Magnetna sila. Sila deluje na prevodniku v magnetnem polju. Kako določiti moč magnetnega polja

Eden najpomembnejših delov sodobne fizike je elektromagnetne interakcije

Magnetizem je osnova temeljev

V otroštvu so nam odrasli pokazali različne trike z uporabo magnetov. Te čudovite figure, ki jih privlačijo in lahko pritegnejo majhne igrače zase, so vedno zadovoljne otrokovim očem. Kaj so magneti in kako deluje magnetna sila na železnih delih?

Razlaga z znanstvenim jezikom se mora obrniti na enega od osnovnih zakonov fizike. V skladu s Coulombovim zakonom in posebno teorijo relativnosti deluje določena sila na naboj, ki je neposredno odvisna od hitrosti samega nabora (v). Ta interakcija se imenuje magnetna sila.

Fizične lastnosti

Na splošno je treba razumeti vse magnetni pojavi nastanejo samo takrat, ko se polnjenja v notranjosti vodnika ali ko so prisotni tokovi v njih. Pri proučevanju magnetov in definicije samega magnetizma je treba razumeti, da so tesno povezani s pojavom električnega toka. Torej, ugotovimo bistvo električnega toka.

Električna sila je sila, ki deluje med elektronom in protonom. Številčno je veliko večja od vrednosti gravitacijske sile. Nastaja z električnim nabojem, natančneje s svojim gibanjem znotraj prevodnika. Povračila so po drugi strani dve vrsti: pozitivna in negativna. Kot je znano, pozitivno nabite delce privlači negativno nabito. Vendar pa imajo obtožbe istega znaka lastnost odbijanja.

Torej, ko se te napake začnejo premikati v prevodniku, se v njem pojavi električni tok, kar je razloženo kot razmerje med količino polnjenja, ki teče skozi prevodnik v 1 sekundi. Sila, ki deluje na prevodnik s tokom v magnetnem polju, se imenuje sila Ampère in jo ureja pravilo leve roke.

Empirični dokazi

Trdnost z magnetno interakcijo je mogoča v vsakdanjem življenju, ko se ukvarjamo s trajnimi magneti, induktorji, releji ali električnimi motorji. Vsak od njih ima magnetno polje, ki je nevidno za oči. Sledi le njegovemu delovanju, ki ga izvaja na gibljivih delcih in na magnetiziranih telesih.

Sila, ki deluje na prevodnika s tokom v magnetnem polju, je proučila in opisala francoski fizik Ampere. V čast njemu, ne samo to silo, temveč tudi velikost toka je imenovan. V šoli so Ampèrejevi zakoni definirani kot pravila "leve" in "desne" roke.

Značilnosti magnetnega polja

Treba je razumeti, da se magnetno polje vedno pojavlja ne le okoli virov električnega toka, temveč tudi okoli magnetov. Običajno je prikazana s pomočjo magnetnih linij sile. Grafično izgleda, da je bil na magnet nameščen list papirja, žagovina pa je bila napolnjena z vrha železa. Imeli bodo popolnoma enako obliko kot na sliki spodaj.

V mnogih priljubljenih knjigah o fiziki je magnetna sila uvedena kot rezultat eksperimentalnih opazovanj. Šteje se za ločeno temeljno silo narave. Takšna predstavitev je napačna, pravzaprav obstoj magnetne sile izhaja iz načela relativnosti. Njena odsotnost bi privedla do kršitve tega načela.

V magnetni sili ni nič osnovnega - to je preprosto relativistična posledica Coulombovega zakona.

Uporaba magnetov

Če verjamete legendi, so v prvem stoletju našega časa na otoku Magnezija stari Grki odkrili nenavadne kamne, ki so imele neverjetne lastnosti. Privabili so si vse stvari iz železa ali jekla. Grki so jih začeli odpeljati z otoka in preučevali njihove lastnosti. In ko so kamni padli v roke uličnih čarovnikov, so postali nepogrešljivi pomočniki v vseh njihovih govorih. Z uporabo sil magnetnih kamnov so uspeli ustvariti cel fantastičen nastop, ki je pritegnil veliko gledalcev.

Ker so se kamni razširili na vse dele sveta, so se začele sprehajati legende in mitovi. Ko so bili kamni na Kitajskem, kjer so bili poimenovani po otoku, na katerem so bili najdeni. Magneti so postali predmet študija vseh velikih znanstvenikov tega časa. Ugotovljeno je bilo, da če postavite magnetni železovorec na leseno plovilo, ga popravite in ga nato obrnite, nato pa se bo poskušal vrniti v prvotni položaj. Preprosto povedano, magnetna sila, ki deluje na to, bo železniški kamen na določen način spremenila.

Uporaba tega lastnost magnetov, znanstveniki so izumili kompas. Na okrogli obliki, narejeni iz lesa ali plute, so bile potegnjene dve glavni polovici in nameščena majhna magnetna igla. Ta zasnova je bila spuščena v majhno skledo, napolnjeno z vodo. Sčasoma so modeli kompasa izboljšali in postali natančnejši. Uporabljajo jih ne samo pomorščaki, ampak tudi navadni turisti, ki radi raziskujejo puščavski in gorski teren.

Zanimive poskuse

Znanstvenik Hans Oersted je skoraj vse svoje življenje posvetil električni energiji in magnetom. Nekoč med predavanjem na univerzi je študentom pokazal naslednje izkušnje. Z navadnim bakrenim vodnikom je zamudil tok, čez nekaj časa se je dirigent segel in začel ukrivati. To je bil pojav toplotne lastnosti električnega toka. Študenti so nadaljevali s temi eksperimenti, eden od njih pa je opazil, da ima električni tok še eno zanimivo lastnost. Ko je tok potekal v vodniku, je puščica kompasa zraven nje začela postopoma odstopati. Z raziskavo tega fenomena je znanstvenik odkril tako imenovano silo, ki deluje na prevodniku v magnetnem polju.

Tok amperov v magnetih

Znanstveniki so poskušali najti magnetni naboj, vendar izoliran magnetni pol ni bilo mogoče zaznati. To je razloženo z dejstvom, da za razliko od električnih magnetnih polnitev ne obstajajo. V nasprotnem primeru bi bilo mogoče ločiti eno polnjenje s preprostim odklopom enega od koncev magneta. Na drugi strani pa se oblikuje nov nasprotni pol.

V resnici je kateri koli magnet solenoid, na površini katerega se krožijo znotraj atomski tokovi, ti se imenujejo Ampere tokovi. Izkazalo se je, da se lahko magnet šteje za kovinsko palico, skozi katero kroži konstanten tok. Iz tega razloga uvedba železnega jedra v solenoid močno poveča magnetno polje.

Magnetna energija ali EMF

Kot katerikoli fizični pojav ima magnetno polje energijo, potrebno za premikanje polnjenja. Obstaja koncept EMF (elektromotorna sila), opredeljen je kot delo premikanja enote iz točke A₀ do točke A₁.

EMF je opisan v zakonih Faraday, ki se uporabljajo v treh različnih fizičnih situacijah:

1. Izvedeni kontur se premika v ustvarjenem enotnem magnetnem polju. V tem primeru govorimo o magnetnem emf.
2. Vezje je v mirovanju, vendar se vir magnetnega polja premika. To je že pojav elektromagnetnega polja.
3. In končno, kontura in vir magnetnega polja sta stacionarna, toda tok, ki ustvarja magnetno polje, se spreminja.

Numerično je EMF po formuli Faraday enaka: EMF = W / q.

Zato elektromotorna sila ni sila v dobesednem pomenu, saj se meri v Joulu s Coulombom ali v Voltih. Izkazalo se je, da je energija, ki se prenaša na prevodni elektron, ko je tokokrog prešan. Vsakič, ko naredi reden krog rotirajočega okvira generatorja, elektron pridobi energijsko številčno enako EMF. To dodatno energijo ne moremo prenašati samo s trkom atomov zunanje verige, temveč se sprosti tudi kot toplota Joula.

Lorentzova sila in magneti

Sila, ki deluje na tok v magnetnem polju, se določi po naslednji formuli: Q * | V | * | B | * sin a (produkt naboja magnetnega polja, moduli hitrost istih delcev, vektor indukcijsko polje in sinus kota med njihovimi navodilih). Sila, ki deluje v gibanju enote v magnetnem polju, se običajno imenuje Lorentzova sila. Zanimivo je, da tretji zakon Newtona ni veljaven za to silo. To velja le za pravo ohranjanje zagona, zato je treba vse naloge za iskanje Lorentz silo rešena na podlagi tega. Ugotovimo, kako določiti moč magnetnega polja.

Naloge in primeri rešitev

Da bi našli silo, ki nastane okoli vodnika s tokom, je potrebno vedeti več količin: polnjenje, njegovo hitrost in vrednost indukcije nastajajočega magnetnega polja. Naslednja naloga bo pomagala razumeti, kako izračunati silo Lorentz.

Določite silo, ki deluje na proton, ki se giblje s hitrostjo 10 mm / s v magnetnem polju z indukcijo 0,2 Cl (kot med njimi je 90^o, ker se napolnjena delec premika pravokotno na indukcijske proge). Rešitev se zmanjša, da najdemo naboj. Če pogledamo tabelo aplikacij, ugotovimo, da ima proton 1,6 * 10^-19 Cl. Nadalje izračunamo silo po formuli: 1,6 * 10^-19 * 10 * 0,2 * 1 (sinus kota je enak 1) = 3,2 * 10^-19 Newtons.