Campo magnetico e sue proprietà. Definizione campi magnetici, sorgenti, sanpin

È noto l'uso diffuso del campo magnetico nella vita quotidiana, nella produzione e nella ricerca scientifica. Basti nominare dispositivi come alternatori, motori elettrici, relè, acceleratori di particelle e sensori vari. Consideriamo più in dettaglio cos'è un campo magnetico e come si forma.

Che cos'è un campo magnetico - definizione

Un campo magnetico è un campo di forza che agisce su particelle cariche in movimento. La dimensione del campo magnetico dipende dalla velocità della sua variazione. In base a questa caratteristica si distinguono due tipi di campo magnetico: dinamico e gravitazionale.

Il campo magnetico gravitazionale sorge solo vicino alle particelle elementari e si forma in base alle caratteristiche della loro struttura. Le sorgenti di un campo magnetico dinamico sono cariche elettriche in movimento o corpi carichi, conduttori che trasportano corrente e sostanze magnetizzate.

Proprietà del campo magnetico

Il grande scienziato francese André Ampere è riuscito a scoprire due proprietà fondamentali del campo magnetico:

1. La principale differenza tra un campo magnetico e un campo elettrico e la sua proprietà principale è che è relativo. Se prendi un corpo carico, lascialo immobile in qualsiasi sistema di riferimento e posiziona un ago magnetico nelle vicinanze, come al solito punterà a nord. Cioè, non rileverà nessun campo diverso da quello terrestre. Se inizi a spostare questo corpo carico rispetto alla freccia, comincerà a girare - questo indica che quando il corpo carico si muove, oltre a quello elettrico si forma anche un campo magnetico. Pertanto, un campo magnetico appare se e solo se c'è una carica in movimento.
2. Il campo magnetico agisce su un'altra corrente elettrica. Quindi, puoi rilevarlo tracciando il movimento delle particelle cariche: in un campo magnetico devieranno, i conduttori con la corrente si muoveranno, il telaio con la corrente girerà, le sostanze magnetizzate si sposteranno. Qui dovremmo ricordare l'ago della bussola magnetica, solitamente dipinto di blu, perché è solo un pezzo di ferro magnetizzato. Punta sempre a nord perché la Terra ha un campo magnetico. Il nostro intero pianeta è un enorme magnete: la Cintura Magnetica Sud si trova al Polo Nord e il Polo Nord Magnetico si trova al Polo Sud Geografico.

Inoltre, le proprietà del campo magnetico includono le seguenti caratteristiche:

1. La forza del campo magnetico è descritta dall'induzione magnetica: questa è una quantità vettoriale che determina la forza con cui il campo magnetico influenza le cariche in movimento.
2. Il campo magnetico può essere di tipo costante e variabile. Il primo è generato da un campo elettrico che non cambia nel tempo, anche l'induzione di tale campo è invariata. Il secondo è più spesso generato utilizzando induttori alimentati da corrente alternata.
3. Il campo magnetico non può essere percepito dai sensi umani e viene registrato solo da appositi sensori.

UN CAMPO MAGNETICO

Il campo magnetico è un tipo speciale di materia, invisibile e intangibile per l'uomo,
esistente indipendentemente dalla nostra coscienza.
Anche nei tempi antichi, gli scienziati-pensatori hanno intuito che esiste qualcosa attorno al magnete.

Ago magnetico.

Un ago magnetico è un dispositivo necessario per studiare l'azione magnetica di una corrente elettrica.
È un piccolo magnete montato sulla punta dell'ago, ha due poli: Nord e Sud. L'ago magnetico può ruotare liberamente sulla punta dell'ago.
L'estremità nord dell'ago magnetico punta sempre a nord.
La linea che collega i poli dell'ago magnetico è chiamata asse dell'ago magnetico.
Un ago magnetico simile si trova in qualsiasi bussola: un dispositivo per l'orientamento a terra.

Dove ha origine il campo magnetico?

L'esperimento di Oersted (1820) - mostra come interagiscono un conduttore con corrente e un ago magnetico.

Quando il circuito elettrico è chiuso, l'ago magnetico devia dalla sua posizione originale, quando il circuito è aperto, l'ago magnetico torna nella sua posizione originale.

Nello spazio attorno a un conduttore con corrente (e nel caso generale attorno a qualsiasi carica elettrica in movimento) si forma un campo magnetico.
Le forze magnetiche di questo campo agiscono sull'ago e lo ruotano.

In generale, si può dire
che un campo magnetico si forma attorno a cariche elettriche in movimento.
La corrente elettrica e il campo magnetico sono inseparabili l'uno dall'altro.

COSA INTERESSANTE...

Molti corpi celesti - pianeti e stelle - hanno i propri campi magnetici.
Tuttavia, i nostri vicini più prossimi - la Luna, Venere e Marte - non hanno un campo magnetico,
simile alla terra.
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Gilbert ha scoperto che quando un pezzo di ferro viene avvicinato a un polo di un magnete, l'altro polo inizia ad attrarre più forte. Questa idea è stata brevettata solo 250 anni dopo la morte di Hilbert.

Nella prima metà degli anni '90, quando apparvero nuove monete georgiane - lari,
i borseggiatori locali hanno magneti,
perché il metallo con cui sono state fatte queste monete è stato ben attratto da una calamita!

Se prendi una banconota da un dollaro dietro l'angolo e la porti su un potente magnete
(ad esempio, ferro di cavallo), creando un campo magnetico non uniforme, un pezzo di carta
deviare verso uno dei poli. Si scopre che il colore della banconota da un dollaro contiene sali di ferro,
avendo proprietà magnetiche, quindi il dollaro è attratto da uno dei poli del magnete.

Se porti un grande magnete alla livella a bolla del falegname, la bolla si muoverà.
Il fatto è che la livella a bolla è riempita con un liquido diamagnetico. Quando un tale liquido viene posto in un campo magnetico, al suo interno viene creato un campo magnetico nella direzione opposta e viene espulso dal campo. Pertanto, la bolla nel liquido si avvicina al magnete.

DEVI CONOSCERLI!

L'organizzatore del business delle bussole magnetiche nella Marina russa era un noto scienziato deviatore,
capitano di 1° grado, autore di lavori scientifici sulla teoria della bussola I.P. Belavan.
Membro di un viaggio intorno al mondo sulla fregata "Pallada" e partecipante alla guerra di Crimea del 1853-56. fu il primo al mondo a smagnetizzare una nave (1863)
e risolto il problema dell'installazione di bussole all'interno di un sottomarino di ferro.
Nel 1865 fu nominato capo del primo Osservatorio Compass del paese a Kronstadt.

Il campo magnetico è una regione dello spazio in cui la configurazione dei bioni, i trasmettitori di tutte le interazioni, è una rotazione dinamica e mutuamente coordinata.

La direzione di azione delle forze magnetiche coincide con l'asse di rotazione dei bioni usando la regola della vite destra. La forza caratteristica del campo magnetico è determinata dalla frequenza di rotazione dei bioni. Maggiore è la velocità, più forte è il campo. Sarebbe più corretto chiamare un campo magnetico elettrodinamico, poiché sorge solo quando le particelle cariche si muovono e agisce solo su cariche in movimento.

Spieghiamo perché il campo magnetico è dinamico. Affinché si crei un campo magnetico, è necessario che i bioni inizino a ruotare e solo una carica in movimento può farli ruotare, il che attirerà uno dei poli del bione. Se la carica non si muove, il bion non ruoterà.

Il campo magnetico si forma solo attorno a cariche elettriche in movimento. Ecco perché i campi magnetico ed elettrico sono integrali e insieme formano il campo elettromagnetico. Le componenti del campo magnetico sono interconnesse e agiscono l'una sull'altra modificandone le proprietà.

Proprietà del campo magnetico:

• Il campo magnetico sorge sotto l'influenza delle cariche di guida della corrente elettrica.
• In ogni punto, un campo magnetico è caratterizzato da un vettore di una grandezza fisica chiamata induzione magnetica, che è una forza caratteristica di un campo magnetico.
• Il campo magnetico può influenzare solo magneti, conduttori conduttivi e cariche in movimento.
• Il campo magnetico può essere di tipo costante e variabile
• Il campo magnetico è misurato solo da strumenti speciali e non può essere percepito dai sensi umani.
• Il campo magnetico è elettrodinamico, in quanto si genera solo durante il movimento delle particelle cariche e interessa solo le cariche che sono in movimento.
• Le particelle cariche si muovono lungo una traiettoria perpendicolare.

La dimensione del campo magnetico dipende dalla velocità di variazione del campo magnetico. Secondo questa caratteristica, ci sono due tipi di campo magnetico: campo magnetico dinamico e campo magnetico gravitazionale. Il campo magnetico gravitazionale sorge solo vicino alle particelle elementari e si forma in base alle caratteristiche strutturali di queste particelle.

Un momento magnetico si verifica quando un campo magnetico agisce su un telaio conduttivo. In altre parole, il momento magnetico è un vettore che si trova sulla linea che corre perpendicolare al telaio.

Un campo magnetico può essere rappresentato graficamente utilizzando linee di forza magnetiche. Queste linee sono disegnate in una direzione tale che la direzione delle forze di campo coincida con la direzione della linea di campo stessa. Le linee del campo magnetico sono continue e chiuse allo stesso tempo. La direzione del campo magnetico viene determinata utilizzando un ago magnetico. Le linee di forza determinano anche la polarità del magnete, l'estremità con l'uscita delle linee di forza è il polo nord e l'estremità con l'ingresso di queste linee è il polo sud.

Per capire quale sia una caratteristica di un campo magnetico, occorre definire molti fenomeni. Allo stesso tempo, devi ricordare in anticipo come e perché appare. Scopri qual è la potenza caratteristica di un campo magnetico. È anche importante che un tale campo possa verificarsi non solo nei magneti. A questo proposito, non fa male citare le caratteristiche del campo magnetico terrestre.

Emersione del campo

Per cominciare, è necessario descrivere l'aspetto del campo. Successivamente, puoi descrivere il campo magnetico e le sue caratteristiche. Appare durante il movimento di particelle cariche. Può interessare conduttori particolarmente conduttivi. L'interazione tra un campo magnetico e le cariche in movimento, o conduttori attraverso i quali scorre la corrente, avviene a causa di forze dette elettromagnetiche.

L'intensità o la potenza caratteristica del campo magnetico in un determinato punto spaziale è determinata mediante l'induzione magnetica. Quest'ultimo è indicato dal simbolo B.

Rappresentazione grafica del campo

Il campo magnetico e le sue caratteristiche possono essere rappresentati graficamente utilizzando linee di induzione. Questa definizione si chiama rette, le tangenti alle quali in ogni punto coincideranno con la direzione del vettore y dell'induzione magnetica.

Queste linee sono incluse nelle caratteristiche del campo magnetico e vengono utilizzate per determinarne la direzione e l'intensità. Maggiore è l'intensità del campo magnetico, più linee di dati verranno tracciate.

Cosa sono le linee magnetiche

Le linee magnetiche di conduttori rettilinei con corrente hanno la forma di un cerchio concentrico, il cui centro si trova sull'asse di questo conduttore. La direzione delle linee magnetiche vicino ai conduttori con corrente è determinata dalla regola del succhiello, che suona così: se il succhiello è posizionato in modo tale da essere avvitato nel conduttore nella direzione della corrente, allora la direzione di la rotazione della maniglia corrisponde alla direzione delle linee magnetiche.

Per una bobina con corrente, anche la direzione del campo magnetico sarà determinata dalla regola del succhiello. È inoltre necessario ruotare la maniglia nella direzione della corrente nei giri del solenoide. La direzione delle linee di induzione magnetica corrisponderà alla direzione del movimento traslatorio del succhiello.

È la caratteristica principale del campo magnetico.

Creato da una corrente, a parità di condizioni, il campo differirà nella sua intensità in diversi mezzi a causa delle diverse proprietà magnetiche di queste sostanze. Le proprietà magnetiche del mezzo sono caratterizzate da un'assoluta permeabilità magnetica. Si misura in henry per metro (g/m).

La caratteristica del campo magnetico include l'assoluta permeabilità magnetica del vuoto, chiamata costante magnetica. Il valore che determina quante volte la permeabilità magnetica assoluta del mezzo differirà dalla costante è chiamato permeabilità magnetica relativa.

Permeabilità magnetica delle sostanze

Questa è una quantità adimensionale. Le sostanze con un valore di permeabilità inferiore a uno sono dette diamagnetiche. In queste sostanze, il campo sarà più debole che nel vuoto. Queste proprietà sono presenti in idrogeno, acqua, quarzo, argento, ecc.

I mezzi con una permeabilità magnetica maggiore dell'unità sono chiamati paramagnetici. In queste sostanze, il campo sarà più forte che nel vuoto. Questi mezzi e sostanze includono aria, alluminio, ossigeno, platino.

Nel caso di sostanze paramagnetiche e diamagnetiche, il valore della permeabilità magnetica non dipenderà dalla tensione del campo magnetizzante esterno. Ciò significa che il valore è costante per una determinata sostanza.

I ferromagneti appartengono a un gruppo speciale. Per queste sostanze, la permeabilità magnetica raggiungerà diverse migliaia o più. Queste sostanze, che hanno la proprietà di essere magnetizzate e di amplificare il campo magnetico, sono ampiamente utilizzate in ingegneria elettrica.

Forza del campo

Per determinare le caratteristiche del campo magnetico, insieme al vettore di induzione magnetica, può essere utilizzato un valore chiamato intensità del campo magnetico. Questo termine definisce l'intensità del campo magnetico esterno. La direzione del campo magnetico in un mezzo con le stesse proprietà in tutte le direzioni, il vettore di intensità coinciderà con il vettore di induzione magnetica nel punto del campo.

I punti di forza dei ferromagneti sono spiegati dalla presenza in essi di piccole parti magnetizzate arbitrariamente, che possono essere rappresentate come piccoli magneti.

In assenza di un campo magnetico, una sostanza ferromagnetica potrebbe non avere proprietà magnetiche pronunciate, poiché i campi del dominio acquisiscono orientamenti diversi e il loro campo magnetico totale è zero.

Secondo la caratteristica principale del campo magnetico, se un ferromagnete viene posizionato in un campo magnetico esterno, ad esempio in una bobina con corrente, quindi sotto l'influenza del campo esterno, i domini gireranno nella direzione del campo esterno . Inoltre, il campo magnetico sulla bobina aumenterà e l'induzione magnetica aumenterà. Se il campo esterno è sufficientemente debole, solo una parte di tutti i domini i cui campi magnetici si avvicinano alla direzione del campo esterno si capovolgerà. All'aumentare della forza del campo esterno, il numero di domini ruotati aumenterà e, a un certo valore della tensione del campo esterno, quasi tutte le parti verranno ruotate in modo che i campi magnetici si trovino nella direzione del campo esterno. Questo stato è chiamato saturazione magnetica.

