provoacă atracția a doi conductori paraleli care transportă curent. Această forță se numește forță magnetică. Într-adevăr, în conductoarele paralele cu curenți direcționați identic, sarcinile se mișcă așa cum se arată în figură, ceea ce înseamnă că sunt atrase de o forță magnetică. Forța care acționează între doi conductori purtători de curent este pur și simplu suma tuturor forțelor care acționează între sarcini.
Forța electrică creată de un sistem de corpuri încărcate și care acționează asupra sarcinii de testare poate fi reprezentată ca acțiunea câmpului electric creat de toate corpurile încărcate (cu excepția testului) asupra sarcinii de testare.
De ce dispare forța electrică în acest caz? Totul este foarte simplu. Conductorii conțin atât sarcini pozitive, cât și negative, iar numărul de sarcini pozitive este exact egal cu numărul de sarcini negative. Prin urmare, în general, forțele electrice sunt compensate. Curenții apar din cauza mișcării numai a sarcinilor negative; sarcinile pozitive din conductor sunt staționare. Prin urmare, forțele magnetice nu sunt compensate.
Mișcarea mecanică este întotdeauna relativă, adică viteza este întotdeauna dată relativ la un anumit sistem de referință și se modifică la trecerea de la un sistem de referință la altul.
Acum priviți cu atenție Figura 12. Care este diferența dintre figurile a și b? În figura 6, sarcinile se mișcă. Dar această mișcare se află doar într-un anumit cadru de referință ales de noi. Putem alege un cadru de referință diferit în care ambele sarcini sunt staționare. Și apoi forța magnetică dispare. Acest lucru sugerează că forțele electrice și magnetice sunt forțe de aceeași natură.
Și într-adevăr este. Experiența arată că există un singur forta electromagnetica, acționând între sarcini, care se manifestă diferit în diferite sisteme de referință. În consecință, putem vorbi despre un singur câmp electromagnetic, care este o combinație de două câmpuri - electric și magnetic. În diferite sisteme de referință, componentele electrice și magnetice ale câmpului electromagnetic se pot manifesta în moduri diferite. În special, se poate dovedi că într-un cadru de referință componenta electrică sau magnetică a câmpului electromagnetic să dispară.
Din relativitatea mișcării rezultă că interacțiunea electrică și interacțiunea magnetică sunt două componente ale unei singure interacțiuni electromagnetice.
Dar dacă este așa, atunci concluzia referitoare la câmpul electric poate fi repetată.
Forța electromagnetică creată de un anumit sistem de sarcini și care acționează asupra sarcinii de testare poate fi reprezentată ca acțiunea câmpului electromagnetic creat de toate sarcinile (cu excepția sarcinii de testare) asupra sarcinii de testare.
Multe forte care actioneaza asupra unui corp situat in vid sau intr-un mediu continuu pot fi reprezentate ca urmare a actiunii campurilor corespunzatoare asupra corpului. Astfel de forțe includ, în special, forțe gravitaționale și electromagnetice.
- De câte ori este forța gravitațională care acționează asupra ta de pe Pământ mai mare decât forța gravitațională care acționează de la Soare? (Masa Soarelui este de 330.000 de ori mai mare decât masa Pământului, iar distanța de la Pământ la Soare este de 150 de milioane de km.)
- Forța magnetică care acționează între două sarcini, ca și forța electrică, este proporțională cu produsul sarcinilor. Unde vor fi direcționate forțele magnetice dacă în Figura 12, b una dintre sarcini este înlocuită cu o sarcină de semn opus?
- Unde vor fi direcționate forțele magnetice din Figura 12, b, dacă vitezele ambelor sarcini sunt modificate în sens opus?
Deschideți palma mâinii stângi și îndreptați toate degetele. Îndoiți degetul mare la un unghi de 90 de grade față de toate celelalte degete, în același plan cu palma.
Imaginați-vă că cele patru degete ale palmei, pe care le țineți împreună, indică direcția vitezei sarcinii dacă aceasta este pozitivă, sau direcția opusă vitezei dacă sarcina este negativă.
Vectorul de inducție magnetică, care este întotdeauna îndreptat perpendicular pe viteză, va intra astfel în palmă. Acum uitați-vă unde arată degetul mare - aceasta este direcția forței Lorentz.
Forța Lorentz poate fi zero și nu are componentă vectorială. Acest lucru se întâmplă atunci când traiectoria unei particule încărcate este paralelă cu liniile câmpului magnetic. În acest caz, particula are o traiectorie rectilinie și o viteză constantă. Forța Lorentz nu afectează în niciun fel mișcarea particulei, deoarece în acest caz este absentă cu totul.
În cel mai simplu caz, o particulă încărcată are o traiectorie de mișcare perpendiculară pe liniile câmpului magnetic. Apoi forța Lorentz creează o accelerație centripetă, forțând particula încărcată să se miște într-un cerc.
Notă
Forța Lorentz a fost descoperită în 1892 de Hendrik Lorentz, un fizician din Olanda. Astăzi este destul de des folosit în diverse aparate electrice, a căror acțiune depinde de traiectoria electronilor în mișcare. De exemplu, acestea sunt tuburi cu raze catodice din televizoare și monitoare. Tot felul de acceleratoare care accelerează particulele încărcate la viteze enorme, folosind forța Lorentz, stabilesc orbitele mișcării lor.
Sfaturi utile
Un caz special al forței Lorentz este forța Ampere. Direcția sa este calculată folosind regula stângii.
Surse:
- forța Lorentz
- Lorentz forța regula mâinii stângi
Efectul unui câmp magnetic asupra unui conductor care poartă curent înseamnă că câmpul magnetic afectează sarcinile electrice în mișcare. Forța care acționează asupra unei particule încărcate în mișcare dintr-un câmp magnetic se numește forța Lorentz în onoarea fizicianului olandez H. Lorentz
Instrucțiuni
Forța - înseamnă că puteți determina valoarea sa numerică (modul) și direcția (vector).
Modulul forței Lorentz (Fl) este egal cu raportul dintre modulul forței F care acționează pe o secțiune a unui conductor cu un curent de lungime ∆l și numărul N de particule încărcate care se mișcă în mod ordonat pe această secțiune a conductorul: Fl = F/N ( 1). Datorită unor transformări fizice simple, forța F poate fi reprezentată sub forma: F= q*n*v*S*l*B*sina (formula 2), unde q este sarcina celei în mișcare, n este pe secțiunea conductorului, v este viteza particulei, S este aria secțiunii transversale a secțiunii conductorului, l este lungimea secțiunii conductorului, B este inducția magnetică, sina este sinusul unghiului dintre viteza și vectori de inducție. Și convertiți numărul de particule în mișcare la forma: N=n*S*l (formula 3). Înlocuiți formulele 2 și 3 în formula 1, reduceți valorile lui n, S, l, rezultă că pentru forța Lorentz: Fл = q*v*B*sin a. Aceasta înseamnă că, pentru a rezolva probleme simple de găsire a forței Lorentz, definiți următoarele mărimi fizice în condiția sarcinii: sarcina unei particule în mișcare, viteza acesteia, inducerea câmpului magnetic în care particula se mișcă și unghiul dintre viteza și inducția.
Înainte de a rezolva problema, asigurați-vă că toate mărimile sunt măsurate în unități care corespund între ele sau sistemului internațional. Pentru a obține răspunsul în newtoni (N - unitate de forță), sarcina trebuie măsurată în coulombs (K), viteza - în metri pe secundă (m/s), inducție - în tesla (T), sinus alfa - nu este un măsurabil număr.
Exemplul 1. Într-un câmp magnetic, a cărui inducție este de 49 mT, o particulă încărcată de 1 nC se mișcă cu o viteză de 1 m/s. Vectorii viteză și inducția magnetică sunt reciproc perpendiculari.
Soluţie. B = 49 mT = 0,049 T, q = 1 nC = 10 ^ (-9) C, v = 1 m/s, sin a = 1, Fl = ?
Fl = q*v*B*sin a = 0,049 T * 10 ^ (-9) C * 1 m/s * 1 =49* 10 ^(12).
Direcția forței Lorentz este determinată de regula mâinii stângi. Pentru ao aplica, imaginați-vă următoarea relație de trei vectori perpendiculari unul pe celălalt. Poziționați mâna stângă astfel încât vectorul de inducție magnetică să intre în palmă, patru degete sunt îndreptate către mișcarea particulei pozitive (împotriva mișcării negative), apoi degetul mare îndoit la 90 de grade va indica direcția forței Lorentz (vezi figura).
Forța Lorentz este aplicată în tuburile de televiziune ale monitoarelor și televizoarelor.
Surse:
- G. Ya Myakishev, B.B. Buhovtsev. Manual de fizica. Clasa a 11a. Moscova. "Educaţie". 2003
- rezolvarea problemelor cu forța Lorentz
Adevărata direcție a curentului este direcția în care se mișcă particulele încărcate. La rândul său, depinde de semnul încărcării lor. În plus, tehnicienii folosesc direcția condiționată a mișcării sarcinii, care nu depinde de proprietățile conductorului.
Instrucțiuni
Pentru a determina adevărata direcție de mișcare a particulelor încărcate, urmați următoarea regulă. În interiorul sursei, ei zboară din electrod, care este încărcat cu semnul opus, și se deplasează spre electrod, care din acest motiv capătă o sarcină similară în semn cu particulele. În circuitul extern, aceștia sunt scoși de câmpul electric din electrod, a cărui sarcină coincide cu sarcina particulelor și sunt atrași de cel încărcat opus.
Într-un metal, purtătorii de curent sunt electroni liberi care se deplasează între nodurile cristaline. Deoarece aceste particule sunt încărcate negativ, luați în considerare că se deplasează de la electrodul pozitiv la negativ în interiorul sursei și de la negativ la pozitiv în circuitul extern.
În conductorii nemetalici, electronii poartă și sarcină, dar mecanismul mișcării lor este diferit. Un electron care părăsește un atom și, prin urmare, îl transformă într-un ion pozitiv, îl face să capteze un electron de la atomul anterior. Același electron care părăsește un atom îl ionizează negativ pe următorul. Procesul se repetă continuu atâta timp cât există curent în circuit. Direcția de mișcare a particulelor încărcate în acest caz este considerată aceeași ca și în cazul precedent.
Există două tipuri de semiconductori: cu conductivitate de electroni și orificii. În primul, purtătorii sunt electroni și, prin urmare, direcția de mișcare a particulelor în ei poate fi considerată aceeași ca și în metale și conductoare nemetalice. În al doilea, încărcătura este transportată de particule virtuale - găuri. Pentru a spune simplu, putem spune că acestea sunt un fel de spații goale în care nu există electroni. Datorită deplasării alternante a electronilor, găurile se mișcă în direcția opusă. Dacă combinați doi semiconductori, dintre care unul are conductivitate electronică și celălalt, un astfel de dispozitiv, numit diodă, va avea proprietăți de redresare.
În vid, sarcina este transportată de electroni care se deplasează de la un electrod încălzit (catod) la unul rece (anod). Rețineți că, atunci când dioda se redresează, catodul este negativ în raport cu anodul, dar în raport cu firul comun la care este conectat terminalul înfășurării secundare a transformatorului opus anodului, catodul este încărcat pozitiv. Nu există nicio contradicție aici, având în vedere prezența unei căderi de tensiune pe orice diodă (atât vacuum, cât și semiconductor).
În gaze, sarcina este transportată de ioni pozitivi. Luați în considerare direcția de mișcare a sarcinilor în ele ca fiind opusă direcției mișcării lor în metale, conductoare solide nemetalice, vid, precum și semiconductori cu conductivitate electronică și similar cu direcția mișcării lor în semiconductori cu conductivitate în orificii. . Ionii sunt mult mai grei decât electronii, motiv pentru care dispozitivele cu descărcare în gaz au o inerție mare. Dispozitivele ionice cu electrozi simetrici nu au conductivitate unidirecțională, dar cele cu electrozi asimetrici o au într-un anumit interval de diferențe de potențial.
În lichide, încărcarea este întotdeauna transportată de ioni grei. În funcție de compoziția electrolitului, acestea pot fi fie negative, fie pozitive. În primul caz, considerați că aceștia se comportă similar cu electronii, iar în al doilea, similar cu ionii pozitivi din gaze sau găurile din semiconductori.
Când specificați direcția curentului într-un circuit electric, indiferent de locul în care particulele încărcate se mișcă de fapt, luați în considerare că se deplasează în sursă de la negativ la pozitiv și în circuitul extern de la pozitiv la negativ. Direcția indicată este considerată condiționată și a fost acceptată înainte de descoperirea structurii atomului.
Surse:
- sensul curentului
Deja în secolul al VI-lea. î.Hr. În China, se știa că unele minereuri au capacitatea de a se atrage unele pe altele și de a atrage obiecte de fier. Bucăți din astfel de minereuri au fost găsite în apropierea orașului Magnesia din Asia Mică, așa că au primit numele magneti.
Cum interacționează magneții și obiectele de fier? Să ne amintim de ce se atrag electrificată corpuri? Deoarece o formă particulară de materie se formează lângă o sarcină electrică - câmp electric. Există o formă similară de materie în jurul magnetului, dar are o natură diferită de origine (la urma urmei, minereul este neutru din punct de vedere electric), se numește camp magnetic.
Pentru a studia câmpul magnetic se folosesc magneți drepti sau potcoave. Anumite locuri de pe un magnet au cel mai mare efect atractiv, se numesc stâlpi(Nord si Sud). Polii magnetici opuși se atrag și ca și polii magnetici se resping.
Pentru caracteristicile de putere ale câmpului magnetic, utilizați vectorul de inducție a câmpului magnetic B. Câmpul magnetic este reprezentat grafic folosind linii de forță ( linii de inducție magnetică). Liniile sunt închise, nu au nici început, nici sfârșit. Locul din care ies liniile magnetice este Polul Nord; liniile magnetice intră în Polul Sud.
Câmpul magnetic poate fi făcut „vizibil” folosind pilitura de fier.
Câmp magnetic al unui conductor purtător de curent
Și acum despre ce am găsit Hans Christian OerstedȘi Andre Marie Ampereîn 1820. Se dovedește că un câmp magnetic există nu numai în jurul unui magnet, ci și în jurul oricărui conductor care poartă curent. Orice fir, cum ar fi un cablu de lampă, care transportă apă electricitate, este un magnet! Un fir cu curent interacționează cu un magnet (încercați să țineți o busolă lângă el), două fire cu curent interacționează între ele.
Liniile de câmp magnetic de curent continuu sunt cercuri în jurul unui conductor.
Direcția vectorului de inducție magnetică
Direcția câmpului magnetic într-un punct dat poate fi definită ca direcția indicată de polul nord al unui ac al busolei plasat în acel punct.
Direcția liniilor de inducție magnetică depinde de direcția curentului din conductor.
Direcția vectorului de inducție este determinată conform regulii burghiu sau regula mana dreapta.
Vector de inducție magnetică
Acest cantitate vectorială, caracterizand actiunea de forta a campului.
Inducerea câmpului magnetic al unui conductor drept infinit cu curent la distanța r de acesta:
Inducerea câmpului magnetic în centrul unei bobine circulare subțiri cu raza r:
Inducerea câmpului magnetic solenoid(o bobină ale cărei spire sunt curent transmis secvențial într-o singură direcție):
Principiul suprapunerii
Dacă un câmp magnetic într-un anumit punct al spațiului este creat de mai multe surse de câmp, atunci inducția magnetică este suma vectorială a inducțiilor fiecărui câmp separat.
Pământul nu este doar mare sarcina negativași o sursă de câmp electric, dar în același timp câmpul magnetic al planetei noastre este similar cu câmpul unui magnet direct de proporții gigantice.
Sudul geografic este aproape de nordul magnetic, iar nordul geografic este aproape de sudul magnetic. Dacă o busolă este plasată în câmpul magnetic al Pământului, atunci săgeata sa nordică este orientată de-a lungul liniilor de inducție magnetică în direcția polului magnetic sudic, adică ne va arăta unde se află nordul geografic.
Elementele caracteristice ale magnetismului terestru se schimbă foarte lent în timp - schimbări seculare. Totuși, din când în când apar furtuni magnetice, când câmpul magnetic al Pământului este foarte distorsionat timp de câteva ore și apoi revine treptat la valorile anterioare. O astfel de schimbare drastică afectează bunăstarea oamenilor.
Câmpul magnetic al Pământului este un „scut” care protejează planeta noastră de particulele care pătrund din spațiu („vânt solar”). În apropierea polilor magnetici, fluxurile de particule se apropie mult de suprafața Pământului. În timpul erupțiilor solare puternice, magnetosfera este deformată, iar aceste particule se pot deplasa în straturile superioare ale atmosferei, unde se ciocnesc cu moleculele de gaz, formând aurore.
Particulele de dioxid de fier de pe filmul magnetic sunt puternic magnetizate în timpul procesului de înregistrare.
Trenurile cu levitație magnetică alunecă pe suprafețe fără frecare. Trenul este capabil să atingă viteze de până la 650 km/h.
Munca creierului, pulsația inimii este însoțită de impulsuri electrice. În acest caz, în organe apare un câmp magnetic slab.
Se știe de mult că bucățile de minereu de fier magnetic sunt capabile să atragă obiecte metalice: cuie, nuci, pilitură de metal, ace etc. Natura le-a înzestrat cu această abilitate. Acest magneți naturali .
Să expunem o bară de fier unui magnet natural. După ceva timp, se va magnetiza și va începe să atragă alte obiecte metalice. Blocul a devenit magnet artificial . Să scoatem magnetul. Dacă magnetizarea dispare, atunci vorbim despre magnetizare temporară . Dacă rămâne, atunci înaintea noastră magnet permanent.
Capetele unui magnet care atrag cel mai puternic obiectele metalice sunt numite polii magnetului. Atractia este cea mai slaba in zona sa de mijloc. Ei o sună zona neutra .
Dacă atașați un fir pe partea de mijloc a magnetului și îi lăsați să se rotească liber, atârnându-l de un trepied, acesta se va întoarce în așa fel încât unul dintre polii săi să fie orientat strict spre nord, iar celălalt strict spre sud. Capătul magnetului orientat spre nord se numește polul Nord(N ), iar opusul - sudic(S).
Interacțiunea magnetică
Un magnet atrage alți magneți fără a-i atinge. La fel ca polii diferiților magneți se resping, iar polii opuși se atrag. Nu este adevărat că aceasta seamănă cu interacțiunea sarcinilor electrice?
Sarcinile electrice exercită un efect una asupra celeilalte prin câmp electric , formate în jurul lor. Magneții permanenți interacționează la distanță deoarece există o un câmp magnetic .
Fizicienii secolului al XIX-lea au încercat să prezinte câmpul magnetic ca un analog al celui electrostatic. Ei au văzut polii unui magnet ca sarcini magnetice pozitive și negative (polul nord și, respectiv, sud). Dar ei și-au dat seama curând că încărcăturile magnetice izolate nu există.
Se numesc două sarcini electrice de aceeași mărime, dar diferite ca semn dipol electric . Un magnet are doi poli și este dipol magnetic .
Sarcinile dintr-un dipol electric pot fi separate cu ușurință unele de altele prin tăierea conductorului în două părți, în diferite părți ale cărora sunt amplasate. Dar asta nu va funcționa cu un magnet. Împărțind un magnet permanent în același mod, vom obține doi magneți noi, fiecare dintre care va avea și doi poli magnetici.
Corpurile care au propriul lor câmp magnetic sunt numite magneti . Diferitele materiale sunt atrase de ele în mod diferit. Depinde de structura materialului. Proprietatea materialelor de a crea un câmp magnetic sub influența unui câmp magnetic extern se numește magnetism .
Cel mai puternic atras de magneți feromagneți. Mai mult, propriul lor câmp magnetic, creat de molecule, atomi sau ioni, este de sute de ori mai mare decât câmpul magnetic extern care l-a provocat. Elementele feromagnetice sunt elemente chimice precum fierul, cobaltul, nichelul, precum și unele aliaje.
Paramagneți – substanțe care sunt magnetizate într-un câmp exterior în direcția acestuia. Sunt slab atrași de magneți. Elementele chimice aluminiu, sodiu, magneziu, săruri de fier, cobalt, nichel etc. sunt exemple de paramagneți.
Dar există materiale care nu sunt atrase, ci respinse de magneți. Ei sunt numiti, cunoscuti materiale diamagnetice. Ele sunt magnetizate împotriva direcției câmpului magnetic extern, dar sunt respinse de magneți destul de slab. Acestea sunt cuprul, argintul, zincul, aurul, mercurul etc.
experiența lui Oersted
Cu toate acestea, nu numai magneții permanenți creează un câmp magnetic.
În 1820, fizicianul danez Hans Christian Ørsted, la una dintre prelegerile sale de la universitate, a demonstrat studenților un experiment de încălzire a unui fir dintr-o „coloană voltaică”. Unul dintre firele circuitului electric a ajuns pe capacul de sticlă al unui compas marin aflat pe masă. Când omul de știință a închis circuitul electric și curentul a trecut prin fir, acul busolei magnetice a deviat brusc în lateral. Desigur, Oersted a crezut inițial că a fost doar un accident. Dar, repetând experimentul în aceleași condiții, a obținut același rezultat. Apoi a început să schimbe distanța de la sârmă la săgeată. Cu cât era mai mare, cu atât acul a deviat mai slab. Dar asta nu este tot. Prin trecerea curentului prin fire din diferite metale, el a descoperit că chiar și cele care nu erau magnetice deveneau brusc magneți atunci când trecea un curent electric prin ei. Săgeata a deviat chiar și atunci când a fost separată de firul purtător de curent prin ecrane din materiale care nu conduc curentul: lemn, sticlă, pietre. Chiar și atunci când a fost pusă într-un rezervor cu apă, ea a continuat să devieze. Când circuitul electric a fost întrerupt, acul busolei magnetice a revenit la starea inițială. Aceasta însemna că un conductor prin care trece curentul electric creează un câmp magnetic, determinând săgeata să îndrepte într-o anumită direcție.
Hans Christian Oersted
Inductie magnetica
Puterea caracteristică a câmpului magnetic este inducție magnetică . Aceasta este o mărime vectorială care determină efectul acesteia asupra sarcinilor în mișcare într-un anumit punct al câmpului.
Direcția vectorului de inducție magnetică coincide cu direcția polului nord al acului magnetic situat în câmpul magnetic. Unitatea de măsură a inducției magnetice în sistemul SI este tesla ( Tl) . Inducția magnetică se măsoară cu instrumente numite Teslametre.
Dacă vectorii de inducție magnetică a câmpului sunt aceleași ca mărime și direcție în toate punctele câmpului, atunci un astfel de câmp se numește uniform.
Conceptul nu trebuie confundat inducția câmpului magneticȘi fenomen de inducție electromagnetică .
Grafic, câmpul magnetic este reprezentat folosind linii de forță.
Linii de înaltă tensiune , sau linii de inducție magnetică , se numesc drepte ale căror tangente într-un punct dat coincid cu direcția vectorului de inducție magnetică. Densitatea acestor linii reflectă mărimea vectorului de inducție magnetică.
O imagine a locației acestor linii poate fi obținută folosind un experiment simplu. Prin împrăștierea piliturii de fier pe o bucată de carton neted sau sticlă și așezând-o pe un magnet, puteți vedea cum pilitura sunt aranjate pe anumite linii. Aceste linii sunt sub formă de linii de câmp magnetic.
Liniile de inducție magnetică sunt întotdeauna închise. Nu au nici început, nici sfârșit. Ieșind din polul nord, ei intră în polul sud și devin blocați în interiorul magnetului.
Câmpurile cu linii vectoriale închise sunt numite vârtej. Prin urmare, câmpul magnetic este vortex. În fiecare punct vectorul de inducție magnetică are propria sa direcție. Este determinată de direcția săgeții magnetice în acest punct sau de regula gimlet (pentru câmpul magnetic din jurul unui conductor purtător de curent).
Regula cu șurub și regula pentru mâna dreaptă
Aceste reguli fac posibilă determinarea simplă și destul de precisă a direcției liniilor de inducție magnetică fără a utiliza instrumente fizice.
Pentru a înțelege cum funcționează regula gimlet , imaginați-vă că cu mâna dreaptă înșurubam un burghiu sau un tirbușon.
Dacă direcția de mișcare de translație a mânerului coincide cu direcția de mișcare a curentului în conductor, atunci sensul de rotație a mânerului girlet coincide cu direcția liniilor de inducție magnetică.
O variație a acestei reguli este regula mana dreapta .
Dacă prindeți mental un conductor purtător de curent cu mâna dreaptă în așa fel încât degetul mare îndoit la 90° să arate direcția curentului, atunci degetele rămase vor arăta direcția liniilor de inducție magnetică ale câmpului creat de acest lucru. curent și direcția vectorului de inducție magnetică direcționată tangențial la aceste linii.
Flux magnetic
Să plasăm un circuit închis plat într-un câmp magnetic uniform. Se numește valoarea egală cu numărul de linii de forță care trec prin suprafața conturului flux magnetic .
Ф = В· S cosα ,
Unde F – magnitudinea fluxului magnetic;
ÎN – modulul vectorului de inducție;
S – zona de contur;
α – unghiul dintre direcția vectorului de inducție magnetică și normala (perpendiculară) pe planul conturului.
Odată cu o modificare a unghiului de înclinare, mărimea fluxului magnetic se modifică.
Dacă planul conturului este perpendicular pe câmpul magnetic ( α = 0), atunci fluxul magnetic care trece prin acesta va fi maxim.
F max = V S
Dacă circuitul este situat paralel cu câmpul magnetic ( α =90 0), atunci debitul în acest caz va fi egal cu zero.
forța Lorentz
Știm că câmpul electric acționează asupra oricăror sarcini, indiferent dacă acestea sunt în repaus sau în mișcare. Un câmp magnetic poate afecta doar sarcinile în mișcare.
O expresie pentru forța care acționează dintr-un câmp magnetic asupra unei unități de sarcină electrică care se mișcă în el a fost stabilită de un fizician teoretician olandez Hendrik Anton Lorenz Această forță a fost numită forța Lorentz .
Hendrik Anton Lorenz
Modulul forței Lorentz este determinat de formula:
F= q v B· sinα ,
Unde q – valoarea taxei;
v – viteza de mișcare a sarcinii într-un câmp magnetic;
B - modulul vectorului de inducție a câmpului magnetic;
α - unghiul dintre vectorul de inducție și vectorul viteză.
Unde este îndreptată forța Lorentz? Acest lucru poate fi ușor determinat folosind reguli de mâna stângă : « Dacă poziționați palma mâinii stângi în așa fel încât cele patru degete extinse să arate direcția de mișcare a sarcinii electrice pozitive, iar liniile câmpului magnetic pătrund în palmă, atunci degetul mare îndoit cu 90 0 va arăta direcția de forța Lorentz».
legea lui Ampere
În 1820, după ce Oersted a stabilit că curentul electric creează un câmp magnetic, celebrul fizician francez Andre Marie Ampere a continuat cercetările privind interacțiunea dintre curentul electric și magnet.
Andre Marie Ampere
În urma experimentelor, omul de știință a aflat că la un conductor drept cu curent situat într-un câmp magnetic cu inducție ÎN, forța acționează din câmpF , proporțional cu puterea curentului și inducția câmpului magnetic. Aceasta lege s-a numit legea lui Ampere , iar forța a fost numită Forța amperului .
F= eu L· B· sinα ,
Unde eu – puterea curentului în conductor;
L - lungimea conductorului in camp magnetic;
B - modulul vectorului de inducție a câmpului magnetic;
α - unghiul dintre vectorul câmpului magnetic şi direcţia curentului în conductor.
Forța Amperi are o valoare maximă dacă unghiul α este egal cu 90 0.
Direcția forței Ampere, ca și forța Lorentz, este, de asemenea, determinată în mod convenabil de regula mâinii stângi.
Poziționăm mâna stângă astfel încât cele patru degete să indice direcția curentului, iar liniile câmpului să intre în palmă. Apoi, degetul mare îndoit cu 90 0 va indica direcția forței Amperi.
Observând interacțiunea a doi conductori subțiri cu curentul, omul de știință a aflat că conductoarele paralele cu curent se atrag dacă curenții circulă în ei în aceeași direcție și se resping dacă direcțiile curenților sunt opuse.
Câmpul magnetic al Pământului
Planeta noastră este un magnet permanent uriaș în jurul căruia există un câmp magnetic. Acest magnet are poli nord și sud. În apropierea lor, câmpul magnetic al Pământului este cel mai puternic. Acul busolei este fixat de-a lungul liniilor magnetice. Un capăt al acestuia este îndreptat spre polul nord, celălalt spre sud.
Polii magnetici ai Pământului își schimbă locul din când în când. Adevărat, acest lucru nu se întâmplă des. În ultimul milion de ani, acest lucru s-a întâmplat de 7 ori.
Câmpul magnetic protejează Pământul de radiațiile cosmice, care au un efect distructiv asupra tuturor viețuitoarelor.
Câmpul magnetic al Pământului este afectat de vânt însorit, care este un flux de particule ionizate care scapă din coroana solară cu o viteză extraordinară. Este intensificată în special în timpul erupțiilor solare. Particulele care zboară pe lângă planeta noastră creează câmpuri magnetice suplimentare, în urma cărora caracteristicile câmpului magnetic al Pământului se modifică. apărea furtuni magnetice. Adevărat, nu durează mult. Și după ceva timp câmpul magnetic este restabilit. Dar ele pot crea multe probleme, deoarece afectează funcționarea liniilor electrice și a comunicațiilor radio, provoacă defecțiuni în funcționarea diferitelor dispozitive și înrăutățește funcționarea sistemului cardiovascular, respirator și nervos uman. Persoanele dependente de vreme sunt deosebit de sensibile la ele.
