Magnētiskā lauka līnijas ir aizvērtas. Nodarbības kopsavilkums "Līdzstrāvas magnētiskais lauks

Magnētiskās līnijas. Magnētiskās līnijas ir līnijas, pa kurām magnētiskajā laukā atrodas mazu magnētisko adatu asis. Virziens, kas norāda Ziemeļpols magnētiskā adata katrā lauka punktā tiek uzskatīta par magnētiskās līnijas virzienu. Ķēdes, kas veido dzelzs vīles magnētiskajā laukā, parāda magnētisko līniju formu magnētiskais lauks. Magnētiskā lauka līnijas ir slēgtas līknes, kas aptver vadītāju. Lai noteiktu magnētisko līniju virzienu, tiek izmantots gimlet likums. Gimlet.

10. slaids no prezentācijas ""Magnētiskais lauks" 8. klase". Arhīva izmērs ar prezentāciju ir 978 KB.

Fizika 8. klase

kopsavilkums citas prezentācijas

“Bezsvara stāvoklis” - “Lielā padomju enciklopēdija”. Bezsvara fenomena būtība. Bezsvara stāvoklis rodas, kad ķermenis brīvi pārvietojas gravitācijas laukā. Secinājums. Mūsdienu nozīme vārdus. Kosmonauts nejūt savu svaru. Darba mērķis. Brīvais kritiens. Bezsvara stāvokļa skaidrojums. Vārdnīcā V.I. Daļa. Bezsvara stāvoklī mainās vairākas dzīvā organisma dzīvībai svarīgas funkcijas. Mākslīgais "smagums". Bezsvara stāvoklis. Bezsvara stāvoklis uz Zemes.

“Siltumdzinēju veidi” - Darba šķidrums. No 1775. līdz 1785. gadam Vata uzņēmums uzbūvēja 56 tvaika dzinējus. Patērē daļu no saņemtā siltuma daudzuma Q2. Sildītājs. Dzinējs iekšējā degšana(ICE). Ejam atvaļinājumā! Siltumdzinēju radīšanas vēsture. Pēc 5 gadiem Trevitiks uzbūvēja jaunu lokomotīvi. Tvaiks, izplešoties, ar spēku un rēcienu izgrūda serdi. Siltuma dzinēji. Ledusskapis. Ūdens acumirklī iztvaiko un pārvērtās tvaikos.

"Atmosfēras spiediena ietekme" - Spiediens atmosfēras gaiss. Kuram ir vieglāk staigāt pa dubļiem? Atmosfēras spiediena klātbūtne cilvēkus mulsināja. Kā mēs elpojam. Secinājumi. Kā izmantot Atmosfēras spiediens. Kā zilonis dzer. Cilvēks nevar viegli iziet cauri purvam. Projekta mērķis. Mušas un koku vardes var pielipt pie loga stikla. Kā mēs dzeram.

“Fizikas viktorīna ar atbildēm” - ģeofizika. Zemes vecums. Kā seismogrāfs mēra zemestrīces. Kompass. Kāda enerģija ir ķīmiskajai degvielai? Magnētiskā adata. Atbildes uz ģeofizikālo viktorīnu. Slikta gaisa vadītspēja. Mēness un saule. Ģeofizika ir zinātņu kopums, kas pēta fizikālās īpašības Zeme. Ko mēs zinām par kompasu? Kāds ir Zemes vecums. Termiskās un magnētiskās parādības dabā. Kāpēc vējiem ir dažādi nosaukumi?

Pašreizējais avots. Elektriskā strāva vadītājā. Eksperimenta veikšana. Nepieciešamība pēc strāvas avota. Pašreizējie avoti. Galvaniskās šūnas sastāvs. Aizzīmogotas maza izmēra baterijas. Mūsdienu pasaule. Pirmais elektriskais akumulators. Pašreizējā avota darbības princips. Dalīšanas darbs. Akumulatoru var izgatavot no vairākiem galvaniskajiem elementiem. Sprieguma kolonna. Mājas projekts. Strāvas avotu klasifikācija.

“Optisko instrumentu” fizika - Saturs. Projekcijas aparāts. Teleskopu veidi. Mikroskops. Elektronu mikroskopa uzbūve. Elektronu mikroskops. Mikroskopa izveide. Teleskopa uzbūve. Teleskops. Refraktori. Izmantojot mikroskopu. Teleskopu izmantošana. Kamera. Fotogrāfijas vēsture. Optiskie instrumenti: teleskops, mikroskops, kamera. Atstarotāji.

Ja pietuvināsiet magnētisko adatu, tai būs tendence kļūt perpendikulārai plaknei, kas iet caur vadītāja asi un adatas griešanās centru. Tas norāda, ka uz bultas iedarbojas speciālie spēki, kurus sauc magnētiskie spēki. Papildus ietekmei uz magnētisko adatu magnētiskais lauks ietekmē kustīgās lādētās daļiņas un strāvu nesošos vadītājus, kas atrodas magnētiskajā laukā. Vadītājos, kas pārvietojas magnētiskajā laukā, vai stacionāros vadītājos, kas atrodas mainīgā magnētiskajā laukā, rodas induktīvs (emf).

Magnētiskais lauks

Saskaņā ar iepriekš minēto, mēs varam sniegt šādu magnētiskā lauka definīciju.

Magnētiskais lauks ir viena no divām elektromagnētiskā lauka pusēm, ko ierosina kustīgu daļiņu elektriskie lādiņi un izmaiņas elektriskais lauks un to raksturo spēka ietekme uz inficēto daļiņu pārvietošanu un tādējādi arī uz elektriskajām strāvām.

Ja cauri kartonam izlaidīsiet resnu vadītāju un laidīsiet to pa to, tad uz kartona uzlietās tērauda vīles tiks izvietotas ap vadītāju koncentriskos apļos, kas šajā gadījumā ir tā sauktās magnētiskās indukcijas līnijas (1. attēls). Mēs varam pārvietot kartonu uz augšu vai uz leju pa vadītāju, bet zāģu skaidu atrašanās vieta nemainīsies. Līdz ar to ap vadītāju visā tā garumā rodas magnētiskais lauks.

Ja uz kartona uzliek mazas magnētiskās bultiņas, tad, mainot strāvas virzienu vadītājā, var redzēt, ka magnētiskās bultiņas griezīsies (2. attēls). Tas parāda, ka magnētiskās indukcijas līniju virziens mainās līdz ar strāvas virzienu vadītājā.

Magnētiskās indukcijas līnijām ap strāvu nesošo vadītāju ir šādas īpašības: 1) taisna vadītāja magnētiskās indukcijas līnijām ir koncentrisku apļu forma; 2) jo tuvāk vadītājam, jo ​​blīvāk atrodas magnētiskās indukcijas līnijas; 3) magnētiskā indukcija (lauka intensitāte) ir atkarīga no strāvas lieluma vadītājā; 4) magnētiskās indukcijas līniju virziens ir atkarīgs no strāvas virziena vadītājā.

Lai parādītu strāvas virzienu sadaļā parādītajā vadītājā, ir pieņemts simbols, kuru izmantosim turpmāk. Ja jūs garīgi novietojat bultu vadītājā strāvas virzienā (3. attēls), tad vadītājā, kurā strāva ir vērsta prom no mums, mēs redzēsim bultas spalvu asti (krustu); ja straume ir vērsta pret mums, mēs redzēsim bultiņas galu (punktu).

3. attēls. Simbols strāvas virziens vadītājos

Karkasa noteikums ļauj noteikt magnētiskās indukcijas līniju virzienu ap strāvu nesošo vadītāju. Ja karkass (korķviļķis) ar labās puses vītni virzās uz priekšu strāvas virzienā, tad roktura griešanās virziens sakritīs ar magnētiskās indukcijas līniju virzienu ap vadītāju (4. attēls).

Magnētiskā adata, kas ievadīta strāvu nesošā vadītāja magnētiskajā laukā, atrodas gar magnētiskās indukcijas līnijām. Tāpēc, lai noteiktu tā atrašanās vietu, varat izmantot arī “siksnas kārtulu” (5. attēls). Magnētiskais lauks ir viena no svarīgākajām elektriskās strāvas izpausmēm, un to nevar iegūt neatkarīgi un atsevišķi no strāvas.

4. attēls. Magnētiskās indukcijas līniju virziena noteikšana ap strāvu nesošo vadītāju, izmantojot “siksnas likumu”	5. attēls. Magnētiskās adatas novirzes virziena noteikšana, kas virzīta uz vadītāju ar strāvu, saskaņā ar "siksnas likumu"

Magnētisko lauku raksturo magnētiskās indukcijas vektors, kuram tāpēc ir noteikts lielums un noteikts virziens telpā.

