Magnetické čiary magnetického poľa prúdu sú. Magnetické pole priameho vodiča prenášajúceho prúd. Magnetické pole cievky s prúdom
Magnetické polia, rovnako ako elektrické, môžu byť znázornené graficky pomocou siločiar. Čiara magnetického poľa alebo indukčná čiara magnetického poľa je čiara, ktorej dotyčnica sa v každom bode zhoduje so smerom vektora indukcie magnetického poľa.
 |  |
|
| A) | b) | V) |
Ryža. 1.2. Magnetické siločiary jednosmerného prúdu (a),
kruhový prúd (b), solenoid (c)
Magnetické elektrické vedenie rovnako ako elektrické sa nekrížia. Sú nakreslené s takou hustotou, že počet čiar pretínajúcich jednotkovú plochu kolmo na ne sa rovná (alebo je úmerný) veľkosti magnetickej indukcie magnetického poľa v danom mieste.
Na obr. 1,2, A Sú znázornené siločiary jednosmerného prúdu, čo sú sústredné kružnice, ktorých stred je umiestnený na osi prúdu a smer je určený pravidlom pravej skrutky (prúd vo vodiči smeruje k čítačke).
Magnetické indukčné čiary je možné „odhaliť“ pomocou železných pilín, ktoré sa v skúmanom poli zmagnetizujú a správajú sa ako malé magnetické ihličky. Na obr. 1,2, b sú znázornené magnetické siločiary kruhového prúdu. Magnetické pole solenoidu je znázornené na obr. 1,2, V.
Magnetické siločiary sú uzavreté. Polia s uzavretými siločiarami sa nazývajú vírové polia. Je zrejmé, že magnetické pole je vírové pole. Toto je veľký rozdiel magnetické pole z elektrostatického.
V elektrostatickom poli sú siločiary vždy otvorené: začínajú a končia pri elektrických nábojoch. Magnetické siločiary nemajú začiatok ani koniec. To zodpovedá skutočnosti, že v prírode neexistujú žiadne magnetické náboje.
1.4. Biot-Savart-Laplaceov zákon
Francúzski fyzici J. Biot a F. Savard uskutočnili v roku 1820 štúdiu magnetických polí vytvorených prúdmi pretekajúcimi tenkými drôtmi rôznych tvarov. Laplace analyzoval experimentálne údaje získané Biotom a Savartom a vytvoril vzťah, ktorý sa nazýval Biot-Savart-Laplaceov zákon.
Indukciu magnetického poľa ľubovoľného prúdu možno podľa tohto zákona vypočítať ako vektorový súčet (superpozíciu) indukcií magnetického poľa vytvorených jednotlivými elementárnymi úsekmi prúdu. Pre magnetickú indukciu poľa vytvoreného prúdovým prvkom dĺžky získal Laplace vzorec:
, (1.3)
kde je vektor, modulo rovná dĺžke vodivý prvok a zhodný v smere s prúdom (obr. 1.3); – vektor polomeru nakreslený od prvku k bodu, v ktorom je určený; – modul polomerového vektora.
Ak magnetickú ihlu priblížite, bude mať tendenciu stať sa kolmou na rovinu prechádzajúcu osou vodiča a stredom otáčania ihly. To naznačuje, že na šípku pôsobia špeciálne sily, ktoré sú tzv magnetické sily. Okrem vplyvu na magnetickú ihlu ovplyvňuje magnetické pole pohybujúce sa nabité častice a vodiče s prúdom umiestnené v magnetickom poli. Vo vodičoch pohybujúcich sa v magnetickom poli alebo v stacionárnych vodičoch umiestnených v striedavom magnetickom poli dochádza k indukcii (emf).
Magnetické pole
V súlade s vyššie uvedeným môžeme uviesť nasledujúcu definíciu magnetického poľa.
Magnetické pole je jedna z dvoch strán elektromagnetického poľa, excitovaná elektrickými nábojmi pohybujúcich sa častíc a zmenami v elektrickom poli a charakterizovaná silovým účinkom na pohybujúce sa infikované častice, a teda na elektrické prúdy.
Ak cez lepenku prevlečiete hrubý vodič a prejdete ho po nej, potom sa oceľové piliny nasypané na lepenku budú nachádzať okolo vodiča v sústredných kruhoch, čo sú v tomto prípade takzvané magnetické indukčné čiary (obrázok 1). Kartón môžeme po vodiči posúvať nahor alebo nadol, ale umiestnenie pilín sa nezmení. V dôsledku toho vzniká magnetické pole okolo vodiča po celej jeho dĺžke.
Ak na kartón umiestnite malé magnetické šípky, potom zmenou smeru prúdu vo vodiči môžete vidieť, že magnetické šípky sa budú otáčať (obrázok 2). To ukazuje, že smer magnetických indukčných čiar sa mení so smerom prúdu vo vodiči.
Magnetické indukčné čiary okolo vodiča s prúdom majú tieto vlastnosti: 1) magnetické indukčné čiary priameho vodiča majú tvar sústredných kružníc; 2) čím bližšie k vodiču, tým hustejšie sú magnetické indukčné čiary; 3) magnetická indukcia (intenzita poľa) závisí od veľkosti prúdu vo vodiči; 4) smer magnetických indukčných čiar závisí od smeru prúdu vo vodiči.
Na znázornenie smeru prúdu vo vodiči znázornenom v sekcii bol prijatý symbol, ktorý budeme používať v budúcnosti. Ak mentálne umiestnite šípku do vodiča v smere prúdu (obrázok 3), potom vo vodiči, v ktorom je prúd nasmerovaný od nás, uvidíme chvost peria šípky (kríž); ak prúd smeruje k nám, uvidíme hrot šípky (bod).
Obrázok 3. Symbol smeru prúdu vo vodičoch
Pravidlo gimlet vám umožňuje určiť smer magnetických indukčných čiar okolo vodiča s prúdom. Ak sa gimlet (vývrtka) s pravým závitom pohybuje dopredu v smere prúdu, potom sa smer otáčania rukoväte zhoduje so smerom magnetických indukčných čiar okolo vodiča (obrázok 4).
Magnetická ihla zavedená do magnetického poľa vodiča s prúdom je umiestnená pozdĺž magnetických indukčných čiar. Preto na určenie jeho polohy môžete použiť aj „pravidlo gimlet“ (obrázok 5). Magnetické pole je jedným z najdôležitejších prejavov elektrického prúdu a nemožno ho získať nezávisle a oddelene od prúdu.
 |  |
| Obrázok 4. Určenie smeru magnetických indukčných čiar okolo vodiča s prúdom pomocou „gimletovho pravidla“ | Obrázok 5. Určenie smeru odchýlky magnetickej ihly privedenej k vodiču s prúdom podľa „pravidla gimleta“ |
Magnetické pole je charakterizované vektorom magnetickej indukcie, ktorý má teda určitú veľkosť a určitý smer v priestore.
 |
| Obrázok 6. K Biotovmu a Savartovmu zákonu |
Kvantitatívne vyjadrenie magnetickej indukcie ako výsledok zovšeobecnenia experimentálnych údajov stanovili Biot a Savart (obrázok 6). Meraním magnetických polí elektrických prúdov rôznych veľkostí a tvarov vychýlením magnetickej strelky obaja vedci dospeli k záveru, že každý prúdový prvok vytvára v určitej vzdialenosti od seba magnetické pole, ktorého magnetická indukcia je Δ B je priamo úmerná dĺžke Δ l tento prvok, veľkosť pretekajúceho prúdu ja, sínus uhla α medzi smerom prúdu a vektorom polomeru spájajúceho bod nášho záujmu s daným prvkom prúdu a je nepriamo úmerný druhej mocnine dĺžky tohto vektora polomeru r:
Kde K– koeficient v závislosti od magnetických vlastností média a od zvolenej sústavy jednotiek.
V absolútnom praktickom racionalizovanom systéme jednotiek ICSA
kde µ 0 – magnetická permeabilita vákua alebo magnetická konštanta v systéme MCSA:
uo = 4 x π x 10-7 (henry/meter);
Henry (gn) – jednotka indukčnosti; 1 gn = 1 ohm × sek.
µ – relatívna magnetická permeabilita– bezrozmerný koeficient ukazujúci, koľkokrát je magnetická permeabilita tohto materiálu väčšia ako magnetická permeabilita vákua.
Rozmer magnetickej indukcie možno nájsť pomocou vzorca
Volt-sekunda sa tiež nazýva Weber (wb):
V praxi existuje menšia jednotka magnetickej indukcie - gauss (gs):
Biot-Savartov zákon nám umožňuje vypočítať magnetickú indukciu nekonečne dlhého priameho vodiča:
Kde A– vzdialenosť od vodiča k bodu, kde sa určuje magnetická indukcia.
Intenzita magnetického poľa
Pomer magnetickej indukcie k súčinu magnetických permeabilít µ × µ 0 sa nazýva sila magnetického poľa a je označený písm H:
B = H × µ × µ 0 .
Posledná rovnica spája dve magnetické veličiny: indukciu a intenzitu magnetického poľa.
Poďme nájsť rozmer H:
Niekedy sa používa iná jednotka merania sily magnetického poľa - Oersted (ehm):
1 ehm = 79,6 A/m ≈ 80 A/m ≈ 0,8 A/cm .
Intenzita magnetického poľa H ako magnetická indukcia B, je vektorová veličina.
Nazýva sa priamka dotyčnica ku každému bodu, ktorá sa zhoduje so smerom vektora magnetickej indukcie magnetická indukčná čiara alebo magnetická indukčná čiara.
Magnetický tok
Súčin magnetickej indukcie plochou kolmou na smer poľa (vektor magnetickej indukcie) je tzv. tok vektora magnetickej indukcie alebo jednoducho magnetický tok a označuje sa písmenom F:
F = B × S .
Rozmer magnetického toku:
to znamená, že magnetický tok sa meria vo volt-sekundách alebo weberoch.
Menšia jednotka magnetického toku je Maxwell (mks):
1 wb = 108 mks.
1mks = 1 gs× 1 cm 2.
Video 1. Amperova hypotéza
Video 2. Magnetizmus a elektromagnetizmus
Magnetické pole - moc lúka , pôsobiace na pohybujúce sa elektrické náboje a na telesá s magnetické moment, bez ohľadu na stav ich pohybu;magnetické zložka elektromagnetického poliach .
Magnetické siločiary sú imaginárne čiary, ktorých dotyčnice sa v každom bode poľa zhodujú v smere s vektorom magnetickej indukcie.
Pre magnetické pole platí princíp superpozície: v každom bode v priestore vektor magnetickej indukcie B∑ → B∑→vytvorený v tomto bode všetkými zdrojmi magnetických polí sa rovná vektorovému súčtu vektorov magnetickej indukcie Bk→ Bk→vytvorené v tomto bode všetkými zdrojmi magnetických polí:
28. Biot-Savart-Laplaceov zákon. Zákon celkového prúdu.
Formulácia Biot-Savart-Laplaceovho zákona je nasledovná: Keď jednosmerný prúd prechádza cez uzavretú slučku umiestnenú vo vákuu, pre bod nachádzajúci sa vo vzdialenosti r0 od slučky bude mať magnetická indukcia tvar.
kde I je prúd v obvode
gama obrys, pozdĺž ktorého prebieha integrácia
r0 ľubovoľný bod
Totálny súčasný zákon Toto je zákon spájajúci cirkuláciu vektora intenzity magnetického poľa a prúdu.
Cirkulácia vektora intenzity magnetického poľa pozdĺž obvodu sa rovná algebraickému súčtu prúdov pokrytých týmto obvodom.
29. Magnetické pole vodiča s prúdom. Magnetický moment kruhového prúdu.
30. Vplyv magnetického poľa na vodič s prúdom. Amperov zákon. Interakcia prúdov .
F = B I l sinα ,
Kde α - uhol medzi vektormi magnetickej indukcie a prúdu,B - indukcia magnetického poľa,ja - sila prúdu vo vodiči,l - dĺžka vodiča.
Interakcia prúdov. Ak sú dva vodiče pripojené k obvodu jednosmerného prúdu, potom: Paralelné, tesne umiestnené vodiče zapojené do série sa navzájom odpudzujú. Paralelne zapojené vodiče sa navzájom priťahujú.
31. Vplyv elektrického a magnetického poľa na pohybujúci sa náboj. Lorentzova sila.
Lorentzova sila - sila, s ktorou elektromagnetického poľa podľa klasického (nekvantového) elektrodynamika pôsobí na bod spoplatnené častica. Niekedy sa Lorentzova sila nazýva sila pôsobiaca na pohybujúci sa objekt rýchlosťou poplatok iba zvonku magnetické pole, často v plnej sile - z elektromagnetického poľa všeobecne , inými slovami, zvonku elektrické A magnetické poliach.
32. Vplyv magnetického poľa na hmotu. Dia-, para- a feromagnety. Magnetická hysterézia.
B= B 0 + B 1
Kde B⃗ B→ - indukcia magnetického poľa v hmote; B⃗ 0 B→0 - indukcia magnetického poľa vo vákuu, B⃗ 1 B→1 - magnetická indukcia poľa vznikajúceho magnetizáciou látky.
Látky, pre ktoré je magnetická permeabilita zanedbateľná menej ako jeden (μ < 1), называются diamagnetické materiály, o niečo väčšia ako jednotka (μ > 1) - paramagnetické.
feromagnetikum - látka alebo materiál, v ktorom sa jav pozoruje feromagnetizmust.j. objavenie sa spontánnej magnetizácie pri teplote pod Curieho teplotou.
Magnetické hysteréza - fenomén závislosti vektor magnetizácia A vektor magnetická sila poliach V látka nie iba od pripojený externé poliach, ale A od pozadie tejto vzorky
1. Rovnomerný vodič bol umiestnený v rovnomernom magnetickom poli kolmom na čiary magnetickej indukcie, cez ktoré pretekáprúd so silou 8 A. Určte indukciu tohto poľa, ak pôsobí silou 0,02 N na každých 5 cm dĺžky vodiča.
1) 0,05 t
2) 0,0005 T
3) 80 T
4) 0,0125 T
2. Akou silou pôsobí magnetické pole na vodič dlhý 20 cm? Prúd vo vodiči je 50 A, vektor magnetickej indukcie je 0,01 Tesla. Indukčné čiary poľa a prúd sú navzájom kolmé.1) 1 N
2) 0,1 N
3) 25 N
4) 250 N
3.1) V rovine kreslenia
2) V rovine kreslenia ↓
3)
4)
4. Na obrázku je znázornený vodič, ktorým preteká elektrický prúd. Smer prúdu je označený šípkou. Aký je smer vektora magnetickej indukcie v bode C?1) V rovine kreslenia
2) V rovine kreslenia ↓
3) Od nás kolmo na rovinu výkresu
4) Kolmo na nás na rovinu kreslenia
5. Dva paralelné vodiče vedú prúdy v opačných smeroch1) neinteragovať 3) odpudzovať
2) prilákať 4) najprv prilákať, potom odpudiť
1. Obrázok ukazuje smer magnetických siločiar. V tomto magnetickom poli sa najskôr pohybuje uzavretá cievka drôtuvertikálne nahor tak, aby rovina cievky bola rovnobežná s indukčnými čiarami magnetického poľa (na obrázku - situácia A), potom v horizontálnom smere tak, aby rovina cievky bola kolmá na indukčné čiary magnetického poľa (na obrázku - situácia B). Pri akom pohybe rámu sa mení magnetický tok?
1) Len v A 3) V A aj B
2) Len v B 4) Ani v A, ani v B
2. Uzavretá slučka je umiestnená pod určitým uhlom k magnetickým indukčným čiaram. Ako sa zmení magnetický tok, ak sa veľkosť vektora magnetickej indukcie zvýši 3-krát?1) Zvýši sa 3-krát 3) Zvýši sa 6-krát
2) Zníži sa 3-krát 4) Zníži sa 9-krát
3. Uzavretá slučka je umiestnená pod určitým uhlom k magnetickým indukčným čiaram. Ako sa zmení magnetický tok, ak sa plocha obvodu zníži 2-krát a veľkosť vektora magnetickej indukcie sa zvýši 4-krát?1) Zvýši sa 2-krát 3) Zvýši sa 4-krát
2) Zníži sa 2-krát 4) Zníži sa 4-krát
4. Magnetické indukčné čiary ležia v rovine uzavretej slučky. Ako sa zmení magnetický tok, ak sa veľkosť vektora magnetickej indukcie zvýši 3-krát?1) Zvýši sa 3-krát 3) Zvýši sa 9-krát
2) Zníži sa 3-krát 4) Nezmení sa
pomôž mi prosím!!! akou silou je priamy vodič vytlačený z rovnomerného magnetického poľa, ak je magnetická indukcia poľa rovná 1,Témy kodifikátora jednotnej štátnej skúšky: interakcia magnetov, magnetické pole vodiča s prúdom.
Magnetické vlastnosti hmoty sú ľuďom známe už dlho. Magnety dostali svoje meno podľa starovekého mesta Magnesia: v jeho blízkosti sa nachádzal bežný minerál (neskôr nazývaný magnetická železná ruda alebo magnetit), ktorého kúsky priťahovali železné predmety.
Magnetická interakcia
Na dvoch stranách každého magnetu sú severný pól A Južný pól. Dva magnety sú k sebe priťahované opačnými pólmi a odpudzované podobnými pólmi. Magnety môžu na seba pôsobiť aj cez vákuum! To všetko však pripomína interakciu elektrických nábojov interakcia magnetov nie je elektrická. Dokazujú to nasledujúce experimentálne fakty.
Magnetická sila slabne, keď sa magnet zahrieva. Sila interakcie bodových nábojov nezávisí od ich teploty.
Magnetická sila zoslabne, ak sa magnetom zatrasie. S elektricky nabitými telesami sa nič také nedeje.
Pozitívne elektrické náboje možno oddeliť od negatívnych (napríklad pri elektrizovaní telies). Ale nie je možné oddeliť póly magnetu: ak rozrežete magnet na dve časti, potom sa na mieste rezu objavia aj póly a magnet sa rozdelí na dva magnety s opačnými pólmi na koncoch (orientované presne rovnakým spôsobom ako póly pôvodného magnetu).
Takže magnety Vždy bipolárne, existujú len vo forme dipóly. Izolované magnetické póly (tzv magnetické monopóly- analógy elektrického náboja) v prírode neexistujú (v žiadnom prípade neboli experimentálne objavené). Toto je možno najvýraznejšia asymetria medzi elektrinou a magnetizmom.
Podobne ako elektricky nabité telesá, aj magnety pôsobia na elektrické náboje. Magnet však pôsobí iba na sťahovanie poplatok; ak je náboj vo vzťahu k magnetu v pokoji, potom nie je pozorovaný vplyv magnetickej sily na náboj. Naopak, elektrifikované teleso pôsobí na akýkoľvek náboj bez ohľadu na to, či je v pokoji alebo v pohybe.
Podľa moderných koncepcií teórie krátkeho dosahu sa interakcia magnetov uskutočňuje prostredníctvom magnetické pole Magnet totiž vytvára v okolitom priestore magnetické pole, ktoré pôsobí na iný magnet a spôsobuje viditeľné priťahovanie alebo odpudzovanie týchto magnetov.
Príkladom magnetu je magnetická ihla kompas. Pomocou magnetickej ihly môžete posúdiť prítomnosť magnetického poľa v danej oblasti priestoru, ako aj smer poľa.
Naša planéta Zem je obrovský magnet. Neďaleko severného geografického pólu Zeme je južný magnetický pól. Preto severný koniec strelky kompasu, otáčajúci sa smerom k južnému magnetickému pólu Zeme, ukazuje na geografický sever. Odtiaľ pochádza názov „severný pól“ magnetu.
Magnetické siločiary
Pripomíname si, že elektrické pole sa študuje pomocou malých testovacích nábojov, na základe ktorých je možné posúdiť veľkosť a smer poľa. Analógom testovacieho náboja v prípade magnetického poľa je malá magnetická ihla.
Napríklad môžete získať určitý geometrický pohľad na magnetické pole umiestnením veľmi malých streliek kompasu na rôzne body v priestore. Prax ukazuje, že šípky sa zoradia pozdĺž určitých línií – tzv magnetické siločiary. Definujme tento pojem vo forme nasledujúcich troch bodov.
1. Magnetické siločiary alebo magnetické siločiary sú nasmerované čiary v priestore, ktoré majú nasledujúcu vlastnosť: malá strelka kompasu umiestnená v každom bode takejto čiary je orientovaná ako dotyčnica k tejto čiare..
2. Smer siločiary magnetického poľa sa považuje za smer severných koncov ihiel kompasu umiestnených v bodoch na tejto čiare.
3. Čím sú čiary hustejšie, tým silnejšie je magnetické pole v danej oblasti priestoru..
Železné piliny môžu úspešne slúžiť ako strelky kompasu: v magnetickom poli sa malé piliny zmagnetizujú a správajú sa presne ako magnetické strelky.
Takže nasypaním železných pilín okolo permanentného magnetu uvidíme približne nasledujúci obrázok magnetických siločiar (obr. 1).
Ryža. 1. Permanentné magnetické pole
Severný pól magnetu je označený modrou farbou a písmenom ; južný pól - v červenej farbe a písmeno . Upozorňujeme, že siločiary opúšťajú severný pól magnetu a vstupujú do južného pólu: koniec koncov, severný koniec strelky kompasu bude nasmerovaný k južnému pólu magnetu.
Oerstedova skúsenosť
Napriek tomu, že elektrické a magnetické javy boli ľuďom známe už od staroveku, dlho medzi nimi nebol pozorovaný žiadny vzťah. Niekoľko storočí prebiehal výskum elektriny a magnetizmu paralelne a nezávisle od seba.
Pozoruhodný fakt, že elektrické a magnetické javy spolu skutočne súvisia, bol prvýkrát objavený v roku 1820 - v slávnom experimente Oersteda.
Schéma Oerstedovho experimentu je na obr. 2 (obrázok zo stránky rt.mipt.ru). Nad magnetickou ihlou (a sú severným a južným pólom ihly) je kovový vodič pripojený k zdroju prúdu. Ak obvod uzavriete, šípka sa otočí kolmo na vodič!
Tento jednoduchý experiment priamo naznačil vzťah medzi elektrinou a magnetizmom. Experimenty, ktoré nasledovali po Oerstedovom experimente, pevne stanovili nasledujúci vzorec: vzniká magnetické pole elektrické prúdy a pôsobí na prúdy.
Ryža. 2. Oerstedov experiment
Vzor magnetických siločiar generovaných vodičom s prúdom závisí od tvaru vodiča.
Magnetické pole priameho vodiča prenášajúceho prúd
Magnetické siločiary priameho drôtu nesúceho prúd sú sústredné kruhy. Stredy týchto kružníc ležia na drôte a ich roviny sú kolmé na drôt (obr. 3).
Ryža. 3. Pole priameho drôtu s prúdom
Existujú dve alternatívne pravidlá na určenie smeru siločiar magnetického poľa.
Pravidlo v smere hodinových ručičiek. Siločiary idú proti smeru hodinových ručičiek, ak sa pozriete tak, že prúd prúdi smerom k nám.
Pravidlo skrutky(alebo gimlet pravidlo, alebo pravidlo vývrtky- to je niekomu niečo bližšie ;-)). Siločiary idú tam, kde je potrebné otočiť skrutku (s bežným pravým závitom) tak, aby sa pohybovala pozdĺž závitu v smere prúdu.
Použite pravidlo, ktoré vám najviac vyhovuje. Je lepšie si zvyknúť na pravidlo v smere hodinových ručičiek - neskôr sa sami presvedčíte, že je univerzálnejšie a ľahšie sa používa (a potom si to s vďakou zapamätajte v prvom ročníku, keď študujete analytickú geometriu).
Na obr. 3 sa objavilo niečo nové: toto je vektor tzv indukcia magnetického poľa, alebo magnetická indukcia. Vektor magnetickej indukcie je analogický s vektorom intenzity elektrického poľa: slúži výkonová charakteristika magnetické pole, určujúce silu, ktorou magnetické pole pôsobí na pohybujúce sa náboje.
O silách v magnetickom poli si povieme neskôr, ale zatiaľ si všimneme len to, že veľkosť a smer magnetického poľa určuje vektor magnetickej indukcie. V každom bode v priestore je vektor nasmerovaný rovnakým smerom ako severný koniec strelky kompasu umiestnenej v danom bode, konkrétne dotyčnica k siločiare v smere tejto priamky. Magnetická indukcia sa meria v Tesla(Tl).
Rovnako ako v prípade elektrického poľa, aj pre indukciu magnetického poľa platí: princíp superpozície. Spočíva v tom, že indukcie magnetických polí vytvorených v danom bode rôznymi prúdmi sa vektorovo sčítavajú a dávajú výsledný vektor magnetickej indukcie:.
Magnetické pole cievky s prúdom
Zvážte kruhovú cievku, pozdĺž ktorej cirkuluje D.C.. Na obrázku neukazujeme zdroj, ktorý vytvára prúd.
Obrázok siločiar našej obežnej dráhy bude vyzerať približne takto (obr. 4).
Ryža. 4. Pole cievky s prúdom
Pre nás bude dôležité, aby sme vedeli určiť, do ktorého polpriestoru (vzhľadom na rovinu cievky) smeruje magnetické pole. Opäť máme dve alternatívne pravidlá.
Pravidlo v smere hodinových ručičiek. Siločiary tam idú a pozerajú sa z miesta, kde sa zdá, že prúd cirkuluje proti smeru hodinových ručičiek.
Pravidlo skrutky. Siločiary idú tam, kde sa skrutka (s normálnym pravým závitom) bude pohybovať, ak sa otáča v smere prúdu.
Ako vidíte, prúd a pole menia úlohy - v porovnaní s formuláciou týchto pravidiel pre prípad jednosmerného prúdu.
Magnetické pole prúdovej cievky
Cievka Bude to fungovať, ak drôt pevne naviniete, otočíte, aby ste sa otočili, do dostatočne dlhej špirály (obr. 5 - obrázok z en.wikipedia.org). Cievka môže mať niekoľko desiatok, stoviek alebo dokonca tisíc otáčok. Cievka sa tiež nazýva solenoid.
Ryža. 5. Cievka (solenoid)
Magnetické pole jednej otáčky, ako vieme, nevyzerá veľmi jednoducho. Polia? jednotlivé závity cievky sú na seba navrstvené a zdalo by sa, že výsledkom by mal byť veľmi mätúci obraz. Nie je to však tak: pole dlhej cievky má nečakane jednoduchú štruktúru (obr. 6).
Ryža. 6. prúdové cievkové pole
Na tomto obrázku prúd v cievke tečie proti smeru hodinových ručičiek pri pohľade zľava (to sa stane, ak na obr. 5 je pravý koniec cievky pripojený k „plusu“ zdroja prúdu a ľavý koniec k „ mínus”). Vidíme, že magnetické pole cievky má dve charakteristické vlastnosti.
1. Vo vnútri cievky, ďaleko od jej okrajov, je magnetické pole homogénne: v každom bode má vektor magnetickej indukcie rovnakú veľkosť a smer. Čiary poľa sú rovnobežné priame čiary; ohýbajú sa len v blízkosti okrajov cievky, keď vychádzajú.
2. Mimo cievky je pole blízke nule. Čím viac závitov v cievke, tým slabšie je pole mimo nej.
Všimnite si, že nekonečne dlhá cievka vôbec neuvoľňuje pole smerom von: mimo cievky nie je žiadne magnetické pole. Vo vnútri takejto cievky je pole všade jednotné.
Nič vám to nepripomína? Cievka je „magnetický“ analóg kondenzátora. Pamätáte si, že kondenzátor vytvára homogénnu hmotu elektrické pole, ktorého čiary sa ohýbajú iba v blízkosti okrajov dosiek a mimo kondenzátora je pole blízke nule; kondenzátor s nekonečnými doskami vôbec neuvoľňuje pole navonok a pole je v ňom všade rovnomerné.
A teraz - hlavné pozorovanie. Porovnajte prosím obrázok magnetických siločiar mimo cievky (obr. 6) so siločiarami magnetu na obr. 1. Je to to isté, nie? A teraz sa dostávame k otázke, ktorá sa vám pravdepodobne vynára už dlho: ak je magnetické pole generované prúdmi a pôsobí na prúdy, aký je dôvod výskytu magnetického poľa v blízkosti permanentného magnetu? Koniec koncov, tento magnet sa nezdá byť vodičom s prúdom!
Amperova hypotéza. Elementárne prúdy
Najprv sa predpokladalo, že interakcia magnetov sa vysvetľuje špeciálnymi magnetickými nábojmi sústredenými na póloch. Ale na rozdiel od elektriny nikto nedokázal izolovať magnetický náboj; napokon, ako sme už povedali, nebolo možné získať severný a južný pól magnetu oddelene - póly sú v magnete vždy prítomné v pároch.
Pochybnosti o magnetických nábojoch prehĺbil Oerstedov experiment, keď sa ukázalo, že magnetické pole je generované elektrickým prúdom. Navyše sa ukázalo, že pre každý magnet je možné zvoliť vodič s prúdom vhodnej konfigurácie tak, že pole tohto vodiča sa zhoduje s poľom magnetu.
Ampere predložil odvážnu hypotézu. Neexistujú žiadne magnetické náboje. Pôsobenie magnetu sa vysvetľuje uzavretými elektrickými prúdmi vo vnútri.
Aké sú tieto prúdy? Títo elementárne prúdy cirkulovať vo vnútri atómov a molekúl; sú spojené s pohybom elektrónov po dráhach atómov. Magnetické pole akéhokoľvek telesa pozostáva z magnetických polí týchto elementárnych prúdov.
Elementárne prúdy môžu byť navzájom náhodne umiestnené. Potom sa ich polia vzájomne zrušia a teleso nevykazuje magnetické vlastnosti.
Ale ak sú elementárne prúdy usporiadané koordinovane, potom sa ich polia, ktoré sa sčítajú, navzájom posilňujú. Teleso sa stáva magnetom (obr. 7; magnetické pole bude smerovať k nám; severný pól magnetu bude smerovať k nám).
Ryža. 7. Prúdy elementárnych magnetov
Amperova hypotéza o elementárnych prúdoch objasnila vlastnosti magnetov Zahrievanie a trasenie magnetu ničí poradie jeho elementárnych prúdov a magnetické vlastnosti sa oslabujú. Neoddeliteľnosť pólov magnetu sa stala zrejmou: v bode, kde je magnet odrezaný, dostaneme na koncoch rovnaké elementárne prúdy. Schopnosť telesa zmagnetizovať sa v magnetickom poli sa vysvetľuje koordinovaným usporiadaním elementárnych prúdov, ktoré sa správne „otočia“ (o rotácii kruhového prúdu v magnetickom poli si prečítajte na nasledujúcom hárku).
Amperova hypotéza sa ukázala ako pravdivá – ukázal to ďalší vývoj fyziky. Predstavy o elementárnych prúdoch sa stali neoddeliteľnou súčasťou teórie atómu, ktorá sa vyvinula už v dvadsiatom storočí - takmer sto rokov po Ampérovom brilantnom odhade.
