إذا قمت بتقريب الإبرة المغناطيسية، فسوف تميل إلى أن تصبح متعامدة مع المستوى الذي يمر عبر محور الموصل ومركز دوران الإبرة. يشير هذا إلى أن القوات الخاصة تعمل على السهم الذي يسمى القوى المغناطيسية. بالإضافة إلى التأثير على الإبرة المغناطيسية، يؤثر المجال المغناطيسي على الجزيئات المشحونة المتحركة والموصلات الحاملة للتيار الموجودة في المجال المغناطيسي. في الموصلات التي تتحرك في مجال مغناطيسي، أو في الموصلات الثابتة الموجودة في مجال مغناطيسي متناوب، يحدث الحث (emf).

المجال المغنطيسي

وبناء على ما سبق يمكننا تقديم التعريف التالي للمجال المغناطيسي.

المجال المغناطيسي هو أحد طرفي المجال الكهرومغناطيسي، يحرض بواسطة الشحنات الكهربائية للجزيئات المتحركة والتغيرات في المجال الكهربائي ويتميز بتأثير القوة على الجزيئات المصابة المتحركة، وبالتالي على التيارات الكهربائية.

إذا قمت بتمرير موصل سميك عبر الورق المقوى وتمريره على طوله، فسيتم وضع برادة الفولاذ المصبوبة على الورق المقوى حول الموصل في دوائر متحدة المركز، والتي في هذه الحالة هي ما يسمى بخطوط الحث المغناطيسي (الشكل 1). يمكننا تحريك الورق المقوى لأعلى أو لأسفل الموصل، لكن موقع نشارة الخشب لن يتغير. وبالتالي، ينشأ مجال مغناطيسي حول الموصل بطوله بالكامل.

إذا وضعت أسهمًا مغناطيسية صغيرة على الورق المقوى، فمن خلال تغيير اتجاه التيار في الموصل، يمكنك أن ترى أن الأسهم المغناطيسية ستدور (الشكل 2). وهذا يدل على أن اتجاه خطوط الحث المغناطيسي يتغير مع اتجاه التيار في الموصل.

تتميز خطوط الحث المغناطيسي حول الموصل الحامل للتيار بالخصائص التالية: 1) خطوط الحث المغناطيسي للموصل المستقيم لها شكل دوائر متحدة المركز؛ 2) كلما اقتربنا من الموصل، كلما كانت خطوط الحث المغناطيسي أكثر كثافة؛ 3) يعتمد الحث المغناطيسي (كثافة المجال) على حجم التيار في الموصل؛ 4) يعتمد اتجاه خطوط الحث المغناطيسي على اتجاه التيار في الموصل.

لتوضيح اتجاه التيار في الموصل الموضح في القسم تم اعتماد رمز سنستخدمه في المستقبل. إذا قمت بوضع سهم عقليًا في الموصل في اتجاه التيار (الشكل 3)، ففي الموصل الذي يتم فيه توجيه التيار بعيدًا عنا، سنرى ذيل ريش السهم (الصليب)؛ إذا تم توجيه التيار نحونا، فسنرى رأس السهم (نقطة).

الشكل 3. رمز لاتجاه التيار في الموصلات

تتيح لك قاعدة الثقب تحديد اتجاه خطوط الحث المغناطيسي حول موصل يحمل تيارًا. إذا تحرك المثقاب (المفتاح) ذو الخيط الأيمن للأمام في اتجاه التيار، فإن اتجاه دوران المقبض سوف يتزامن مع اتجاه خطوط الحث المغناطيسي حول الموصل (الشكل 4).

توجد إبرة مغناطيسية يتم إدخالها في المجال المغناطيسي لموصل يحمل تيارًا على طول خطوط الحث المغناطيسي. لذلك، لتحديد موقعه، يمكنك أيضًا استخدام "قاعدة المثقاب" (الشكل 5). يعد المجال المغناطيسي أحد أهم مظاهر التيار الكهربائي ولا يمكن الحصول عليه بشكل مستقل ومنفصل عن التيار.

الشكل 4. تحديد اتجاه خطوط الحث المغناطيسي حول موصل يحمل تيارًا باستخدام "قاعدة الثقب"	الشكل 5. تحديد اتجاه انحراف إبرة مغناطيسية يتم إدخالها إلى موصل يمر به تيار، وفقًا لـ "قاعدة المثقاب"

يتميز المجال المغناطيسي بمتجه تحريض مغناطيسي، وبالتالي له حجم معين واتجاه معين في الفضاء.

الشكل 6. لقانون بيوت وسافارت

تم إنشاء تعبير كمي للحث المغناطيسي نتيجة لتعميم البيانات التجريبية بواسطة Biot وSavart (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 حالي يخلق مجالًا مغناطيسيًا على مسافة ما من نفسه، ويكون الحث المغناطيسي له Δ بيتناسب طرديا مع الطول Δ لهذا العنصر، وحجم التيار المتدفق أنا، جيب الزاوية α بين اتجاه التيار ومتجه نصف القطر الذي يربط نقطة المجال التي تهمنا بعنصر تيار معين، ويتناسب عكسيًا مع مربع طول ناقل نصف القطر هذا ص:

أين ك– معامل يعتمد على الخواص المغناطيسية للوسط وعلى نظام الوحدات المختار.

في النظام المرشد العملي المطلق لوحدات ICSA

حيث μ 0 – النفاذية المغناطيسية للفراغأو الثابت المغناطيسي في نظام MCSA:

μ 0 = 4 × π × 10 -7 (هنري/متر)؛

هنري (GN) – وحدة الحث. 1 GN = 1 أوم × ثانية.

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

يمكن العثور على بعد الحث المغناطيسي باستخدام الصيغة

ويسمى أيضا فولت الثانية ويبر (wb):

عمليا، هناك وحدة أصغر للحث المغناطيسي - غاوس (ع):

يسمح لنا 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 ناتج النفاذية المغناطيسية μ × μ 0 قوة المجال المغناطيسيويتم تحديده بالحرف ح:

ب = ح × µ × µ 0 .

تربط المعادلة الأخيرة بين كميتين مغناطيسيتين: الحث وشدة المجال المغناطيسي.

دعونا نجد البعد ح:

في بعض الأحيان يتم استخدام وحدة أخرى لقياس شدة المجال المغناطيسي - أورستد (إيه):

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

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

يسمى خط المماس لكل نقطة يتوافق مع اتجاه متجه الحث المغناطيسي خط الحث المغناطيسيأو خط الحث المغناطيسي.

التدفق المغناطيسي

يسمى حاصل ضرب الحث المغناطيسي وحجم المساحة المتعامدة مع اتجاه المجال (متجه الحث المغناطيسي) تدفق ناقلات الحث المغناطيسيأو فقط التدفق المغناطيسيويشار إليه بالحرف F:

ف = ب × س .

البعد التدفق المغناطيسي:

أي أن التدفق المغناطيسي يقاس بوحدة فولت ثانية أو ويبر.

الوحدة الأصغر للتدفق المغناطيسي هي ماكسويل (عضو الكنيست):

1 wb = 108 عضو الكنيست.
1عضو الكنيست = 1 ع× 1 سم 2.

فيديو 1. فرضية أمبير

فيديو 2. المغناطيسية والكهرومغناطيسية

يمكن اكتشاف وجود مجال مغناطيسي حول موصل يحمل تيارًا كهربائيًا بطرق مختلفة. إحدى هذه الطرق هي استخدام برادة الحديد الدقيقة.

في المجال المغناطيسي، تصبح برادة - قطع صغيرة من الحديد - ممغنطة وتصبح أسهمًا مغناطيسية. يتم ضبط محور كل سهم في المجال المغناطيسي على طول اتجاه عمل قوى المجال المغناطيسي.

يوضح الشكل 94 صورة للمجال المغناطيسي لموصل مستقيم يحمل تيارًا. للحصول على مثل هذه الصورة، يتم تمرير موصل مستقيم من خلال ورقة من الورق المقوى. يتم سكب طبقة رقيقة من برادة الحديد على الورق المقوى، ويتم تشغيل التيار الكهربائي، ويتم رج برادة الحديد قليلاً. تحت تأثير المجال المغناطيسي للتيار، توجد برادة الحديد حول الموصل ليس بشكل عشوائي، ولكن في دوائر متحدة المركز.

أرز. 94. صورة للمجال المغناطيسي للموصل مع التيار

تسمى الخطوط التي تقع على طولها محاور الإبر المغناطيسية الصغيرة في المجال المغناطيسي بخطوط المجال المغناطيسي.

يعتبر الاتجاه الذي يشير إليه القطب الشمالي للإبرة المغناطيسية عند كل نقطة في المجال هو اتجاه خط المجال المغناطيسي.

تظهر السلاسل التي تتكون منها برادة الحديد في المجال المغناطيسي شكل خطوط المجال المغناطيسي.

خطوط المجال المغناطيسي للتيار المغناطيسي هي منحنيات مغلقة تغلف الموصل.

باستخدام الخطوط المغناطيسية، من الملائم تصوير المجالات المغناطيسية بيانياً. بما أن المجال المغناطيسي موجود في جميع النقاط في الفضاء المحيطة بالموصل الحامل للتيار، فيمكن رسم خط مغناطيسي من خلال أي نقطة.

أرز. 95. موقع الإبر المغناطيسية حول موصل يحمل التيار

الشكل 95، أ يوضح موقع الإبر المغناطيسية حول موصل يحمل تيارًا. (يقع الموصل بشكل عمودي على مستوى الرسم، ويتم توجيه التيار الموجود فيه بعيدًا عنا، وهو ما يشار إليه تقليديًا بدائرة بها صليب.) يتم تثبيت محاور هذه الأسهم على طول الخطوط المغناطيسية للتيار المباشر المجال المغنطيسي. عندما يتغير اتجاه التيار في الموصل، تدور جميع الإبر المغناطيسية بمقدار 180 درجة (الشكل 95، ب؛ في هذه الحالة، يتم توجيه التيار في الموصل نحونا، وهو ما يُشار إليه تقليديًا بدائرة بنقطة). ومن هذه التجربة يمكن استنتاج ذلك يرتبط اتجاه الخطوط المغناطيسية للمجال المغناطيسي للتيار باتجاه التيار في الموصل.

أسئلة

1. لماذا يمكن استخدام برادة الحديد لدراسة المجال المغناطيسي؟
2. كيف يتم وضع برادة الحديد في المجال المغناطيسي الحالي؟
3. ماذا يسمى خط المجال المغناطيسي؟
4. لماذا تم تقديم مفهوم خط المجال المغناطيسي؟
5. كيف يمكننا أن نبين تجريبيا أن اتجاه الخطوط المغناطيسية يرتبط باتجاه التيار؟

التمرين 40

موضوعات مبرمج امتحان الدولة الموحدة: تفاعل المغناطيس، المجال المغناطيسي للموصل مع التيار.

لقد عرف الناس الخصائص المغناطيسية للمادة لفترة طويلة. حصل المغناطيس على اسمه من مدينة مغنيسيا القديمة: كان يوجد في محيطها معدن منتشر على نطاق واسع (سمي فيما بعد بخام الحديد المغناطيسي أو المغنتيت) ، حيث كانت قطع منه تجذب الأجسام الحديدية.

تفاعل المغناطيس

يوجد على جانبين من كل مغناطيس القطب الشماليو القطب الجنوبي. ينجذب مغناطيسين إلى بعضهما بواسطة أقطاب متقابلة، وتتنافر بينهما أقطاب متشابهة. يمكن للمغناطيسات أن تؤثر على بعضها البعض حتى من خلال الفراغ! لكن كل هذا يشبه تفاعل الشحنات الكهربائية تفاعل المغناطيس ليس كهربائيا. ويتجلى ذلك من خلال الحقائق التجريبية التالية.

تضعف القوة المغناطيسية عندما يسخن المغناطيس. لا تعتمد قوة تفاعل الشحنات النقطية على درجة حرارتها.

تضعف القوة المغناطيسية إذا تم هز المغناطيس. لا يحدث شيء مثل هذا مع الأجسام المشحونة كهربائيًا.

يمكن فصل الشحنات الكهربائية الموجبة عن الشحنات السالبة (على سبيل المثال، عند كهربة الأجسام). لكن من المستحيل فصل أقطاب المغناطيس: إذا قمت بقطع المغناطيس إلى جزأين، فستظهر الأقطاب أيضًا في موقع القطع، وينقسم المغناطيس إلى مغناطيسين بقطبين متقابلين في الأطراف (موجهان بنفس الطريقة تمامًا) كأقطاب المغناطيس الأصلي).

حتى المغناطيس دائماًثنائي القطب، فهي موجودة فقط في الشكل ثنائيات القطب. أقطاب مغناطيسية معزولة (تسمى أحاديات القطب المغناطيسي- نظائرها من الشحنة الكهربائية) لا وجود لها في الطبيعة (على أي حال، لم يتم اكتشافها تجريبيا بعد). ربما يكون هذا هو عدم التماثل الأكثر لفتًا للانتباه بين الكهرباء والمغناطيسية.

مثل الأجسام المشحونة كهربائيًا، يعمل المغناطيس على الشحنات الكهربائية. ومع ذلك، فإن المغناطيس يعمل فقط تتحركتكلفة؛ إذا كانت الشحنة في حالة سكون بالنسبة للمغناطيس، فلن يتم ملاحظة تأثير القوة المغناطيسية على الشحنة. وعلى العكس من ذلك، فإن الجسم المكهرب يعمل بأي شحنة، بغض النظر عما إذا كان ساكنًا أم متحركًا.

وفقا للمفاهيم الحديثة للنظرية قصيرة المدى، يتم تفاعل المغناطيس من خلال المجال المغنطيسيأي أن المغناطيس يخلق مجالًا مغناطيسيًا في الفضاء المحيط، والذي يؤثر على مغناطيس آخر ويسبب جذبًا أو تنافرًا مرئيًا لهذه المغناطيسات.

مثال على المغناطيس هو إبرة مغناطيسيةبوصلة. باستخدام إبرة مغناطيسية، يمكنك الحكم على وجود مجال مغناطيسي في منطقة معينة من الفضاء، وكذلك اتجاه المجال.

كوكبنا الأرض عبارة عن مغناطيس عملاق. ليس بعيدًا عن القطب الجغرافي الشمالي للأرض يوجد القطب المغناطيسي الجنوبي. ولذلك فإن الطرف الشمالي لإبرة البوصلة، المتجه نحو القطب المغناطيسي الجنوبي للأرض، يشير إلى الشمال الجغرافي. ومن هنا جاء اسم "القطب الشمالي" للمغناطيس.

خطوط المجال المغناطيسي

ونذكر أنه تمت دراسة المجال الكهربائي باستخدام شحنات اختبار صغيرة، والتي من خلالها يمكن الحكم على حجم واتجاه المجال. إن نظير شحنة الاختبار في حالة المجال المغناطيسي هو إبرة مغناطيسية صغيرة.

على سبيل المثال، يمكنك الحصول على بعض المعلومات الهندسية عن المجال المغناطيسي عن طريق وضع إبر بوصلة صغيرة جدًا في نقاط مختلفة في الفضاء. تظهر التجربة أن الأسهم سوف تصطف على طول خطوط معينة - ما يسمى ب خطوط المجال المغناطيسي. دعونا نحدد هذا المفهوم في شكل النقاط الثلاث التالية.

1. خطوط المجال المغناطيسي، أو خطوط القوة المغناطيسية، هي خطوط موجهة في الفضاء ولها الخاصية التالية: إبرة بوصلة صغيرة موضوعة عند كل نقطة على هذا الخط تكون موجهة مماسًا لهذا الخط.

2. يعتبر اتجاه خط المجال المغناطيسي هو اتجاه الأطراف الشمالية لإبر البوصلة الموجودة عند نقاط على هذا الخط.

3. كلما كانت الخطوط أكثر كثافة، كلما كان المجال المغناطيسي أقوى في منطقة معينة من الفضاء..

يمكن أن تعمل برادة الحديد كإبر بوصلة بنجاح: ففي المجال المغناطيسي، تصبح برادة الحديد الصغيرة ممغنطة وتتصرف تمامًا مثل الإبر المغناطيسية.

لذلك، من خلال صب برادة الحديد حول المغناطيس الدائم، سنرى تقريبًا الصورة التالية لخطوط المجال المغناطيسي (الشكل 1).

أرز. 1. مجال المغناطيس الدائم

يُشار إلى القطب الشمالي للمغناطيس باللون الأزرق وبالحرف ; القطب الجنوبي - باللون الأحمر والحرف . يرجى ملاحظة أن خطوط المجال تترك القطب الشمالي للمغناطيس وتدخل القطب الجنوبي: بعد كل شيء، سيتم توجيه الطرف الشمالي لإبرة البوصلة نحو القطب الجنوبي للمغناطيس.

تجربة أورستد

على الرغم من أن الظواهر الكهربائية والمغناطيسية كانت معروفة لدى الناس منذ العصور القديمة، إلا أنه لم يتم ملاحظة أي علاقة بينهما لفترة طويلة. لعدة قرون، استمرت الأبحاث في الكهرباء والمغناطيسية بالتوازي وبشكل مستقل عن بعضها البعض.

تم اكتشاف الحقيقة الرائعة المتمثلة في أن الظواهر الكهربائية والمغناطيسية مرتبطة ببعضها البعض لأول مرة في عام 1820 - في تجربة أورستد الشهيرة.

يظهر الرسم البياني لتجربة أورستد في الشكل. 2 (صورة من موقع rt.mipt.ru). يوجد فوق الإبرة المغناطيسية (وهما القطبان الشمالي والجنوبي للإبرة) موصل معدني متصل بمصدر تيار. إذا أغلقت الدائرة، يتحول السهم بشكل عمودي على الموصل!
أشارت هذه التجربة البسيطة بشكل مباشر إلى العلاقة بين الكهرباء والمغناطيسية. أثبتت التجارب التي تلت تجربة أورستد النمط التالي: يتم إنشاء المجال المغناطيسي بواسطة التيارات الكهربائية ويعمل على التيارات.

أرز. 2. تجربة أورستد

يعتمد نمط خطوط المجال المغناطيسي الناتجة عن موصل يحمل تيارًا على شكل الموصل.

المجال المغناطيسي لسلك مستقيم يمر به تيار

خطوط المجال المغناطيسي لسلك مستقيم يحمل تيارًا هي دوائر متحدة المركز. تقع مراكز هذه الدوائر على السلك، وتكون مستوياتها متعامدة مع السلك (الشكل 3).

أرز. 3. مجال سلك مستقيم مع تيار

هناك قاعدتان بديلتان لتحديد اتجاه خطوط المجال المغناطيسي الأمامية.

حكم في اتجاه عقارب الساعة. تسير خطوط المجال عكس اتجاه عقارب الساعة إذا نظرت بحيث يتدفق التيار نحونا.

حكم المسمار(أو حكم المثقاب، أو قاعدة المفتاح- هذا شيء أقرب لشخص ما ؛-)). تذهب خطوط المجال إلى حيث تحتاج إلى تدوير المسمار (باستخدام خيط يمين عادي) بحيث يتحرك على طول الخيط في اتجاه التيار.

استخدم القاعدة التي تناسبك. من الأفضل أن تعتاد على قاعدة عقارب الساعة - ستلاحظ بنفسك لاحقًا أنها أكثر عالمية وأسهل في الاستخدام (ثم تذكرها بامتنان في عامك الأول عندما تدرس الهندسة التحليلية).

في الشكل. 3ـ ظهر شيء جديد: هذا ناقل يسمى تحريض المجال المغناطيسي، أو الحث المغناطيسي. إن ناقل الحث المغناطيسي مشابه لمتجه شدة المجال الكهربائي: فهو يخدم خاصية القوةالمجال المغناطيسي، يحدد القوة التي يؤثر بها المجال المغناطيسي على الشحنات المتحركة.

سنتحدث عن القوى في المجال المغناطيسي لاحقًا، لكن في الوقت الحالي سنلاحظ فقط أن حجم واتجاه المجال المغناطيسي يتم تحديده بواسطة ناقل الحث المغناطيسي. عند كل نقطة في الفضاء، يتم توجيه المتجه في نفس اتجاه الطرف الشمالي لإبرة البوصلة الموضوعة عند نقطة معينة، أي مماس لخط المجال في اتجاه هذا الخط. يتم قياس الحث المغناطيسي في تسلا(ل).

كما في حالة المجال الكهربائي، بالنسبة لتحريض المجال المغناطيسي ينطبق ما يلي: مبدأ التراكب. انها تكمن في حقيقة ذلك إن تحريضات المجالات المغناطيسية التي تم إنشاؤها عند نقطة معينة بواسطة تيارات مختلفة تتراكم بشكل اتجاهي وتعطي المتجه الناتج للتحريض المغناطيسي:.

المجال المغناطيسي للملف مع التيار

فكر في ملف دائري يدور من خلاله تيار مباشر. نحن لا نعرض المصدر الذي يولد التيار في الشكل.

ستبدو صورة خطوط المجال لمدارنا على النحو التالي تقريبًا (الشكل 4).

أرز. 4. مجال الملف مع التيار

سيكون من المهم بالنسبة لنا أن نكون قادرين على تحديد أي نصف مساحة (بالنسبة لمستوى الملف) يتم توجيه المجال المغناطيسي إليه. مرة أخرى لدينا قاعدتان بديلتان.

حكم في اتجاه عقارب الساعة. تذهب خطوط المجال إلى هناك، وتنظر من حيث يبدو أن التيار يدور عكس اتجاه عقارب الساعة.

حكم المسمار. تذهب خطوط المجال إلى حيث يتحرك المسمار (ذو الخيط الأيمن العادي) إذا تم تدويره في اتجاه التيار.

وكما ترون فإن أدوار التيار والميدان تتغير - مقارنة بصياغة هذه القواعد لحالة التيار المباشر.

المجال المغناطيسي للملف الحالي

لفائفسينجح الأمر إذا قمت بلف السلك بإحكام، وتحوله إلى دوامة طويلة بما فيه الكفاية (الشكل 5 - صورة من en.wikipedia.org). يمكن أن يحتوي الملف على عدة عشرات أو مئات أو حتى آلاف اللفات. ويسمى الملف أيضا الملف اللولبي.

أرز. 5. الملف (الملف اللولبي)

المجال المغناطيسي لدورة واحدة، كما نعلم، لا يبدو بسيطًا جدًا. الحقول؟ يتم فرض المنعطفات الفردية للملف على بعضها البعض، ويبدو أن النتيجة يجب أن تكون صورة مربكة للغاية. ومع ذلك، فإن الأمر ليس كذلك: فمجال الملف الطويل له بنية بسيطة بشكل غير متوقع (الشكل 6).

أرز. 6. مجال الملف الحالي

في هذا الشكل، يتدفق التيار في الملف عكس اتجاه عقارب الساعة عند النظر إليه من اليسار (يحدث هذا إذا كان الطرف الأيمن للملف في الشكل 5 متصلاً بـ "زائد" المصدر الحالي، والطرف الأيسر بـ " ناقص"). نلاحظ أن المجال المغناطيسي للملف له خاصيتان مميزتان.

1. يوجد داخل الملف، بعيداً عن حوافه، مجال مغناطيسي متجانس: عند كل نقطة يكون متجه الحث المغناطيسي هو نفسه من حيث الحجم والاتجاه. خطوط المجال هي خطوط مستقيمة متوازية؛ فهي تنحني فقط بالقرب من حواف الملف عند خروجها.

2. خارج الملف يكون المجال قريب من الصفر. كلما زاد عدد اللفات في الملف، كلما كان المجال خارجه أضعف.

لاحظ أن الملف الطويل بشكل لا نهائي لا يحرر المجال للخارج على الإطلاق: لا يوجد مجال مغناطيسي خارج الملف. داخل مثل هذا الملف، يكون المجال موحدًا في كل مكان.

لا يذكرك بأي شيء؟ الملف هو النظير "المغناطيسي" للمكثف. تتذكر أن المكثف يخلق مجالًا كهربائيًا موحدًا داخل نفسه، تنحني خطوطه فقط بالقرب من حواف الألواح، وخارج المكثف يكون الحقل قريبًا من الصفر؛ المكثف ذو الألواح اللانهائية لا يطلق المجال إلى الخارج على الإطلاق، ويكون المجال منتظمًا في كل مكان بداخله.

والآن - الملاحظة الرئيسية. يرجى مقارنة صورة خطوط المجال المغناطيسي خارج الملف (الشكل 6) مع خطوط المجال المغناطيسي في الشكل. 1. إنه نفس الشيء، أليس كذلك؟ والآن نأتي إلى سؤال ربما كان يدور في ذهنك منذ فترة طويلة: إذا كان المجال المغناطيسي يتولد من التيارات ويؤثر على التيارات، فما هو سبب ظهور المجال المغناطيسي بالقرب من المغناطيس الدائم؟ بعد كل شيء، لا يبدو أن هذا المغناطيس موصل للتيار!

فرضية أمبير. التيارات الأولية

في البداية كان يُعتقد أن تفاعل المغناطيس يتم تفسيره بواسطة شحنات مغناطيسية خاصة مركزة عند القطبين. ولكن، على عكس الكهرباء، لم يتمكن أحد من عزل الشحنة المغناطيسية؛ بعد كل شيء، كما قلنا من قبل، لم يكن من الممكن الحصول على القطبين الشمالي والجنوبي للمغناطيس بشكل منفصل - فالأقطاب موجودة دائمًا في المغناطيس في أزواج.

تفاقمت الشكوك حول الشحنات المغناطيسية من خلال تجربة أورستد، عندما اتضح أن المجال المغناطيسي يتولد عن طريق التيار الكهربائي. علاوة على ذلك، اتضح أنه بالنسبة لأي مغناطيس، من الممكن اختيار موصل بتيار التكوين المناسب، بحيث يتزامن مجال هذا الموصل مع مجال المغناطيس.

طرح أمبير فرضية جريئة. لا توجد شحنات مغناطيسية. يتم تفسير عمل المغناطيس من خلال التيارات الكهربائية المغلقة بداخله.

ما هي هذه التيارات؟ هؤلاء التيارات الأوليةتدور داخل الذرات والجزيئات. ترتبط بحركة الإلكترونات على طول المدارات الذرية. يتكون المجال المغناطيسي لأي جسم من المجالات المغناطيسية لهذه التيارات الأولية.

يمكن تحديد موقع التيارات الأولية بشكل عشوائي بالنسبة لبعضها البعض. ثم يتم إلغاء مجالاتهم بشكل متبادل، ولا يظهر الجسم خصائص مغناطيسية.

ولكن إذا تم ترتيب التيارات الأولية بطريقة منسقة، فإن مجالاتها، مجتمعة، تعزز بعضها البعض. يصبح الجسم مغناطيسًا (الشكل 7؛ سيتم توجيه المجال المغناطيسي نحونا؛ كما سيتم توجيه القطب الشمالي للمغناطيس نحونا).

أرز. 7. التيارات المغناطيسية الأولية

أوضحت فرضية أمبير حول التيارات الأولية خصائص المغناطيس، حيث يؤدي تسخين المغناطيس واهتزازه إلى تدمير ترتيب تياراته الأولية، وتضعف الخواص المغناطيسية. لقد أصبح عدم قابلية فصل أقطاب المغناطيس واضحا: عند النقطة التي يتم فيها قطع المغناطيس، نحصل على نفس التيارات الأولية في النهايات. يتم تفسير قدرة الجسم على أن يكون ممغنطًا في مجال مغناطيسي من خلال المحاذاة المنسقة للتيارات الأولية التي "تدور" بشكل صحيح (اقرأ عن دوران تيار دائري في مجال مغناطيسي في الورقة التالية).

تبين أن فرضية أمبير صحيحة - وقد ظهر ذلك من خلال التطوير الإضافي للفيزياء. أصبحت الأفكار حول التيارات الأولية جزءًا لا يتجزأ من نظرية الذرة، والتي تم تطويرها بالفعل في القرن العشرين - بعد ما يقرب من مائة عام من تخمين أمبير الرائع.

يمكن تمثيل المجالات المغناطيسية، تمامًا مثل المجالات الكهربائية، بيانيًا باستخدام خطوط القوة. خط المجال المغناطيسي، أو خط تحريض المجال المغناطيسي، هو خط يتطابق ظله عند كل نقطة مع اتجاه ناقل تحريض المجال المغناطيسي.

أ)	ب)	V)

أرز. 1.2. خطوط المجال المغناطيسي الحالية المباشرة (أ)،

التيار الدائري (ب)، الملف اللولبي (ج)

خطوط القوة المغناطيسية، مثل الخطوط الكهربائية، لا تتقاطع. يتم رسمها بكثافة بحيث يكون عدد الخطوط التي تعبر وحدة سطحية متعامدة معها مساويًا (أو متناسبًا مع) حجم الحث المغناطيسي للمجال المغناطيسي في موقع معين.

في الشكل. 1.2، أوتظهر خطوط مجال التيار المباشر، وهي عبارة عن دوائر متحدة المركز، يقع مركزها على محور التيار، ويتم تحديد اتجاهها بقاعدة المسمار الأيمن (يتم توجيه التيار في الموصل نحو القارئ).

يمكن "الكشف" عن خطوط الحث المغناطيسي باستخدام برادة الحديد، التي تصبح ممغنطة في المجال قيد الدراسة وتتصرف مثل الإبر المغناطيسية الصغيرة. في الشكل. 1.2، بوتظهر خطوط المجال المغناطيسي للتيار الدائري. يظهر المجال المغناطيسي للملف اللولبي في الشكل. 1.2، V.

خطوط المجال المغناطيسي مغلقة. تسمى الحقول ذات خطوط القوة المغلقة حقول دوامة. ومن الواضح أن المجال المغناطيسي هو مجال دوامي. هذا هو الفرق الكبير بين المجال المغناطيسي والمجال الكهروستاتيكي.

في المجال الكهروستاتيكي، تكون خطوط القوة مفتوحة دائمًا: فهي تبدأ وتنتهي عند الشحنات الكهربائية. خطوط القوة المغناطيسية ليس لها بداية ولا نهاية. وهذا يتوافق مع حقيقة عدم وجود شحنات مغناطيسية في الطبيعة.

1.4. قانون بيوت-سافارت-لابلاس

أجرى الفيزيائيان الفرنسيان J. Biot وF. Savard دراسة في عام 1820 عن المجالات المغناطيسية الناتجة عن التيارات المتدفقة عبر أسلاك رفيعة ذات أشكال مختلفة. قام لابلاس بتحليل البيانات التجريبية التي حصل عليها بيوت وسافارت وأنشأ علاقة تسمى قانون بيوت-سافارت-لابلاس.

وفقًا لهذا القانون، يمكن حساب تحريض المجال المغناطيسي لأي تيار كمجموع متجه (تراكب) لتحريضات المجال المغناطيسي الناتجة عن الأقسام الأولية الفردية للتيار. من أجل الحث المغناطيسي للمجال الناتج عن عنصر الطول الحالي، حصل لابلاس على الصيغة:

, (1.3)

حيث يكون المتجه معاملًا مساويًا لطول عنصر الموصل ويتزامن في الاتجاه مع التيار (الشكل 1.3)؛ - متجه نصف القطر المرسوم من العنصر إلى النقطة التي يتم تحديده عندها؛ - معامل ناقل نصف القطر.

المجال المغنطيسي - قوة مجال ، تعمل على تحريك الشحنات الكهربائية وعلى الأجسام ذات مغناطيسي لحظة، بغض النظر عن حالة حركتهم؛مغناطيسي مكون الكهرومغناطيسي الحقول .

خطوط المجال المغناطيسي هي خطوط وهمية، تتطابق مماساتها عند كل نقطة من المجال مع اتجاه متجه الحث المغناطيسي.

بالنسبة للمجال المغناطيسي، فإن مبدأ التراكب صالح: في كل نقطة في الفضاء ناقلات الحث المغناطيسي ب∑ → ب∑→التي تم إنشاؤها عند هذه النقطة من قبل جميع مصادر المجالات المغناطيسية تساوي مجموع المتجهات لمتجهات الحث المغناطيسي بك→ بك →تم إنشاؤها في هذه المرحلة من قبل جميع مصادر المجالات المغناطيسية:

28. قانون بيوت-سافارت-لابلاس. قانون التيار الإجمالي.

صياغة قانون بيوت-سافارت-لابلاس هي كما يلي: عندما يمر تيار مباشر عبر حلقة مغلقة موجودة في الفراغ، لنقطة تقع على مسافة r0 من الحلقة، فإن الحث المغناطيسي سيكون له الشكل.

حيث أنا التيار في الدائرة

كفاف جاما الذي يتم من خلاله التكامل

r0 نقطة تعسفية

مجموع القانون الحالي هذا هو القانون الذي يربط بين دوران ناقل شدة المجال المغناطيسي والتيار.

إن دوران متجه شدة المجال المغناطيسي على طول الدائرة يساوي المجموع الجبري للتيارات التي تغطيها هذه الدائرة.

29. المجال المغناطيسي للموصل الحامل للتيار. العزم المغناطيسي للتيار الدائري.

30. تأثير المجال المغناطيسي على الموصل الحامل للتيار. قانون أمبير. تفاعل التيارات .

F = ب أنا ل الخطيئةα ,

أين α - الزاوية بين الحث المغناطيسي والمتجهات الحالية،ب - تحريض المجال المغناطيسي،أنا - القوة الحالية في الموصل،ل - طول الموصل .

تفاعل التيارات. إذا تم توصيل سلكين بدائرة تيار مستمر، فإن: الموصلات المتوازية والمتباعدة بشكل وثيق والمتصلة على التوالي تتنافر. الموصلات المتصلة على التوازي تنجذب لبعضها البعض.

31. تأثير المجالات الكهربائية والمغناطيسية على الشحنة المتحركة. قوة لورنتز.

قوة لورنتز - قوة، والتي المجال الكهرومغناطيسي وفقا الكلاسيكية (غير الكم) الديناميكا الكهربائية يعمل على نقطة مشحونة جسيم. في بعض الأحيان تسمى قوة لورنتز القوة المؤثرة على جسم متحرك بسرعة تكلفة فقط من الخارج المجال المغنطيسيغالبًا ما تكون القوة الكاملة - من المجال الكهرومغناطيسي بشكل عام بمعنى آخر من الخارج كهربائي و مغناطيسي الحقول.

32. تأثير المجال المغناطيسي على المادة. ضياء، وشبه، والمغناطيسات الحديدية. التباطؤ المغناطيسي.

ب= ب 0 + ب 1

أين ب⃗ ب → - تحريض المجال المغناطيسي في المادة؛ ب⃗ 0 ب → 0 - تحريض المجال المغناطيسي في الفراغ، ب⃗ 1 ب → 1 - الحث المغناطيسي للمجال الناشئ بسبب مغنطة المادة.

المواد التي تكون النفاذية المغناطيسية لها أقل بقليل من الوحدة (μ< 1), называются المواد المغناطيسية، أكبر قليلاً من الوحدة (μ > 1) - ممغنطيسي.

المغناطيس الحديدي - المادة أو المادة التي لوحظت فيها الظاهرة المغناطيسية الحديدية، أي ظهور المغنطة التلقائية عند درجة حرارة أقل من درجة حرارة كوري.

مغناطيسي التباطؤ - ظاهرة التبعيات ناقلات مغنطة و ناقلات القوة المغناطيسية الحقول V مادة لا فقط من مُرفَق خارجي الحقول, لكن و من خلفية من هذه العينة