6. attēls. Pie Biota un Savarta likuma

Magnētiskās indukcijas kvantitatīvo izteiksmi eksperimentālo datu vispārināšanas rezultātā noteica Biots un Savarts (6. attēls). Mērot dažāda lieluma un formas elektrisko strāvu magnētiskos laukus ar magnētiskās adatas novirzi, abi zinātnieki nonāca pie secinājuma, ka katrs strāvas elements kādā attālumā no sevis rada magnētisko lauku, kura magnētiskā indukcija ir Δ B ir tieši proporcionāls garumam Δ lšis elements ir plūstošās strāvas lielums es, sinuss leņķim α starp strāvas virzienu un rādiusa vektoru, kas savieno mums interesējošo lauka punktu ar doto strāvas elementu, un ir apgriezti proporcionāls šī rādiusa vektora garuma kvadrātam. r:

Kur K– koeficients atkarībā no vides magnētiskajām īpašībām un izvēlētās mērvienību sistēmas.

Absolūtā praktiskā racionalizētā ICSA vienību sistēmā

kur µ 0 – Vakuuma magnētiskā caurlaidība vai magnētiskā konstante MCSA sistēmā:

µ 0 = 4 × π × 10 -7 (henrijs/metrs);

Henrijs (gn) – induktivitātes mērvienība; 1 gn = 1 ohm × sek.

µ – relatīvā magnētiskā caurlaidība– bezdimensiju koeficients, kas parāda, cik reizes pārsniedz magnētisko caurlaidību no šī materiāla lielāka par vakuuma magnētisko caurlaidību.

Magnētiskās indukcijas dimensiju var atrast, izmantojot formulu

Tiek saukta arī volts-sekunde Vēbers (wb):

Praksē ir mazāka magnētiskās indukcijas vienība - gauss (gs):

Biota-Savarta likums ļauj aprēķināt bezgalīgi gara taisna vadītāja magnētisko indukciju:

Kur A– attālums no vadītāja līdz vietai, kur tiek noteikta magnētiskā indukcija.

Magnētiskā lauka stiprums

Magnētiskās indukcijas attiecība pret produktu magnētiskās caurlaidības Tiek izsaukts µ × µ 0 magnētiskā lauka stiprums un ir apzīmēts ar burtu H:

B = H × µ × µ 0 .

Pēdējais vienādojums savieno divus magnētiskos lielumus: indukciju un magnētiskā lauka intensitāti.

Atradīsim dimensiju H:

Dažreiz tiek izmantota cita magnētiskā lauka intensitātes mērvienība - Oersted (er):

1 er = 79,6 A/m ≈ 80 A/m ≈ 0,8 A/cm .

Magnētiskā lauka stiprums H, piemēram, magnētiskā indukcija B, ir vektora lielums.

Tiek izsaukta līnijas pieskares katram punktam, kas sakrīt ar magnētiskās indukcijas vektora virzienu magnētiskās indukcijas līnija vai magnētiskās indukcijas līnija.

Magnētiskā plūsma

Magnētiskās indukcijas un lauka virzienam perpendikulāra laukuma (magnētiskās indukcijas vektora) reizinājumu sauc magnētiskās indukcijas vektora plūsma vai vienkārši magnētiskā plūsma un to apzīmē ar burtu F:

F = B × S .

Izmērs magnētiskā plūsma:

tas ir, magnētisko plūsmu mēra voltsekundēs vai veberos.

Mazākā magnētiskās plūsmas vienība ir Maksvels (mks):

1 wb = 108 mks.
1mks = 1 gs× 1 cm 2.

Video 1. Amperes hipotēze

Video 2. Magnētisms un elektromagnētisms

Magnētiskos laukus, tāpat kā elektriskos, var attēlot grafiski, izmantojot spēka līnijas. Magnētiskā lauka līnija jeb magnētiskā lauka indukcijas līnija ir līnija, kuras tangenss katrā punktā sakrīt ar magnētiskā lauka indukcijas vektora virzienu.

A)	b)	V)

Rīsi. 1.2. Magnētiskā lauka līnijas līdzstrāva(A),

apļveida strāva (b), solenoīds (c)

Magnētiskās spēka līnijas, tāpat kā elektriskās līnijas, nekrustojas. Tie ir novilkti ar tādu blīvumu, ka līniju skaits, kas šķērso tām perpendikulāri vienības virsmu, ir vienāds (vai proporcionāls) magnētiskā lauka magnētiskās indukcijas lielumam noteiktā vietā.

Attēlā 1,2, A Tiek parādītas līdzstrāvas lauka līnijas, kas ir koncentriski apļi, kuru centrs atrodas uz strāvas ass, un virzienu nosaka labās puses skrūves noteikums (vadītāja strāva ir vērsta uz lasītāju).

Magnētiskās indukcijas līnijas var “atklāt”, izmantojot dzelzs vīles, kas pētāmajā laukā magnetizējas un uzvedas kā mazas magnētiskas adatas. Attēlā 1,2, b ir parādītas apļveida strāvas magnētiskā lauka līnijas. Solenoīda magnētiskais lauks ir parādīts attēlā. 1,2, V.

Magnētiskā lauka līnijas ir aizvērtas. Tiek saukti lauki ar slēgtām spēka līnijām virpuļu lauki. Ir skaidrs, ka magnētiskais lauks ir virpuļlauks. Šī ir būtiskā atšķirība starp magnētisko lauku un elektrostatisko lauku.

Elektrostatiskajā laukā spēka līnijas vienmēr ir atvērtas: tās sākas un beidzas ar elektrisko lādiņu. Magnētiskajām spēka līnijām nav ne sākuma, ne beigu. Tas atbilst faktam, ka dabā nav magnētisko lādiņu.

1.4. Biota-Savarta-Laplasa likums

Franču fiziķi J.Biots un F.Savards 1820.gadā veica pētījumu par magnētiskajiem laukiem, ko radīja strāvas, kas plūst caur tieviem vadiem. dažādas formas. Laplass analizēja Biota un Savarta iegūtos eksperimentālos datus un izveidoja attiecības, ko sauca par Biota-Savarta-Laplasa likumu.

Saskaņā ar šo likumu jebkuras strāvas magnētiskā lauka indukciju var aprēķināt kā atsevišķu strāvas elementāro posmu radīto magnētiskā lauka indukciju vektoru summu (superpozīciju). Magnētiskā lauka indukcijai, ko rada elements strāvas garums , Laplass ieguva formulu:

, (1.3)

kur ir vektors, modulis, kas vienāds ar vadītāja elementa garumu un sakrīt virzienā ar strāvu (1.3. att.); – rādiusa vektors, kas novilkts no elementa līdz punktam, kurā tas ir noteikts; – rādiusa vektora modulis.

Magnētiskais lauks ir īpaša matērijas forma, ko rada magnēti, vadītāji ar strāvu (kustīgas lādētas daļiņas) un ko var noteikt, mijiedarbojoties magnētiem, vadītājiem ar strāvu (kustinot lādētas daļiņas).

Orsteda pieredze

Pirmie eksperimenti (veikti 1820. gadā), kas parādīja, ka starp elektriskajām un magnētiskajām parādībām pastāv dziļa saikne, bija dāņu fiziķa H. Oersteda eksperimenti.

Magnētiskā adata, kas atrodas netālu no vadītāja, griežas noteiktā leņķī, kad strāva vadītājā ir ieslēgta. Kad ķēde tiek atvērta, bultiņa atgriežas sākotnējā pozīcijā.

No G. Oersted pieredzes izriet, ka ap šo vadītāju ir magnētiskais lauks.

Ampera pieredze
Divas paralēlie vadītāji, caur kuru plūst elektriskā strāva, mijiedarbojas viens ar otru: tie piesaista, ja strāvas ir vienā virzienā, un atgrūž, ja strāvas ir pretējā virzienā. Tas notiek magnētisko lauku mijiedarbības dēļ, kas rodas ap vadītājiem.

Magnētiskā lauka īpašības

1. Materiāli, t.i. pastāv neatkarīgi no mums un mūsu zināšanām par to.

2. Radīti ar magnētiem, vadītājiem ar strāvu (kustinot lādētas daļiņas)

3. Noteikts, mijiedarbojoties magnētiem, vadītājiem ar strāvu (kustīgas lādētas daļiņas)

4. Ar zināmu spēku iedarbojas uz magnētiem, strāvu nesošiem vadītājiem (kustina lādētas daļiņas)

5. Dabā nav magnētisko lādiņu. Nav iespējams atdalīt ziemeļu un dienvidpols s un iegūt ķermeni ar vienu polu.

6. Iemeslu, kāpēc ķermeņiem piemīt magnētiskas īpašības, atklāja franču zinātnieks Ampere. Ampere izvirzīja secinājumu - magnētiskās īpašības jebkura ķermeņa nosaka slēgts elektriskās strāvas tajā iekšā.

Šīs strāvas atspoguļo elektronu kustību ap orbītām atomā.

Ja plaknes, kurās šīs strāvas cirkulē, atrodas nejauši viena pret otru, pateicoties ķermenim veidojošo molekulu termiskajai kustībai, tad to mijiedarbība tiek savstarpēji kompensēta un ķermenim nav magnētisku īpašību.

