Sedi, razgradi molekule na atome,
Pozabljamo, da krompir razpada na poljih.
V. Visotski
Kako opisati gravitacijsko interakcijo z uporabo gravitacijskega polja? Kako opisati električno interakcijo z uporabo električnega polja? Zakaj lahko električne in magnetne interakcije obravnavamo kot dve komponenti ene elektromagnetne interakcije?
Lekcija-predavanje
Gravitacijsko polje. Pri predmetu fizike ste preučevali zakon univerzalne gravitacije, po katerem se vsa telesa privlačijo s silo, ki je sorazmerna zmnožku njihovih mas in obratno sorazmerna s kvadratom razdalje med njimi.
Oglejmo si poljubno telo Osončja in njegovo maso označimo z m. V skladu z zakonom univerzalne gravitacije na to telo delujejo vsa druga telesa Osončja, skupna gravitacijska sila, ki jo označimo s F, pa je enaka vektorski vsoti vseh teh sil. Ker je vsaka od sil sorazmerna z maso m, lahko skupno silo predstavimo v obliki. Vektorska velikost je odvisna od oddaljenosti do drugih teles Osončja, torej od koordinat telesa, ki smo si ga izbrali. Iz definicije v prejšnjem odstavku sledi, da je količina G polje. To polje ima ime gravitacijsko polje.
Kazimir Malevič. Črn kvadrat
Izrazite ugibanje, zakaj ravno ta reprodukcija Malevičeve slike spremlja besedilo odstavka.
Blizu površja Zemlje sila, s katero Zemlja deluje na telo, kot ste vi, daleč presega vse druge gravitacijske sile. To je sila gravitacije, ki jo poznate. Ker je gravitacijska sila povezana z maso telesa z razmerjem F g = mg, potem je G blizu zemeljske površine preprosto gravitacijski pospešek.
Ker vrednost G ni odvisna od mase ali katerega koli drugega parametra telesa, ki smo ga izbrali, je očitno, da če drugo telo postavimo na isto točko v prostoru, bo sila, ki deluje nanj, določena z isto vrednost in, pomnoženo z maso novega telesa. Tako lahko delovanje gravitacijskih sil vseh teles Osončja na določeno poskusno telo opišemo kot delovanje gravitacijskega polja na to poskusno telo. Beseda "poskus" pomeni, da to telo morda ne obstaja, polje na dani točki v prostoru še vedno obstaja in ni odvisno od prisotnosti tega telesa. Preizkusno telo preprosto služi za merjenje tega polja z merjenjem celotne gravitacijske sile, ki deluje nanj.
Povsem očitno je, da se v naših razpravah ne moremo omejiti na Osončje in upoštevati kateri koli sistem teles, ne glede na to, kako velik je.
Gravitacijsko silo, ki jo ustvarja določen sistem teles in deluje na poskusno telo, lahko predstavimo kot delovanje gravitacijskega polja, ki ga ustvarjajo vsa telesa (razen poskusnega telesa) na poskusno telo.
Elektromagnetno polje. Električne sile so zelo podobne gravitacijskim silam, le da delujejo med nabitimi delci, in sicer za enako nabite delce so to odbojne sile, za različno nabite delce pa privlačne sile. Zakon, podoben zakonu univerzalne gravitacije, je Coulombov zakon. Po njej je sila, ki deluje med dvema naelektrenima telesoma, sorazmerna s produktom nabojev in obratno sorazmerna s kvadratom razdalje med telesi.
Zaradi analogije med Coulombovim zakonom in zakonom univerzalne gravitacije lahko ponovimo povedano o gravitacijskih silah za električne sile in silo, ki deluje na poskusni naboj q iz določenega sistema naelektrenih teles, lahko predstavimo v obliki F e = qE Količina E označuje tisto, kar vam je znano električno polje in se imenuje električna poljska jakost. Sklep o gravitacijskem polju lahko skoraj dobesedno ponovimo za električno polje.
Interakcija med nabitimi telesi (ali preprosto naboji), kot je bilo že omenjeno, je zelo podobna gravitacijski interakciji med vsemi telesi. Vendar obstaja ena zelo pomembna razlika. Gravitacijske sile niso odvisne od tega, ali se telesa gibljejo ali mirujejo. Toda sila interakcije med naboji se spremeni, če se naboji premikajo. Na primer, odbojne sile delujejo med dvema enakima stacionarnima nabojema (slika 12, a). Če se ti naboji premaknejo, se spremenijo interakcijske sile. Poleg električnih odbojnih sil se pojavijo privlačne sile (slika 12, b).
riž. 12. Interakcija dveh mirujočih nabojev (a), interakcija dveh gibljivih nabojev (b)
To silo že poznate iz tečaja fizike. Prav ta sila povzroči privlačnost dveh vzporednih vodnikov s tokom. Ta sila se imenuje magnetna sila. Dejansko se v vzporednih vodnikih z enako usmerjenimi tokovi naboji gibljejo, kot je prikazano na sliki, kar pomeni, da jih privlači magnetna sila. Sila, ki deluje med dvema prevodnikoma s tokom, je preprosto vsota vseh sil, ki delujejo med nabojema.
Električno silo, ki jo ustvari nek sistem nabitih teles in deluje na poskusni naboj, lahko predstavimo kot delovanje električnega polja, ki ga ustvarijo vsa naelektrena telesa (razen testa) na poskusni naboj.
Zakaj električna sila v tem primeru izgine? Vse je zelo preprosto. Prevodniki vsebujejo pozitivne in negativne naboje, število pozitivnih nabojev pa je popolnoma enako številu negativnih nabojev. Zato so električne sile na splošno kompenzirane. Tokovi nastanejo zaradi gibanja samo negativnih nabojev, pozitivni naboji v prevodniku mirujejo. Zato magnetne sile niso kompenzirane.
Mehansko gibanje je vedno relativno, to pomeni, da je hitrost vedno podana glede na nek referenčni sistem in se spreminja pri prehodu iz enega referenčnega sistema v drugega.
Sedaj pa natančno poglejte sliko 12. Kakšna je razlika med slikama a in b? Na sliki 6 se naboji premikajo. Toda to gibanje je samo v določenem referenčnem okviru, ki smo ga izbrali sami. Izberemo lahko drugačen referenčni okvir, v katerem oba naboja mirujeta. In potem magnetna sila izgine. To nakazuje, da sta električna in magnetna sila sili iste narave.
In res je. Izkušnje kažejo, da obstaja en sam elektromagnetna sila, ki deluje med naboji, kar se različno kaže v različnih referenčnih sistemih. V skladu s tem lahko govorimo o enem elektromagnetno polje, ki je kombinacija dveh polj – električnega in magnetnega. V različnih referenčnih sistemih se lahko električna in magnetna komponenta elektromagnetnega polja manifestirata na različne načine. Zlasti se lahko izkaže, da v nekem referenčnem sistemu električna ali magnetna komponenta elektromagnetnega polja izgine.
Iz relativnosti gibanja sledi, da sta električna in magnetna interakcija dve komponenti ene elektromagnetne interakcije.
Če pa je tako, potem lahko sklep o električnem polju ponovimo.
Elektromagnetno silo, ki jo ustvari določen sistem nabojev in deluje na testni naboj, lahko predstavimo kot delovanje elektromagnetnega polja, ki ga ustvarijo vsi naboji (razen testnega) na testni naboj.
Številne sile, ki delujejo na telo v vakuumu ali v neprekinjenem mediju, je mogoče predstaviti kot rezultat delovanja ustreznih polj na telo. Med take sile sodijo zlasti gravitacijske in elektromagnetne sile.
- Kolikokrat je gravitacijska sila, ki na vas deluje z Zemlje, večja od gravitacijske sile, ki deluje s Sonca? (Masa Sonca je 330.000-krat večja od mase Zemlje, razdalja od Zemlje do Sonca pa je 150 milijonov km.)
- Magnetna sila, ki deluje med dvema nabojema, je tako kot električna sila sorazmerna zmnožku nabojev. Kam bodo usmerjene magnetne silnice, če na sliki 12, b enega od nabojev zamenjamo z nabojem nasprotnega predznaka?
- Kam bodo usmerjene magnetne sile na sliki 12, b, če se hitrosti obeh nabojev spremenita v nasprotno?
Odprite dlan leve roke in poravnajte vse prste. Upognite palec pod kotom 90 stopinj glede na vse druge prste, v isti ravnini kot vaša dlan.
Predstavljajte si, da štirje prsti vaše dlani, ki jih držite skupaj, kažejo smer hitrosti naboja, če je ta pozitiven, oziroma nasprotno smer hitrosti, če je naboj negativen.
Vektor magnetne indukcije, ki je vedno usmerjen pravokotno na hitrost, bo tako vstopil v dlan. Poglejte, kam kaže vaš palec - to je smer Lorentzove sile.
Lorentzova sila je lahko enaka nič in nima vektorske komponente. To se zgodi, ko je pot nabitega delca vzporedna s silnicami magnetnega polja. V tem primeru ima delec pravokotno pot in konstantno hitrost. Lorentzova sila nikakor ne vpliva na gibanje delca, ker je v tem primeru sploh ni.
V najpreprostejšem primeru ima nabit delec tir gibanja pravokotno na magnetne silnice. Nato Lorentzova sila ustvari centripetalni pospešek, zaradi česar se nabiti delec giblje v krogu.
Opomba
Lorentzovo silo je leta 1892 odkril Hendrik Lorentz, nizozemski fizik. Danes se precej pogosto uporablja v različnih električnih napravah, katerih delovanje je odvisno od poti gibajočih se elektronov. To so na primer katodne cevi v televizorjih in monitorjih. Vse vrste pospeševalnikov, ki pospešujejo nabite delce do ogromnih hitrosti z uporabo Lorentzove sile, določajo orbite njihovega gibanja.
Koristen nasvet
Poseben primer Lorentzove sile je Amperova sila. Njena smer se izračuna po pravilu leve roke.
Viri:
- Lorentzova sila
- Lorentzovo pravilo leve roke
Vpliv magnetnega polja na prevodnik s tokom pomeni, da magnetno polje vpliva na premikajoče se električne naboje. Sila, ki deluje na premikajoči se nabiti delec iz magnetnega polja, se imenuje Lorentzova sila v čast nizozemskega fizika H. Lorentza
Navodila
Sila - pomeni, da lahko določite njeno numerično vrednost (modul) in smer (vektor).
Modul Lorentzove sile (Fl) je enak razmerju modula sile F, ki deluje na odsek prevodnika s tokom dolžine ∆l, in številom N nabitih delcev, ki se na tem odseku gibljejo urejeno. prevodnik: Fl = F/N ( 1). Zaradi enostavnih fizikalnih transformacij lahko silo F predstavimo v obliki: F= q*n*v*S*l*B*sina (formula 2), kjer je q naboj gibljivega, n na odsek prevodnika, v je hitrost delca, S je površina prečnega prereza odseka prevodnika, l je dolžina odseka prevodnika, B je magnetna indukcija, sina je sinus kota med hitrostjo in indukcijski vektorji. In pretvorite število gibajočih se delcev v obliko: N=n*S*l (formula 3). Zamenjajte formuli 2 in 3 v formulo 1, zmanjšajte vrednosti n, S, l, se izkaže za Lorentzovo silo: Fл = q*v*B*sin a. To pomeni, da za reševanje preprostih problemov iskanja Lorentzove sile v pogoju naloge definiramo naslednje fizikalne količine: naboj gibajočega se delca, njegovo hitrost, indukcijo magnetnega polja, v katerem se delec giblje, in kot med hitrost in indukcija.
Preden rešite problem, se prepričajte, da so vse količine izmerjene v enotah, ki ustrezajo med seboj ali mednarodnemu sistemu. Da bi dobili odgovor v newtonih (N - enota za silo), je treba naboj izmeriti v kulonih (K), hitrost - v metrih na sekundo (m/s), indukcijo - v teslah (T), sinus alfa - ni mogoče izmeriti. število.
Primer 1. V magnetnem polju, katerega indukcija je 49 mT, se nabit delec 1 nC giblje s hitrostjo 1 m/s. Vektorja hitrosti in magnetne indukcije sta medsebojno pravokotna.
rešitev. 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).
Smer Lorentzove sile je določena s pravilom leve roke. Če ga želite uporabiti, si predstavljajte naslednje razmerje treh vektorjev, pravokotnih drug na drugega. Levo roko postavite tako, da vektor magnetne indukcije vstopi v dlan, štirje prsti so usmerjeni proti gibanju pozitivnega (proti gibanju negativnega) delca, nato bo palec, upognjen za 90 stopinj, pokazal smer Lorentzove sile (glej slika).
Lorentzova sila se uporablja v televizijskih ceveh monitorjev in televizorjev.
Viri:
- G. Ya Myakishev, B.B. Bukhovcev. Učbenik za fiziko. 11. razred. Moskva. "Izobraževanje". 2003
- reševanje problemov o Lorentzovi sili
Prava smer toka je smer, v kateri se gibljejo nabiti delci. To pa je odvisno od predznaka njihovega naboja. Poleg tega tehniki uporabljajo pogojno smer gibanja naboja, ki ni odvisna od lastnosti prevodnika.
Navodila
Če želite določiti pravo smer gibanja nabitih delcev, upoštevajte naslednje pravilo. Znotraj vira odletijo iz elektrode, ki je nabita z nasprotnim predznakom, in se pomaknejo proti elektrodi, ki zaradi tega pridobi predznak podoben naboj kot delci. V zunanjem tokokrogu jih električno polje izvleče iz elektrode, katere naboj sovpada z nabojem delcev, in jih privlači nasprotno nabito.
V kovini so nosilci toka prosti elektroni, ki se premikajo med kristalnimi vozli. Ker so ti delci negativno nabiti, upoštevajte, da se premikajo od pozitivne k negativni elektrodi znotraj vira in od negativne k pozitivni v zunanjem vezju.
V nekovinskih prevodnikih nosijo naboj tudi elektroni, vendar je mehanizem njihovega gibanja drugačen. Elektron, ki zapusti atom in ga s tem spremeni v pozitivni ion, povzroči, da zajame elektron iz prejšnjega atoma. Isti elektron, ki zapusti atom, negativno ionizira naslednjega. Postopek se neprekinjeno ponavlja, dokler je v tokokrogu tok. Smer gibanja nabitih delcev v tem primeru velja za enako kot v prejšnjem primeru.
Obstajata dve vrsti polprevodnikov: z elektronsko prevodnostjo in luknjasto prevodnostjo. V prvem so nosilci elektroni, zato lahko smer gibanja delcev v njih štejemo za enako kot pri kovinskih in nekovinskih prevodnikih. V drugem nosijo naboj virtualni delci – luknje. Poenostavljeno lahko rečemo, da so to nekakšni prazni prostori, v katerih ni elektronov. Zaradi izmeničnega premikanja elektronov se luknje premikajo v nasprotni smeri. Če združite dva polprevodnika, od katerih ima eden elektronsko in drugi luknjasto prevodnost, bo imela taka naprava, imenovana dioda, usmerniške lastnosti.
V vakuumu naboj prenašajo elektroni, ki se gibljejo od segrete elektrode (katode) do hladne (anode). Upoštevajte, da je katoda pri usmerjanju diode negativna glede na anodo, toda glede na skupno žico, na katero je priključen priključek sekundarnega navitja transformatorja nasproti anode, je katoda pozitivno nabita. Glede na prisotnost padca napetosti na kateri koli diodi (tako vakuumski kot polprevodniški) tukaj ni protislovja.
V plinih nosijo naboj pozitivni ioni. Upoštevajte, da je smer gibanja nabojev v njih nasprotna smeri njihovega gibanja v kovinah, nekovinskih trdnih vodnikih, vakuumu, pa tudi polprevodnikih z elektronsko prevodnostjo in podobna smeri njihovega gibanja v polprevodnikih z luknjasto prevodnostjo. . Ioni so veliko težji od elektronov, zato imajo naprave s praznjenjem v plinu visoko vztrajnost. Ionske naprave s simetričnimi elektrodami nimajo enosmerne prevodnosti, imajo pa jo tiste z asimetričnimi elektrodami v določenem območju potencialnih razlik.
V tekočinah naboj vedno nosijo težki ioni. Glede na sestavo elektrolita so lahko negativni ali pozitivni. V prvem primeru naj se obnašajo podobno kot elektroni, v drugem pa podobno kot pozitivni ioni v plinih ali luknje v polprevodnikih.
Pri določanju smeri toka v električnem tokokrogu, ne glede na to, kje se nabiti delci dejansko premikajo, upoštevajte, da se premikajo v viru od negativnega k pozitivnemu in v zunanjem tokokrogu od pozitivnega k negativnemu. Navedena smer velja za pogojno in je bila sprejeta pred odkritjem strukture atoma.
Viri:
- smer toka
Že v 6. stol. pr. n. št. Na Kitajskem so vedeli, da imajo nekatere rude sposobnost medsebojnega privlačevanja in privabljanja železnih predmetov. Kose takšnih rud so našli v bližini mesta Magnesia v Mali Aziji, zato so dobili ime magneti.
Kako medsebojno delujejo magneti in železni predmeti? Spomnimo se, zakaj privlačijo elektrificiran telesa? Ker se v bližini električnega naboja oblikuje posebna oblika snovi - električno polje. Okoli magneta je podobna oblika snovi, vendar ima drugačno naravo izvora (navsezadnje je ruda električno nevtralna), imenuje se magnetno polje.
Za preučevanje magnetnega polja se uporabljajo ravni ali podkvasti magneti. Določena mesta na magnetu imajo največji privlačen učinek, imenujejo se drogovi(sever in jug). Nasprotni magnetni poli se privlačijo in enako magnetni poli odbijajo.
Za lastnosti jakosti magnetnega polja uporabite vektor indukcije magnetnega polja B. Magnetno polje je grafično predstavljeno s pomočjo silnic ( magnetne indukcijske črte). Vrstice so sklenjene, nimajo ne začetka ne konca. Kraj, iz katerega izhajajo magnetne črte, je severni pol, magnetne črte pa vstopajo na južni pol.
Magnetno polje je mogoče narediti "vidno" z uporabo železnih opilkov.
Magnetno polje prevodnika s tokom
In zdaj o tem, kaj smo našli Hans Christian Oersted in Andre Marie Ampere leta 1820. Izkazalo se je, da magnetno polje obstaja ne samo okoli magneta, ampak tudi okoli katerega koli prevodnika, po katerem teče tok. Katera koli žica, kot je kabel svetilke, ki prenaša vodo elektrika, je magnet! Žica s tokom deluje z magnetom (poskusite držati kompas blizu njega), dve žici s tokom delujeta med seboj.
Magnetne silnice enosmernega toka so krogi okoli prevodnika.
Smer vektorja magnetne indukcije
Smer magnetnega polja na določeni točki lahko definiramo kot smer, ki jo kaže severni pol igle kompasa, nameščene na tej točki.
Smer črt magnetne indukcije je odvisna od smeri toka v prevodniku.
Smer indukcijskega vektorja se določi po pravilu gimlet ali pravilo desna roka.
Vektor magnetne indukcije
to vektorska količina, ki označuje delovanje sile polja.
Indukcija magnetnega polja neskončnega ravnega prevodnika s tokom na razdalji r od njega:
Indukcija magnetnega polja v središču tanke krožne tuljave s polmerom r:
Indukcija magnetnega polja solenoid(tuljava, katere zavoji se zaporedno prenašajo v eno smer):
Načelo superpozicije
Če magnetno polje na določeni točki v prostoru ustvarja več virov polja, potem je magnetna indukcija vektorska vsota indukcij vsakega polja posebej
Zemlja ni samo velika negativni naboj in vir električnega polja, hkrati pa je magnetno polje našega planeta podobno polju direktnega magneta velikanskih razsežnosti.
Geografski jug je blizu magnetnega severa, geografski sever pa je blizu magnetnega juga. Če kompas postavimo v zemeljsko magnetno polje, potem je njegova severna puščica usmerjena vzdolž linij magnetne indukcije v smeri južnega magnetnega pola, to pomeni, da nam bo pokazala, kje se nahaja geografski sever.
Značilni elementi zemeljskega magnetizma se skozi čas spreminjajo zelo počasi - posvetne spremembe. Se pa občasno pojavijo magnetne nevihte, ko se zemeljsko magnetno polje za nekaj ur močno popači in se nato postopoma vrne na prejšnje vrednosti. Tako drastična sprememba vpliva na počutje ljudi.
Zemljino magnetno polje je »ščit«, ki ščiti naš planet pred delci, ki prodirajo iz vesolja (»sončni veter«). V bližini magnetnih polov se tokovi delcev veliko približajo površini Zemlje. Med močnimi sončnimi izbruhi se magnetosfera deformira in ti delci se lahko premaknejo v zgornje plasti atmosfere, kjer trčijo z molekulami plina in tvorijo aurore.
Delci železovega dioksida na magnetnem filmu so med postopkom snemanja močno namagneteni.
Magnetni levitacijski vlaki drsijo po površinah popolnoma brez trenja. Vlak je sposoben doseči hitrosti do 650 km/h.
Delo možganov, utripanje srca spremljajo električni impulzi. V tem primeru se v organih pojavi šibko magnetno polje.
Že dolgo je znano, da lahko koščki magnetne železove rude pritegnejo kovinske predmete: žeblje, matice, kovinske opilke, igle itd. Narava jih je obdarila s to sposobnostjo. to naravni magneti .
Izpostavimo palico železa naravnemu magnetu. Čez nekaj časa se bo magnetiziral in začel privlačiti druge kovinske predmete. Blok je postal umetni magnet . Odstranimo magnet. Če magnetizacija izgine, potem govorimo o začasna magnetizacija . Če ostane, potem pred nami trajni magnet.
Konci magneta, ki najmočneje privlačijo kovinske predmete, se imenujejo poli magneta. Privlačnost je najšibkejša v njenem srednjem pasu. Pokličejo jo nevtralno območje .
Če pritrdite nit na srednji del magneta in ga pustite, da se prosto vrti, tako da ga obesite na stojalo, se bo obrnil tako, da bo eden od njegovih polov usmerjen strogo proti severu, drugi pa strogo proti jugu. Konec magneta, ki je obrnjen proti severu, se imenuje Severni pol(N), in nasprotno – Južni(S).
Magnetna interakcija
Magnet privlači druge magnete, ne da bi se jih dotaknil. Enaki poli različnih magnetov se odbijajo, nasprotni poli pa privlačijo. Ali ni res, da je to podobno interakciji električnih nabojev?
Električni naboji vplivajo drug na drugega preko električno polje , nastala okoli njih. Trajni magneti medsebojno delujejo na daljavo, ker obstaja a magnetno polje .
Fiziki 19. stoletja so poskušali magnetno polje predstaviti kot analogno elektrostatičnemu. Na pola magneta so gledali kot na pozitivne in negativne magnetne naboje (severni oziroma južni pol). Toda kmalu so spoznali, da izolirani magnetni naboji ne obstajajo.
Imenujemo dva električna naboja enake velikosti, vendar različnih predznakov električni dipol . Magnet ima dva pola in je magnetni dipol .
Naboje v električnem dipolu lahko enostavno ločimo drug od drugega tako, da prevodnik prerežemo na dva dela, v katerih se nahajata. Ampak to ne bo delovalo z magnetom. Če na enak način razdelimo trajni magnet, dobimo dva nova magneta, od katerih bo vsak imel tudi dva magnetna pola.
Telesa, ki imajo lastno magnetno polje, imenujemo magneti . Različni materiali jih različno privlačijo. Odvisno je od strukture materiala. Imenuje se lastnost materialov, da pod vplivom zunanjega magnetnega polja ustvarijo magnetno polje magnetizem .
Najmočneje jih privlačijo magneti feromagneti. Poleg tega je njihovo lastno magnetno polje, ki ga ustvarijo molekule, atomi ali ioni, stokrat večje od zunanjega magnetnega polja, ki ga je povzročilo. Feromagnetni elementi so kemični elementi, kot so železo, kobalt, nikelj, pa tudi nekatere zlitine.
Paramagneti – snovi, ki so magnetizirane v zunanjem polju v njegovi smeri. Magneti jih šibko privlačijo. Kemični elementi aluminij, natrij, magnezij, soli železa, kobalta, niklja itd. so primeri paramagnetov.
Toda obstajajo materiali, ki jih magneti ne privlačijo, temveč odbijajo. Imenujejo se diamagnetni materiali. Namagneteni so v nasprotni smeri zunanjega magnetnega polja, vendar se od magnetov odbijajo precej šibko. To so baker, srebro, cink, zlato, živo srebro itd.
Oerstedova izkušnja
Vendar magnetnega polja ne ustvarjajo samo trajni magneti.
Leta 1820 je danski fizik Hans Christian Ørsted na enem od svojih predavanj na univerzi študentom demonstriral poskus segrevanja žice iz "voltaičnega stebra". Ena od žic električnega tokokroga je končala na steklenem pokrovu morskega kompasa, ki je ležal na mizi. Ko je znanstvenik sklenil električni tokokrog in je po žici stekel tok, se je igla magnetnega kompasa nenadoma odmaknila vstran. Seveda je Oersted sprva mislil, da gre zgolj za nesrečo. Toda s ponovitvijo poskusa pod enakimi pogoji je dobil enak rezultat. Nato je začel spreminjati razdaljo od žice do puščice. Večja ko je bila, šibkejša je igla odstopala. A to še ni vse. S prepuščanjem toka skozi žice iz različnih kovin je ugotovil, da so tudi tiste, ki niso bile magnetne, nenadoma postale magneti, ko je skozi njih stekel električni tok. Puščica je odstopala tudi takrat, ko je bila od žice, po kateri teče tok, ločena z zasloni iz materialov, ki niso prevajali toka: les, steklo, kamni. Tudi ko so jo dali v rezervoar z vodo, je še vedno odstopala. Ko je bil električni krog prekinjen, se je igla magnetnega kompasa vrnila v prvotno stanje. To je pomenilo, da prevodnik, po katerem teče električni tok, ustvarja magnetno polje, zaradi česar puščica kaže v določeno smer.
Hans Christian Oersted
Magnetna indukcija
Jakostna značilnost magnetnega polja je magnetna indukcija . To je vektorska količina, ki določa njen učinek na gibljive naboje na dani točki v polju.
Smer vektorja magnetne indukcije sovpada s smerjo severnega pola magnetne igle, ki se nahaja v magnetnem polju. Merska enota magnetne indukcije v sistemu SI je tesla ( Tl) . Magnetna indukcija se meri z instrumenti, imenovanimi Teslametri.
Če so vektorji magnetne indukcije polja enaki po velikosti in smeri na vseh točkah polja, se takšno polje imenuje enotno.
Koncepta ne smete zamenjevati indukcija magnetnega polja in pojav elektromagnetne indukcije .
Grafično je magnetno polje predstavljeno s pomočjo silnic.
Daljnovodi , oz linije magnetne indukcije , imenujemo črte, katerih tangente v dani točki sovpadajo s smerjo vektorja magnetne indukcije. Gostota teh črt odraža velikost vektorja magnetne indukcije.
Sliko o lokaciji teh črt lahko dobite s preprostim poskusom. Če železne opilke stresete na kos gladkega kartona ali stekla in ga položite na magnet, lahko vidite, kako so opilki razporejeni po določenih linijah. Te črte so v obliki črt magnetnega polja.
Linije magnetne indukcije so vedno zaprte. Nimajo ne začetka ne konca. Ko pridejo iz severnega pola, vstopijo v južni pol in se uklenejo v magnet.
Polja z zaprtimi vektorskimi črtami imenujemo vrtinec. Zato je magnetno polje vrtinčno. V vsaki točki ima vektor magnetne indukcije svojo smer. Določena je s smerjo magnetne puščice na tej točki ali z gimlet pravilo (za magnetno polje okoli vodnika po katerem teče tok).
Pravilo gimlet (vijak) in pravilo desne roke
Ta pravila omogočajo preprosto in dokaj natančno določitev smeri magnetnih indukcijskih linij brez uporabe fizičnih instrumentov.
Da bi razumeli, kako deluje gimlet pravilo , si predstavljajte, da z desno roko privijamo sveder ali zamašek.
Če smer translacijskega gibanja gimleta sovpada s smerjo gibanja toka v prevodniku, potem smer vrtenja ročaja gimleta sovpada s smerjo magnetnih indukcijskih linij.
Različica tega pravila je pravilo desne roke .
Če z desno roko v mislih primete vodnik, po katerem teče tok, tako da bo palec, upognjen za 90°, pokazal smer toka, bodo preostali prsti pokazali smer črt magnetne indukcije polja, ki ga ta ustvari. tok in smer vektorja magnetne indukcije, usmerjena tangencialno na te črte.
Magnetni tok
Postavimo ravno sklenjeno vezje v enakomerno magnetno polje. Imenuje se vrednost, ki je enaka številu silnic, ki potekajo skozi površino konture magnetni tok .
Ф = В· S cosα ,
Kje F – velikost magnetnega pretoka;
IN – modul indukcijskega vektorja;
S – konturno območje;
α – kot med smerjo vektorja magnetne indukcije in normalo (pravokotno) na konturno ravnino.
S spremembo kota naklona se spreminja velikost magnetnega pretoka.
Če je konturna ravnina pravokotna na magnetno polje ( α = 0), potem bo magnetni tok, ki gre skozenj, največji.
F max = V S
Če se vezje nahaja vzporedno z magnetnim poljem ( α =90 0), potem bo pretok v tem primeru enak nič.
Lorentzova sila
Vemo, da električno polje deluje na vse naboje, ne glede na to ali mirujejo ali se gibljejo. Magnetno polje lahko vpliva samo na gibljive naboje.
Izraz za silo, ki deluje iz magnetnega polja na enoto električnega naboja, ki se giblje v njem, je uvedel nizozemski teoretični fizik Hendrik Anton Lorenz Ta sila se je imenovala Lorentzova sila .
Hendrik Anton Lorenz
Modul Lorentzove sile je določen s formulo:
F= q v B· sinα ,
Kje q – znesek nadomestila;
v – hitrost gibanja naboja v magnetnem polju;
B - modul vektorja indukcije magnetnega polja;
α - kot med vektorjem indukcije in vektorjem hitrosti.
Kam je usmerjena Lorentzova sila? To je mogoče enostavno ugotoviti z uporabo pravila leve roke : « Če postavite dlan leve roke tako, da štirje iztegnjeni prsti kažejo smer gibanja pozitivnega električnega naboja in magnetne silnice vstopijo v dlan, bo palec, upognjen za 90 0, pokazal smer Lorentzova sila».
Amperov zakon
Leta 1820, potem ko je Oersted ugotovil, da električni tok ustvarja magnetno polje, je slavni francoski fizik Andre Marie Ampere nadaljevanje raziskav o interakciji med električnim tokom in magnetom.
Andre Marie Ampere
Kot rezultat poskusov je znanstvenik ugotovil, da na ravni vodnik s tokom, ki se nahaja v magnetnem polju z indukcijo IN, sila deluje iz poljaF , sorazmeren z jakostjo toka in indukcijo magnetnega polja. Ta zakon se je imenoval Amperov zakon , in sila je bila poklicana Amperska sila .
F= jaz L· B· sinα ,
Kje jaz – jakost toka v vodniku;
L - dolžina vodnika v magnetnem polju;
B - modul vektorja indukcije magnetnega polja;
α - kot med vektorjem magnetnega polja in smerjo toka v prevodniku.
Amperova sila ima največjo vrednost, če je kot α je enako 90 0.
Smer Amperove sile je tako kot Lorentzova sila prav tako prikladno določena s pravilom leve roke.
Levo roko postavimo tako, da štirje prsti kažejo smer toka, poljske črte pa vstopijo v dlan. Potem bo palec, upognjen za 90 0, pokazal smer Amperove sile.
Z opazovanjem interakcije dveh tankih prevodnikov s tokom je znanstvenik ugotovil, da vzporedni vodniki s tokom se privlačijo, če tokovi v njih tečejo v isto smer, in odbijajo, če sta smeri tokov nasprotni.
Zemljino magnetno polje
Naš planet je ogromen trajni magnet, okoli katerega je magnetno polje. Ta magnet ima severni in južni pol. V njihovi bližini je zemeljsko magnetno polje najmočnejše. Igla kompasa je nameščena vzdolž magnetnih linij. En konec je usmerjen proti severnemu polu, drugi proti jugu.
Zemljini magnetni poli občasno zamenjajo mesta. Res je, to se ne zgodi pogosto. V zadnjih milijonih let se je to zgodilo 7-krat.
Magnetno polje ščiti Zemljo pred kozmičnim sevanjem, ki uničujoče deluje na vsa živa bitja.
Na zemeljsko magnetno polje vpliva sončen veter, ki je tok ioniziranih delcev, ki uhajajo iz sončne korone z ogromno hitrostjo. Še posebej se okrepi ob sončnih izbruhih. Delci, ki letijo mimo našega planeta, ustvarjajo dodatna magnetna polja, zaradi česar se spremenijo lastnosti magnetnega polja Zemlje. nastati magnetne nevihte. Res je, da ne trajajo dolgo. In čez nekaj časa se magnetno polje obnovi. Lahko pa povzročijo številne težave, saj vplivajo na delovanje daljnovodov in radijskih zvez, povzročajo motnje v delovanju različnih naprav ter poslabšujejo delovanje srčno-žilnega, dihalnega in živčnega sistema človeka. Nanje so še posebej občutljivi ljudje, ki so odvisni od vremena.