Relazione tra induzione magnetica e intensità

La relazione tra l'induzione magnetica di una sostanza ferromagnetica e l'intensità di un campo esterno può essere rappresentata utilizzando un grafico chiamato curva di magnetizzazione. Alla curva del grafico della curva, la velocità di aumento dell'induzione magnetica diminuisce. Dopo una curva, dove la tensione raggiunge un certo valore, si verifica la saturazione e la curva sale leggermente, assumendo gradualmente la forma di una linea retta. In questa sezione, l'induzione è ancora in crescita, ma piuttosto lentamente e solo a causa di un aumento della forza del campo esterno.

La dipendenza grafica di questi indicatori non è diretta, il che significa che il loro rapporto non è costante e la permeabilità magnetica del materiale non è un indicatore costante, ma dipende dal campo esterno.

Cambiamenti nelle proprietà magnetiche dei materiali

Con un aumento della forza della corrente fino alla piena saturazione in una bobina con un nucleo ferromagnetico e la sua successiva diminuzione, la curva di magnetizzazione non coinciderà con la curva di smagnetizzazione. Con intensità zero, l'induzione magnetica non avrà lo stesso valore, ma acquisirà un indicatore chiamato induzione magnetica residua. La situazione con il ritardo dell'induzione magnetica dalla forza magnetizzante è chiamata isteresi.

Per smagnetizzare completamente il nucleo ferromagnetico nella bobina, è necessario fornire una corrente inversa, che creerà la tensione necessaria. Per diverse sostanze ferromagnetiche è necessario un segmento di diverse lunghezze. Più è grande, più energia è necessaria per la smagnetizzazione. Il valore al quale il materiale è completamente smagnetizzato è chiamato forza coercitiva.

Con un ulteriore aumento della corrente nella bobina, l'induzione aumenterà nuovamente fino all'indice di saturazione, ma con una diversa direzione delle linee magnetiche. Quando si smagnetizza nella direzione opposta, si otterrà un'induzione residua. Il fenomeno del magnetismo residuo viene utilizzato per creare magneti permanenti da sostanze ad alto magnetismo residuo. Da sostanze che hanno la capacità di rimagnetizzare, vengono creati nuclei per macchine e dispositivi elettrici.

regola della mano sinistra

La forza che agisce su un conduttore con corrente ha una direzione determinata dalla regola della mano sinistra: quando il palmo della mano vergine si trova in modo tale che le linee magnetiche vi entrino, e quattro dita si estendono nella direzione della corrente nel conduttore, il pollice piegato indicherà la direzione della forza. Questa forza è perpendicolare al vettore di induzione e alla corrente.

Un conduttore percorso da corrente che si muove in un campo magnetico è considerato un prototipo di motore elettrico, che trasforma l'energia elettrica in energia meccanica.

Regola della mano destra

Durante il movimento del conduttore in un campo magnetico, al suo interno viene indotta una forza elettromotrice, che ha un valore proporzionale all'induzione magnetica, alla lunghezza del conduttore coinvolto e alla velocità del suo movimento. Questa dipendenza è chiamata induzione elettromagnetica. Quando si determina la direzione dell'EMF indotto nel conduttore, viene utilizzata la regola della mano destra: quando la mano destra si trova nello stesso modo dell'esempio da sinistra, le linee magnetiche entrano nel palmo e il pollice indica la direzione di movimento del conduttore, le dita tese indicano la direzione dell'EMF indotto. Un conduttore che si muove in un flusso magnetico sotto l'influenza di una forza meccanica esterna è l'esempio più semplice di un generatore elettrico in cui l'energia meccanica viene convertita in energia elettrica.

Può essere formulato in modo diverso: in un circuito chiuso viene indotto un EMF, con qualsiasi variazione del flusso magnetico coperto da questo circuito, l'EDE nel circuito è numericamente uguale alla velocità di variazione del flusso magnetico che copre questo circuito.

Questo modulo fornisce un indicatore EMF medio e indica la dipendenza dell'EMF non dal flusso magnetico, ma dalla velocità della sua variazione.

Legge di Lenz

Bisogna anche ricordare la legge di Lenz: la corrente indotta da una variazione del campo magnetico che attraversa il circuito, con il suo campo magnetico, impedisce questa variazione. Se le spire della bobina sono perforate da flussi magnetici di diverse grandezze, l'EMF indotto sull'intera bobina è uguale alla somma dell'EMF in diverse spire. La somma dei flussi magnetici delle diverse spire della bobina è chiamata flusso linkage. L'unità di misura di questa grandezza, così come il flusso magnetico, è weber.

Quando la corrente elettrica nel circuito cambia, cambia anche il flusso magnetico da essa creato. In questo caso, secondo la legge dell'induzione elettromagnetica, viene indotto un CEM all'interno del conduttore. Appare in connessione con una variazione di corrente nel conduttore, quindi questo fenomeno è chiamato autoinduzione e l'EMF indotto nel conduttore è chiamato EMF di autoinduzione.

Il collegamento del flusso e il flusso magnetico dipendono non solo dalla forza della corrente, ma anche dalle dimensioni e dalla forma di un dato conduttore e dalla permeabilità magnetica della sostanza circostante.

induttanza del conduttore

Il coefficiente di proporzionalità è chiamato induttanza del conduttore. Denota la capacità di un conduttore di creare un collegamento di flusso quando l'elettricità lo attraversa. Questo è uno dei parametri principali dei circuiti elettrici. Per alcuni circuiti, l'induttanza è una costante. Dipenderà dalle dimensioni del contorno, dalla sua configurazione e dalla permeabilità magnetica del mezzo. In questo caso, la forza della corrente nel circuito e il flusso magnetico non avranno importanza.

Le definizioni e i fenomeni di cui sopra forniscono una spiegazione di cosa sia un campo magnetico. Vengono inoltre fornite le principali caratteristiche del campo magnetico, con l'aiuto del quale è possibile definire questo fenomeno.

Un campo magnetico- questo è il mezzo materiale attraverso il quale avviene l'interazione tra conduttori con corrente o cariche in movimento.

Proprietà del campo magnetico:

Caratteristiche del campo magnetico:

Per studiare il campo magnetico, viene utilizzato un circuito di prova con corrente. È piccolo e la corrente al suo interno è molto inferiore alla corrente nel conduttore che crea il campo magnetico. Sui lati opposti del circuito con corrente dal lato del campo magnetico agiscono forze uguali in grandezza, ma dirette in direzioni opposte, poiché la direzione della forza dipende dalla direzione della corrente. I punti di applicazione di queste forze non giacciono su una retta. Tali forze sono chiamate un paio di forze. Come risultato dell'azione di una coppia di forze, il contorno non può spostarsi in avanti, ruota attorno al proprio asse. L'azione rotante è caratterizzata coppia.

, dove l–braccio di una coppia di forze(distanza tra i punti di applicazione delle forze).

Con un aumento della corrente in un circuito di prova o in un'area del circuito, il momento di una coppia di forze aumenterà proporzionalmente. Il rapporto tra il momento massimo delle forze agenti sul circuito che trasporta corrente e l'entità della corrente nel circuito e l'area del circuito è un valore costante per un dato punto del campo. È chiamato induzione magnetica.

, dove
-momento magnetico circuiti con corrente.

unità di misura induzione magnetica - Tesla [T].

Momento magnetico del circuito- grandezza vettoriale, la cui direzione dipende dalla direzione della corrente nel circuito ed è determinata da regola della vite destra: stringi la mano destra a pugno, punta quattro dita nella direzione della corrente nel circuito, poi il pollice indicherà la direzione del vettore momento magnetico. Il vettore momento magnetico è sempre perpendicolare al piano del contorno.

Per direzione del vettore di induzione magnetica prendere la direzione del vettore del momento magnetico del circuito orientato nel campo magnetico.

Linea di induzione magnetica- una retta, la tangente alla quale in ogni punto coincide con la direzione del vettore di induzione magnetica. Le linee di induzione magnetica sono sempre chiuse, non si intersecano mai. Linee di induzione magnetica di un conduttore rettilineo con corrente hanno la forma di cerchi posti su un piano perpendicolare al conduttore. La direzione delle linee di induzione magnetica è determinata dalla regola della vite destra. Linee di induzione magnetica di corrente circolare(bobina con corrente) hanno anche la forma di cerchi. Ogni elemento della bobina è lungo
può essere pensato come un conduttore rettilineo che crea il proprio campo magnetico. Per i campi magnetici è soddisfatto il principio di sovrapposizione (addizione indipendente). Il vettore totale dell'induzione magnetica della corrente circolare si determina come risultato dell'addizione di questi campi al centro della bobina secondo la regola della vite di destra.

Se la grandezza e la direzione del vettore di induzione magnetica sono le stesse in ogni punto dello spazio, allora viene chiamato il campo magnetico omogeneo. Se l'intensità e la direzione del vettore di induzione magnetica in ciascun punto non cambiano nel tempo, viene chiamato tale campo permanente.

Valore induzione magnetica in qualsiasi punto del campo è direttamente proporzionale all'intensità della corrente nel conduttore che crea il campo, è inversamente proporzionale alla distanza dal conduttore ad un dato punto del campo, dipende dalle proprietà del mezzo e dalla forma del conduttore che crea il campo.

, dove
ON 2 ; H/m è la costante magnetica del vuoto,

-permeabilità magnetica relativa del mezzo,

-permeabilità magnetica assoluta del mezzo.

A seconda dell'entità della permeabilità magnetica, tutte le sostanze sono suddivise in tre classi:

Con l'aumento della permeabilità assoluta del mezzo, aumenta anche l'induzione magnetica in un dato punto del campo. Il rapporto tra l'induzione magnetica e la permeabilità magnetica assoluta del mezzo è un valore costante per un dato punto del poli, si chiama e tensione.

.

I vettori di tensione e induzione magnetica coincidono in direzione. L'intensità del campo magnetico non dipende dalle proprietà del mezzo.

Potenza dell'amplificatore- la forza con cui il campo magnetico agisce su un conduttore con corrente.

Dove l- la lunghezza del conduttore, - l'angolo tra il vettore di induzione magnetica e la direzione della corrente.

La direzione della forza Ampere è determinata da regola della mano sinistra: la mano sinistra è posizionata in modo che la componente del vettore di induzione magnetica, perpendicolare al conduttore, entri nel palmo, dirige quattro dita tese lungo la corrente, quindi il pollice piegato a 90 0 indicherà la direzione della forza Ampere.

Il risultato dell'azione della forza Ampere è il movimento del conduttore in una determinata direzione.

e Se = 90 0 , quindi F=max, se = 0 0 , quindi F= 0.

forza di Lorentz- la forza del campo magnetico sulla carica in movimento.

, dove q è la carica, v è la velocità del suo movimento, - l'angolo tra i vettori di tensione e velocità.

La forza di Lorentz è sempre perpendicolare ai vettori di induzione magnetica e velocità. La direzione è determinata da regola della mano sinistra(dita - sul movimento di una carica positiva). Se la direzione della velocità della particella è perpendicolare alle linee di induzione magnetica di un campo magnetico uniforme, la particella si muove in un cerchio senza modificare l'energia cinetica.

Poiché la direzione della forza di Lorentz dipende dal segno della carica, viene utilizzata per separare le cariche.

flusso magnetico- un valore pari al numero di linee di induzione magnetica che passano attraverso una qualsiasi area situata perpendicolarmente alle linee di induzione magnetica.

, dove - l'angolo tra l'induzione magnetica e la normale (perpendicolare) all'area S.

unità di misura– Weber [Wb].

Metodi per misurare il flusso magnetico:

Modifica dell'orientamento del sito in un campo magnetico (modifica dell'angolo)

Modifica nell'area di un contorno posizionato in un campo magnetico

Modifica della forza della corrente che crea il campo magnetico

Modifica della distanza del contorno dalla sorgente del campo magnetico

Modifica delle proprietà magnetiche del mezzo.

F Araday ha registrato la corrente elettrica in un circuito che non conteneva una sorgente, ma si trovava accanto a un altro circuito contenente una sorgente. Inoltre la corrente nel circuito primario si presentava nei seguenti casi: con qualsiasi variazione della corrente nel circuito A, con movimento relativo dei circuiti, con introduzione di un'asta di ferro nel circuito A, con movimento di un magnete permanente rispetto a circuito B. Il movimento diretto di cariche libere (corrente) avviene solo in un campo elettrico. Ciò significa che un campo magnetico variabile genera un campo elettrico, che mette in moto le cariche libere del conduttore. Questo campo elettrico è chiamato indotto o eddy.

Differenze tra un campo elettrico a vortice e uno elettrostatico:

La sorgente del campo del vortice è un campo magnetico variabile.

Le linee dell'intensità del campo del vortice sono chiuse.

Il lavoro svolto da questo campo per spostare la carica lungo un circuito chiuso non è uguale a zero.

L'energia caratteristica del campo di vortice non è il potenziale, ma Induzione di campi elettromagnetici- un valore pari al lavoro delle forze esterne (forze di origine non elettrostatica) nello spostamento di un'unità di carica lungo un circuito chiuso.

.Misurato in Volt[A].

Un campo elettrico a vortice si verifica con qualsiasi cambiamento nel campo magnetico, indipendentemente dal fatto che vi sia un circuito chiuso conduttivo o meno. Il contorno consente solo di rilevare il campo elettrico del vortice.

Induzione elettromagnetica- questo è il verificarsi di un EMF di induzione in un circuito chiuso con qualsiasi variazione del flusso magnetico attraverso la sua superficie.

L'EMF di induzione in un circuito chiuso genera una corrente induttiva.

.

Direzione della corrente di induzione determinato da La regola di Lenz: la corrente induttiva ha una direzione tale che il campo magnetico da essa creato si oppone a qualsiasi variazione del flusso magnetico che ha generato tale corrente.

Legge di Faraday per l'induzione elettromagnetica: L'EMF di induzione in un anello chiuso è direttamente proporzionale alla velocità di variazione del flusso magnetico attraverso la superficie delimitata dall'anello.

T ok foucault- correnti parassite di induzione che si verificano in grandi conduttori posti in un campo magnetico variabile. La resistenza di un tale conduttore è piccola, poiché ha una grande sezione trasversale S, quindi le correnti di Foucault possono essere di grande entità, a causa della quale il conduttore si riscalda.

autoinduzione- questo è il verificarsi di un EMF di induzione in un conduttore quando cambia la forza di corrente in esso.

Un conduttore percorso da corrente crea un campo magnetico. L'induzione magnetica dipende dalla forza della corrente, quindi il proprio flusso magnetico dipende anche dalla forza della corrente.

, dove L è il coefficiente di proporzionalità, induttanza.

unità di misura induttanza - Henry [H].

Induttanza conduttore dipende dalle sue dimensioni, forma e permeabilità magnetica del mezzo.

Induttanza aumenta con la lunghezza del conduttore, l'induttanza della bobina è maggiore dell'induttanza di un conduttore rettilineo della stessa lunghezza, l'induttanza della bobina (un conduttore con un numero elevato di spire) è maggiore dell'induttanza di un giro , l'induttanza della bobina aumenta se in essa viene inserita un'asta di ferro.

La legge di Faraday per l'autoinduzione:
.

Autoinduzione EMF direttamente proporzionale alla velocità di variazione della corrente.

Autoinduzione EMF genera una corrente di autoinduzione, che impedisce sempre qualsiasi variazione della corrente nel circuito, ovvero se la corrente aumenta, la corrente di autoinduzione viene diretta in senso opposto, quando la corrente nel circuito diminuisce, l'auto- la corrente di induzione è diretta nella stessa direzione. Maggiore è l'induttanza della bobina, maggiore è l'autoinduttanza EMF al suo interno.

Energia del campo magneticoè uguale al lavoro che la corrente compie per superare l'EMF di autoinduzione durante il tempo fino a quando la corrente non aumenta da zero ad un valore massimo.

.

Vibrazioni elettromagnetiche- si tratta di variazioni periodiche di carica, intensità di corrente e tutte le caratteristiche dei campi elettrici e magnetici.

Sistema oscillatorio elettrico(circuito oscillatorio) è costituito da un condensatore e un induttore.

Condizioni per il verificarsi di vibrazioni:

Il sistema deve essere portato fuori equilibrio, per questo viene impartita una carica al condensatore. L'energia del campo elettrico di un condensatore carico:

.

Il sistema deve tornare in uno stato di equilibrio. Sotto l'influenza di un campo elettrico, la carica passa da una piastra del condensatore all'altra, cioè una corrente elettrica si forma nel circuito, che scorre attraverso la bobina. Con un aumento della corrente nell'induttore, si verifica un EMF di autoinduzione, la corrente di autoinduzione viene diretta nella direzione opposta. Quando la corrente nella bobina diminuisce, la corrente di autoinduzione viene diretta nella stessa direzione. Pertanto, la corrente di autoinduzione tende a riportare il sistema in uno stato di equilibrio.

La resistenza elettrica del circuito deve essere piccola.

Circuito oscillatorio ideale non ha resistenza. Le oscillazioni in esso sono chiamate gratuito.

Per qualsiasi circuito elettrico è soddisfatta la legge di Ohm, secondo la quale l'EMF che agisce nel circuito è uguale alla somma delle tensioni in tutte le sezioni del circuito. Non c'è una sorgente di corrente nel circuito oscillatorio, ma nell'induttore si genera EMF di autoinduzione, che è uguale alla tensione attraverso il condensatore.

Conclusione: la carica del condensatore cambia secondo la legge armonica.

Tensione del condensatore:
.

Corrente di loop:
.

Valore
- l'ampiezza della forza attuale.

La differenza dalla carica in poi
.

Il periodo di oscillazioni libere nel circuito:

Energia del campo elettrico del condensatore:

Energia del campo magnetico della bobina:

Le energie dei campi elettrico e magnetico cambiano secondo una legge armonica, ma le fasi delle loro oscillazioni sono diverse: quando l'energia del campo elettrico è massima, l'energia del campo magnetico è zero.

Energia totale del sistema oscillatorio:
.

A contorno ideale l'energia totale non cambia.

Nel processo di oscillazione, l'energia del campo elettrico viene completamente convertita nell'energia del campo magnetico e viceversa. Ciò significa che l'energia in qualsiasi momento è uguale all'energia massima del campo elettrico o all'energia massima del campo magnetico.

Circuito oscillatorio reale contiene resistenza. Le oscillazioni in esso sono chiamate dissolvenza.

La legge di Ohm assume la forma:

A condizione che lo smorzamento sia piccolo (il quadrato della frequenza di oscillazione naturale è molto maggiore del quadrato del coefficiente di smorzamento), lo smorzamento logaritmico diminuisce:

Con forte smorzamento (il quadrato della frequenza di oscillazione naturale è minore del quadrato del coefficiente di oscillazione):

Questa equazione descrive il processo di scarica di un condensatore attraverso un resistore. In assenza di induttanza, non si verificheranno oscillazioni. Secondo questa legge, cambia anche la tensione attraverso le piastre del condensatore.

energia totale in un circuito reale diminuisce, poiché il calore viene rilasciato sulla resistenza R al passaggio della corrente.

processo di transizione- un processo che si verifica nei circuiti elettrici durante il passaggio da una modalità di funzionamento all'altra. Tempo stimato ( ), durante la quale il parametro che caratterizza il processo transitorio cambierà in e tempi.

Per circuito con condensatore e resistore:
.

La teoria di Maxwell del campo elettromagnetico:

1 posizione:

Qualsiasi campo elettrico alternato genera un campo magnetico a vortice. Un campo elettrico alternato è stato chiamato da Maxwell una corrente di spostamento, poiché, come una corrente ordinaria, induce un campo magnetico.

Per rilevare la corrente di spostamento, viene considerato il passaggio di corrente attraverso il sistema, che include un condensatore con un dielettrico.

Densità di corrente di polarizzazione:
. La densità di corrente è diretta nella direzione del cambiamento di intensità.

La prima equazione di Maxwell:
- il campo magnetico del vortice è generato sia da correnti di conduzione (cariche elettriche in movimento) sia da correnti di spostamento (campo elettrico alternato E).

2 posizioni:

Qualsiasi campo magnetico alternato genera un campo elettrico a vortice, la legge fondamentale dell'induzione elettromagnetica.

La seconda equazione di Maxwell:
- collega la velocità di variazione del flusso magnetico attraverso qualsiasi superficie e la circolazione del vettore dell'intensità del campo elettrico che si verifica in questo caso.

Qualsiasi conduttore con corrente crea un campo magnetico nello spazio. Se la corrente è costante (non cambia nel tempo), anche il campo magnetico associato è costante. La corrente variabile crea un campo magnetico variabile. C'è un campo elettrico all'interno di un conduttore percorso da corrente. Pertanto, un campo elettrico variabile crea un campo magnetico variabile.

Il campo magnetico è vorticoso, poiché le linee di induzione magnetica sono sempre chiuse. L'intensità dell'intensità del campo magnetico H è proporzionale alla velocità di variazione dell'intensità del campo elettrico . Direzione del vettore del campo magnetico associato a una variazione dell'intensità del campo elettrico la regola della vite destra: stringere la mano destra a pugno, puntare il pollice nella direzione della variazione dell'intensità del campo elettrico, quindi le 4 dita piegate indicheranno la direzione delle linee dell'intensità del campo magnetico.

Qualsiasi campo magnetico variabile crea un campo elettrico a vortice, le cui linee di forza sono chiuse e poste su un piano perpendicolare all'intensità del campo magnetico.

L'intensità dell'intensità E del campo elettrico del vortice dipende dalla velocità di variazione del campo magnetico . La direzione del vettore E è correlata alla direzione della variazione del campo magnetico H dalla regola della vite sinistra: stringere la mano sinistra a pugno, puntare il pollice nella direzione della variazione del campo magnetico, piegare quattro dita indicheranno la direzione delle linee del campo elettrico del vortice.

Rappresentano l'insieme dei campi elettrici e magnetici a vortice collegati tra loro campo elettromagnetico. Il campo elettromagnetico non rimane nel luogo di origine, ma si propaga nello spazio sotto forma di un'onda elettromagnetica trasversale.

Onda elettromagnetica- questa è la distribuzione nello spazio di campi elettrici e magnetici a vortice collegati tra loro.

La condizione per il verificarsi di un'onda elettromagnetica- movimento della carica con accelerazione.

Equazione delle onde elettromagnetiche:

- frequenza ciclica delle oscillazioni elettromagnetiche

t è il tempo dall'inizio delle oscillazioni

l è la distanza dalla sorgente d'onda a un dato punto nello spazio

- velocità di propagazione delle onde

Il tempo impiegato da un'onda per viaggiare da una sorgente a un determinato punto.

I vettori E e H in un'onda elettromagnetica sono perpendicolari tra loro e alla velocità di propagazione dell'onda.

Sorgente di onde elettromagnetiche- conduttori attraverso i quali scorrono correnti alternate veloci (macro-emettitori), così come atomi e molecole eccitati (micro-emettitori). Maggiore è la frequenza di oscillazione, migliori sono le onde elettromagnetiche emesse nello spazio.

Proprietà delle onde elettromagnetiche:

Tutte le onde elettromagnetiche trasversale

In un mezzo omogeneo, onde elettromagnetiche propagarsi a velocità costante, che dipende dalle proprietà dell'ambiente:

- permittività relativa del mezzo

è la costante dielettrica del vuoto,
F/m, Cl 2 /nm 2

- permeabilità magnetica relativa del mezzo

- costante magnetica del vuoto,
ON 2 ; H/m

Onde elettromagnetiche riflessa da ostacoli, assorbita, dispersa, rifratta, polarizzata, diffratta, interferita.

Densità di energia volumetrica campo elettromagnetico è costituito dalle densità volumetriche di energia dei campi elettrici e magnetici:

Densità del flusso di energia delle onde - intensità delle onde:

-vettore Umov-Poynting.

Tutte le onde elettromagnetiche sono disposte in una serie di frequenze o lunghezze d'onda (
). Questa riga è scala delle onde elettromagnetiche.

Vibrazioni a bassa frequenza. 0 - 10 4 Hz. Ottenuto da generatori. Non irradiano bene.

onde radio. 10 4 - 10 13 Hz. Irradiato da conduttori solidi, attraverso i quali passano correnti alternate rapide.

Radiazione infrarossa- onde emesse da tutti i corpi a temperature superiori a 0 K, dovute a processi intra-atomici e intra-molecolari.

luce visibile- onde che agiscono sull'occhio, provocando una sensazione visiva. 380-760 nm

Radiazioni ultraviolette. 10 - 380 nm. La luce visibile e gli UV sorgono quando il movimento degli elettroni nei gusci esterni di un atomo cambia.

radiazioni a raggi X. 80 - 10 -5 nm. Si verifica quando il movimento degli elettroni nei gusci interni di un atomo cambia.

Radiazione gamma. Si verifica durante il decadimento dei nuclei atomici.