Zvláštna forma existencie hmoty – magnetické pole Zeme prispelo k vzniku a zachovaniu života. Fragmenty tohto poľa, kusy rudy, priťahujúce železo, vedené elektriny do služby ľudstva. Bez elektriny by bolo prežitie nemysliteľné.
Obsah
Čo sú čiary magnetickej indukcie
Magnetické pole je určené silou v každom bode v jeho priestore. Krivky, ktoré spájajú body poľa s rovnakou veľkosťou, sa nazývajú čiary magnetickej indukcie. Intenzita magnetického poľa v určitom bode je výkonová charakteristika a na jej vyhodnotenie sa používa vektor magnetického poľa B. Jeho smer v určitom bode magnetickej indukčnej čiary sa k nemu vyskytuje tangenciálne.
Ak je bod v priestore ovplyvnený niekoľkými magnetickými poľami, potom sa intenzita určí súčtom vektorov magnetickej indukcie každého pôsobiaceho magnetického poľa. V tomto prípade je intenzita v určitom bode sčítaná v absolútnej hodnote a vektor magnetickej indukcie je definovaný ako súčet vektorov všetkých magnetických polí.
Napriek tomu, že čiary magnetickej indukcie sú neviditeľné, majú určité vlastnosti:
- Všeobecne sa uznáva, že siločiary magnetického poľa vychádzajú z pólu (N) a vracajú sa z (S).
- Smer vektora magnetickej indukcie je tangenciálny k priamke.
- Napriek zložitému tvaru sa krivky nepretínajú a nevyhnutne uzatvárajú.
- Magnetické pole vo vnútri magnetu je rovnomerné a hustota čiary je maximálna.
- Bodom poľa prechádza iba jedna čiara magnetickej indukcie.
Smer čiar magnetickej indukcie vo vnútri permanentného magnetu
Historicky sa na mnohých miestach na Zemi dlho zaznamenávala prirodzená kvalita niektorých kameňov priťahujúcich železné výrobky. Postupom času sa v starovekej Číne šípy vytesané určitým spôsobom z kúskov železnej rudy (magnetickej železnej rudy) zmenili na kompasy, ktoré ukazujú smer k severnému a južnému pólu Zeme a umožňujú vám navigáciu v teréne.
Štúdie tohto prírodného javu zistili, že silnejšia magnetická vlastnosť trvá dlhšie v zliatinách železa. Slabšími prírodnými magnetmi sú rudy obsahujúce nikel alebo kobalt. V procese štúdia elektriny sa vedci naučili, ako získať umelo zmagnetizované produkty zo zliatin obsahujúcich železo, nikel alebo kobalt.Za týmto účelom boli zavedené do magnetického poľa vytvoreného jednosmerným elektrickým prúdom a v prípade potreby demagnetizované striedavým prúdom.
Produkty zmagnetizované v prírodných podmienkach alebo získané umelo majú dva rôzne póly – miesta, kde sa magnetizmus najviac koncentruje. Magnety na seba vzájomne pôsobia pomocou magnetického poľa tak, že sa póly odpudzujú a na rozdiel od pólov priťahujú. To vytvára krútiace momenty pre ich orientáciu v priestore silnejších polí, ako je pole Zeme.
Vizuálne znázornenie interakcie slabo magnetizovaných prvkov a silného magnetu poskytuje klasický zážitok s oceľovými pilinami rozptýlenými na kartóne a plochým magnetom pod ním. Najmä ak sú piliny podlhovasté, je jasne vidieť, ako sú zoradené pozdĺž magnetických siločiar. Zmenou polohy magnetu pod kartónom sa pozoruje zmena konfigurácie ich obrazu. Použitie kompasov v tomto experimente ďalej zvyšuje účinok pochopenia štruktúry magnetického poľa.
Jedna z vlastností magnetických siločiar, ktoré objavil M. Faraday, naznačuje, že sú uzavreté a súvislé. Čiary vychádzajúce zo severného pólu permanentného magnetu vstupujú do južného pólu. Vo vnútri magnetu sa však neotvárajú a vstupujú z južného pólu na sever. Počet čiar vo vnútri produktu je maximálny, magnetické pole je rovnomerné a pri demagnetizácii môže dôjsť k oslabeniu indukcie.
Určenie smeru vektora magnetickej indukcie pomocou gimletovho pravidla
Začiatkom 19. storočia vedci zistili, že okolo vodiča sa vytvára magnetické pole, ktorým prechádza prúd. Výsledné siločiary sa správajú podľa rovnakých pravidiel ako pri prirodzenom magnete.Okrem toho interakcia elektrického poľa vodiča s prúdom a magnetickým poľom slúžila ako základ elektromagnetickej dynamiky.
Pochopenie priestorovej orientácie síl v interagujúcich poliach nám umožňuje vypočítať axiálne vektory:
- magnetická indukcia;
- Veľkosť a smer indukčného prúdu;
- Uhlová rýchlosť.
Takéto chápanie bolo formulované v pravidle gimlet.
Kombináciou translačného pohybu pravostranného závesu so smerom prúdu vo vodiči získame smer magnetických siločiar, ktorý je indikovaný otáčaním rukoväte.
Keďže nejde o fyzikálny zákon, v elektrotechnike sa gimletovo pravidlo používa nielen na určenie smeru magnetických siločiar v závislosti od vektora prúdu vo vodiči, ale aj naopak, na určenie smeru prúdu v drôtoch elektromagnetu. v dôsledku rotácie magnetických indukčných čiar.
Pochopenie tohto vzťahu umožnilo Ampère podložiť zákon rotujúcich polí, čo viedlo k vytvoreniu elektromotorov rôznych princípov. Všetky výsuvné zariadenia používajúce induktory dodržiavajú pravidlo gimlet.
Pravidlo pravej ruky
Určenie smeru prúdu pohybujúceho sa v magnetickom poli vodiča (jedna strana uzavretej slučky vodičov) jasne demonštruje pravidlo pravej ruky.
Hovorí, že pravá dlaň otočená k pólu N (siločiary vstupujú do dlane) a palec vychýlený o 90 stupňov ukazuje smer pohybu vodiča, potom v uzavretom obvode (cievka) magnetické pole indukuje elektrický prúd , ktorého pohybový vektor ukazujú štyri prsty.
Toto pravidlo ukazuje, ako sa pôvodne objavili generátory jednosmerného prúdu. Istá sila prírody (voda, vietor) otáčala uzavretý okruh vodičov v magnetickom poli a generovala elektrinu. Potom motory, ktoré dostali elektrický prúd v konštantnom magnetickom poli, ho premenili na mechanický pohyb.
Pravidlo pravej ruky platí aj pre induktory. Pohyb magnetického jadra v nich vedie k vzniku indukčných prúdov.
Ak sú štyri prsty pravej ruky zarovnané so smerom prúdu v závitoch cievky, potom palec odchýlený o 90 stupňov bude ukazovať na severný pól.
Pravidlá gimletu a pravej ruky úspešne demonštrujú interakciu elektrických a magnetických polí. Umožňujú pochopiť fungovanie rôznych zariadení v elektrotechnike takmer každému, nielen vedcom.
Podobné články:
