Μια ειδική μορφή ύπαρξης ύλης - το μαγνητικό πεδίο της Γης συνέβαλε στην προέλευση και τη διατήρηση της ζωής. Θραύσματα αυτού του χωραφιού, κομμάτια μεταλλεύματος, ελκυστικό σίδηρο, led ηλεκτρική ενέργεια στην υπηρεσία της ανθρωπότητας. Χωρίς ηλεκτρική ενέργεια, η επιβίωση θα ήταν αδιανόητη.
Περιεχόμενο
Ποιες είναι οι γραμμές μαγνητικής επαγωγής
Το μαγνητικό πεδίο καθορίζεται από την ισχύ σε κάθε σημείο του χώρου του. Οι καμπύλες που ενώνουν σημεία πεδίου με ίσες δυνάμεις σε μέγεθος ονομάζονται γραμμές μαγνητικής επαγωγής. Η ισχύς του μαγνητικού πεδίου σε ένα συγκεκριμένο σημείο είναι ένα χαρακτηριστικό ισχύος και το διάνυσμα μαγνητικού πεδίου Β χρησιμοποιείται για την αξιολόγηση του. Η κατεύθυνσή του σε ένα συγκεκριμένο σημείο της γραμμής μαγνητικής επαγωγής εμφανίζεται εφαπτομενικά σε αυτό.
Εάν ένα σημείο στο χώρο επηρεάζεται από πολλά μαγνητικά πεδία, τότε η ένταση προσδιορίζεται αθροίζοντας τα διανύσματα μαγνητικής επαγωγής κάθε ενεργού μαγνητικού πεδίου. Σε αυτή την περίπτωση, η ένταση σε ένα συγκεκριμένο σημείο αθροίζεται σε απόλυτη τιμή και το διάνυσμα μαγνητικής επαγωγής ορίζεται ως το άθροισμα των διανυσμάτων όλων των μαγνητικών πεδίων.
Παρά το γεγονός ότι οι γραμμές μαγνητικής επαγωγής είναι αόρατες, έχουν ορισμένες ιδιότητες:
- Είναι γενικά αποδεκτό ότι οι γραμμές του μαγνητικού πεδίου εξέρχονται από τον πόλο (N) και επιστρέφουν από το (S).
- Η κατεύθυνση του διανύσματος μαγνητικής επαγωγής είναι εφαπτομενική στη γραμμή.
- Παρά το περίπλοκο σχήμα, οι καμπύλες δεν τέμνονται και αναγκαστικά κλείνουν.
- Το μαγνητικό πεδίο μέσα στον μαγνήτη είναι ομοιόμορφο και η πυκνότητα της γραμμής είναι μέγιστη.
- Μόνο μία γραμμή μαγνητικής επαγωγής διέρχεται από το σημείο πεδίου.
Η κατεύθυνση των γραμμών μαγνητικής επαγωγής μέσα σε έναν μόνιμο μαγνήτη
Ιστορικά, σε πολλά μέρη της Γης, η φυσική ποιότητα ορισμένων λίθων να προσελκύουν προϊόντα σιδήρου έχει παρατηρηθεί από καιρό. Με την πάροδο του χρόνου, στην αρχαία Κίνα, βέλη λαξευμένα με συγκεκριμένο τρόπο από κομμάτια σιδηρομεταλλεύματος (μαγνητικό σιδηρομετάλλευμα) μετατράπηκαν σε πυξίδες, που δείχνουν την κατεύθυνση προς τον βόρειο και νότιο πόλο της Γης και σας επιτρέπουν να περιηγηθείτε στο έδαφος.
Μελέτες αυτού του φυσικού φαινομένου έχουν καθορίσει ότι μια ισχυρότερη μαγνητική ιδιότητα διαρκεί περισσότερο στα κράματα σιδήρου. Ασθενέστεροι φυσικοί μαγνήτες είναι τα μεταλλεύματα που περιέχουν νικέλιο ή κοβάλτιο. Στη διαδικασία μελέτης του ηλεκτρισμού, οι επιστήμονες έμαθαν πώς να αποκτούν τεχνητά μαγνητισμένα προϊόντα από κράματα που περιέχουν σίδηρο, νικέλιο ή κοβάλτιο.Για να γίνει αυτό, εισήχθησαν σε ένα μαγνητικό πεδίο που δημιουργήθηκε από συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα και, εάν ήταν απαραίτητο, απομαγνητίστηκαν από εναλλασσόμενο ρεύμα.
Τα προϊόντα που μαγνητίζονται σε φυσικές συνθήκες ή λαμβάνονται τεχνητά έχουν δύο διαφορετικούς πόλους - τα μέρη όπου ο μαγνητισμός είναι περισσότερο συγκεντρωμένος. Οι μαγνήτες αλληλεπιδρούν μεταξύ τους μέσω ενός μαγνητικού πεδίου έτσι ώστε όμοιοι πόλοι να απωθούνται και σε αντίθεση με τους πόλους να έλκονται. Αυτό δημιουργεί ροπές για τον προσανατολισμό τους σε χώρο ισχυρότερων πεδίων, όπως το πεδίο της Γης.
Μια οπτική αναπαράσταση της αλληλεπίδρασης ασθενώς μαγνητισμένων στοιχείων και ενός ισχυρού μαγνήτη δίνει την κλασική εμπειρία με ρινίσματα χάλυβα διάσπαρτα σε χαρτόνι και έναν επίπεδο μαγνήτη από κάτω. Ειδικά αν το πριονίδι είναι στενόμακρο, φαίνεται ξεκάθαρα πώς ευθυγραμμίζονται κατά μήκος των γραμμών του μαγνητικού πεδίου. Με την αλλαγή της θέσης του μαγνήτη κάτω από το χαρτόνι, παρατηρείται αλλαγή στη διαμόρφωση της εικόνας τους. Η χρήση πυξίδων σε αυτό το πείραμα ενισχύει περαιτέρω την επίδραση της κατανόησης της δομής του μαγνητικού πεδίου.
Μία από τις ιδιότητες των μαγνητικών γραμμών δύναμης, που ανακαλύφθηκε από τον M. Faraday, υποδηλώνει ότι είναι κλειστές και συνεχείς. Οι γραμμές που βγαίνουν από τον βόρειο πόλο ενός μόνιμου μαγνήτη εισέρχονται στον νότιο πόλο. Ωστόσο, μέσα στον μαγνήτη δεν ανοίγουν και μπαίνουν από τον νότιο πόλο στον βορρά. Ο αριθμός των γραμμών μέσα στο προϊόν είναι μέγιστος, το μαγνητικό πεδίο είναι ομοιόμορφο και η επαγωγή μπορεί να εξασθενήσει όταν απομαγνητιστεί.
Προσδιορισμός της κατεύθυνσης του διανύσματος μαγνητικής επαγωγής χρησιμοποιώντας τον κανόνα gimlet
Στις αρχές του 19ου αιώνα, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι ένα μαγνητικό πεδίο δημιουργείται γύρω από έναν αγωγό με ρεύμα να διέρχεται από αυτόν. Οι προκύπτουσες γραμμές δύναμης συμπεριφέρονται σύμφωνα με τους ίδιους κανόνες όπως και με έναν φυσικό μαγνήτη.Επιπλέον, η αλληλεπίδραση του ηλεκτρικού πεδίου ενός αγωγού με το ρεύμα και το μαγνητικό πεδίο χρησίμευσε ως βάση της ηλεκτρομαγνητικής δυναμικής.
Η κατανόηση του προσανατολισμού στο χώρο των δυνάμεων σε αλληλεπιδρώντα πεδία μας επιτρέπει να υπολογίσουμε τα αξονικά διανύσματα:
- μαγνητική επαγωγή;
- Το μέγεθος και η κατεύθυνση του ρεύματος επαγωγής.
