Guruch. 6.23. Maydonning magnit maydon chiziqlari: 1 - solenoid; 2 - chiziqli magnit

Solenoidning magnit maydoni chiziqli magnit maydoniga o'xshaydi (6.23-2-rasm).

Agar burilishlar bir-biriga yaqin o'ralgan bo'lsa, u holda solenoid bir o'qli dumaloq oqimlar tizimidir.

Agar solenoid etarlicha uzun deb hisoblansa, u holda solenoid ichidagi magnit maydon bir xil bo'ladi va o'qga parallel ravishda yo'naltiriladi. Solenoiddan tashqarida, qirralardan uzoqda, magnit maydon ham o'qga parallel yo'nalishga ega bo'lishi kerak va solenoiddan katta masofada juda zaif bo'lishi kerak. Maydon qonunga ko'ra kamayadi

Solenoid ichidagi maydonni hisoblaymiz. Uzunlikdagi solenoid elementni oling dh masofada h kuzatish nuqtasidan. Agar lasan bo'lsa n uzunligi birlik boshiga aylanadi, keyin tanlangan elementni o'z ichiga oladi ndh aylanadi. (6.11) formulaga ko'ra, bu element magnit maydon hosil qiladi

Solenoidning butun uzunligi bo'ylab integratsiyalashgan holda, biz olamiz

Shunday qilib, cheksiz uzun solenoiddagi maydon ifoda bilan beriladi

Amalda, solenoidlar cheksiz uzun emas. Keling, tushuntirish uchun ba'zi misollarni ko'rib chiqaylik.

1-misol. Cheklangan uzunlikdagi solenoidning o'rtasida joylashgan magnit maydonni toping l(6.24-rasm). Cheksiz uzun solenoid maydoni bilan solishtiring. Qanday sharoitlarda farq 0,5% dan kam?

Guruch. 6.24. Cheklangan lasan magnit maydoni
Solenoidning markazida magnit maydon deyarli bir xil bo'lib, lasan tashqarisidagi maydon modulidan sezilarli darajada oshadi.

Yechim. Cheklangan uzunlikdagi solenoid o'qining o'rta nuqtasida magnit maydon l bir xil integral (6.19) bilan berilgan, lekin integrallash chegaralari har xil

Agar elektromagnitning uzunligi uning diametridan ancha katta bo'lsa ( l >> 2R), cheksiz uzun solenoiddagi maydon formulasiga qaytamiz (6.20). Ushbu ikki qiymat o'rtasidagi nisbiy farq

Shartga ko'ra, bu farq kichik: ya'ni solenoid diametrining uning uzunligiga nisbati kichik: 2 R/l << 1. Поэтому можно воспользоваться формулой разложения квадратного корня

Raqamli qiymatni almashtirish d, biz farq qachon munosabati yarim foiz kamroq bo'ladi, deb topamiz

Boshqacha qilib aytganda, agar uning uzunligi radiusdan yigirma yoki undan ortiq marta bo'lsa, solenoidni cheksiz uzun deb hisoblash mumkin.

2-misol. Magnit maydonni toping In e chekli uzunlikdagi solenoid o'qining o'ta oxirgi nuqtasida l... Oldingi misol natijasi bilan solishtiring.

Yechim. Cheklangan uzunlikdagi solenoid o'qining oxirgi nuqtasida magnit maydon l bir xil integral (6.19) bilan berilgan, ammo endi integratsiya chegaralari boshqacha ko'rinadi.

Solenoid o'qining o'rta va ekstremal nuqtalaridagi maydonlarning nisbati

Bu nisbat har doim birdan kam (ya'ni oxirgi yuzidagi maydon solenoidning o'rtasida joylashgan maydondan kamroq). Da l >> R bizda ... bor

Bu natijani tushunish oson. Kuzatish nuqtasida biz aqliy ravishda yarmini kesib tashlagan cheksiz solenoidni tasavvur qiling. Bu nuqtadagi maydon uning qarama-qarshi tomonlarida joylashgan ikkita bir xil "yarim cheksiz" solenoidlar tomonidan yaratilgan deb taxmin qilishimiz mumkin. Ko'rinib turibdiki, ulardan biri olib tashlanganida, kuzatuv nuqtasi qolgan "yarim cheksiz" solenoidning so'nggi yuziga aylanadi va undagi magnit induktsiya aniq ikki marta kamayadi.

Bu chekka effekt deb ataladi. Misol shuni ko'rsatadiki, bu munosabatni bajarish uchun etarli emas l >> R cheksiz uzun solenoid uchun formulalardan foydalanish; kuzatish nuqtasi uning uchlaridan uzoqda bo'lishi ham zarur.

Shaklda. 6.25 magnit maydon chiziqlarining solenoid atrofida taqsimlanishini o'rganish bo'yicha tajribani taqdim etadi. O'qi plastinka tekisligida joylashgan solenoid maydoni asosan solenoid ichida to'plangan. Ichkaridagi kuch chiziqlari bobinning o'qi bo'ylab parallel to'g'ri chiziqlar shakliga ega va tashqarida deyarli hech qanday maydon yo'q.

Guruch. 6.25. Magnit maydon chiziqlarini vizualizatsiya qilish

Elektr toki magnit maydoni

Magnit maydon nafaqat tabiiy yoki sun'iy, balki elektr toki orqali o'tadigan o'tkazgich tomonidan ham yaratiladi. Demak, magnit va elektr hodisalari o'rtasida bog'liqlik mavjud.

Oqim o'tadigan o'tkazgich atrofida magnit maydon hosil bo'lganligiga ishonch hosil qilish qiyin emas. To'g'ri o'tkazgichni harakatlanuvchi magnit igna ustiga parallel qo'ying va u orqali elektr tokini o'tkazing. O'q simga perpendikulyar holatda bo'ladi.

Magnit ignani qanday kuchlar aylantirishi mumkin? Shubhasiz, o'tkazgich atrofida paydo bo'lgan magnit maydonning kuchi. Oqimni o'chiring va magnit igna normal holatiga qaytadi. Bu shuni ko'rsatadiki, oqim o'chirilganda, o'tkazgichning magnit maydoni ham yo'qoladi.

Shunday qilib, o'tkazgichdan o'tadigan elektr toki magnit maydon hosil qiladi. Magnit igna qaysi yo'nalishda og'ishini bilish uchun o'ng qo'l qoidasini qo'llang. Agar siz o'ng qo'lingizni o'tkazgichning ustiga qo'ysangiz, kaftni pastga tushiring, shunda oqim yo'nalishi barmoqlar yo'nalishiga to'g'ri keladi, keyin egilgan bosh barmog'i o'tkazgich ostida joylashgan magnit o'qning shimoliy qutbining og'ish yo'nalishini ko'rsatadi. Ushbu qoidadan foydalanib va ​​o'qning polaritesini bilib, siz o'tkazgichdagi oqim yo'nalishini ham aniqlashingiz mumkin.

To'g'ri chiziqli o'tkazgichning M magnit maydoni konsentrik doiralar shakliga ega. Agar siz o'ng qo'lingizni o'tkazgichning ustiga qo'ysangiz, kaftingizni pastga tushiring, shunda oqim barmoqlardan chiqadigandek tuyuladi, keyin egilgan bosh barmog'ingiz magnit o'qning shimoliy qutbiga ishora qiladi.Bunday maydon aylana magnit maydoni deb ataladi.

Dumaloq maydonning kuch chiziqlarining yo'nalishi o'tkazgichga bog'liq va shunday deyiladi. gimbal qoidasi. Agar gimbal oqim yo'nalishi bo'yicha aqliy ravishda vidalansa, uning dastagining aylanish yo'nalishi magnit maydon chiziqlari yo'nalishiga to'g'ri keladi. Ushbu qoidani qo'llash orqali, agar siz ushbu oqim tomonidan yaratilgan maydonning kuch chiziqlari yo'nalishini bilsangiz, o'tkazgichdagi oqim yo'nalishini bilib olishingiz mumkin.

Magnit igna bilan tajribaga qaytsak, u har doim shimoliy uchi bilan magnit maydon chiziqlari yo'nalishida joylashganligiga ishonch hosil qilishingiz mumkin.

Shunday qilib, elektr toki o'tadigan to'g'ri o'tkazgich atrofida magnit maydon paydo bo'ladi. U konsentrik doiralar shakliga ega va aylana magnit maydoni deb ataladi.

Poyafzal e) Solenoidning magnit maydoni

Har qanday o'tkazgich atrofida, uning shaklidan qat'i nazar, elektr toki o'tkazgichdan o'tishi sharti bilan magnit maydon paydo bo'ladi.

Elektrotexnikada biz bir qator burilishlardan iborat bo'lgan narsa bilan shug'ullanamiz. Bizni qiziqtirgan bobinning magnit maydonini o'rganish uchun, avvalo, bir burilishning magnit maydoni qanday shaklga ega ekanligini ko'rib chiqaylik.

Tasavvur qiling-a, qalin simli lasan karton bo'lagidan o'tib, quvvat manbaiga ulangan. Elektr toki halqadan o'tganda, halqaning har bir alohida qismi atrofida aylana magnit maydoni hosil bo'ladi. "Gimbal" qoidasiga ko'ra, halqa ichidagi magnit kuch chiziqlari bir xil yo'nalishga ega ekanligini aniqlash oson (biz tomonda yoki halqadagi oqim yo'nalishiga qarab bizdan uzoqda) va ular chiqib ketadi. pastadirning bir tomonidan va boshqa tomonga kiring. Spiral shaklidagi bunday rulonlarning bir qatori deyiladi solenoid (lasan).

Solenoid atrofida, u orqali oqim o'tganda, magnit maydon hosil bo'ladi. U har bir aylanishning magnit maydonlarini qo'shish natijasida olinadi va shakli to'g'ri chiziqli magnitning magnit maydoniga o'xshaydi. Solenoid magnit maydonining kuch chiziqlari, xuddi to'g'ri chiziqli magnitda bo'lgani kabi, solenoidning bir uchini tashlab, ikkinchisiga qaytadi. Solenoid ichida ular bir xil yo'nalishga ega. Shunday qilib, solenoidning uchlari polarizatsiyalangan. Quvvat chiziqlari paydo bo'ladigan oxiri Shimoliy qutb solenoid va kuch chiziqlari kiradigan oxiri uning janubiy qutbidir.

Solenoid qutblar tomonidan aniqlanishi mumkin o'ng qo'l qoidasi, lekin buning uchun siz uning burilishlarida oqim yo'nalishini bilishingiz kerak. Agar siz o'ng qo'lingizni solenoidga qo'ysangiz, kaftingizni pastga tushiring, shunda oqim barmoqlardan chiqadiganga o'xshaydi, u holda egilgan bosh barmog'ingiz solenoidning shimoliy qutbiga ishora qiladi.... Bu qoidadan kelib chiqadiki, solenoidning polaritesi undagi oqim yo'nalishiga bog'liq. Magnit ignani solenoidning qutblaridan biriga olib kelib, solenoiddagi oqim yo'nalishini o'zgartirib, amalda buni tekshirish oson. Ok bir zumda 180 ° ga aylanadi, ya'ni solenoidning qutblari o'zgarganligini ko'rsatadi.

Solenoid engil temir buyumlarni chizish qobiliyatiga ega. Agar solenoid ichiga po'lat novda qo'yilgan bo'lsa, u holda bir muncha vaqt o'tgach, solenoidning magnit maydoni ta'sirida bar magnitlangan bo'ladi. Ushbu usul ishlab chiqarishda qo'llaniladi.

Elektromagnitlar

Bu lasan (solenoid) bo'lib, uning ichiga temir yadro joylashtirilgan. Elektromagnitlarning shakli va o'lchamlari har xil, ammo ularning barchasining umumiy tuzilishi bir xil.

Elektromagnitning bobini ko'pincha press taxtasidan yoki toladan yasalgan ramka bo'lib, elektromagnitning maqsadiga qarab turli shakllarga ega. Mis izolyatsiyalangan sim bir necha qatlamlarda ramkaga o'ralgan - elektromagnitning o'rashi. U turli xil burilishlarga ega va elektromagnitning maqsadiga qarab turli diametrli simdan qilingan.

O'rashning izolyatsiyasini mexanik shikastlanishdan himoya qilish uchun o'rash bir yoki bir nechta qog'oz qatlami yoki boshqa izolyatsion material bilan qoplangan. O'rashning boshi va oxiri tashqariga chiqariladi va romga o'rnatilgan chiqish terminallariga yoki uchlarida quloqlari bo'lgan moslashuvchan o'tkazgichlarga ulanadi.

Elektromagnitning bobini yumshoq, tavlangan temir yoki temirning kremniy, nikel va boshqalar bilan qotishmalaridan yasalgan yadroga o'rnatiladi. Bu temir eng kam qoldiqga ega. Yadrolar ko'pincha bir-biridan ajratilgan yupqa choyshablardan yasalgan. Elektromagnitning maqsadiga qarab, yadro shakllari har xil bo'lishi mumkin.

Agar elektromagnitning o'rashidan elektr toki o'tkazilsa, u holda o'rash atrofida magnit maydon hosil bo'lib, yadroni magnitlaydi. Yadro yumshoq temirdan yasalganligi sababli, u bir zumda magnitlanadi. Agar siz tokni o'chirsangiz, yadroning magnit xususiyatlari ham tezda yo'qoladi va u magnit bo'lishni to'xtatadi. Elektromagnitning qutblari, xuddi solenoid kabi, o'ng qo'l qoidasi bilan belgilanadi. Agar elektromagnitning o'rashi o'zgartirilsa, elektromagnitning polaritesi mos ravishda o'zgaradi.

Elektromagnitning harakati doimiy magnitnikiga o'xshaydi. Biroq, ikkalasi o'rtasida katta farq bor. Doimiy magnit har doim magnit xususiyatlarga ega, elektromagnit esa faqat elektr toki uning o'rashidan o'tganda.

Bundan tashqari, doimiy magnitning magnit oqimi o'zgarmaganligi sababli doimiy magnitning jozibador kuchi o'zgarmasdir. Elektromagnitning tortishish kuchi doimiy emas. Bitta va bir xil elektromagnit turli tortishish kuchlariga ega bo'lishi mumkin. Har qanday magnitning tortishish kuchi uning magnit oqimining kattaligiga bog'liq.

Jozibali loydan va shuning uchun uning magnit oqimi bu elektromagnitning o'rashidan o'tadigan oqimning kattaligiga bog'liq. Oqim qancha ko'p bo'lsa, elektromagnitning tortishish kuchi shunchalik katta bo'ladi va aksincha, elektromagnitning o'rashidagi oqim qanchalik past bo'lsa, magnit jismlarni o'ziga shunchalik kamroq kuch jalb qiladi.

Ammo har xil dizayn va o'lchamdagi elektromagnitlar uchun ularning tortishish kuchi nafaqat o'rashdagi oqimning kattaligiga bog'liq. Agar biz, masalan, bir xil qurilma va o'lchamdagi ikkita elektromagnitni olsak, lekin bittasi oz sonli o'rash burilishlariga ega bo'lsa, ikkinchisi esa ancha kattaroq bo'lsa, unda bir xil oqimda elektr magnitlarining kuchiga ishonch hosil qilish oson. ikkinchisining jozibadorligi ancha katta bo'ladi. Darhaqiqat, o'rash burilishlari soni qanchalik ko'p bo'lsa, ma'lum bir oqimda bu o'rash atrofida magnit maydon hosil bo'ladi, chunki u har bir burilishning magnit maydonlaridan iborat. Bu shuni anglatadiki, elektromagnitning magnit oqimi va shuning uchun uning tortishish kuchi qanchalik katta bo'lsa, o'rash shunchalik ko'p burilishlarga ega bo'ladi.

Elektromagnitning magnit oqimining kattaligiga ta'sir qiluvchi yana bir sabab bor. Bu uning magnit sxemasining sifati. Magnit kontur magnit oqim yopilgan yo'ldir. Magnit kontur ma'lum bir xususiyatga ega magnit qarshilik... Magnit qarshilik magnit oqim o'tadigan muhitning magnit o'tkazuvchanligiga bog'liq. Ushbu muhitning magnit o'tkazuvchanligi qanchalik katta bo'lsa, uning magnit qarshiligi shunchalik past bo'ladi.

m dan beri ferromagnit jismlarning (temir, po'lat) magnit o'tkazuvchanligi havoning magnit o'tkazuvchanligidan ko'p marta kattaroqdir, shuning uchun ularning magnit pallasida havo bo'limlari bo'lmasligi uchun elektromagnitlarni yasash foydaliroqdir. Elektromagnit o'rashning oqim kuchi va burilishlar sonining mahsuloti deyiladi magnit harakatlantiruvchi kuch... Magnetomotor kuch amper-burilishlar soni bilan o'lchanadi.

Masalan, 1200 burilishli elektromagnitning o'rashidan 50 mA oqim o'tadi. M agnitomotiv kuch bunday elektromagnit 0,05 x 1200 = 60 amper-burilishga teng.

Magnit harakatlantiruvchi kuchning ta'siri elektr zanjiridagi elektromotor kuchning ta'siriga o'xshaydi. EMF elektr tokining sababi bo'lgani kabi, magnit harakatlantiruvchi kuch ham elektromagnitda magnit oqim hosil qiladi. EMF ortishi bilan elektr zanjirida bo'lgani kabi, qiymatdagi oqim ham ortadi, magnit zanjirda magnit harakatlantiruvchi kuchning ortishi bilan magnit oqim kuchayadi.

Harakat magnit qarshilik sxemaning elektr qarshiligining ta'siriga o'xshash. Elektr zanjirining qarshiligining oshishi bilan oqim kamayadi, shuning uchun magnit zanjirda magnit qarshilikning oshishi magnit oqimning pasayishiga olib keladi.

Elektromagnitning magnit oqimining magnit harakatlantiruvchi kuchga bog'liqligi va uning magnit qarshiligi Ohm qonuni formulasiga o'xshash formula bilan ifodalanishi mumkin: magnit harakatlantiruvchi kuch = (magnit oqim / magnit qarshilik)

Magnit oqim magnit harakatlantiruvchi kuchga teng bo'lib, istaksizlikka bo'linadi.

Har bir elektromagnit uchun o'rash burilishlari soni va magnit qarshilik doimiy qiymatdir. Shuning uchun, berilgan elektromagnitning magnit oqimi faqat o'rashdan o'tadigan oqimning o'zgarishi bilan o'zgaradi. Elektromagnitning tortishish kuchi uning magnit oqimi bilan aniqlanganligi sababli, elektromagnitning tortishish kuchini oshirish (yoki kamaytirish) uchun uning o'rashidagi oqimni mos ravishda oshirish (yoki kamaytirish) kerak.

Polarizatsiyalangan elektromagnit

Polarizatsiyalangan elektromagnit - doimiy magnitning elektromagnitga ulanishi. Bu shunday tartibga solingan. Yumshoq temir qutb uzatmalari deb ataladigan doimiy magnitning qutblariga biriktirilgan. Har bir qutb kengaytmasi elektromagnit yadro bo'lib xizmat qiladi, uning ustiga o'rashli bobin o'rnatilgan. Ikkala sariq ham ketma-ket ulangan.

Qutb kengaytmalari to'g'ridan-to'g'ri doimiy magnitning qutblariga ulanganligi sababli, ular o'rashlarda oqim bo'lmasa ham magnit xususiyatlarga ega; shu bilan birga, ularning tortishish kuchi o'zgarmaydi va doimiy magnitning magnit oqimi bilan belgilanadi.

Polarizatsiyalangan elektromagnitning ta'siri shundaki, oqim uning o'rashlari orqali o'tganda, uning qutblarining tortishish kuchi o'rashlardagi oqimning kattaligi va yo'nalishiga qarab ortadi yoki kamayadi. Polarizatsiyalangan elektromagnitning bu xususiyati boshqalarning ta'siriga asoslanadi elektr qurilmalar.

Magnit maydonning oqim bilan o'tkazgichga ta'siri

Agar o'tkazgich magnit maydonga kuch chiziqlariga perpendikulyar bo'ladigan tarzda joylashtirilsa va bu o'tkazgich orqali elektr toki o'tkazilsa, u holda o'tkazgich harakatlana boshlaydi va magnit maydondan tashqariga suriladi.

Magnit maydonning elektr toki bilan o'zaro ta'siri natijasida o'tkazgich harakatlana boshlaydi, ya'ni elektr energiyasi mexanik energiyaga aylanadi.

Supero'tkazuvchilarni magnit maydondan tashqariga chiqarish kuchi magnitning magnit oqimining kattaligiga, o'tkazgichdagi oqimga va maydon chiziqlari kesib o'tadigan o'tkazgichning o'sha qismining uzunligiga bog'liq. Ushbu kuchning ta'sir yo'nalishi, ya'ni o'tkazgichning harakat yo'nalishi o'tkazgichdagi oqim yo'nalishiga bog'liq va bu bilan aniqlanadi. chap qo'l qoidasi.

Agar siz chap qo'lingizning kaftini magnit maydon chiziqlari ichiga kirishi uchun ushlab tursangiz va cho'zilgan to'rtta barmoq o'tkazgichdagi oqim yo'nalishiga qaragan bo'lsa, egilgan bosh barmog'ingiz o'tkazgichning harakat yo'nalishini ko'rsatadi.... Ushbu qoidani qo'llashda, maydonning kuch chiziqlari magnitning shimoliy qutbidan cho'zilganligini esga olish kerak.

Solenoid simdan yasalgan silindrsimon shakldagi lasan deb ataladi, uning burilishlari bir yo'nalishda yaqindan o'raladi va bobinning uzunligi burilish radiusidan ancha katta.

Solenoidning magnit maydoni umumiy o'qga ega bo'lgan bir nechta dumaloq oqimlar tomonidan yaratilgan maydonlarning qo'shilishi natijasida ifodalanishi mumkin. 3-rasmda ko'rsatilgandek, solenoid ichida har bir alohida burilishning magnit induksiya chiziqlari bir xil yo'nalishga ega, qo'shni burilishlar orasida esa ular teskari yo'nalishga ega.

Shuning uchun, solenoidning etarlicha zich o'rashi bilan, qo'shni burilishlarning magnit induksiya chiziqlarining qarama-qarshi yo'naltirilgan qismlari o'zaro vayron bo'ladi va teng yo'naltirilgan bo'limlar solenoid ichidan o'tadigan va uni tashqi tomondan o'rab turgan umumiy magnit induksiya chizig'iga birlashadi. Ushbu maydonni talaş yordamida o'rganish shuni ko'rsatdiki, maydon solenoid ichida bir xil bo'lib, magnit chiziqlar solenoid o'qiga parallel bo'lgan to'g'ri chiziqlar bo'lib, uning uchlarida ajralib turadi va solenoiddan tashqarida yopiladi (4-rasm).

Solenoidning magnit maydoni (uning tashqarisida) va doimiy shtrix magnitining magnit maydoni o'rtasidagi o'xshashlikni ko'rish oson (5-rasm). Magnit chiziqlar chiqadigan solenoidning uchi magnitning shimoliy qutbiga o'xshaydi. N, magnit chiziqlar kiradigan solenoidning ikkinchi uchi magnitning janubiy qutbiga o'xshaydi. S.

Eksperimental ravishda, tok bo'lgan solenoidning qutblarini magnit igna yordamida osongina aniqlash mumkin. Halqadagi oqim yo'nalishini bilib, bu qutblarni o'ng vint qoidasi yordamida aniqlash mumkin: biz o'ng vintning boshini halqadagi oqim bo'ylab aylantiramiz, keyin vint uchining tarjima harakati yo'nalishni ko'rsatadi. solenoidning magnit maydonini va shuning uchun uning shimoliy qutbini. Bir qatlamli solenoid ichidagi magnit induksiya moduli formula bo'yicha hisoblanadi

B = m m 0 NI l = m m 0 nl,

qayerda Ν - solenoiddagi burilishlar soni, I- solenoid uzunligi, n- elektromagnit uzunligi birligiga burilishlar soni.

Magnitning magnitlanishi. Magnitlanish vektori.

Agar o'tkazgich orqali oqim o'tsa, u holda o'tkazgich atrofida MF hosil bo'ladi. Hozirgacha biz vakuumda oqimlar o'tadigan simlarni ko'rib chiqdik. Agar oqim o'tkazuvchi simlar ma'lum bir muhitda bo'lsa, u holda m.p. o'zgarishlar. Buning sababi shundaki, M. ta'siri ostida. har qanday modda magnit momentni olishga yoki magnitlanishga qodir (modda magnitlar). Tashqi m.p.da magnitlangan moddalar. maydon yo'nalishiga qarshi deyiladi diamagnetlar. Tashqi m.p.da kuchsiz magnitlangan moddalar. maydon yo'nalishi bo'yicha deyiladi paramagnets Magnitlangan modda m.p.ni hosil qiladi. -, bu m.p. Oqimlar tufayli MP ustiga qo'yilgan -. Keyin olingan maydon: . (54.1) Magnitdagi haqiqiy (mikroskopik) maydon molekulalararo masofalarda juda katta farq qiladi. o'rtacha makroskopik maydondir. Tushuntirish uchun magnitlanish Amper jismlari atom va molekulalardagi elektronlarning harakati tufayli moddaning molekulalarida dumaloq mikroskopik oqimlar aylanishini taklif qildi. Har bir bunday oqim magnit momentga ega va atrofdagi kosmosda MP hosil qiladi. Agar tashqi maydon bo'lmasa, molekulyar oqimlar tartibsiz yo'naltiriladi va ular tufayli hosil bo'lgan maydon 0 ga teng. Magnitlanish - bu magnitning birlik hajmining magnit momentiga teng vektor miqdori: , (54.3) ko'rib chiqilayotgan nuqtaga yaqin joyda olingan jismoniy cheksiz kichik hajm qayerda; - alohida molekulaning magnit momenti. Yig'ish hajmdagi barcha molekulalar bo'yicha amalga oshiriladi (esda tutingki, bu erda - qutblanish dielektrik, - dipol element ). Magnitlanishni quyidagicha ifodalash mumkin: Magnitlash oqimlari I "... Moddaning magnitlanishi alohida molekulalarning magnit momentlarining bir yo'nalishda ustun yo'nalishi bilan bog'liq. Har bir molekula bilan bog'langan elementar dumaloq oqimlar deyiladi molekulyar. Molekulyar oqimlar yo'naltirilgan bo'lib chiqadi, ya'ni. magnitlanish oqimlari paydo bo'ladi -. Simlar orqali oqib o'tadigan oqimlar, moddadagi oqim tashuvchilarning harakati tufayli, o'tkazuvchanlik oqimlari deb ataladi -. Aylana orbita bo'ylab soat yo'nalishi bo'yicha harakatlanadigan elektron uchun; oqim soat sohasi farqli o'laroq yo'naltiriladi va o'ng vida qoidasiga ko'ra, vertikal yuqoriga yo'naltiriladi. Magnitlanish vektorining aylanishi ixtiyoriy yopiq kontaktlarning zanglashiga olib borganligi G zanjiri bilan qoplangan magnitlanish oqimlarining algebraik yig'indisiga teng. Vektor aylanish teoremasini yozishning differentsial shakli. Magnit maydon kuchi (standart belgi N) Magnit induksiya vektorining farqiga teng vektor fizik miqdor B va magnitlanish vektori M. SIda: qayerda - magnit doimiy. Eng oddiy holatda izotrop (magnit xossalari bo'yicha) muhitda va maydon o'zgarishining etarli darajada past chastotalarini yaqinlashtirishda B va H oddiygina bir-biriga proportsional bo'lib, oddiygina raqamli omil bilan farqlanadi (atrof-muhitga qarab) B = μ H tizimda GHS yoki B = μ 0 μ H tizimda SI(sm. Magnit o'tkazuvchanlik, shuningdek qarang Magnit sezuvchanlik). Tizimda GHS magnit maydon kuchi bilan o'lchanadi oerstedach(E), SI tizimida - amperda metr(A/m). Texnologiyada oersted asta-sekin SI birligi bilan almashtiriladi - har bir metr uchun amper. 1 E = 1000 / (4p) A / m ≈ 79,5775 A / m. 1 A / m = 4p / 1000 Oe ≈ 0,01256637 Oe. Jismoniy hissiyot Vakuumda (yoki magnit qutblanishga qodir bo'lgan muhit mavjud bo'lmaganda, shuningdek, ikkinchisi ahamiyatsiz bo'lgan hollarda) magnit maydon kuchi magnit induksiya vektoriga CGS va m 0 ga teng bo'lgan koeffitsientga to'g'ri keladi. SIda. V magnitlar(magnit muhit), magnit maydon kuchi "tashqi" maydonning jismoniy ma'nosiga ega, ya'ni u mos keladi (ehtimol, qabul qilingan o'lchov birliklariga qarab, doimiy koeffitsientgacha, masalan, SI tizimidagi kabi umumiy ma'noni o'zgartirmaydi) bunday vektor magnit induksiyasi bilan, "agar magnit bo'lmaganida bo'lar edi". Misol uchun, agar maydon temir yadro kiritilgan oqimga ega bo'lgan lasan tomonidan yaratilgan bo'lsa, u holda magnit maydon kuchi H yadro ichida mos tushadi (in GHS aniq, va SIda - doimiy o'lchovli koeffitsientgacha) vektor bilan B 0, yadro bo'lmaganida ushbu lasan tomonidan yaratilgan bo'lar edi va printsipial jihatdan, yadro materiali va uning magnit xususiyatlari haqida hech qanday qo'shimcha ma'lumotsiz, g'altakning geometriyasi va undagi oqim asosida hisoblanishi mumkin. . Shuni yodda tutish kerakki, magnit maydonning asosiy xarakteristikasi magnit induksiya vektoridir. B ... Aynan u magnit maydonning harakatlanuvchi zaryadlangan zarralar va oqimlarga ta'sirining kuchini aniqlaydi, shuningdek, magnit maydonning kuchini to'g'ridan-to'g'ri o'lchash mumkin. H ko'proq yordamchi miqdor sifatida ko'rib chiqilishi mumkin (garchi uni hisoblash osonroq bo'lsa-da, hech bo'lmaganda statik holatda, uning qiymati qanday: axir H deb atalmish yaratish erkin oqimlar to'g'ridan-to'g'ri o'lchash nisbatan oson, lekin o'lchash qiyin bog'langan oqimlar- ya'ni molekulyar oqimlar va boshqalar - hisobga olish kerak emas). To'g'ri, magnit maydon energiyasi uchun keng tarqalgan iborada (muhitda) B va H deyarli teng ravishda kiriting, lekin shuni yodda tutish kerakki, bu energiya nafaqat maydonning energiyasini emas, balki muhitning polarizatsiyasiga sarflangan energiyani ham o'z ichiga oladi. Magnit maydonning energiyasi faqat asosiy orqali ifodalanadi B ... Shunga qaramay, ko'rinib turibdiki, miqdor H fenomenologik jihatdan bu erda ham juda qulay. Magnitlarning turlari Diamagnetlar magnit o'tkazuvchanligi 1 dan bir oz kamroq. Ular magnit maydondan tashqariga surilishi bilan farqlanadi. Paramagnetlar magnit o'tkazuvchanligi 1 dan sal kattaroqdir. Materiallarning katta qismi dia- va paramagnitdir. Ferromagnitlar juda yuqori magnit o'tkazuvchanligiga ega, milliongacha. Maydon oshgani sayin, intensivlikning oshishi va intensivlikning keyingi pasayishi bilan B (H) qiymatlari bir-biriga to'g'ri kelmasa, histerezis fenomeni paydo bo'ladi. Adabiyotda magnit o'tkazuvchanlikning bir nechta ta'riflari mavjud. Boshlang'ich magnit o'tkazuvchanligi m n- kichik maydon kuchida magnit o'tkazuvchanlik qiymati. Maksimal magnit o'tkazuvchanligi m maks- magnit o'tkazuvchanlikning maksimal qiymati, odatda o'rta magnit maydonlarda erishiladi. Magnit materiallarni tavsiflovchi boshqa asosiy atamalardan biz quyidagilarni ta'kidlaymiz. To'yingan magnitlanish- kuchli maydonlarda, domenlarning barcha magnit momentlari magnit maydon bo'ylab yo'naltirilganda erishiladigan maksimal magnitlanish. Gisterezis halqasi- maydon tsiklda o'zgarganda induksiyaning magnit maydon kuchiga bog'liqligi: ma'lum bir qiymatga ko'tarilish - pasayish, nolga o'tish, qarama-qarshi belgi bilan bir xil qiymatga erishgandan keyin - o'sish va boshqalar. Maksimal histerezis halqasi- maksimal to'yingan magnitlanishga erishish. Qoldiq induksiya B dam olish- magnit maydonning nol kuchida histerezis halqasining qaytish zarbasida magnit maydonning induksiyasi. Majburiy kuch N s- nol induksiyaga erishiladigan histerezis halqasining qaytish zarbasidagi maydon kuchi. Atomlarning magnit momentlari Magnit moment Elementar zarralar spin deb nomlanuvchi ichki kvant mexanik xususiyatga ega. Bu o'zining massa markazi atrofida aylanadigan jismning burchak momentumiga o'xshaydi, garchi qat'iy aytganda, bu zarralar nuqtaga o'xshaydi va ularning aylanishi haqida gapirib bo'lmaydi. Spin kamaytirilgan Plank doimiysi () birliklarida o'lchanadi, keyin elektronlar, protonlar va neytronlar ½ ga teng spinga ega. Atomda elektronlar yadro atrofida aylanadi va spindan tashqari orbital burchak impulsiga ham ega, yadroning o'zi esa yadro spini tufayli burchak impulsiga ega. Atomning magnit momenti tomonidan ishlab chiqarilgan magnit maydon burchak momentumining bu turli shakllari bilan belgilanadi, xuddi klassik fizikada bo'lgani kabi, aylanadigan zaryadlangan jismlar magnit maydon hosil qiladi. Biroq, eng muhim hissa spindan keladi. Elektronning xususiyati tufayli, barcha fermionlar singari, Pauli istisno qoidasiga bo'ysunishi kerak, unga ko'ra ikkita elektron bir kvant holatda bo'lolmaydi, bog'langan elektronlar bir-biri bilan juftlashadi va elektronlardan biri spinli holatda bo'ladi. yuqoriga, ikkinchisi esa - qarama-qarshi aylanish proyeksiyasi bilan - pastga aylanish holati. Shunday qilib, elektronlarning magnit momentlari kamayadi, elektronlar soni juft bo'lgan ba'zi atomlarda tizimning umumiy magnit dipol momenti nolga tushadi. Temir kabi ferromagnit elementlarda elektronlarning toq soni juftlashtirilmagan elektronga va nolga teng bo'lmagan umumiy magnit momentga olib keladi. Qo'shni atomlarning orbitallari bir-birining ustiga chiqadi va eng past energiya holatiga juftlashtirilmagan elektronlarning barcha spinlari bir xil yo'nalishni olganida erishiladi, bu jarayon almashinuv o'zaro ta'siri deb ataladi. Ferromagnit atomlarning magnit momentlari tekislanganda, material o'lchanadigan makroskopik magnit maydonni yaratishi mumkin. Paramagnit materiallar magnit maydon bo'lmaganda magnit momentlari noto'g'ri yo'naltirilgan atomlardan iborat, lekin magnit maydon qo'llanilganda alohida atomlarning magnit momentlari tenglashadi. Atom yadrosi ham nolga teng bo'lmagan umumiy spinga ega bo'lishi mumkin. Odatda, termodinamik muvozanatda yadrolarning spinlari tasodifiy yo'naltiriladi. Biroq, ba'zi elementlar (masalan, ksenon-129) uchun yadro spinlarining muhim qismini qutblash mumkin bo'lib, u ko'proq yo'nalishli spinlarga ega bo'lgan holatni - giperpolyarizatsiya deb ataladigan holatni yaratishi mumkin. Bu holat magnit-rezonans tomografiyada katta amaliy ahamiyatga ega. Magnit maydon energiyaga ega. Zaryadlangan kondensatorda elektr energiyasi ta'minoti mavjud bo'lgani kabi, burilishlar orqali oqim o'tadigan lasanda magnit energiya manbai mavjud. Agar siz elektr chiroqni to'g'ridan-to'g'ri oqim elektr pallasida yuqori indüktanslı lasan bilan parallel ravishda yoqsangiz, u holda kalit ochilganda chiroqning qisqa miltillashi kuzatiladi. Zanjirdagi oqim o'z-o'zidan induksiyaning EMF ta'siri ostida paydo bo'ladi. Elektr pallasida bu holda chiqarilgan energiya manbai bobinning magnit maydonidir. Tok I tomonidan yaratilgan induktivlik L bo'lgan g'altakning magnit maydonining energiyasi W m ga teng. Vt m = LI 2/2

Qurilmalar va aksessuarlar: elektromagnit, quvvat manbai, millivoltmetr, ampermetr bilan laboratoriyani sozlash.

Qisqacha nazariya

Solenoid oqim o'tadigan ko'p sonli burilishlarni o'z ichiga olgan silindrsimon lasan deb ataladi. Agar g'altakni tashkil etuvchi o'tkazgichning spiral chizig'ining qadami kichik bo'lsa, u holda oqim bilan har bir burilish alohida dumaloq oqim sifatida, solenoid esa - bir xil radiusli ketma-ket bog'langan dumaloq oqimlar tizimi sifatida ko'rib chiqilishi mumkin. umumiy o'q.

Solenoid ichidagi magnit maydonni har bir lasan tomonidan yaratilgan magnit maydonlarning yig'indisi deb hisoblash mumkin. Solenoid ichidagi magnit induksiya vektori burilishlar tekisligiga perpendikulyar, ya'ni. solenoidning o'qi bo'ylab yo'naltiriladi va burilishlarning halqa oqimlari yo'nalishi bilan o'ng qo'l tizimini hosil qiladi. Solenoidning magnit maydonining kuch chiziqlarining taxminiy rasmi rasmda ko'rsatilgan. 1. Magnit maydonning kuch chiziqlari yopiq.

2-rasmda uzunligi L va bir necha burilishlar soni N va ko'ndalang kesim radiusi R bo'lgan solenoidning ko'ndalang kesimi ko'rsatilgan. Nuqtali doiralar g'altakning burilish kesimlarini bildiradi, ular orqali oqim I o'tadi, undan yo'naltiriladi. bizga chizilgan va xochli doiralar burilishlarning kesmalari bo'lib, ularda oqim chizmadan tashqariga yo'naltiriladi. Solenoid uzunligi birligiga burilishlar soni bilan belgilanadi.

Solenoidning o'qida joylashgan A nuqtadagi magnit maydonning induksiyasi har bir burilish natijasida hosil bo'lgan magnit maydonlarni integrallash orqali aniqlanadi va ga teng.

, (1)

Bu erda va radius vektorlari tomonidan solenoid o'qi bilan hosil bo'lgan va A nuqtadan solenoidning o'ta burilishlarigacha chizilgan burchaklar, muhitning magnit o'tkazuvchanligi, magnit doimiy.

Shunday qilib, magnit induksiya B oqim kuchiga, solenoidni to'ldiruvchi vositaning magnit o'tkazuvchanligiga va birlik uzunlikdagi burilishlar soniga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir. Magnit induktsiya A nuqtaning solenoid uchlariga nisbatan joylashishiga ham bog'liq. Keling, bir nechta maxsus holatlarni ko'rib chiqaylik:

1. A nuqta solenoidning markazida bo'lsin, u holda, va ... Agar solenoid etarlicha uzun bo'lsa, unda va 2)

2. A nuqta ekstremal halqaning markazida bo‘lsin, u holda, va ... Agar solenoid etarlicha uzun bo'lsa, va (3)

Formulalardan (2) va (3) ko'rinib turibdiki, solenoidning chetidagi magnit induksiyasi markazdagi qiymatining yarmiga teng.

3. Agar elektromagnitning uzunligi uning burilishlari radiusidan ko'p marta katta bo'lsa
("cheksiz" uzun solenoid), keyin ichkarida yotgan barcha nuqtalar uchun
uning o'qi ustidagi solenoid, siz qo'yishingiz mumkin. Keyin
maydon solenoidning markaziy qismida bir xil deb hisoblanishi va formula bilan hisoblanishi mumkin

Magnit maydonning bir xilligi solenoidning chekkalari yaqinida buziladi. Bunday holda, induksiyani formula bilan aniqlash mumkin

bu yerda k - maydonning bir jinsliligini hisobga oluvchi koeffitsient.

Ushbu ishda solenoidning magnit maydonini eksperimental o'rganish maxsus zond yordamida amalga oshiriladi - shkalasi bo'lgan novda ichiga o'rnatilgan kichik lasan. Bobinning o'qi solenoidning o'qiga to'g'ri keladi, lasan AC millivoltmetrga ulanadi, uning kirish qarshiligi prob bobini qarshiligidan ancha katta. Agar o'zgaruvchan tok solenoid orqali oqsa standart chastota (= 50 Gts), so'ngra solenoid ichida va uning chetlarida o'zgaruvchan magnit maydonning induksiyasi qonunga muvofiq o'zgaradi (qarang (5)):

Ushbu formuladagi magnit induksiyaning amplitudasi solenoid ichidagi nuqta holatiga bog'liq. Agar siz prob bobini solenoidga joylashtirsangiz, unda elektromagnit induksiya qonuniga muvofiq, unda induksiya EMF paydo bo'ladi:

, (6)

Bu erda N 1 - g'altakdagi burilishlar soni, S - g'altakning tasavvurlar maydoni, F - magnit oqim (chunki g'altakning o'qi solenoid o'qiga to'g'ri keladi va shuning uchun magnit induksiya vektori g'altakning ko'ndalang kesimi tekisligiga perpendikulyar.).

Chunki B induksiyasining qiymati qonunga muvofiq o'zgaradi ,, keyin (6) dan EMFni hisoblash formulasi olinadi:

(7) ifodadan EMF amplitudasining bog'liqligini ko'rish mumkin. Shunday qilib, EMF amplitudasini o'lchash orqali siz quyidagilarni aniqlashingiz mumkin:

Kenarlarda solenoid magnit maydonining bir hil bo'lmaganligini hisobga olgan holda k koeffitsientini aniqlash mumkin., Formula bo'yicha. (5), bilish va:

(9)

solenoiddan o'tadigan o'zgaruvchan tokning amplitudasi qayerda.

(7) va (9) formulalardan kelib chiqadiki, EMF induksiyasining amplitudasi o'zgaruvchan tokning amplitudasiga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir:

O'zgaruvchan tok zanjiriga kiritilgan ampermetr va millivoltmetr amplitudalar va nisbatlar bilan bog'liq bo'lgan oqim va EMFning samarali qiymatlarini o'lchaydi:

Oqim va EMFning samarali qiymatlari uchun formula (10) shaklga ega

(11)

(11) formuladan kelib chiqadiki, nisbat o'lchovlar olinadigan solenoid nuqtasida magnit maydon induksiyasining bir jinsli bo'lmaganligi K koeffitsientiga proportsionaldir.

(12)

bu yerda A - mutanosiblik koeffitsienti.

Bu ishda ikkita vazifani bajarish talab etiladi: 1) oqimning ma'lum bir doimiy qiymatida solenoid o'qi bo'ylab induksiyaning taqsimlanishini aniqlash; 2) k koeffitsientining qiymatini aniqlang.

Xavfsizlik choralari:

1. 220 V tarmoqqa quvvat manbai va millivoltmetrni mustaqil ravishda ulamang.

2. Jonli elektr zanjirlarini almashtirmang.

Zanjirlarning izolyatsiyalanmagan qismlariga tegmang.

3. Kiritilgan sxemani qarovsiz qoldirmang.

Ish tartibi

Vazifa raqami 1. Magnit induksiyaning solenoid o'qi bo'ylab tarqalishini o'rganish.

1. Shaklda ko'rsatilgan sxema bo'yicha o'lchash sxemasini yig'ing. 3. Buning uchun elektromagnit zanjirdagi quvvat manbai va ampermetrni, lasan - probning klemenslariga esa millivoltmetrni (o'lchash uchun) yoqing.Ushbu o'rnatishda zond bobini quyidagi parametrlarga ega: = 200 burilish, S = 2 * 10 -4 m 2, chastotali o'zgaruvchan tok = 50 Hz, Solenoidning birlik uzunligi uchun burilishlar soni n = 2400 1 / m

1- laboratoriya stend Z - zaxira "

2 - prob bobini

3 - solenoid
5 - ampermetr

6- chiqish kuchlanishi (oqim) regulyatori bilan quvvat manbai, 7- millivoltmetr.

2. Poyani o'lchov paneli bilan o'rnating, shunda prob bobini taxminan solenoidning o'rtasida joylashgan.

3. Solenoid quvvat manbaini yoqing va solenoid oqimini (ampermetr bo'yicha) = 25mA ga tenglashtiring. Millivoltmetrni yoqing va qizdirilgandan so'ng (5 daqiqa) ko'rsatkichlarni oling.

4.Poyani chiziqli masshtab bilan harakatlantirganda, bilan o'lchang
millivoltmetr har bir orqali indüksiyon EMF samarali qiymati
o'lchagich pozitsiyasining santimetri. Formula (8) bo'yicha hisoblang.
O'lchovlar va hisob-kitoblar natijalarini 1-jadvalga kiriting (esda tuting).

Solenoidning magnit maydoni - bu har bir burilish tomonidan alohida-alohida yaratilgan alohida maydonlarning superpozitsiyasi. Xuddi shu oqim barcha burilishlardan o'tadi. Barcha burilishlarning o'qlari bir xil chiziqda yotadi. Solenoid silindrsimon induktordir. Ushbu lasan o'tkazuvchan simdan o'ralgan. Bunday holda, burilishlar bir-biriga mahkam yopishtirilgan va bir xil yo'nalishga ega. Bunday holda, kangalning uzunligi burilishlar diametridan sezilarli darajada oshadi deb hisoblanadi.

Keling, har bir burilish natijasida hosil bo'lgan magnit induksiyani ko'rib chiqaylik. Ko'rinib turibdiki, har bir halqa ichidagi induksiya bir xil yo'nalishda yo'naltirilgan. Agar siz pastadirning o'rtasiga qarasangiz, uning chetidan induksiya qo'shiladi. Bunday holda, ikkita qo'shni burilish orasidagi magnit maydonning induksiyasi teskari yo'naltiriladi. Xuddi shu oqim tomonidan yaratilganligi sababli, u kompensatsiya qilinadi.

1-rasm - Solenoidning alohida burilishlari bilan yaratilgan maydon

Agar solenoidning burilishlari etarlicha mahkam o'ralgan bo'lsa, u holda barcha burilishlar orasida hisoblagich maydoni kompensatsiyalanadi va burilishlar ichida alohida maydonlar bitta umumiy maydonga qo'shiladi. Ushbu maydonning chiziqlari solenoid ichida o'tadi va uni tashqi tomondan qoplaydi.

Agar biz elektromagnit maydonni har qanday usul bilan, masalan, temir talaşlar yordamida tekshirsak, u bir hil degan xulosaga kelishimiz mumkin. Bu sohadagi magnit maydon chiziqlari parallel to'g'ri chiziqlardir. Ular nafaqat o'zlariga parallel, balki ular solenoidning o'qiga ham parallel. Solenoidning yo'laklaridan tashqariga chiqib, ular egilib, lasan tashqarisida yopiladi.

2-rasm - Solenoid tomonidan yaratilgan maydon

Rasmdan ko'rinib turibdiki, solenoid tomonidan yaratilgan maydon doimiy chiziqli magnit tomonidan hosil qilingan maydonga o'xshaydi. Bir uchida kuch chiziqlari solenoiddan chiqadi va bu uchi doimiy magnitning shimoliy qutbiga o'xshaydi. Va ikkinchisida ular kiradi va bu uchi janubiy qutbga to'g'ri keladi. Farqi shundaki, maydon solenoid ichida ham mavjud. Va agar siz temir plomba bilan tajriba o'tkazsangiz, ular ilmoqlar orasidagi bo'shliqqa tortiladi.

Ammo agar solenoidga yog'och yadro yoki boshqa magnit bo'lmagan materialdan yasalgan yadro kiritilgan bo'lsa, u holda temir talaşlar bilan tajriba o'tkazishda doimiy magnit va solenoidning maydon naqshlari bir xil bo'ladi. Chunki yog'och yadro kuch chiziqlarini buzmaydi, lekin shu bilan birga talaşning bobinga kirishiga yo'l qo'ymaydi.

3-rasm - Doimiy chiziqli magnit maydonining rasmi

Solenoidning qutblarini aniqlash uchun bir necha usullardan foydalanish mumkin. Masalan, eng osoni magnit ignadan foydalanishdir. U magnitning qarama-qarshi qutbiga tortiladi. Agar halqadagi oqim yo'nalishi ma'lum bo'lsa, o'ng vintning qoidasi yordamida qutblarni aniqlash mumkin. Agar siz o'ng vintning boshini oqim yo'nalishi bo'yicha aylantirsangiz, u holda translatsiya harakati solenoiddagi maydon yo'nalishini ko'rsatadi. Va maydon Shimoliy qutbdan janubiy qutbga yo'naltirilganligini bilib, qaysi qutbning qaerda joylashganligini aniqlashingiz mumkin.