Un otrādi: ja plaknes, kurās griežas elektroni, ir paralēlas viena otrai un normālu virzieni uz šīm plaknēm sakrīt, tad šādas vielas pastiprina ārējo magnētisko lauku.

7. Magnētiskie spēki darbojas magnētiskajā laukā noteiktos virzienos, ko sauc par magnētiskajām spēka līnijām. Ar viņu palīdzību jūs varat ērti un skaidri parādīt magnētisko lauku konkrētā gadījumā.

Lai precīzāk attēlotu magnētisko lauku, tika panākta vienošanās, ka tajās vietās, kur lauks ir spēcīgāks, lauka līnijas jāparāda blīvākas, t.i. tuvāks draugs draugam. Un otrādi, vietās, kur lauks ir vājāks, tiek rādīts mazāk lauka līniju, t.i. retāk atrodas.

8. Magnētisko lauku raksturo magnētiskās indukcijas vektors.

Magnētiskās indukcijas vektors ir vektora lielums, kas raksturo magnētisko lauku.

Magnētiskās indukcijas vektora virziens sakrīt ar brīvās magnētiskās adatas ziemeļpola virzienu noteiktā punktā.

Lauka indukcijas vektora virziens un strāvas stiprums I ir saistīti ar “labās skrūves (ģimenes) likumu”:

ja jūs ieskrūvējat karkasu vadītāja strāvas virzienā, tad tā roktura gala kustības ātruma virziens noteiktā punktā sakritīs ar magnētiskās indukcijas vektora virzienu šajā punktā.

Tēmas Vienotais valsts pārbaudījumu kodifikators : magnētu mijiedarbība, vadītāja magnētiskais lauks ar strāvu.

Matērijas magnētiskās īpašības cilvēkiem ir zināmas jau ilgu laiku. Magnēti savu nosaukumu ieguvuši no senās pilsētas Magnēzijas: tās tuvumā atradās parasts minerāls (vēlāk saukts par magnētisko dzelzsrūdu vai magnetītu), kura gabali pievilka dzelzs priekšmetus.

Magnētu mijiedarbība

Katra magnēta divās pusēs ir Ziemeļpols Un dienvidpols. Divi magnēti pievelk viens otru pretpoli un tiek atbaidīti ar tādu pašu nosaukumu. Magnēti var iedarboties viens uz otru pat caur vakuumu! Tomēr tas viss atgādina elektrisko lādiņu mijiedarbību magnētu mijiedarbība nav elektriska. Par to liecina šādi eksperimentālie fakti.

Magnētiskais spēks vājinās, magnētam uzkarstot. Punktu lādiņu mijiedarbības stiprums nav atkarīgs no to temperatūras.

Magnētiskais spēks vājinās, ja magnēts tiek kratīts. Nekas tāds nenotiek ar elektriski uzlādētiem ķermeņiem.

Pozitīvi elektriskie lādiņi var atdalīt no negatīvajiem (piemēram, ķermeņu elektrifikācijas laikā). Bet magnēta polus nav iespējams atdalīt: ja magnētu sagriež divās daļās, tad griešanas vietā parādās arī stabi, un magnēts sadalās divos magnētos ar pretējiem poliem galos (orientēti tieši tādā pašā veidā kā sākotnējā magnēta stabi).

Tātad magnēti Vienmēr bipolāri, tie pastāv tikai formā dipoli. Izolēti magnētiskie stabi (saukti magnētiskie monopoli- elektriskā lādiņa analogi) dabā neeksistē (jebkurā gadījumā tie vēl nav eksperimentāli atklāti). Šī, iespējams, ir visspilgtākā asimetrija starp elektrību un magnētismu.

Tāpat kā elektriski uzlādēti ķermeņi, magnēti iedarbojas uz elektriskajiem lādiņiem. Tomēr magnēts iedarbojas tikai uz pārvietojas uzlāde; ja lādiņš atrodas miera stāvoklī attiecībā pret magnētu, tad magnētiskā spēka ietekme uz lādiņu netiek novērota. Gluži pretēji, elektrificēts ķermenis iedarbojas uz jebkuru lādiņu neatkarīgi no tā, vai tas atrodas miera stāvoklī vai kustībā.

Saskaņā ar mūsdienu maza darbības attāluma teorijas koncepcijām magnētu mijiedarbība tiek veikta cauri magnētiskais lauks Proti, magnēts apkārtējā telpā rada magnētisko lauku, kas iedarbojas uz citu magnētu un izraisa redzamu šo magnētu pievilkšanos vai atgrūšanu.

Magnēta piemērs ir magnētiskā adata kompass. Izmantojot magnētisko adatu, jūs varat spriest par magnētiskā lauka klātbūtni noteiktā telpas reģionā, kā arī lauka virzienu.

Mūsu planēta Zeme ir milzīgs magnēts. Netālu no ziemeļiem ģeogrāfiskais pols Zemes magnētiskais dienvidu pols atrodas. Tāpēc kompasa adatas ziemeļu gals, pagriežoties pret Zemes dienvidu magnētisko polu, norāda uz ģeogrāfiskajiem ziemeļiem. No šejienes radies magnēta nosaukums “ziemeļpols”.

Magnētiskā lauka līnijas

Mēs atceramies, ka elektriskais lauks tiek pētīts, izmantojot nelielus testa lādiņus, pēc kuriem var spriest par lauka lielumu un virzienu. Testa lādiņa analogs magnētiskā lauka gadījumā ir maza magnētiskā adata.

Piemēram, jūs varat iegūt ģeometrisku ieskatu magnētiskajā laukā, novietojot ļoti mazas kompasa adatas dažādos telpas punktos. Pieredze rāda, ka bultiņas sarindosies pa noteiktām līnijām – tā sauktajām magnētiskā lauka līnijas. Definēsim šo jēdzienu šādu trīs punktu veidā.

1. Magnētiskā lauka līnijas vai magnētiskās spēka līnijas ir vērstas līnijas telpā, kurām ir šāda īpašība: maza kompasa adata, kas novietota katrā šādas līnijas punktā, ir vērsta pieskares šai līnijai..

2. Magnētiskā lauka līnijas virziens tiek uzskatīts par kompasa adatu ziemeļu galu virzienu, kas atrodas šīs līnijas punktos.

3. Jo blīvākas ir līnijas, jo spēcīgāks ir magnētiskais lauks noteiktā telpas reģionā..

Dzelzs vīles var veiksmīgi kalpot kā kompasa adatas: magnētiskajā laukā mazas vīles magnetizējas un uzvedas tieši tāpat kā magnētiskās adatas.

Tātad, aplejot dzelzs vīles ap pastāvīgo magnētu, mēs redzēsim aptuveni šādu magnētiskā lauka līniju attēlu (1. att.).

Rīsi. 1. Pastāvīgā magnēta lauks

Magnēta ziemeļpolu norāda zilā krāsa un burts; dienvidu pols - sarkanā krāsā un burts . Lūdzu, ņemiet vērā, ka lauka līnijas atstāj magnēta ziemeļpolu un ieiet dienvidu polā: galu galā kompasa adatas ziemeļu gals būs vērsts uz magnēta dienvidu polu.

Orsteda pieredze

Neskatoties uz to, ka elektriskās un magnētiskās parādības cilvēkiem ir zināmas kopš senatnes, starp tām nav nekādas saistības. ilgu laiku netika novērots. Vairākus gadsimtus elektrības un magnētisma pētījumi noritēja paralēli un neatkarīgi viens no otra.

Ievērojamais fakts, ka elektriskās un magnētiskās parādības faktiski ir savstarpēji saistītas, pirmo reizi tika atklāts 1820. gadā - slavenajā Oersted eksperimentā.

Orsteda eksperimenta diagramma ir parādīta attēlā. 2 (attēls no vietnes rt.mipt.ru). Virs magnētiskās adatas (un ir adatas ziemeļu un dienvidu pols) ir metāla vadītājs, kas savienots ar strāvas avotu. Ja aizverat ķēdi, bultiņa pagriežas perpendikulāri vadītājam!
Šis vienkāršais eksperiments tieši norādīja uz saistību starp elektrību un magnētismu. Eksperimenti, kas sekoja Oersted eksperimentam, stingri noteica šādu modeli: magnētisko lauku ģenerē elektriskā strāva un iedarbojas uz strāvām.

Rīsi. 2. Orsteda eksperiments

Magnētiskā lauka līniju modelis, ko rada strāvu nesošais vadītājs, ir atkarīgs no vadītāja formas.

Taisnas stieples magnētiskais lauks, kas nes strāvu

Taisnas stieples, kas nes strāvu, magnētiskā lauka līnijas ir koncentriski apļi. Šo apļu centri atrodas uz stieples, un to plaknes ir perpendikulāras vadam (3. att.).

Rīsi. 3. Taisnas stieples lauks ar strāvu

Ir divi alternatīvi noteikumi, lai noteiktu priekšējo magnētiskā lauka līniju virzienu.

Noteikums pulksteņrādītāja virzienā. Lauka līnijas iet pretēji pulksteņrādītāja virzienam, ja paskatās tā, lai strāva plūst uz mums.

Skrūves noteikums(vai karkasa noteikums, vai korķviļķa noteikums- tas kādam ir tuvāks ;-)). Lauka līnijas iet tur, kur nepieciešams pagriezt skrūvi (ar parasto labās puses vītni), lai tā virzītos gar vītni strāvas virzienā.

Izmantojiet sev piemērotāko noteikumu. Labāk ir pierast pie pulksteņrādītāja virziena noteikuma - vēlāk jūs redzēsit, ka tas ir universālāks un vieglāk lietojams (un pēc tam atcerieties to ar pateicību pirmajā gadā, kad studējat analītisko ģeometriju).

Attēlā 3 ir parādījies kaut kas jauns: tas ir vektors, ko sauc magnētiskā lauka indukcija, vai magnētiskā indukcija. Magnētiskās indukcijas vektors ir analogs elektriskā lauka intensitātes vektoram: tas kalpo jaudas raksturlielums magnētiskais lauks, kas nosaka spēku, ar kādu magnētiskais lauks iedarbojas uz kustīgiem lādiņiem.

Par spēkiem magnētiskajā laukā runāsim vēlāk, bet pagaidām atzīmēsim tikai to, ka magnētiskā lauka lielumu un virzienu nosaka magnētiskās indukcijas vektors. Katrā telpas punktā vektors ir vērsts tajā pašā virzienā, kurā atrodas kompasa adatas ziemeļu gals. šis punkts, proti, pieskares lauka līnijai šīs līnijas virzienā. Magnētiskā indukcija tiek mērīta Tesla(Tl).

Tāpat kā elektriskā lauka gadījumā, uz magnētiskā lauka indukciju attiecas šādi noteikumi: superpozīcijas princips. Tas slēpjas faktā, ka noteiktā punktā radīto magnētisko lauku indukcija dažādas strāvas, saskaitiet vektorāli un iegūstiet iegūto magnētiskās indukcijas vektoru:.

Spoles magnētiskais lauks ar strāvu

Apsveriet apļveida spoli, caur kuru cirkulē līdzstrāva. Attēlā mēs neparādījām avotu, kas rada strāvu.

Mūsu kārtas lauka līniju attēlam būs aptuveni nākamais skats(4. att.).

Rīsi. 4. Spoles lauks ar strāvu

Mums būs svarīgi, lai mēs spētu noteikt, kurā pustelpā (attiecībā pret spoles plakni) ir vērsts magnētiskais lauks. Atkal mums ir divi alternatīvi noteikumi.

Noteikums pulksteņrādītāja virzienā. Lauka līnijas iet uz turieni, skatoties no vietas, kur strāva, šķiet, cirkulē pretēji pulksteņrādītāja virzienam.

Skrūves noteikums. Lauka līnijas iet tur, kur skrūve (ar parasto labās puses vītni) pārvietosies, ja to pagriež strāvas virzienā.

Kā redzat, strāva un lauks maina lomas - salīdzinot ar šo noteikumu formulējumu līdzstrāvas gadījumā.

Strāvas spoles magnētiskais lauks

Spole Tas darbosies, ja jūs cieši uztīsiet vadu, pagriežot, lai pagrieztu, pietiekami garā spirālē (5. att. - attēls no en.wikipedia.org). Spolē var būt vairāki desmiti, simti vai pat tūkstoši apgriezienu. Spoli sauc arī solenoīds.

Rīsi. 5. Spole (solenoīds)

Viena pagrieziena magnētiskais lauks, kā zināms, neizskatās īpaši vienkāršs. Lauki? atsevišķi spoles pagriezieni ir uzlikti viens otram, un šķiet, ka rezultātam vajadzētu būt ļoti mulsinošam attēlam. Tomēr tas tā nav: garās spoles laukam ir negaidīti vienkārša struktūra (6. att.).

Rīsi. 6. strāvas spoles lauks

Šajā attēlā strāva spolē plūst pretēji pulksteņrādītāja virzienam, skatoties no kreisās puses (tas notiks, ja 5. attēlā spoles labais gals ir savienots ar strāvas avota “plusu”, bet kreisais gals ir savienots ar “ mīnus”). Mēs redzam, ka spoles magnētiskajam laukam ir divas raksturīgas īpašības.

1. Spoles iekšpusē, tālu no tās malām, atrodas magnētiskais lauks viendabīgs: katrā punktā magnētiskās indukcijas vektors ir vienāds pēc lieluma un virziena. Lauka līnijas ir paralēlas taisnas līnijas; tie izliecas tikai netālu no spoles malām, kad tās iznāk.

2. Ārpus spoles lauks ir tuvu nullei. Jo vairāk apgriezienu spolē, jo vājāks lauksārpus viņas.

Ņemiet vērā, ka bezgalīgi gara spole vispār neatbrīvo lauku uz āru: ārpus spoles nav magnētiskā lauka. Šādas spoles iekšpusē lauks ir vienmērīgs visur.

Tev neko neatgādina? Spole ir kondensatora "magnētiskais" analogs. Jūs atceraties, ka kondensators sevī rada vienmērīgu elektrisko lauku, kura līnijas izliecas tikai pie plākšņu malām, un ārpus kondensatora lauks ir tuvu nullei; kondensators ar bezgalīgām plāksnēm vispār neizlaiž lauku uz āru, un lauks ir vienāds visur iekšā.

Un tagad - galvenais novērojums. Lūdzu, salīdziniet ārpus spoles esošo magnētiskā lauka līniju attēlu (6. att.) ar magnēta lauka līnijām attēlā. 1 . Tas ir viens un tas pats, vai ne? Un tagad mēs nonākam pie jautājuma, kas, iespējams, jau sen ir radies jūsu prātā: ja magnētiskais lauks tiek radīts ar straumēm un iedarbojas uz strāvām, tad kāds ir iemesls magnētiskā lauka parādīšanās pie pastāvīgā magnēta? Galu galā šis magnēts, šķiet, nav vadītājs ar strāvu!

Ampera hipotēze. Elementārās strāvas

Sākumā tika uzskatīts, ka magnētu mijiedarbība ir izskaidrojama ar īpašiem magnētiskiem lādiņiem, kas koncentrēti pie poliem. Bet, atšķirībā no elektrības, neviens nevarēja izolēt magnētisko lādiņu; galu galā, kā jau teicām, magnēta ziemeļu un dienvidu polus nebija iespējams iegūt atsevišķi - stabi magnētā vienmēr atrodas pa pāriem.

Šaubas par magnētiskajiem lādiņiem pastiprināja Orsteda eksperiments, kad izrādījās, ka magnētisko lauku ģenerē elektriskā strāva. Turklāt izrādījās, ka jebkuram magnētam ir iespējams izvēlēties vadītāju ar atbilstošas ​​konfigurācijas strāvu, lai šī vadītāja lauks sakristu ar magnēta lauku.

Ampere izvirzīja drosmīgu hipotēzi. Nav magnētisko lādiņu. Magnēta darbība ir izskaidrojama ar slēgtām elektriskām strāvām tā iekšpusē.

Kas ir šīs strāvas? Šie elementāras strāvas cirkulēt atomu un molekulu iekšienē; tie ir saistīti ar elektronu kustību pa atomu orbītām. Jebkura ķermeņa magnētiskais lauks sastāv no šo elementāro strāvu magnētiskajiem laukiem.

Elementārās strāvas var atrasties nejauši viena pret otru. Tad to lauki tiek savstarpēji anulēti, un ķermenim nav magnētisku īpašību.

Bet, ja elementārās strāvas ir sakārtotas saskaņoti, tad to lauki, summējot, pastiprina viens otru. Ķermenis kļūst par magnētu (7. att.; magnētiskais lauks būs vērsts pret mums; magnēta ziemeļpols arī būs vērsts pret mums).

Rīsi. 7. Elementāro magnētu strāvas

Ampera hipotēze par elementārajām strāvām precizēja magnētu īpašības. Magnēta sildīšana un kratīšana iznīcina tā elementāro strāvu secību, un magnētiskās īpašības vājinās. Magnēta polu nedalāmība ir kļuvusi acīmredzama: vietā, kur magnēts tiek nogriezts, mēs iegūstam tās pašas elementārās strāvas galos. Ķermeņa spēja magnetizēties magnētiskajā laukā ir izskaidrojama ar elementāru strāvu koordinētu izlīdzināšanu, kas pareizi “griežas” (par apļveida strāvas griešanos magnētiskajā laukā lasiet nākamajā lapā).

Ampēra hipotēze izrādījās patiesa - tas parādīja tālākai attīstībai fizika. Idejas par elementārajām strāvām kļuva par neatņemamu atoma teorijas sastāvdaļu, kas tika izstrādāta jau divdesmitajā gadsimtā - gandrīz simts gadus pēc Ampera izcilā minējuma.