Magnetsko polje, njegove osnovne karakteristike. Primjeri zadataka

Vjerojatno smo se svi suočili u djetinjstvu s prekrasnim svojstvima običnih magneta. Mali komad metala privukao je neke komade željeza i odbacio druge. Nevjerojatna svojstva magneta nisu ograničena na ovo. Na primjer, magnet koji je suspendiran od konopa uvijek se na određeni način nalazi u prostoru - to svojstvo čini osnovu izuma kompasa. Krajnje točke magneta su najjače. Nazivaju se "polovima". Specifična svojstva magneta su zbog njegovih magnetskih polja, koja nisu supstancija, već se ponašaju vrlo opipljivo. Jedna od najvažnijih karakteristika je jačina magnetskog polja.

Značajke magnetskog polja

Svako magnetsko polje ima energiju koja se manifestira u interakciji s drugim tijelima. Pod utjecajem magnetskih sila, pokretne čestice mijenjaju smjer svog toka. Magnetsko polje pojavljuje se samo oko njih električni naboj koji su u pokretu. Svaka promjena električnog polja podrazumijeva pojavu magnetskih polja. Obrnuto je također točno: promjena magnetskog polja je preduvjet za pojavu električnog. Takva bliska interakcija dovela je do stvaranja teorije elektromagnetskih sila, pomoću koje se danas uspješno objašnjavaju različite fizičke pojave.

Slika magnetskog polja

Magnetsko polje se može nacrtati na listu papira uz pomoć sila. Izvučeni su na takav način da se pravi smjer sila polja u svakoj točki podudara s izvučenim. Pravac polja sila može se odrediti iglom kompasa, čiji je sjeverni pol uvijek usmjeren tangencijalno na liniju sile. Sjeverni pol obično označava mjesto odakle dolaze linije magnetskog polja, a južni pol prema mjestu ulaska. Treba imati na umu da je ovo odvajanje vrlo uvjetno i da se uzima u obzir samo zbog njegove jasnoće.

Što je magnetski intenzitet

Željezne piljevine poredane uz magnetska polja dokazuju da magnetsko polje ima dva važna pokazatelja - magnituda i smjer. U bilo kojoj točki u prostoru, magnetsko polje se širi brzinom koja je jednaka brzini svjetlosti u vakuumu - 300.000 kilometara u sekundi. Da bi definirali karakteristike magnetskog polja, znanstvenici su uveli vrijednost "intenziteta". To je vektorska količina koja označava smjer magnetskog polja i broj njezinih silnica. Prema svojim karakteristikama, magnetsko polje je slično pojmu "sila" u mehanici. Ovaj pokazatelj ne ovisi o parametrima okoline u kojoj se izvode eksperimenti, već samo o snazi ​​magnetskog toka i udaljenosti od izvora koji stvaraju polje. U različitim slučajevima, takav izvor može biti jedan magnet, magnetna zavojnica, električna žica. U svakom od tih slučajeva pojavljuje se magnetsko polje s određenim karakteristikama.

Elektromagnetsko polje u eksperimentima

Razmotrite jednu žicu koja se pomiče električna struja. Kada se ova žica kreće oko nje, pojavljuje se magnetsko polje. Njegove karakteristike mogu se izraziti intenzitetom, koji se određuje mjerenjem učinka magnetskog polja na ispitivano tijelo.

Možete istražiti magnetsko polje unutar svitka. U tom slučaju, intenzitet će izravno ovisiti o broju zavoja zavojnice i udaljenosti između njega i tijela koje se ispituje. Kombinirajući ova dva zaključka možemo sažeti: magnetsko polje u bilo kojoj točki u prostoru obrnuto je proporcionalno duljini magnetske linije i izravno proporcionalno proizvodu broja zavoja zavojnice i struje.

Magnetska indukcija

Određivanje jakosti magnetskog polja bilo bi nepotpuno bez koncepta "magnetske indukcije". Ta vrijednost objašnjava kakav posao može dati određeno magnetsko polje. Što je jače magnetsko polje, to više posla može proizvesti, to je veća vrijednost njegove magnetske indukcije.

U fizici se magnetskom indukcijom označava. Može se vizualno prikazati u obliku gustoće vodova magnetskog polja po jedinici površine, koja je okomita na izmjereno magnetsko polje. trenutno, magnetska indukcija mjereno u teslahu.

Magnetski protok

Druga vrijednost, kapacitivno karakterizira magnetsko polje. Magnetski tok određuje koliko linija sile prožima određenu jedinicu površine. U jednoličnom magnetskom polju, vrijednost magnetskog fluksa izračunat će se po formuli:

F = S / S, gdje:

F - magnetski tok;

Ḇ - vrijednost magnetske indukcije;

S je područje kroz koje prolaze linije magnetskog polja.

U sustavu SI jedinica magnetski se tok mjeri u Weberu.

Formula napetosti

Fizičko značenje te količine može se izraziti formulom: H = I × ω / L, gdje:

H je jakost magnetskog polja;

L je udaljenost između tijela i izvora magnetskog polja;

ω je broj zavoja zavojnice;

I je struja u električnom krugu.

Iz ove jednadžbe može se zaključiti da se intenzitet mjeri u [A / m], jer su zavoji u zavojnici količina.

Magnetizirajuća sila

Proizvod H × I u ovoj formuli nije ništa drugo nego analogija napona električnog polja. Ako se ovaj parametar primjenjuje na cijelu duljinu linije magnetske indukcije, tada će se rezultirajući proizvod nazvati silom magnetiziranja (ns). Ta se fizička veličina mjeri u amperima, ali stručnjaci preferiraju izraz "amper-skretanje", naglašavajući izravnu ovisnost sile o broju zavoja.

Pravilo gimleta

Za određivanje smjera magnetskog polja svitka ili žice, stručnjaci primjenjuju pravilo gimleta. Ako je „uvijanje“ kretanja imaginarnog gimleta paralelno s pravcem struje u krugu, tada „hvatanje“ gimleta pokazuje kako će se smjestiti linije magnetskog polja.

Primjeri određivanja magnetskog polja

Primjer 1. Postoji svitak s brojem okreta 100 i duljinom od 10 cm Potrebno je osigurati navedenu vrijednost jakosti magnetskog polja u 5000A / m. Kolika je snaga struje koja teče kroz zavojnicu?

Rješenje: prema definiciji, magnetizirajuća sila zavojnice je H = I × ω / L. A proizvod H × I daje silu magnetiziranja. Odavde možete izvesti vrijednost jakosti struje, koja je jednaka: 5000A / m * 0.1m = trenutna snaga * broj okretaja. Rješavajući jednostavnu proporciju, nalazimo da trenutna snaga u ovom problemu treba biti jednaka 5A.

Primjer 2. U zavojnici 2000 okreta, kroz njega teče struja od 5 A. Što je magnetizirajuća sila svitka?

Rješenje: jednostavna formula daje odgovor: ns = I × ω. Dakle, ns = 2000 × 5 = 10.000 ampera.

Primjer 3

Kako odrediti magnetsko polje izravne električne žice na udaljenosti od 5 cm? Struja koja teče kroz žicu je 30 A.

U ovom primjeru trebamo i formulu

H = l = I ∙ ω.

U slučaju izravne žice, broj zavoja zavojnice će biti 1, a duljina l = 2 π r.

Odavde možemo to zaključiti

H = 30 / (2 x 3,14 x 0,02) = 238,85 A / m.

Ovi i slični problemi mogu se lako riješiti uz pomoć osnovnog tečaja školske fizike. Rješenje takvih jednostavnih primjera pomoći će u razumijevanju kvalitativne suštine elektromagnetskih procesa u prirodi oko nas.