- Γωνιακή ταχύτητα.
Μια τέτοια αντίληψη διατυπώθηκε στον κανόνα του gimlet.
Συνδυάζοντας τη μεταφορική κίνηση του δεξιού στελέχους με την κατεύθυνση του ρεύματος στον αγωγό, λαμβάνουμε την κατεύθυνση των γραμμών του μαγνητικού πεδίου, η οποία υποδεικνύεται από την περιστροφή της λαβής.
Χωρίς να είναι νόμος της φυσικής, ο κανόνας gimlet στην ηλεκτρική μηχανική χρησιμοποιείται για να προσδιορίσει όχι μόνο την κατεύθυνση των γραμμών του μαγνητικού πεδίου ανάλογα με το διάνυσμα ρεύματος στον αγωγό, αλλά και το αντίστροφο, προσδιορίζοντας την κατεύθυνση του ρεύματος στα καλώδια ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας λόγω της περιστροφής των γραμμών μαγνητικής επαγωγής.
Η κατανόηση αυτής της σχέσης επέτρεψε στον Ampère να τεκμηριώσει τον νόμο των περιστρεφόμενων πεδίων, ο οποίος οδήγησε στη δημιουργία ηλεκτρικών κινητήρων διαφόρων αρχών. Όλος ο ανασυρόμενος εξοπλισμός που χρησιμοποιεί επαγωγείς ακολουθεί τον κανόνα gimlet.
Κανόνας του δεξιού χεριού
Ο προσδιορισμός της κατεύθυνσης ενός ρεύματος που κινείται σε ένα μαγνητικό πεδίο ενός αγωγού (μία πλευρά ενός κλειστού βρόχου αγωγών) δείχνει ξεκάθαρα τον κανόνα του δεξιού χεριού.
Λέει ότι η δεξιά παλάμη, γυρισμένη στον πόλο Ν (οι γραμμές πεδίου εισέρχονται στην παλάμη) και ο αντίχειρας που εκτρέπεται 90 μοίρες δείχνει την κατεύθυνση κίνησης του αγωγού, και στη συνέχεια σε ένα κλειστό κύκλωμα (πηνίο) το μαγνητικό πεδίο προκαλεί ηλεκτρικό ρεύμα , το διάνυσμα κίνησης του οποίου δείχνουν τέσσερα δάχτυλα.
Αυτός ο κανόνας δείχνει πώς εμφανίστηκαν αρχικά οι γεννήτριες DC. Μια ορισμένη δύναμη της φύσης (νερό, άνεμος) περιέστρεψε ένα κλειστό κύκλωμα αγωγών σε ένα μαγνητικό πεδίο, παράγοντας ηλεκτρισμό. Στη συνέχεια οι κινητήρες, έχοντας λάβει ηλεκτρικό ρεύμα σε σταθερό μαγνητικό πεδίο, το μετέτρεψαν σε μηχανική κίνηση.
Ο κανόνας του δεξιού χεριού ισχύει επίσης για τους επαγωγείς. Η κίνηση του μαγνητικού πυρήνα στο εσωτερικό τους οδηγεί στην εμφάνιση επαγωγικών ρευμάτων.
Εάν τα τέσσερα δάχτυλα του δεξιού χεριού είναι ευθυγραμμισμένα με την κατεύθυνση του ρεύματος στις στροφές του πηνίου, τότε ο αντίχειρας που αποκλίνει κατά 90 μοίρες θα δείχνει προς τον βόρειο πόλο.
Οι κανόνες του τρισδιάστατου και του δεξιού χεριού επιδεικνύουν με επιτυχία την αλληλεπίδραση ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων. Καθιστούν δυνατή την κατανόηση της λειτουργίας διαφόρων συσκευών στην ηλεκτρική μηχανική σχεδόν για όλους, όχι μόνο για επιστήμονες.
Παρόμοια άρθρα:
