Srovę nešančios ritės magnetinis laukas

Jei erdvėje aplink nejudančius elektros krūvius egzistuoja elektrostatinis laukas, tai erdvėje aplink judančius krūvius (taip pat ir aplink laikui bėgant kintančius elektrinius laukus, kuriuos iš pradžių pasiūlė Maxwell) magnetinis laukas… Tai lengva stebėti eksperimentiškai.

Magnetinio lauko dėka elektros srovės sąveikauja viena su kita, taip pat nuolatiniai magnetai ir srovės su magnetais. Palyginti su elektrine sąveika, magnetinė sąveika yra daug stipresnė. Šią sąveiką tinkamu laiku ištyrė André-Marie Ampère.

Fizikoje magnetinio lauko charakteristika yra magnetinė indukcija B ir kuo jis didesnis, tuo stipresnis magnetinis laukas. Magnetinė indukcija B yra vektorinis dydis, jo kryptis sutampa su įprastos magnetinės rodyklės, esančios tam tikru magnetinio lauko tašku, šiaurinį polių veikiančios jėgos kryptimi – magnetinis laukas nukreips magnetinę rodyklę vektoriaus kryptimi. B , tai yra magnetinio lauko kryptimi.

Vektorius B bet kuriame magnetinės indukcijos linijos taške yra nukreiptas į jį tangentiškai. Tai yra, indukcija B apibūdina magnetinio lauko jėgos poveikį srovei. Panašų vaidmenį atlieka elektrinio lauko jėga E, kuri apibūdina stiprų elektrinio lauko poveikį krūviui.

Paprasčiausias eksperimentas su geležies drožlėmis leidžia aiškiai parodyti magnetinio lauko veikimo į įmagnetintą objektą reiškinį, nes pastoviame magnetiniame lauke maži feromagneto gabalėliai (tokie gabalėliai yra geležies drožlės) įmagnetinami išilgai lauko, magnetiniai. strėlės, kaip mažos kompaso strėlės.

Jei paimsite vertikalią varinę vielą ir pervesite ją per skylę horizontaliai padėtame popieriaus lape (arba plexiglas arba faneroje), tada ant lakšto užpilsite metalinių drožlių, šiek tiek pakratysite ir per laidą paleisite nuolatinę srovę, nesunku matyti, kaip drožlės išsidėstys sūkurio pavidalu apskritimais aplink laidą, plokštumoje, statmenoje srovei jame.

Šie pjuvenų apskritimai bus tiesiog įprastas srovės laidininko magnetinio lauko magnetinės indukcijos B linijų vaizdas. Apskritimų centras šiame eksperimente bus tiksliai centre, palei srovę nešančio laido ašį.

Srovę nešančio laido magnetinės indukcijos vektorių kryptį lengva nustatyti pagal gimlet taisyklę arba pagal dešiniojo sraigto taisyklę: sraigto ašiai judant srovės kryptimi laidoje, varžto arba kardaninio rankenos sukimosi kryptis (įsukimas arba išsukimas) parodys varžto kryptį. magnetinis laukas aplink srovę.

Kodėl taikoma gimbal taisyklė? Kadangi rotoriaus (lauko teorijoje žymimas skilimu) darbas, naudojamas dviejose Maksvelo lygtyse, gali būti parašytas formaliai kaip vektorinė sandauga (su operatoriumi nabla), o svarbiausia todėl, kad vektorinio lauko rotorių galima palyginti su ( yra analogija) idealaus skysčio kampiniam sukimosi greičiui (kaip įsivaizduoja pats Maxwellas), kurio srauto greičio laukas atspindi tam tikrą vektoriaus lauką, gali būti naudojamas rotoriui pagal šias taisyklių formuluotes, kurios aprašytos kampiniam greičiui .

Taigi, jei pasuksite nykštį vektorinio lauko sūkurio kryptimi, jis suksis to lauko rotoriaus vektoriaus kryptimi.

Kaip matote, skirtingai nuo elektrostatinio lauko intensyvumo linijų, kurios yra atviros erdvėje, magnetinės indukcijos linijos, supančios elektros srovę, yra uždaros. Jei elektros intensyvumo E linijos prasideda teigiamais krūviais ir baigiasi neigiamais krūviais, tai magnetinės indukcijos B linijos tiesiog užsidaro aplink jas generuojančią srovę.

Dabar apsunkinkime eksperimentą. Apsvarstykite vietoj tiesios laido su srove, lenkimą su srove. Tarkime, kad mums patogu tokią kilpą pastatyti statmenai brėžinio plokštumai, kai srovė nukreipta į mus kairėje, o dešinėje nuo mūsų. Jei dabar srovės kilpos viduje yra kompasas su magnetine adata, tada magnetinė adata parodys magnetinės indukcijos linijų kryptį - jos bus nukreiptos išilgai kilpos ašies.

Kodėl? Kadangi ritės plokštumos priešingos pusės bus analogiškos magnetinės adatos poliams.Ten, kur B linijos išeina, yra šiaurinis magnetinis polius, kur jos patenka į pietų ašigalį. Tai lengva suprasti, jei pirmiausia atsižvelgsite į srovės laidą ir jo magnetinį lauką, o tada tiesiog suvyniosite laidą į žiedą.

Norėdami nustatyti kilpos su srove magnetinės indukcijos kryptį, jie taip pat naudoja kardano taisyklę arba dešiniojo varžto taisyklę. Įdėkite gimbalo galą į kilpos centrą ir pasukite pagal laikrodžio rodyklę. Gimbalo transliacinis judėjimas sutaps su magnetinės indukcijos vektoriumi B kilpos centre.

Akivaizdu, kad srovės magnetinio lauko kryptis yra susijusi su srovės kryptimi laide, nesvarbu, ar tai tiesus laidas, ar ritė.

Visuotinai pripažįstama, kad ta srovę nešančios ritės arba ritės pusė, kurioje magnetinės indukcijos B išėjimo linijos (vektoriaus B kryptis nukreipta į išorę), yra šiaurinis magnetinis polius, o į kurią linijos įeina (vektorius B nukreiptas į vidų). pietinis magnetinis polius.

Jei daug posūkių su srove sudaro ilgą ritę - solenoidą (ritės ilgis yra daug kartų didesnis už jo skersmenį), tada magnetinis laukas jos viduje yra vienodas, tai yra, magnetinės indukcijos B linijos yra lygiagrečios viena kitai ir turi vienodo tankio per visą ritės ilgį. Beje, nuolatinio magneto magnetinis laukas išoriškai panašus į srovę nešančios ritės magnetinį lauką.

Ritės, kurios srovė yra I, ilgis l, su apsisukimų skaičiumi N, magnetinė indukcija vakuume bus skaitine prasme lygi:

Taigi, magnetinis laukas ritės viduje su srove yra vienodas ir nukreiptas iš pietų poliaus į šiaurinį ašigalį (ritės viduje!). Magnetinė indukcija ritės viduje yra proporcinga amperų apsisukimų skaičiui srovės nešančios ritės ilgio vienete.