يكون الحث المغناطيسي للمجال الذي تم إنشاؤه بواسطة موصل مستقيم طويل بلا حدود مع تيار. مجال مغناطيسي

الصفحة الرئيسية

آبار

أحضر إبرة مغناطيسية ، ثم تميل إلى أن تصبح عمودية على المستوى الذي يمر عبر محور الموصل ومركز دوران السهم. هذا يشير إلى أن القوات الخاصة تعمل على السهم الذي يسمى القوى المغناطيسية. بالإضافة إلى التأثير على الإبرة المغناطيسية ، يؤثر المجال المغناطيسي على الجسيمات المشحونة المتحركة والموصلات الحاملة للتيار الموجودة في المجال المغناطيسي. في الموصلات التي تتحرك في مجال مغناطيسي ، أو في الموصلات الثابتة في مجال مغناطيسي متناوب ، تحدث القوة الدافعة الكهربائية الحثية (emf).

مجال مغناطيسي

وفقًا لما سبق ، يمكننا تقديم التعريف التالي للمجال المغناطيسي.

المجال المغناطيسي هو أحد جانبي المجال الكهرومغناطيسي ، تحفزه الشحنات الكهربائية للجسيمات المتحركة وتغير في المجال الكهربائي ويتميز بتأثير القوة على تحريك الجسيمات المصابة ، وبالتالي على التيارات الكهربائية.

إذا قمت بتمرير موصل سميك عبر الورق المقوى ومرر تيارًا كهربائيًا خلاله ، فسيتم وضع برادة الصلب المرشوشة على الورق المقوى حول الموصل في دوائر متحدة المركز ، وهي في هذه الحالة ما يسمى بخطوط الحث المغناطيسي (الشكل 1) ). يمكننا تحريك الكرتون لأعلى أو لأسفل الموصل ، لكن موقع برادة الصلب لن يتغير. لذلك ، ينشأ مجال مغناطيسي حول الموصل بطوله بالكامل.

إذا وضعت أسهمًا مغناطيسية صغيرة على الورق المقوى ، فعندئذٍ عن طريق تغيير اتجاه التيار في الموصل ، يمكنك أن ترى أن الأسهم المغناطيسية ستتحول (الشكل 2). هذا يدل على أن اتجاه خطوط الحث المغناطيسي يتغير مع اتجاه التيار في الموصل.

خطوط الحث المغناطيسي حول موصل مع تيار لها الخصائص التالية: 1) خطوط الحث المغناطيسي للموصل المستقيم تكون في شكل دوائر متحدة المركز. 2) كلما اقتربنا من الموصل ، زادت كثافة خطوط الحث المغناطيسي ؛ 3) يعتمد الحث المغناطيسي (شدة المجال) على حجم التيار في الموصل ؛ 4) يعتمد اتجاه خطوط الحث المغناطيسي على اتجاه التيار في الموصل.

لإظهار اتجاه التيار في الموصل الموضح في القسم ، تم اعتماد رمز سنستخدمه في المستقبل. إذا وضعنا عقليًا سهمًا في الموصل في اتجاه التيار (الشكل 3) ، فعندئذٍ في الموصل ، التيار الذي يتم توجيهه بعيدًا عنا ، سنرى ذيل ريش السهم (الصليب) ؛ إذا كان التيار موجهًا نحونا ، فسنرى رأس السهم (النقطة).

الشكل 3. رمز اتجاه التيار في الموصلات

تسمح لك قاعدة المثقاب بتحديد اتجاه خطوط الحث المغناطيسي حول الموصل الحامل للتيار. إذا تحرك المثقاب (المفتاح) ذو الخيط الأيمن للأمام في اتجاه التيار ، فإن اتجاه دوران المقبض سيتزامن مع اتجاه خطوط الحث المغناطيسي حول الموصل (الشكل 4).

توجد إبرة مغناطيسية يتم إدخالها في المجال المغناطيسي للموصل الحامل للتيار على طول خطوط الحث المغناطيسي. لذلك ، لتحديد موقعه ، يمكنك أيضًا استخدام "قاعدة gimlet" (الشكل 5). يعد المجال المغناطيسي من أهم مظاهر التيار الكهربائي ولا يمكن الحصول عليه بشكل مستقل ومنفصل عن التيار.


الشكل 4. تحديد اتجاه خطوط الحث المغناطيسي حول الموصل الحامل للتيار وفقًا "لقاعدة المثقاب"	الشكل 5. تحديد اتجاه انحرافات إبرة مغناطيسية يتم إحضارها إلى موصل مع تيار ، وفقًا لـ "قاعدة المثقاب"

الحث المغناطيسي

يتميز المجال المغناطيسي بناقل الحث المغناطيسي ، وبالتالي ، له حجم معين واتجاه معين في الفضاء.

تم إنشاء التعبير الكمي للحث المغناطيسي نتيجة لتعميم البيانات التجريبية بواسطة Biot و Savart (الشكل 6). من خلال قياس المجالات المغناطيسية للتيارات الكهربائية ذات الأحجام والأشكال المختلفة عن طريق انحراف الإبرة المغناطيسية ، توصل كلا العالمين إلى استنتاج مفاده أن كل عنصر تيار يخلق مجالًا مغناطيسيًا على مسافة معينة من نفسه ، ويكون الحث المغناطيسي Δ بيتناسب طرديا مع الطول Δ لهذا العنصر ، مقدار التيار المتدفق أنا، جيب الزاوية α بين اتجاه التيار ومتجه نصف القطر الذي يربط نقطة المجال التي تهمنا بعنصر حالي معين ، ويتناسب عكسياً مع مربع طول متجه نصف القطر هذا ص:

أين كهو معامل يعتمد على الخصائص المغناطيسية للوسيط وعلى نظام الوحدات المختار.

في النظام العقلاني المطلق للوحدات من MKSA

أين µ 0 - نفاذية مغناطيسية فراغأو الثابت المغناطيسي في نظام ISS:

µ 0 = 4 × π × 10-7 (هنري / متر) ؛

هنري (السيد) هي وحدة المحاثة ؛ واحد السيد = 1 أوم × ثانية.

µ – النفاذية المغناطيسية النسبيةهو معامل بلا أبعاد يوضح عدد المرات التي تكون فيها النفاذية المغناطيسية لمادة معينة أكبر من النفاذية المغناطيسية للفراغ.

يمكن إيجاد أبعاد الحث المغناطيسي بواسطة الصيغة

يُعرف Volt-second أيضًا باسم ويبر (wb):

في الممارسة العملية ، هناك وحدة أصغر من الحث المغناطيسي - جاوس (ع):

يسمح لك قانون Biot Savart بحساب الحث المغناطيسي لموصل مستقيم طويل بلا حدود:

أين أ- المسافة من الموصل إلى النقطة التي يتم فيها تحديد الحث المغناطيسي.

قوة المجال المغناطيسي

تسمى نسبة الحث المغناطيسي إلى منتج النفاذية المغناطيسية µ × µ 0 قوة المجال المغناطيسيويتم تمييزه بالحرف ح:

ب = ح × µ × µ 0 .

تتعلق المعادلة الأخيرة بكميتين مغناطيسيتين: الاستقراء وقوة المجال المغناطيسي.

دعونا نجد البعد ح:

في بعض الأحيان يستخدمون وحدة قياس مختلفة لشدة المجال المغناطيسي - أيرستد (إيه):

1 إيه = 79,6 أ/م ≈ 80 أ/م ≈ 0,8 أ/سم .

قوة المجال المغناطيسي ح، وكذلك الحث المغناطيسي ب، هي كمية متجهة.

يسمى الخط المماس لكل نقطة يتزامن مع اتجاه ناقل الحث المغناطيسي خط الحث المغناطيسيأو خط الحث المغناطيسي.

الفيض المغناطيسي

ناتج الحث المغناطيسي وحجم المنطقة المتعامدة على اتجاه المجال (ناقل الحث المغناطيسي) يسمى تدفق ناقلات الحث المغناطيسيأو ببساطة الفيض المغناطيسيويشار إليه بالحرف F:

F = ب × س .

أبعاد التدفق المغناطيسي:

أي أن التدفق المغناطيسي يقاس بالثواني الفولتية أو الوبر.

أدق وحدة من التدفق المغناطيسي ماكسويل (تصلب متعدد):

1 wb = 108 تصلب متعدد.
1تصلب متعدد = 1 ع× 1 سم 2.

فيديو 1. فرضية امبير

فيديو 2. المغناطيسية والكهرومغناطيسية

دع على طول المحور أوقيةيوجد موصل طويل بلا حدود ، والذي من خلاله يتدفق التيار بقوة . وما هي القوة الحالية؟
,
هي الشحنة التي تعبر السطح S في الوقت المناسب
. النظام لديه تناظر محوري. إذا أدخلنا إحداثيات أسطوانية ص,  , ض، ثم التناظر الأسطواني يعني ذلك
بجانب ذلك،
، عندما تنتقل على طول المحور أوقية، نرى نفس الشيء. هذا هو المصدر. يجب أن يكون المجال المغناطيسي بحيث يتم استيفاء هذه الشروط
و
. هذا يعني هذا: خطوط المجال المغناطيسي هي دوائر تقع في مستوى متعامد مع الموصل. هذا يسمح لك على الفور بالعثور على المجال المغناطيسي.

ص الفم لدينا هذا الموصل.

هنا الطائرة المتعامدة ،

هنا نصف قطر الدائرة ص,

سآخذ هنا متجهًا مماسًا ، متجهًا موجهًا على طول  ، المتجه المماس للدائرة.

ثم،
,
أين
.

كخط محيط مغلق ، حدد دائرة نصف قطرها ص= مقدار ثابت. نكتب إذن ، مجموع الأطوال حول الدائرة بأكملها (والتكامل ليس أكثر من المجموع) هو المحيط. ، حيث  هي القوة الحالية في الموصل. على اليمين الشحنة التي تعبر السطح لكل وحدة زمنية. ومن هنا يأتي المعنوي:
. هذا يعني أن الموصل المستقيم يخلق مجالًا مغناطيسيًا بخطوط قوة على شكل دوائر تغطي الموصل ، وهذه القيمة فييتناقص كما هو الحال عند الابتعاد عن الموصل ، حسنًا ، ويميل إلى اللانهاية إذا اقتربنا من الموصل ، عندما تدخل الدائرة داخل الموصل.

ه هذه النتيجة هي فقط للحالة عندما تغطي الدائرة التيار. من الواضح أن الموصل اللانهائي غير قابل للتحقيق. طول الموصل هو كمية يمكن ملاحظتها ، ولا يمكن لأي كميات ملحوظة أن تأخذ قيمًا غير محدودة ، وليس مسطرة تسمح بقياس طول لانهائي. هذا شيء غير قابل للتحقيق ، فما فائدة هذه الصيغة؟ المعنى بسيط. بالنسبة لأي موصل ، سيكون ما يلي صحيحًا: قريبة بدرجة كافية من الموصل ، فإن خطوط المجال المغناطيسي هي دوائر مغلقة تغطي الموصل ، وعلى مسافة
(ص- نصف قطر انحناء الموصل) هذه الصيغة ستكون صالحة.

المجال المغناطيسي الناتج عن موصل تعسفي يحمل التيار.

قانون بيو سافارت.

ص لنفترض أن لدينا موصلًا عشوائيًا بالتيار ، ونحن مهتمون بالمجال المغناطيسي الناتج عن قطعة من هذا الموصل عند نقطة معينة. بالمناسبة ، كيف وجدنا مجالًا كهربائيًا ناتجًا عن نوع من توزيع الشحنة في الكهرباء الساكنة؟ تم تقسيم التوزيع إلى عناصر صغيرة وتم حساب الحقل من كل عنصر في كل نقطة (وفقًا لقانون كولوم) وتم تلخيصه. نفس البرنامج هنا. هيكل المجال المغناطيسي أكثر تعقيدًا من المجال الكهروستاتيكي ، بالمناسبة ، إنه ليس محتملاً ، لا يمكن تمثيل المجال المغناطيسي المغلق كتدرج لوظيفة عددية ، له بنية مختلفة ، لكن الفكرة هي نفسها . نقوم بتقسيم الموصل إلى عناصر صغيرة. هنا أخذت عنصرًا صغيرًا
، يتم تحديد موضع هذا العنصر بواسطة متجه نصف القطر ، ونقطة المراقبة معطاة بواسطة متجه نصف القطر . يذكر أن هذا العنصر من الموصل سيخلق تحريضًا في هذه المرحلة حسب هذه الوصفة:
. من أين تأتي هذه الوصفة؟ تم العثور عليها بشكل تجريبي في وقت واحد ، من الصعب بالنسبة لي ، بالمناسبة ، أن أتخيل كيف كان من الممكن تجريبيًا العثور على مثل هذه الصيغة المعقدة نوعًا ما باستخدام منتج متجه. في الواقع ، هذا نتيجة لمعادلة ماكسويل الرابعة
. ثم الحقل الذي يولده الموصل بأكمله هو:
، أو يمكننا الآن كتابة التكامل:
. من الواضح أن حساب مثل هذا جزء لا يتجزأ من موصل تعسفي ليس مهمة ممتعة للغاية ، ولكن في شكل مبلغ ، فهذه مهمة عادية لجهاز الكمبيوتر.

مثال.المجال المغناطيسي للملف الدائري مع التيار.

ص الفم في الطائرة YZيوجد ملف سلكي نصف قطره R ، يتدفق من خلاله تيار القوة . نحن مهتمون بالمجال المغناطيسي الذي يولد التيار. خطوط القوة بالقرب من الملف هي:

الصورة العامة لخطوط المجال مرئية أيضًا ( شكل 7.10).

ص حول الفكرة ، سنكون مهتمين بالمجال
، لكن من المستحيل تحديد مجال هذا الملف في الوظائف الأولية. يمكن العثور عليها فقط على محور التناظر. نحن نبحث عن حقل في نقاط ( X,0,0).

اتجاه متجه يتم تحديده بواسطة منتج المتجه
. المتجه مكونان:
و . عندما نبدأ في جمع هذه المتجهات ، فإن مجموع المكونات العمودية جميعها يساوي صفرًا.
. والآن نكتب:
,
= و و
.
، وأخيرًا 1) ،
.

حصلنا على هذه النتيجة:

والآن ، كاختبار ، يكون الحقل الموجود في مركز الملف هو:
.

مجال ملف لولبي طويل.

الملف اللولبي هو ملف يتم فيه جرح موصل.

م يتم تشكيل المجال المغناطيسي من الملفات ، وليس من الصعب تخمين أن بنية خطوط المجال على النحو التالي: فهي تذهب بكثافة إلى الداخل ، ثم متفرقة. هذا هو ، لولبي طويل بالخارج ، سنفترض = 0 وداخل الملف اللولبي =مقدار ثابت. داخل ملف لولبي طويل ، حسنا ، في الحي. دعنا نقول ، الوسط ، المجال المغناطيسي شبه منتظم ، وخارج الملف اللولبي هذا الحقل صغير. ثم يمكننا العثور على هذا المجال المغناطيسي في الداخل على النحو التالي: هنا آخذ مثل هذه الدائرة ( شكل 7.13) والآن نكتب:
1)

.

شحنة كاملة. هذا السطح مثقوب بواسطة لفائف

(الشحن الكامل) =
(عدد الدورات التي تخترق هذا السطح).

نحصل على هذه المساواة من قانوننا:
، أو

المجال على مسافة كبيرة من التوزيع الحالي المحدود.

لحظة جاذبة

بمعنى أن هناك تيارات تتدفق في منطقة محدودة من الفضاء ، إذن هناك وصفة بسيطة لإيجاد المجال المغناطيسي الذي يخلق هذا التوزيع المحدود. حسنًا ، بالمناسبة ، أي مصدر يندرج تحت مفهوم المساحة المحدودة ، لذلك لا يوجد تضييق هنا.

إذا كان الحجم المميز للنظام ، من ثم
. دعني أذكرك بأننا حللنا مشكلة مماثلة لمجال كهربائي تم إنشاؤه بواسطة توزيع محدود للشحنة ، وظهر مفهوم العزم ثنائي القطب ، ولحظات ذات ترتيب أعلى. لن أحل هذه المشكلة هنا.

ص عن طريق القياس (كما هو الحال في الكهرباء الساكنة) ، يمكن إثبات أن المجال المغناطيسي من توزيع محدود على مسافات كبيرة يشبه المجال الكهربائي لثنائي القطب. أي أن هيكل هذا المجال هو كما يلي:

التوزيع يتميز بلحظة مغناطيسية .لحظة جاذبة
، أين هي الكثافة الحالية ، أو إذا أخذنا في الاعتبار أننا نتعامل مع جسيمات مشحونة متحركة ، فيمكننا التعبير عن هذه الصيغة لوسط مستمر من حيث شحنات الجسيمات بهذه الطريقة:
. ماذا يمثل هذا المبلغ؟ أكرر ، التوزيع الحالي ناتج عن حقيقة أن هذه الجسيمات المشحونة تتحرك. متجه نصف قطر أنامتجه الجسيم مضروبًا في السرعة أناالجسيم وكل هذا مضروب في شحنة هذا أناالجسيم -th.

بالمناسبة ، كان لدينا مثل هذا التصميم في الميكانيكا. إذا بدلا من تهمة بدون مضاعف اكتب كتلة الجسيم ، ماذا سيمثل؟ الزخم الزاوي للنظام.

إذا كان لدينا جسيمات من نفس النوع (
، على سبيل المثال ، الإلكترونات) ، ثم يمكننا الكتابة

. هذا يعني أنه إذا تم إنشاء التيار بواسطة جسيمات من نفس النوع ، فإن العزم المغناطيسي يرتبط ببساطة بالزخم الزاوي لنظام الجسيمات هذا.

مجال مغناطيسي، التي تم إنشاؤها بواسطة هذه اللحظة المغناطيسية تساوي:

(8.1 )

اللحظة المغناطيسية للملف مع التيار

ص لدينا ملف ويتدفق تيار القوة من خلاله. المتجه يختلف عن الصفر داخل الملف. لنأخذ عنصرًا من هذا الملف ,
، أين سهو المقطع العرضي للملف ، و هو متجه الوحدة المماس. ثم يتم تحديد اللحظة المغناطيسية على النحو التالي:
. ما هو
؟ هذا متجه موجه على طول المتجه الطبيعي إلى مستوى الملف . والحاصل الضرب الاتجاهي لمتجهين هو ضعف مساحة المثلث المبني على هذين المتجهين. اذا كان دي اسهي مساحة المثلث المبنية على المتجهات و ، من ثم
. ثم نكتب العزم المغناطيسي يساوي. وسائل،

(اللحظة المغناطيسية للملف مع التيار) \ u003d (القوة الحالية) (منطقة الملف) (عادي إلى ملف) 1).

والآن نحن نصيغ ( 8.1 ) ينطبق على حلقة حالية ويمكن مقارنته بما حصلنا عليه في المرة السابقة ، فقط للتحقق من الصيغة ، لأنني أعمت هذه الصيغة عن طريق القياس.

دعنا نحصل في الأصل على ملف ذي شكل تعسفي ، يتدفق من خلاله تيار من القوة  ، ثم الحقل عند نقطة على مسافة Xيساوي: (
). لدوران مستدير
,
. في المحاضرة الأخيرة ، وجدنا المجال المغناطيسي لملف دائري بتيار ، عند
تتطابق هذه الصيغ.

على مسافات كبيرة من أي توزيع للتيار ، يتم العثور على المجال المغناطيسي بواسطة الصيغة ( 8.1 ) ، وكل هذا التوزيع يتميز بمتجه واحد يسمى العزم المغناطيسي. بالمناسبة ، أبسط مصدر للمجال المغناطيسي هو لحظة مغناطيسية. بالنسبة للمجال الكهربائي ، فإن أبسط مصدر هو أحادي القطب ، وللمجال الكهربائي ، والمصدر التالي الأكثر تعقيدًا هو ثنائي القطب الكهربائي ، وبالنسبة للمجال المغناطيسي ، كل شيء يبدأ بهذه العزم ثنائي القطب أو العزم المغناطيسي. أود أن ألفت انتباهكم إلى هذا مرة أخرى ، طالما أن هذه الأحادية أحادية القطب غير موجودة. إذا كان هناك أحادي القطب ، فسيكون كل شيء كما هو في المجال الكهربائي. وبالتالي ، فإن أبسط مصدر للمجال المغناطيسي هو العزم المغناطيسي ، وهو نظير لثنائي القطب الكهربائي. من الأمثلة الجيدة على العزم المغناطيسية المغناطيس الدائم. للمغناطيس الدائم عزم مغناطيسي ، وعلى مسافة بعيدة فإن مجاله له الهيكل التالي:

القوة المؤثرة على موصل يحمل تيارًا في مجال مغناطيسي

لقد رأينا أن الجسيم المشحون يتم التأثير عليه بقوة مساوية
. التيار في الموصل هو نتيجة حركة الجسيمات المشحونة في الجسم ، أي أنه لا توجد شحنة منتشرة بشكل موحد في الفضاء ، والشحنة موضعية في كل جسيم. كثافة التيار
. على ال أنا- يتأثر الجسيم بالقوة
.

في اختر عنصر الحجم
ولخص القوى المؤثرة على جميع جسيمات عنصر الحجم هذا
. تُعرَّف القوة المؤثرة على جميع الجسيمات في عنصر حجم معين على أنها كثافة التيار على المجال المغناطيسي وعلى قيمة عنصر الحجم. الآن دعنا نعيد كتابته في شكل تفاضلي:
، بالتالي
- هذه كثافة القوة، القوة المؤثرة لكل وحدة حجم. ثم نحصل على الصيغة العامة للقوة:
.

ا عادةً ما يتدفق التيار عبر الموصلات الخطية ، ونادرًا ما نواجه حالات يكون فيها التيار ملطخًا بطريقة ما على الحجم. بالمناسبة ، على الرغم من أن الأرض بها مجال مغناطيسي ، ولكن ما الذي يأتي منه هذا المجال؟ مصدر المجال هو اللحظة المغناطيسية ، مما يعني أن الأرض لها عزم مغناطيسي. وهذا يعني أن هذه الوصفة الخاصة باللحظة المغناطيسية توضح أنه لا بد من وجود بعض التيارات داخل الأرض ، ويجب بالضرورة أن تكون مغلقة ، لأنه لا يمكن أن يكون هناك مجال مفتوح ثابت. من أين تأتي هذه التيارات ، ما الذي يدعمها؟ أنا لست خبيرا في المغناطيسية الأرضية. منذ بعض الوقت ، لم يكن هناك نموذج محدد لهذه التيارات. كان من الممكن أن يتم تحريضهم هناك في وقت واحد ولم يكن لديهم وقت للموت هناك. في الواقع ، يمكن أن يُثار تيار في موصل ، ثم ينتهي بسرعة من تلقاء نفسه بسبب امتصاص الطاقة ، وإطلاق الحرارة ، وما إلى ذلك. ولكن عندما نتعامل مع مثل هذه الأحجام مثل الأرض ، فهناك وقت اضمحلال هذه التيارات ، بمجرد إثارة بعض الآليات ، يمكن أن يكون وقت الاضمحلال طويلًا جدًا ويستمر لعصور جيولوجية. ربما هذا هو الحال. حسنًا ، لنفترض أن جسمًا صغيرًا مثل القمر لديه مجال مغناطيسي ضعيف جدًا ، مما يعني أنه قد مات بالفعل هناك ، دعنا نقول أيضًا أن المجال المغناطيسي للمريخ أضعف بكثير من مجال الأرض ، لأن المريخ أصغر أيضًا من أرض. ما أنا من أجل؟ بالطبع ، هناك حالات تتدفق فيها التيارات بأحجام ، لكن ما لدينا هنا على الأرض عادة ما يكون موصلات خطية ، لذلك سنقوم الآن بتحويل هذه الصيغة فيما يتعلق بموصل خطي.

ص إذا كان هناك موصل خطي ، فإن التيار يتدفق بقوة. حدد عنصرًا من الموصل ، حجم هذا العنصر دي في,
,
. قوة العمل على عنصر موصل
عمودي على مستوى المثلث المبني على المتجهات و ، أي أنه يتم توجيهه عموديًا على الموصل ، ويتم العثور على القوة الكلية عن طريق الجمع. فيما يلي صيغتان لحل هذه المشكلة.

لحظة مغناطيسية في مجال خارجي

العزم المغناطيسي نفسه يخلق مجالًا ، والآن نحن لا نعتبر مجاله الخاص ، لكننا مهتمون بكيفية تصرف العزم المغناطيسي عند وضعه في مجال مغناطيسي خارجي. يتم التأثير على العزم المغناطيسي بواسطة لحظة قوة مساوية لـ
. سيتم توجيه لحظة القوة بشكل عمودي على اللوحة ، وهذه اللحظة ستميل إلى قلب العزم المغناطيسي على طول خط القوة. لماذا تشير إبرة البوصلة إلى القطب الشمالي؟ هي ، بالطبع ، لا تهتم بالقطب الجغرافي للأرض ، حيث يتم توجيه إبرة البوصلة على طول خط المجال المغناطيسي ، والذي ، بالمناسبة ، لأسباب عشوائية ، يتم توجيهه تقريبًا على طول خط الزوال. بسبب ماذا؟ ولها لحظة. عندما لا يتطابق السهم ، العزم المغناطيسي في الاتجاه مع السهم نفسه ، مع خط القوة ، تظهر لحظة تحوله على طول هذا الخط. حيث تأتي اللحظة المغناطيسية من إبرة البوصلة ، سنناقش هذا لاحقًا.

ل بالإضافة إلى ذلك ، تؤثر القوة على العزم المغناطيسي يساوي
. إذا تم توجيه اللحظة المغناطيسية على طول ، ثم تجذب القوة اللحظة المغناطيسية إلى منطقة ذات استقراء أكبر. تشبه هذه الصيغ الطريقة التي يعمل بها المجال الكهربائي على عزم ثنائي القطب ، حيث تتجه العزم ثنائي القطب أيضًا على طول الحقل ويتم سحبها إلى منطقة ذات كثافة أعلى. يمكننا الآن النظر في مسألة المجال المغناطيسي في المادة.

المجال المغناطيسي في المادة

لكن يمكن أن تحتوي الأحجام على لحظات مغناطيسية. ترتبط اللحظات المغناطيسية للذرات بالزخم الزاوي للإلكترونات. تم الحصول على الصيغة بالفعل
، أين هو الزخم الزاوي للجسيم الذي يولد التيار. في الذرة لدينا نواة موجبة وإلكترون ه، في الواقع ، في المدار ، في الوقت المناسب سنرى أن هذه الصورة ليست مرتبطة بالواقع ، ليست هذه هي الطريقة التي يمكن بها تمثيل الإلكترون الذي يدور ، ولكن يبقى أن الإلكترون في الذرة لديه زخم زاوي ، وهذه الزاوية سوف يتوافق الزخم مع هذه اللحظة المغناطيسية:
. من الواضح أن الشحنة التي تدور في دائرة تعادل تيار دائري ، أي أنها دورة أولية مع تيار. الزخم الزاوي للإلكترون في الذرة مُكمَّم ، أي أنه يمكن أن يأخذ قيمًا معينة فقط ، وفقًا لهذه الوصفة:
,
أين هذه القيمة هو ثابت بلانك. يمكن للزخم الزاوي للإلكترون في الذرة أن يأخذ قيمًا معينة فقط ، ولن نناقش الآن كيفية الحصول على هذا. حسنًا ، ونتيجة لذلك ، يمكن أن تتخذ العزم المغناطيسي للذرة قيمًا معينة. هذه التفاصيل لا تهمنا الآن ، ولكن على الأقل سنتخيل أن الذرة يمكن أن يكون لها لحظة مغناطيسية معينة ، فهناك ذرات ليس لها لحظة مغناطيسية. ثم يتم ممغنط المادة الموضوعة في المجال الخارجي ، مما يعني أنها تكتسب لحظة مغناطيسية معينة بسبب حقيقة أن اللحظات المغناطيسية للذرات موجهة بشكل أساسي على طول المجال.

عنصر الحجم دي فييكتسب لحظة مغناطيسية
حيث المتجه له معنى كثافة العزم المغناطيسي ويسمى ناقل التمغنط. هناك فئة من المواد تسمى البارامغناطيس، لأي منهم
، ممغنط بحيث تتزامن اللحظة المغناطيسية مع اتجاه المجال المغناطيسي. متوفرة الماس، التي تكون ممغنطة ، إذا جاز التعبير ، "عكس التيار" ، أي أن العزم المغناطيسي هو عكس الموازية للمتجه ، يعني،
. هذا مصطلح أكثر دقة. يا له من ناقل بالتوازي مع المتجهات من الواضح أن اللحظة المغناطيسية للذرة تتجه على طول المجال المغناطيسي. ترتبط نفاذية المغناطيسية بشيء آخر: إذا لم يكن لدى الذرة عزم مغناطيسي ، فإنها تكتسب عزمًا مغناطيسيًا في مجال مغناطيسي خارجي ، وتكون العزم المغناطيسي مضادًا للتوازي . يرجع هذا التأثير الدقيق للغاية إلى حقيقة أن المجال المغناطيسي يؤثر على مستويات مدارات الإلكترونات ، أي أنه يؤثر على سلوك الزخم الزاوي. يُسحب بارامغناطيس في مجال مغناطيسي ، ويدفع قطر مغناطيسي للخارج. هنا ، حتى لا يكون من غير المجدي ، النحاس عبارة عن مغناطيس ، والألمنيوم عبارة عن مغناطيس بارامغناطيس ، إذا أخذت مغناطيسًا ، فإن كعكة الألومنيوم سوف تجتذب بواسطة المغناطيس ، ومن ثم سيتم صد الكعكة النحاسية.

من الواضح أن المجال الناتج ، عند إدخال مادة في مجال مغناطيسي ، هو مجموع المجال الخارجي والمجال الناتج عن العزم المغناطيسي للمادة. الآن دعونا نلقي نظرة على المعادلة
، أو في شكل تفاضلي
. الآن هذا البيان: مغنطة مادة ما يعادل إحداث تيار كثيف فيها
. ثم نكتب هذه المعادلة في الصورة
.

دعنا نتحقق من الأبعاد: مهي اللحظة المغناطيسية لكل وحدة حجم
، البعد
. عندما تكتب بعض المعادلات ، من المفيد دائمًا التحقق من البعد ، خاصةً إذا كانت الصيغة هي حضنك ، أي أنك لم تنسخها ، ولم تتذكرها ، لكنك تلقيتها.

ح المغنطة تتميز بالناقل يسمى ناقل التمغنط ، وهو كثافة العزم المغناطيسي أو العزم المغناطيسي لكل وحدة زمنية. قلت أن المغنطة تعادل ظهور التيار
، ما يسمى بالتيار الجزيئي ، وهذه المعادلة تعادل:
، أي يمكننا أن نفترض أنه لا يوجد مغنطة ، ولكن توجد مثل هذه التيارات. لنستخدم هذه المعادلة:
,هي التيارات الحقيقية المرتبطة بحاملات شحن محددة ، و هذه هي التيارات المرتبطة بالمغنطة. الإلكترون في الذرة عبارة عن تيار دائري ، فلنأخذ المنطقة بالداخل ، داخل العينة ، كل هذه التيارات قد دمرت ، لكن وجود مثل هذه التيارات الدائرية يعادل تيارًا إجماليًا واحدًا يتدفق حول هذا الموصل على السطح ، ومن هنا جاءت الصيغة . دعنا نعيد كتابة هذه المعادلة على النحو التالي:
,
. هذه ترسل أيضًا إلى اليسار وتدل
، المتجه اتصل قوة المجال المغناطيسي، ثم تأخذ المعادلة الشكل
. (دوران شدة المجال المغناطيسي في حلقة مغلقة) = (شدة التيار عبر سطح هذه الحلقة).

حسنًا ، وأخيراً ، الأخير. لدينا هذه الصيغة:
. بالنسبة للعديد من الوسائط ، تعتمد المغنطة على شدة المجال ،
، أين –القابلية المغناطيسية، هو المعامل الذي يميز ميل المادة للمغنطة. ثم يمكن إعادة كتابة هذه الصيغة بالشكل
,
–النفاذية المغناطيسيةونحصل على الصيغة التالية:
.

اذا كان
، فهذه مغناطيسات بارزة ،
- هذه مغناطيسات مغناطيسية ، حسنًا ، وأخيرًا ، هناك مواد من أجلها يأخذ قيمًا كبيرة (حوالي 10 3) ،
هي المغناطيسات الحديدية (الحديد والكوبالت والنيكل). المغناطيسات الحديدية رائعة في ذلك. أنها ليست ممغنطة فقط في مجال مغناطيسي ، ولكنها تتميز بالمغنطة المتبقية ، إذا تم بالفعل ممغنطة مرة واحدة ، ثم إذا تمت إزالة المجال الخارجي ، فسيظل ممغنطًا ، على عكس الديا- والمغناطيسات. المغناطيس الدائم هو مغناطيس حديدي ، بدون مجال خارجي ، ممغنط من تلقاء نفسه. بالمناسبة ، هناك نظائر لهذه الحالة في الكهرباء: هناك عوازل كهربائية مستقطبة من تلقاء نفسها دون أي مجال خارجي. في وجود المادة ، تأخذ معادلتنا الأساسية الشكل التالي:

لكن هنا آخر مثالالمغناطيس الحديدي ، مثال منزلي على مجال مغناطيسي في الوسائط ، أولاً ، مغناطيس دائم ، جيد ، وشيء أكثر دقة - شريط. ما هو مبدأ التسجيل على الشريط؟ مسجل الشريط عبارة عن شريط رفيع مغطى بطبقة من المغناطيس الحديدي ، ورأس التسجيل هو ملف ذو قلب يتدفق من خلاله تيار متناوب ، ويتم إنشاء مجال مغناطيسي متناوب في الفجوة ، ويتتبع التيار إشارة الصوت ، والتذبذبات مع تردد معين. وفقًا لذلك ، يوجد مجال مغناطيسي متناوب في الدائرة المغناطيسية ، والذي يتغير مع نفس التيار. المغناطيس الحديدي ممغنط بواسطة تيار متردد. عندما يتم سحب هذا الشريط فوق هذا النوع من الأجهزة ، ينتج المجال المغناطيسي المتناوب emf بالتناوب. ويتم إنتاج الإشارة الكهربائية مرة أخرى. هذه عبارة عن مغناطيسات حديدية على مستوى الأسرة.

المجال المغناطيسي للموصل الحامل للتيار.عندما يمر التيار عبر موصل مستقيم ، ينشأ حوله مجال مغناطيسي (الشكل 38). يتم ترتيب خطوط القوة المغناطيسية لهذا المجال على طول دوائر متحدة المركز ، يوجد في وسطها موصل يحمل تيارًا.
دائمًا ما يكون اتجاه المجال المغناطيسي حول موصل مع تيار متوافق تمامًا مع اتجاه التيار المار عبر الموصل. يمكن تحديد اتجاه خطوط المجال المغناطيسي بواسطة قاعدة gimlet. تمت صياغته على النحو التالي. إذا تم الجمع بين الحركة الانتقالية للمقبس 1 (الشكل 39 ، أ) مع اتجاه التيار 2 في الموصل 3 ، فإن دوران مقبضه سيشير إلى اتجاه خطوط المجال المغناطيسي 4 حول الموصل. على سبيل المثال ، إذا كان التيار يمر عبر الموصل في اتجاه منا وراء مستوى ورقة الكتاب (الشكل 39 ، ب) ، فإن المجال المغناطيسي الذي ينشأ حول هذا الموصل يتم توجيهه في اتجاه عقارب الساعة. إذا كان التيار عبر الموصل يمر في الاتجاه من مستوى ورقة الكتاب إلينا ، فإن المجال المغناطيسي حول الموصل يتم توجيهه عكس اتجاه عقارب الساعة. كلما زاد التيار المار عبر الموصل ، كلما كان المجال المغناطيسي الذي ينشأ حوله أقوى. عندما يتغير اتجاه التيار ، يغير المجال المغناطيسي أيضًا اتجاهه.
عندما تبتعد عن الموصل ، تقل تواتر خطوط القوة المغناطيسية. وبالتالي ، فإن تحريض المجال المغناطيسي وتقل شدته. قوة المجال المغناطيسي في الفضاء المحيط بالموصل ،

ح = أنا / (2؟ ص) (44)

أقصى شد H max يحدث على السطح الخارجي للموصل 1 (الشكل 40). داخل الموصل أيضا

ينشأ مجال مغناطيسي ، لكن قوته تتناقص خطيًا في الاتجاه من السطح الخارجي إلى المحور (المنحنى 2). يتغير الحث المغناطيسي للمجال حول الموصل وداخله بنفس طريقة الشدة.

طرق تضخيم المجالات المغناطيسية.للحصول على مجالات مغناطيسية قوية في التيارات المنخفضة ، عادة ما يتم زيادة عدد الموصلات الحاملة للتيار ويتم إجراؤها في شكل سلسلة من المنعطفات ؛ يسمى هذا الجهاز باللف أو الملف.
مع ثني الموصل على شكل ملف (الشكل 41 ، أ) ، سيكون للمجالات المغناطيسية التي تشكلها جميع أقسام هذا الموصل نفس الاتجاه داخل الملف. لذلك ، ستكون شدة المجال المغناطيسي داخل الملف أكبر من شدة المجال المغناطيسي حول الموصل المستقيم. عندما يتم دمج المنعطفات في ملف ، فإن الحقول المغناطيسية التي تم إنشاؤها بواسطة المنعطفات الفردية تضاف (الشكل 41 ، ب) وترتبط خطوط قوتها بتدفق مغناطيسي مشترك. في هذه الحالة ، يزداد تركيز خطوط المجال داخل الملف ، أي يزداد المجال المغناطيسي بداخله. كلما زاد التيار الذي يمر عبر الملف ، وكلما زاد عدد الدورات ، كلما كان المجال المغناطيسي الناتج عن الملف أقوى. يتكون المجال المغناطيسي خارج الملف أيضًا من المجالات المغناطيسية للانعطافات الفردية ، ومع ذلك ، فإن خطوط القوة المغناطيسية ليست كثيفة جدًا ، ونتيجة لذلك لا تكون شدة المجال المغناطيسي كبيرة مثل داخل الملف. المجال المغناطيسي للملف الذي يطير بواسطة تيار له نفس شكل مجال المغناطيس الدائم المستقيم (انظر الشكل 35 ، أ): تخرج الخطوط المغناطيسية للقوة من أحد طرفي الملف وتدخل نهايته الأخرى. لذلك ، فإن الملف ، المبسط مع التيار ، هو مغناطيس كهربائي اصطناعي. عادة ، يتم إدخال قلب فولاذي داخل الملف لتعزيز المجال المغناطيسي ؛ مثل هذا الجهاز يسمى مغناطيس كهربائي.
لقد وجدت المغناطيسات الكهربائية تطبيقًا واسعًا للغاية في التكنولوجيا. إنها تخلق المجال المغناطيسي المطلوب لتشغيل الآلات الكهربائية ، وكذلك القوى الكهروديناميكية المطلوبة. لتشغيل مختلف أدوات القياس والأجهزة الكهربائية.
يمكن أن تحتوي المغناطيسات الكهربائية على دائرة مغناطيسية مفتوحة أو مغلقة (الشكل 42). يمكن تحديد قطبية نهاية ملف مغناطيسي كهربائي ، مثل قطبية مغناطيس دائم ، باستخدام إبرة مغناطيسية. إلى القطب الشمالي ، يتحول إلى الطرف الجنوبي. لتحديد اتجاه المجال المغناطيسي الذي تم إنشاؤه بواسطة ملف أو ملف ، يمكنك أيضًا استخدام قاعدة gimlet. إذا قمت بدمج اتجاه دوران المقبض مع اتجاه التيار في الملف أو الملف ، فإن الحركة الانتقالية للمقبض ستشير إلى اتجاه المجال المغناطيسي. يمكن أيضًا تحديد قطبية المغناطيس الكهربائي بمساعدة اليد اليمنى. للقيام بذلك ، ضع يدك على الملف مع راحة يدك (الشكل 43) واجمع أربعة أصابع مع اتجاه التيار فيها ، بينما سيظهر الإبهام المنحني اتجاه المجال المغناطيسي.

المغناطيس أجسام لها خاصية جذب الأجسام الحديدية. خاصية الجذب التي تظهرها المغناطيس تسمى المغناطيسية. المغناطيس طبيعي ومصطنع. تُسمى خامات الحديد المستخرج ، والتي لها خاصية الجذب ، بالمغناطيس الطبيعي ، وتسمى القطع الممغنطة من المعدن بالمغناطيسات الاصطناعية ، والتي تسمى غالبًا بالمغناطيس الدائم.

تظهر خصائص المغناطيس لجذب الأجسام الحديدية أكثر وضوحًا في نهاياته ، والتي تسمى الأقطاب المغناطيسية ، أو ببساطة الأقطاب. يحتوي كل مغناطيس على قطبين: شمال (شمال - شمال) وجنوبي (جنوب - جنوب). يسمى الخط الذي يمر عبر منتصف المغناطيس بالخط المحايد ، أو المحايد ، حيث لا يتم الكشف عن أي خصائص مغناطيسية على طول هذا الخط.

تشكل المغناطيسات الدائمة مجالًا مغناطيسيًا تعمل فيه القوى المغناطيسية في اتجاهات معينة ، تسمى خطوط القوة. خطوط القوة تخرج من القطب الشمالي وتدخل الجنوب.

يشكل التيار الكهربي الذي يمر عبر موصل أيضًا مجالًا مغناطيسيًا حول الموصل. لقد ثبت أن الظواهر المغناطيسية مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بالتيار الكهربائي.

خطوط القوة المغناطيسيةتقع حول الموصل مع التيار في دائرة ، مركزها الموصل نفسه ، بينما تكون أقرب إلى الموصل أكثر كثافة ، وبعيدًا عن الموصل - أقل في كثير من الأحيان. يعتمد موقع خطوط المجال المغناطيسي حول موصل مع تيار على شكل المقطع العرضي له.

لتحديد اتجاه خطوط القوة ، يتم استخدام قاعدة gimlet ، والتي تتم صياغتها على النحو التالي: إذا قمت ببرغي المثقاب في اتجاه التيار في الموصل ، فعندئذٍ دوران مقبض المخرجسيُظهر اتجاه خطوط المجال المغناطيسي.

المجال المغناطيسي للموصل المستقيم عبارة عن سلسلة من الدوائر متحدة المركز (الشكل 157 ، أ).لتعزيز المجال المغناطيسي في الموصل ، يتم تصنيع الأخير على شكل ملف (الشكل 157 ، ب).

إذا كان اتجاه دوران مقبض المحول يتزامن مع اتجاه التيار الكهربائي في لفات الملف ، فإن الحركة الانتقالية للمقبض يتم توجيهها نحو القطب الشمالي.

يشبه المجال المغناطيسي للملف مع التيار مجال المغناطيس الدائم ، وبالتالي فإن الملف مع التيار (الملف اللولبي) له جميع خصائص المغناطيس.

هنا ، أيضًا ، يتم تحديد اتجاه خطوط المجال المغناطيسي حول كل منعطف للملف بواسطة قاعدة gimlet. تتراكم خطوط القوة للانعطافات المجاورة ، مما يزيد من المجال المغناطيسي الكلي للملف. على النحو التالي من التين. 158 ، تخرج خطوط المجال المغناطيسي للملف من أحد الطرفين وتدخل إلى الطرف الآخر ، وتغلق داخل الملف. الملف ، مثل المغناطيس الدائم ، له قطبية (القطبين الجنوبي والشمالي) ، والتي يتم تحديدها أيضًا بواسطة قاعدة gimlet ، إذا ذكرت ذلك على النحو التالي: إذا كان اتجاه دوران مقبض المحول يتزامن مع اتجاه التيار الكهربائي في لفات الملف ، فإن الحركة الانتقالية للمقبض يتم توجيهها نحو القطب الشمالي.

لتوصيف المجال المغناطيسي من وجهة نظر كمية ، يتم تقديم مفهوم الحث المغناطيسي.

الحث المغناطيسي هو عدد خطوط القوة المغناطيسية لكل 1 سم 2 (أو 1 م 2) من السطح العمودي على اتجاه خطوط القوة. في نظام SI ، يقاس الحث المغناطيسي في teslas (يُشار إليه باختصار T) ويُشار إليه بالحرف في(تسلا = ويبر / م 2 = فولت في الثانية / م 2

ويبر هي وحدة قياس التدفق المغناطيسي.

يمكن زيادة المجال المغناطيسي عن طريق إدخال قضيب حديدي (لب) في الملف. إن وجود قلب حديدي يعزز المجال ، نظرًا لكونه في المجال المغناطيسي للملف ، فإن اللب الحديدي ممغنط ، ويخلق مجاله الخاص ، والذي يضيف إلى المجال الأصلي ويتم تضخيمه. يسمى هذا الجهاز بالمغناطيس الكهربائي.

يُطلق على العدد الإجمالي لخطوط القوة التي تمر عبر قسم اللب اسم التدفق المغناطيسي. يعتمد حجم التدفق المغناطيسي للمغناطيس الكهربائي على التيار المار عبر الملف (الملف) ، وعدد الدورات المغناطيسية ومقاومة الدائرة المغناطيسية.

الدائرة المغناطيسية ، أو الدائرة المغناطيسية ، هي مسار تغلق على طوله خطوط القوة المغناطيسية. تعتمد المقاومة المغناطيسية للدائرة المغناطيسية على النفاذية المغناطيسية للوسط الذي تمر من خلاله خطوط القوة وطول هذه الخطوط والمقطع العرضي للنواة.

يُطلق على ناتج التيار المار عبر الملف وعدد دوراته اسم القوة الدافعة المغناطيسية (mf s). التدفق المغناطيسي يساوي القوة الدافعة المغناطيسية مقسومة على المقاومة المغناطيسية للدائرة- هكذا تمت صياغة قانون أوم للدائرة المغناطيسية. نظرًا لأن عدد الدورات والمقاومة المغناطيسية لمغناطيس كهربي معين هي قيم ثابتة ، يمكن تغيير التدفق المغناطيسي للمغناطيس الكهربائي عن طريق ضبط التيار في لفه.

تجد المغناطيسات الكهربائية أوسع تطبيق في مختلف الآلات والأجهزة (في الآلات الكهربائية ، والأجراس الكهربائية ، والهواتف ، وأدوات القياس ، وما إلى ذلك).

وزارة التربية والتعليم والعلوم في الاتحاد الروسي

مؤسسة التعليم الفيدرالية للميزانية الحكومية

التعليم المهني العالي

جامعة الموارد المعدنية الوطنية "جورني"

قسم الفيزياء العامة والتقنية

(معمل الكهرومغناطيسية)

دراسة المجال المغناطيسي

(قانون Biot-Savart-Laplace)

دلائل العمل المخبري رقم 4

للطلاب من جميع التخصصات

سان بطرسبورج

موضوعي:قياس المجالات المغناطيسية التي تم إنشاؤها بواسطة موصلات من تكوينات مختلفة. التحقق التجريبي من قانون Biot-Savart-Laplace.

الأسس النظرية للعمل المخبري

لقد وجد استخدام المجال المغناطيسي في الصناعة تطبيقًا واسعًا. يمكن حل مشكلة نقل الطاقة إلى بعض المنشآت الصناعية وغيرها بمساعدة مجال مغناطيسي (على سبيل المثال ، في المحولات). في أعمال التخصيب ، بمساعدة مجال مغناطيسي ، يتم إجراء الفصل (فواصل مغناطيسية) ، أي فصل المعادن عن نفايات الصخور. وأثناء إنتاج المواد الكاشطة الاصطناعية ، يستقر الفيروسيليكون الموجود في الخليط في قاع الفرن ، ولكن يتم إدخال كميات صغيرة منه في المادة الكاشطة ثم يتم إزالتها لاحقًا بواسطة مغناطيس. بدون مجال مغناطيسي ، لن تتمكن مولدات الآلات الكهربائية والمحركات الكهربائية من العمل. الاندماج النووي الحراري ، وتوليد الطاقة المغناطيسية ، وتسريع الجسيمات المشحونة في السنكروترونات ، واستعادة السفن الغارقة ، وما إلى ذلك ، كلها مجالات تتطلب المغناطيس. المغناطيس الطبيعي ، كقاعدة عامة ، ليس فعالًا بدرجة كافية في حل بعض مشكلات الإنتاج ويستخدم بشكل أساسي فقط في الأجهزة المنزلية وفي أجهزة القياس. التطبيق الرئيسي للمجال المغناطيسي هو في الهندسة الكهربائية وهندسة الراديو والأجهزة والأتمتة والميكانيكا عن بعد. هنا ، تُستخدم المواد المغناطيسية لتصنيع الدوائر المغناطيسية ، والمرحلات ، والأجهزة الكهرومغناطيسية الأخرى. توجد مغناطيسات طبيعية (أو طبيعية) في الطبيعة على شكل رواسب من الخامات المغناطيسية. في التعدين ، يتم تخصيص أقسام منفصلة لتطوير رواسب الخام المغناطيسية ولها خصائصها الخاصة ، على سبيل المثال ، هناك علوم مثل الكيمياء المغناطيسية واكتشاف الخلل المغناطيسي. تمتلك جامعة تارتو أكبر مغناطيس طبيعي معروف. كتلته 13 كجم ، وهو قادر على رفع حمولة 40 كجم. أصبحت مشكلة إنشاء مجالات مغناطيسية قوية واحدة من المشاكل الرئيسية في الفيزياء والتكنولوجيا الحديثة. يمكن إنشاء مغناطيس قوي بواسطة الموصلات الحاملة للتيار. في عام 1820 ، اكتشف G.Oersted (1777-1851) أن موصلًا بتيار يعمل على إبرة مغناطيسية ، مما يؤدي إلى قلبها. بعد أسبوع ، أظهر أمبير أن موصلين متوازيين لهما تيار في نفس الاتجاه يجذبان بعضهما البعض. في وقت لاحق ، اقترح أن جميع الظواهر المغناطيسية ترجع إلى التيارات ، وأن الخصائص المغناطيسية للمغناطيس الدائم مرتبطة بالتيارات التي تدور باستمرار داخل هذه المغناطيسات. هذا الافتراض يتوافق تمامًا مع الأفكار الحديثة. تمت دراسة المجال المغناطيسي للتيارات المباشرة بأشكال مختلفة من قبل العالمين الفرنسيين J. Biot (1774 - 1862) و F. Savard (1791 - 1841). تم تلخيص نتائج هذه التجارب من قبل عالم الرياضيات والفيزياء الفرنسيين ب. لابلاس. يسمح لك قانون Biot-Savart-Laplace ، جنبًا إلى جنب مع مبدأ التراكب ، بحساب المجالات المغناطيسية التي تم إنشاؤها بواسطة أي موصلات حاملة للتيار.

ستسمح دراسة أنماط تدفق الظواهر المغناطيسية بتعميم المعرفة المكتسبة واستخدامها بنجاح في ظروف المختبر وفي الإنتاج.

المجال المغناطيسي للموصل المستقيم مع التيار

يخلق الموصل الذي يحمل تيارًا كهربائيًا مجالًا مغناطيسيًا. يتميز المجال المغناطيسي بمتجه الشدة ح(الشكل 1) ، والتي يمكن حسابها بالصيغة

ح= د ح.

وفقًا لقانون Biot-Savart-Laplace ،

أين أناهو التيار في الموصل ، د`ل- متجه بطول مقطع أولي من الموصل وموجه في اتجاه التيار ، صهو متجه نصف القطر الذي يربط العنصر بالنقطة المدروسة ص.

ضع في اعتبارك المجال المغناطيسي الذي تم إنشاؤه بواسطة موصل مستقيم مع تيار بطول محدود (الشكل 2). أقسام أولية منفصلة من هذا الموصل تنشئ حقولًا د ح، موجه في اتجاه واحد (عمودي على مستوى الرسم) ، لذلك يمكن إيجاد شدة المجال المغناطيسي عند النقطة P من خلال دمج:

نملك ل= ص o × ctga ، لذلك بالإضافة إلى ذلك

بعد الاندماج ، نحصل على

, (1)

أين صس هي أقصر مسافة من النقطة صبالنسبة للموصل مع التيار ، فإن 1 و 2 هما الزاويتان بين العناصر المتطرفة للموصل ومتجهات نصف القطر المقابلة PA و PB.

إذا حددنا التوتر عند النقاط الموجودة على العمود العمودي المستعاد إلى منتصف الموصل ، إذن cosa 2 \ u003d cos (180 ° - a 1) \ u003d -cosa 1 ، وبالتالي ،

(cosa 1 - cosa 2) = 2cosa 1 =. (2)

مع الأخذ بعين الاعتبار التعبير (2) ، يمكن كتابة الصيغة (1) كـ

. (3)

بالنظر إلى أن طول الموصل في هذا العمل هو 2 بمسافة أكبر بكثير ص 0 من الموصل إلى نقطة مراقبة المجال المغناطيسي ، يمكن كتابة الصيغة (3) على شكل

لذلك ، يتم حساب تحريض المجال المغناطيسي بالصيغة:

أين م 0 - ثابت مغناطيسي ، م- النفاذية المغناطيسية للوسط (للهواء م= 1)

الأقسام