O formă specială de existență a materiei, câmpul magnetic al Pământului a contribuit la nașterea și conservarea vieții. Fragmente din acest câmp, bucăți de minereu atrase de fier, au dus la energie electrică în slujba umanității. Fără electricitate, supraviețuirea ar fi de neconceput.
Conținut
Ce sunt liniile de inducție magnetică
Câmpul magnetic este definit prin intensitatea în fiecare punct din spațiul său. Curbele care unesc punctele de câmp de tensiuni modulo egale se numesc linii de inducție magnetică. Intensitatea câmpului magnetic într-un anumit punct este o caracteristică de forță, iar pentru estimarea acesteia se utilizează vectorul câmpului magnetic B. Direcția acestuia într-un anumit punct al liniei de inducție magnetică este tangentă la acesta.
În cazul în care un punct din spațiu este afectat de mai multe câmpuri magnetice, intensitatea se determină prin însumarea vectorilor de inducție magnetică ai fiecărui câmp magnetic care acționează. În acest caz, intensitatea într-un anumit punct este însumată modulo, iar vectorul inducției magnetice este definit ca suma vectorilor tuturor câmpurilor magnetice.
Deși liniile de inducție magnetică sunt invizibile, ele au anumite proprietăți:
- Se presupune că liniile de forță ale câmpului magnetic ies pe la polul (N) și se întorc de la (S).
- Direcția vectorului de inducție magnetică este tangentă la linie.
- În ciuda formei complexe, curbele nu se intersectează și sunt în mod necesar scurtcircuitate.
- Câmpul magnetic din interiorul magnetului este omogen, iar densitatea liniilor este maximă.
- Doar o singură linie de inducție magnetică trece printr-un punct din câmp.
Direcția liniilor de inducție magnetică în interiorul unui magnet permanent
Din punct de vedere istoric, proprietatea naturală a anumitor pietre de a atrage fierul a fost observată de mult timp în multe locuri de pe Pământ. De-a lungul timpului, în China antică, săgețile sculptate într-un anumit mod din bucăți de minereu de fier (piatră magnetică) s-au transformat în busole, indicând direcția spre polii nord și sud ai Pământului și permițând orientarea pe sol.
Cercetările privind acest fenomen natural au arătat că aliajele de fier au o proprietate magnetică mai puternică pentru o perioadă mai lungă de timp. Magneții naturali mai slabi sunt minereurile care conțin nichel sau cobalt. În timp ce studiau electricitatea, oamenii de știință au învățat cum să realizeze obiecte magnetizate artificial din aliaje care conțin fier, nichel sau cobalt. În acest scop, acestea au fost introduse într-un câmp magnetic produs de un curent electric continuu și, dacă este necesar, demagnetizate cu un curent alternativ.
Produsele magnetizate în natură sau produse în mod artificial au doi poli diferiți - locurile în care magnetismul este cel mai concentrat. Magneții interacționează între ei prin intermediul unui câmp magnetic, astfel încât polii cu același nume se resping, iar polii cu nume diferite se atrag. Aceasta formează momente de rotație pentru orientarea lor în spațiul unor câmpuri mai puternice, de exemplu câmpul Pământului.
O reprezentare vizuală a interacțiunii dintre elementele slab magnetizate și un magnet puternic este dată de experiența clasică cu pilitură de oțel împrăștiată pe carton și un magnet plat dedesubt. Mai ales dacă rumegușul este alungit, se poate vedea clar cum se aliniază de-a lungul liniilor de forță ale câmpului magnetic. Prin schimbarea poziției magnetului sub carton, se observă o modificare a configurației imaginii lor. Utilizarea busolelor în acest experiment sporește și mai mult efectul de înțelegere a structurii câmpului magnetic.
Una dintre calitățile liniilor de câmp magnetic descoperite de M. Faraday sugerează că acestea sunt închise și continue. Liniile care ies din polul nord al unui magnet permanent intră în polul sud. Cu toate acestea, în interiorul magnetului, ele nu sunt deschise și intră dinspre polul sud spre polul nord. Numărul de linii din interiorul produsului este maximizat, câmpul magnetic este omogen, iar inducția poate deveni mai slabă atunci când este demagnetizată.
Determinarea direcției vectorului de inducție magnetică folosind regula burghiului
La începutul secolului al XIX-lea, oamenii de știință au descoperit că un câmp magnetic se creează în jurul unui conductor prin care trece un curent. Liniile de forță rezultate se comportă conform acelorași reguli ca un magnet natural. În plus, interacțiunea dintre câmpul electric al unui conductor cu curent și câmpul magnetic a stat la baza dinamicii electromagnetice.
Înțelegerea orientării în spațiu a forțelor din câmpurile care interacționează permite calcularea vectorilor axiali:
- Inducție magnetică;
- Mărimi și direcții ale curentului de inducție;
- Viteza unghiulară.
Această înțelegere a fost formulată în regula boraxului.
Combinând mișcarea de translație a borawlik-ului din dreapta cu direcția curentului din conductor, obținem direcția liniilor de câmp magnetic, așa cum este indicată de rotația manivelei.
Nefiind o lege a fizicii, regula cioplitorului în ingineria electrică este utilizată pentru a determina nu numai direcția liniilor de câmp magnetic în funcție de vectorul curentului din conductor, ci, dimpotrivă, pentru a determina direcția curentului în firele solenoidale datorită rotației liniilor de inducție magnetică.
Înțelegerea acestei relații i-a permis lui Ampere să justifice legea câmpurilor rotative, care a dus la dezvoltarea motoarelor electrice de diferite principii. Toate aparatele inductive care utilizează bobine inductive respectă regula boraxului.
Regula mâinii drepte
Determinarea direcției unui curent care se deplasează în câmpul magnetic al unui conductor (o parte a unei bobine închise de conductori) este demonstrată în mod clar de regula mâinii drepte.
Se spune că, cu palma dreaptă întoarsă spre polul N (liniile electrice intră în palmă) și cu degetul mare deviat la 90 de grade, indicând direcția conductorului, atunci, într-o buclă închisă (bobină), câmpul magnetic induce un curent electric, al cărui vector de mișcare este indicat de cele patru degete.
Această regulă demonstrează cum au apărut inițial generatoarele de curent continuu. O forță a naturii (apă, vânt) a rotit o buclă închisă de conductori într-un câmp magnetic, generând electricitate. Apoi, motoarele, după ce au primit curent electric într-un câmp magnetic constant, l-au transformat în mișcare mecanică.
Regula de la dreapta este valabilă și în cazul bobinelor de inductor. Mișcarea unui miez magnetic în interiorul acestora produce curenți de inducție.
Dacă cele patru degete ale mâinii drepte sunt aliniate cu direcția curentului din bobinele unei bobine, atunci degetul mare deviat la 90 de grade va fi îndreptat spre polul nord.
Regulile boraxului și regula mâinii drepte demonstrează cu succes interacțiunea câmpurilor electrice și magnetice. Acestea fac ca înțelegerea funcționării diferitelor dispozitive din ingineria electrică să fie accesibilă aproape tuturor, nu doar oamenilor de știință.
Articole conexe:
