Szczególna forma istnienia materii – ziemskie pole magnetyczne przyczyniło się do powstania i zachowania życia. Fragmenty tego pola, kawałki rudy, przyciągające żelazo, led Elektryczność w służbie ludzkości. Bez elektryczności przetrwanie byłoby nie do pomyślenia.
Zawartość
Czym są linie indukcji magnetycznej
Pole magnetyczne jest określane przez siłę w każdym punkcie jego przestrzeni. Krzywe, które łączą punkty pola o równych siłach, nazywane są liniami indukcji magnetycznej. Natężenie pola magnetycznego w określonym punkcie jest charakterystyką mocy, a do jej oceny służy wektor pola magnetycznego B. Jego kierunek w określonym punkcie linii indukcji magnetycznej przebiega stycznie do niego.
Jeśli na punkt w przestrzeni oddziałuje kilka pól magnetycznych, wówczas intensywność określa się przez zsumowanie wektorów indukcji magnetycznej każdego działającego pola magnetycznego. W tym przypadku natężenie w danym punkcie sumuje się w wartości bezwzględnej, a wektor indukcji magnetycznej definiuje się jako sumę wektorów wszystkich pól magnetycznych.
Pomimo tego, że linie indukcji magnetycznej są niewidoczne, mają pewne właściwości:
- Ogólnie przyjmuje się, że linie pola magnetycznego wychodzą na biegunie (N) i wracają z (S).
- Kierunek wektora indukcji magnetycznej jest styczny do linii.
- Mimo złożonego kształtu krzywe nie przecinają się i koniecznie zamykają.
- Pole magnetyczne wewnątrz magnesu jest jednolite, a gęstość linii maksymalna.
- Tylko jedna linia indukcji magnetycznej przechodzi przez punkt pola.
Kierunek linii indukcji magnetycznej wewnątrz magnesu trwałego
Historycznie w wielu miejscach na Ziemi od dawna zauważano naturalną jakość niektórych kamieni w przyciąganiu produktów żelaznych. Z biegiem czasu w starożytnych Chinach strzałki wyrzeźbione w określony sposób z kawałków rudy żelaza (magnetycznej rudy żelaza) zamieniły się w kompasy, wskazujące kierunek na północny i południowy biegun Ziemi i umożliwiające poruszanie się po terenie.
Badania tego naturalnego zjawiska wykazały, że silniejsze właściwości magnetyczne utrzymują się dłużej w stopach żelaza. Słabsze magnesy naturalne to rudy zawierające nikiel lub kobalt. W trakcie badania elektryczności naukowcy nauczyli się, jak uzyskać sztucznie namagnesowane produkty ze stopów zawierających żelazo, nikiel lub kobalt.Aby to zrobić, zostały wprowadzone do pola magnetycznego wytworzonego przez stały prąd elektryczny i, jeśli to konieczne, rozmagnesowane przez prąd przemienny.
Produkty namagnesowane w warunkach naturalnych lub uzyskane sztucznie mają dwa różne bieguny - miejsca największej koncentracji magnetyzmu. Magnesy oddziałują ze sobą za pomocą pola magnetycznego, tak że jak bieguny odpychają się, a w przeciwieństwie do biegunów przyciągają. Generuje to momenty obrotowe dla ich orientacji w przestrzeni silniejszych pól, takich jak pole ziemskie.
Wizualne przedstawienie interakcji słabo namagnesowanych elementów i silnego magnesu daje klasyczne wrażenia z rozrzuconymi na kartonie opiłkami stalowymi i płaskim magnesem pod spodem. Zwłaszcza jeśli trociny są podłużne, wyraźnie widać, jak układają się wzdłuż linii pola magnetycznego. Zmieniając położenie magnesu pod tekturą, obserwuje się zmianę konfiguracji ich obrazu. Wykorzystanie kompasów w tym eksperymencie dodatkowo wzmacnia efekt zrozumienia struktury pola magnetycznego.
Jedna z cech magnetycznych linii siły odkryta przez M. Faradaya sugeruje, że są one zamknięte i ciągłe. Linie wychodzące z bieguna północnego magnesu stałego wchodzą na biegun południowy. Jednak wewnątrz magnesu nie otwierają się i nie wchodzą z bieguna południowego na północ. Liczba linii wewnątrz produktu jest maksymalna, pole magnetyczne jest jednolite, a indukcja może osłabnąć po rozmagnesowaniu.
Wyznaczanie kierunku wektora indukcji magnetycznej za pomocą reguły świderkowej
Na początku XIX wieku naukowcy odkryli, że wokół przewodnika powstaje pole magnetyczne, przez które przepływa prąd. Powstałe linie sił zachowują się według tych samych zasad, co w przypadku magnesu naturalnego.Ponadto oddziaływanie pola elektrycznego przewodnika z prądem i polem magnetycznym stanowiło podstawę dynamiki elektromagnetycznej.
Zrozumienie orientacji w przestrzeni sił w oddziałujących polach pozwala nam obliczyć wektory osiowe:
- Indukcja magnetyczna;
- Wielkość i kierunek prądu indukcyjnego;
- Prędkość kątowa.
Takie rozumienie zostało sformułowane w regule świderka.
Łącząc ruch translacyjny prawego świdra z kierunkiem prądu w przewodniku uzyskujemy kierunek linii pola magnetycznego, na co wskazuje obrót rączki.
Nie będąc prawem fizyki, reguła świderka w elektrotechnice służy do określania nie tylko kierunku linii pola magnetycznego w zależności od wektora prądu w przewodniku, ale także odwrotnie, określając kierunek prądu w przewodach elektromagnesu ze względu na obrót linii indukcji magnetycznej.
Zrozumienie tej zależności pozwoliło Ampère'owi uzasadnić prawo pól wirujących, które doprowadziło do powstania silników elektrycznych o różnych zasadach. Wszystkie chowane urządzenia wykorzystujące cewki indukcyjne są zgodne z zasadą świderka.
Zasada prawej ręki
Określenie kierunku prądu płynącego w polu magnetycznym przewodnika (jednej strony zamkniętej pętli przewodników) wyraźnie pokazuje zasadę prawej ręki.
Mówi, że prawa dłoń zwrócona do bieguna N (linie pola wchodzą w dłoń), a kciuk odchylony o 90 stopni wskazuje kierunek ruchu przewodnika, wtedy w obwodzie zamkniętym (cewce) pole magnetyczne indukuje prąd elektryczny , którego wektor ruchu wskazuje cztery palce.
Ta zasada pokazuje, jak pierwotnie pojawiły się generatory prądu stałego. Pewna siła natury (woda, wiatr) obracała zamknięty obwód przewodników w polu magnetycznym, wytwarzając prąd. Następnie silniki, po otrzymaniu prądu elektrycznego w stałym polu magnetycznym, przekształciły go w ruch mechaniczny.
Zasada prawej ręki dotyczy również induktorów. Ruch rdzenia magnetycznego wewnątrz nich prowadzi do pojawienia się prądów indukcyjnych.
Jeśli cztery palce prawej ręki są ustawione w jednej linii z kierunkiem prądu w zwojach cewki, kciuk odchylony o 90 stopni wskaże biegun północny.
Reguły świdra i prawej ręki z powodzeniem demonstrują wzajemne oddziaływanie pól elektrycznych i magnetycznych. Pozwalają zrozumieć działanie różnych urządzeń w elektrotechnice niemal każdemu, nie tylko naukowcom.
Podobne artykuły:
