Okul ansiklopedisi. Manyetik indüksiyon vektörünün yönü Manyetik indüksiyon vektörünün yönü

Talimatlar

Düz bir iletken için mıknatısın yönünü bulmak için, onu elektrik akımı sizden uzağa doğru akacak şekilde (örneğin bir kağıt parçasına) konumlandırın. Bir tornavidayla sıkılan bir matkabın veya vidanın nasıl hareket ettiğini hatırlamaya çalışın: saat yönünde ve . Çizgilerin yönünü anlamak için bu hareketi elinizle çizin. Böylece manyetik alan çizgileri saat yönünde yönlendirilir. Bunları çizim üzerinde şematik olarak işaretleyin. Bu yöntem bir gimlet kuralıdır.

İletken yanlış yöne yerleştirilmişse, zihinsel olarak bu şekilde durun veya yapıyı, akımın sizden uzaklaşması için döndürün. Ardından matkabın veya vidanın hareketini hatırlayın ve manyetik çizgilerin yönünü saat yönünde ayarlayın.

Gimlet kuralını zor buluyorsanız sağ el kuralını kullanmayı deneyin. Bunu manyetik çizgilerin yönünü belirlemek amacıyla kullanmak için elinizi konumlandırın ve sağ elinizi başparmağınız uzatılmış şekilde kullanın. Başparmağınızı iletkenin hareketi boyunca, diğer 4 parmağınızı ise indüksiyon akımı yönünde tutun. Şimdi manyetik alan çizgilerinin avucunuza girdiğine dikkat edin.

Akımlı bir bobin için sağ el kuralını kullanmak için, dönüşlerde parmaklarınız akım boyunca yönlendirilecek şekilde sağ elinizin avuç içi ile zihinsel olarak sarın. Baş parmağınızın işaret ettiği yere bakın; bu, solenoidin içindeki manyetik çizgilerin yönüdür. Bu yöntem, bir mıknatısı akımlı bir bobin kullanarak şarj etmeniz gerekiyorsa, metal boşluğun yönünü belirlemeye yardımcı olacaktır.

Manyetik iğne kullanarak manyetik çizgilerin yönünü belirlemek için bu oklardan birkaçını bir telin veya bobinin etrafına yerleştirin. Ok eksenlerinin daireye teğet yönlendirildiğini göreceksiniz. Bu yöntemi kullanarak uzaydaki her noktada çizgilerin yönünü bulabilir ve sürekliliklerini kanıtlayabilirsiniz.

Amper kuvveti, manyetik alanda akım taşıyan bir iletkene etki eder. Doğrudan bir dinamometre kullanılarak ölçülebilir. Bunu yapmak için Amper kuvvetinin etkisi altında hareket eden bir iletkene bir dinamometre takın ve Amper kuvvetini onunla dengeleyin. Bu kuvveti hesaplamak için iletkendeki akımı, manyetik alan gücünü ve iletkenin uzunluğunu ölçün.

İhtiyacın olacak

• - dinamometre;
• - ampermetre;
• - Teslametre;
• - cetvel;
• - at nalı şeklindeki kalıcı mıknatıs

Talimatlar

Amper kuvvetinin doğrudan ölçümü. Devreyi, neredeyse hiç mekanik direnç (sürtünme) olmadan, iki paralel iletken boyunca serbestçe dönebilen ve bunları tamamlayan silindirik bir iletkenle tamamlanacak şekilde monte edin. Bu iletkenlerin arasına at nalı mıknatısı yerleştirin. Devreye bir akım kaynağı bağlayın; silindirik iletken paralel iletkenler boyunca yuvarlanmaya başlayacaktır. Bu iletkene hassas bir dinamometre takın ve manyetik alanda akım taşıyan iletkene etki eden Amper kuvvetinin değerini Newton cinsinden ölçeceksiniz.

Amper kuvvet hesabı. Önceki paragrafta açıklanan devrenin aynısını monte edin. İletkenin içinde bulunduğu manyetik alanın indüksiyonunu bulun. Bunu yapmak için, kalıcı bir mıknatısın paralel şeritleri arasına bir Teslametre sensörü yerleştirin ve Tesla'da ondan okumalar alın. Birleştirilmiş devreye seri olarak bir ampermetre bağlayın. Silindirik iletkenin uzunluğunu ölçmek için kullanın.
Birleştirilmiş devreyi bir akım kaynağına bağlayın, bir ampermetre kullanarak içindeki akım gücünü öğrenin. Amper cinsinden ölçüm yapın. Amper kuvvetinin değerini hesaplamak için manyetik alan değerlerinin akım kuvvetine ve iletkenin uzunluğuna göre çarpımını bulun (F=B I l). Akım ve manyetik indüksiyon yönleri arasındaki açı 90°'ye eşit değilse, bunu ölçün ve sonucu bu açının sinüsüyle çarpın.

Amper kuvvetinin yönünün belirlenmesi. Sol el kuralını kullanarak Amper kuvvetinin yönünü bulun. Bunu yapmak için, sol elinizi manyetik indüksiyon çizgileri avuç içine girecek ve dört parmak elektrik akımının hareket yönünü (kaynağın pozitif kutbundan negatif kutbuna) gösterecek şekilde yerleştirin. Daha sonra 90°'ye yerleştirilen başparmak Amper kuvvetinin hareket yönünü gösterecektir.

Manyetik indüksiyon vektörünü doğru bir şekilde belirlemek için yalnızca mutlak değerini değil aynı zamanda yönünü de bilmeniz gerekir. Mutlak değer, cisimlerin manyetik alan aracılığıyla etkileşiminin ölçülmesiyle belirlenir ve yön, cisimlerin hareketinin doğasına ve özel kurallara göre belirlenir.

İhtiyacın olacak

• - kondüktör;
• - akım kaynağı;
• - solenoid;
• - doğru burgu.

Talimatlar

Akımla manyetik indüksiyonun vektörünü bulun. Bunu yapmak için onu bir güç kaynağına bağlayın. İletkenden akım geçirerek değerini amper cinsinden bulmak için bir test cihazı kullanın. Manyetik alan indüksiyonunun ölçüldüğü noktaya, bu yerden iletkene dik olan noktaya karar verin ve R uzunluğunu bulun. Bu noktadaki manyetik indüksiyon vektörünün büyüklüğünü bulun. Bunu yapmak için mevcut I değerini μ≈1,26 10^(-6) manyetik sabiti ile çarpın. Sonucu dikmenin uzunluğuna bölün ve iki katına çıkarın π≈3,14, B=I μ/(R 2 π). Bu manyetik indüksiyon vektörünün mutlak değeridir.

Manyetik indüksiyon vektörünün yönünü bulmak için doğru jileti alın. Sıradan bir tirbuşon işini görecektir. Çubuk iletkene paralel olacak şekilde konumlandırın. Çubuğu akımla aynı yönde hareket etmeye başlayacak şekilde jileti döndürmeye başlayın. Kolun döndürülmesi manyetik alan çizgilerinin yönünü gösterecektir.

Akım taşıyan telin sarımının manyetik indüksiyon vektörünü bulun. Bunu yapmak için, bir test cihazı ile bobindeki akımı ve bir cetvel kullanarak bobinin yarıçapını ölçün. Bobinin içindeki manyetik indüksiyon modülünü bulmak için, akım gücü I'i manyetik sabit μ≈1,26 10^(-6) ile çarpın. Sonucu R yarıçapının iki katına bölün, B=I μ/(2 R).

Manyetik indüksiyon vektörünün yönünü belirleyin. Bunu yapmak için, çubuk bobinin ortasına gelecek şekilde sağ jileti takın. İçindeki akımın yönünde döndürmeye başlayın. Çubuğun ileri hareketi manyetik indüksiyon vektörünün yönünü gösterecektir.

Solenoidin içindeki manyetik indüksiyonu hesaplayın. Bunu yapmak için, ilk önce metre cinsinden ifade ettiğiniz dönüş sayısını ve uzunluğunu sayın. Solenoidi kaynağa bağlayın ve akımı bir test cihazıyla ölçün. Akım I'i dönüş sayısı N ve manyetik sabit μ≈1,26 10^(-6) ile çarparak solenoidin içindeki manyetik alan indüksiyonunu hesaplayın. Sonucu solenoidin uzunluğuna bölün L, B=N I μ/L. Solenoid içindeki manyetik indüksiyon vektörünün yönünü, iletkenin bir dönüşünde olduğu gibi belirleyin.

Manyetik indüksiyon vektörü, manyetik alanın bir kuvvet özelliğidir. Fizikteki laboratuvar görevlerinde diyagramlarda ok ve B harfiyle gösterilen indüksiyon vektörünün yönü mevcut iletkene bağlı olarak belirlenir.

İhtiyacın olacak

• - mıknatıs;
• - manyetik iğne.

Talimatlar

Size kalıcı bir mıknatıs verilirse kutuplarını bulun: kutup maviye boyanmıştır ve Latin harfi N ile işaretlenmiştir, güneydeki ise genellikle S harfiyle renklendirilmiştir. Kuzey kutbundan ayrılan manyetik alan çizgilerini grafiksel olarak tasvir edin ve güneye girin. Teğet bir vektör oluşturun. Mıknatısın kutuplarında herhangi bir işaret veya boya yoksa, kutuplarını bildiğiniz bir manyetik iğne kullanarak indüksiyon vektörünün yönünü bulun.

Oku yanına yerleştirin. Okun uçlarından biri çekilecek. Okun kuzey kutbu mıknatısa çekiliyorsa, o zaman mıknatısın güney kutbu olur ve bunun tersi de geçerlidir. Manyetik alan çizgilerinin mıknatısın kuzey kutbundan (oklardan değil!) ayrılıp güneye girmesi kuralını kullanın.

Gimlet kuralını kullanarak akım taşıyan bir bobindeki manyetik alan indüksiyon vektörünün yönünü bulun. Bir burgu veya tirbuşon alın ve yüklü bobinin düzlemine dik olarak yerleştirin. Jileti bobindeki akım hareketi yönünde döndürmeye başlayın. Jiletin ileri hareketi, bobinin merkezindeki manyetik alan çizgilerinin yönünü gösterecektir.

Düz bir iletkeniniz varsa, iletkeni içine dahil ederek tam bir kapalı devre oluşturun. Devredeki akımın yönünün, akımın akım kaynağının pozitif kutbundan negatif kutbuna hareketi olarak alındığını lütfen unutmayın. Bir tirbuşon alın veya onu sağ elinizde tuttuğunuzu hayal edin.

Jileti iletkendeki akım akışı yönünde sıkın. Tirbuşon sapının hareketi alan çizgilerinin yönünü gösterecektir. Diyagramdaki çizgileri çizin. Onlara manyetik alan indüksiyonunun yönünü gösterecek teğetsel bir vektör oluşturun.

Bobin veya solenoiddeki indüksiyon vektörünün hangi yöne yönlendirildiğini bulun. Bir bobini veya solenoidi bir güç kaynağına bağlayarak bir devre oluşturun. Sağ el kuralını uygulayın. Bobini, uzatılmış dört parmağınız bobindeki akımın yönünü gösterecek şekilde tuttuğunuzu hayal edin. Daha sonra 90 derece konumlandırılmış başparmak, solenoid veya bobin içindeki manyetik alan indüksiyon vektörünün yönünü gösterecektir.

Manyetik bir iğne kullanın. Manyetik iğneyi solenoide yaklaştırın. Mavi ucu (N harfiyle veya mavi boyayla gösterilir) vektörün yönünü gösterecektir. Solenoiddeki güç hatlarının düz olduğunu unutmayın.

Konuyla ilgili video

Kaynaklar:

• Manyetik alan ve özellikleri

Bir iletken manyetik alanda hareket ettirildiğinde alan çizgilerini geçtiğinde indüksiyon meydana gelir. İndüksiyon, belirlenmiş kurallara göre belirlenebilecek bir yön ile karakterize edilir.

İhtiyacın olacak

• - manyetik alanda akımı olan iletken;
• - burgu veya vida;
• - manyetik alanda akıma sahip solenoid;

Talimatlar

Tümevarım yönünü bulmak için iki şeyden birini kullanmalısınız: Gimlet kuralı veya sağ el kuralı. Birincisi esas olarak düz tel taşıma akımı içindir. Sağ el kuralı akımla beslenen bobin veya solenoid için geçerlidir.

Gimlet kuralını kullanarak indüksiyonun yönünü bulmak için telin polaritesini belirleyin. Akım her zaman pozitif kutuptan negatif kutba doğru akar. Akım taşıyan tel boyunca bir jilet veya vida yerleştirin: jiletin ucu negatif kutbu, tutma kolu da pozitif kutbu işaret etmelidir. Burguyu veya vidayı sanki saat yönünde çeviriyormuş gibi döndürmeye başlayın. Ortaya çıkan indüksiyon, akımla beslenen telin etrafında kapalı daireler şeklindedir. İndüksiyon yönü, burgu sapının veya vida başının dönme yönü ile çakışacaktır.

Sağ el kuralı şunu söylüyor:
Bir bobini veya solenoidi sağ elinizin avuç içine, dört parmağınız dönüşlerdeki akım akışı yönünde olacak şekilde alırsanız, o zaman yana yerleştirilen başparmak indüksiyonun yönünü gösterecektir.

Zaten 6. yüzyılda. M.Ö. Çin'de bazı cevherlerin birbirini çekme ve demir nesneleri çekme özelliğine sahip olduğu biliniyordu. Bu tür cevherlerin parçaları Küçük Asya'daki Magnesia kenti yakınlarında bulundu, bu nedenle bu adı aldılar. mıknatıslar.

Mıknatıslar ve demir nesneler nasıl etkileşime girer? Elektrikli cisimlerin neden çekildiğini hatırlayalım mı? Çünkü bir elektrik yükünün yakınında tuhaf bir madde biçimi oluşur - bir elektrik alanı. Bir mıknatısın etrafında benzer bir madde biçimi bulunur, ancak farklı bir kökene sahiptir (sonuçta cevher elektriksel olarak nötrdür), buna denir manyetik alan.

Manyetik alanı incelemek için düz veya at nalı mıknatıslar kullanılır. Bir mıknatısın belirli yerleri en büyük çekici etkiye sahiptir; bunlara denir direkler(Kuzey ve Güney). Zıt manyetik kutuplar birbirini çeker, aynı manyetik kutuplar da iter.

Manyetik alanın güç özellikleri için şunu kullanın: manyetik alan indüksiyon vektörü B. Manyetik alan, kuvvet çizgileri kullanılarak grafiksel olarak temsil edilir ( manyetik indüksiyon hatları). Satırlar kapalıdır, ne başı ne de sonu vardır. Manyetik çizgilerin çıktığı yer Kuzey Kutbu'dur; manyetik çizgilerin Güney Kutbu'na girdiği yer.

Manyetik alan, demir talaşları kullanılarak "görünür" hale getirilebilir.

Akım taşıyan bir iletkenin manyetik alanı

Ve şimdi ne bulduğumuz hakkında Hans Christian Oersted Ve André Marie Ampere 1820'de. Manyetik alanın yalnızca bir mıknatısın çevresinde değil, aynı zamanda akım taşıyan herhangi bir iletkenin çevresinde de var olduğu ortaya çıktı. İçinden elektrik akımı geçen herhangi bir tel, örneğin lamba kablosu, bir mıknatıstır! Akımı olan bir tel bir mıknatısla etkileşime girer (yakınında bir pusula tutmayı deneyin), akımı olan iki tel birbiriyle etkileşime girer.

Doğru akım manyetik alan çizgileri bir iletkenin etrafındaki dairelerdir.

Manyetik indüksiyon vektör yönü

Belirli bir noktadaki manyetik alanın yönü, o noktaya yerleştirilen pusula iğnesinin kuzey kutbunun gösterdiği yön olarak tanımlanabilir.

Manyetik indüksiyon hatlarının yönü iletkendeki akımın yönüne bağlıdır.

İndüksiyon vektörünün yönü kurala göre belirlenir burgu veya kural sağ el.

Manyetik indüksiyon vektörü

Bu, alanın kuvvet hareketini karakterize eden vektör miktarıdır.

Sonsuz düz bir iletkenin manyetik alanının, kendisinden r kadar uzakta akımla indüksiyonu:

Yarıçapı r olan ince dairesel bir bobinin merkezinde manyetik alan indüksiyonu:

Manyetik alan indüksiyonu solenoid(dönüşleri sırayla tek yönde akım geçiren bir bobin):

Üstüste binme ilkesi

Uzayda belirli bir noktada bir manyetik alan birkaç alan kaynağı tarafından yaratılıyorsa, o zaman manyetik indüksiyon, her alanın indüksiyonlarının ayrı ayrı vektör toplamıdır.

Dünya sadece büyük bir negatif yük ve bir elektrik alanı kaynağı değil, aynı zamanda gezegenimizin manyetik alanı da devasa boyutlarda doğrudan bir mıknatısın alanına benzer.

Coğrafi güney manyetik kuzeye, coğrafi kuzey ise manyetik güneye yakındır. Dünyanın manyetik alanına bir pusula yerleştirilirse, kuzey oku güney manyetik kutbu yönünde manyetik indüksiyon çizgileri boyunca yönlendirilir, yani bize coğrafi kuzeyin nerede olduğunu gösterecektir.

Karasal manyetizmanın karakteristik unsurları zamanla çok yavaş değişir. dünyevi değişiklikler. Ancak zaman zaman manyetik fırtınalar meydana gelir; Dünya'nın manyetik alanı birkaç saat boyunca büyük ölçüde bozulur ve daha sonra yavaş yavaş eski değerlerine döner. Böylesine büyük bir değişiklik insanların refahını etkiler.

Dünyanın manyetik alanı, gezegenimizi uzaydan giren parçacıklardan ("güneş rüzgarı") koruyan bir "kalkandır". Manyetik kutupların yakınında parçacık akışları Dünya yüzeyine çok daha yakın hale gelir. Güçlü güneş patlamaları sırasında manyetosfer deforme olur ve bu parçacıklar atmosferin üst katmanlarına doğru hareket ederek burada gaz molekülleriyle çarpışarak auroralar oluşturabilir.

Manyetik film üzerindeki demir dioksit parçacıkları, kayıt işlemi sırasında oldukça mıknatıslanır.

Manyetik kaldırma trenleri yüzeyler üzerinde kesinlikle sürtünme olmadan süzülür. Tren 650 km/saat hıza ulaşabilmektedir.

Beynin çalışmasına, kalbin nabzına elektriksel uyarılar eşlik eder. Bu durumda organlarda zayıf bir manyetik alan ortaya çıkar.

Sol elinizin avucunu açın ve tüm parmaklarınızı düzeltin. Başparmağınızı diğer tüm parmaklara göre 90 derecelik bir açıyla, avucunuzla aynı düzlemde bükün.

Avucunuzun bir arada tuttuğunuz dört parmağının, yük pozitifse hızın yönünü, yük negatifse hızın tersini gösterdiğini hayal edin.

Her zaman hıza dik olarak yönlendirilen manyetik indüksiyon vektörü böylece avuç içine girecektir. Şimdi baş parmağınızın işaret ettiği yere bakın; bu Lorentz kuvvetinin yönüdür.

Lorentz kuvveti sıfır olabilir ve vektör bileşeni olmayabilir. Bu, yüklü bir parçacığın yörüngesi manyetik alan çizgilerine paralel olduğunda meydana gelir. Bu durumda parçacık doğrusal bir yörüngeye ve sabit bir hıza sahiptir. Lorentz kuvveti parçacığın hareketini hiçbir şekilde etkilemez çünkü bu durumda hiç yoktur.

En basit durumda, yüklü bir parçacık, manyetik alan çizgilerine dik bir hareket yörüngesine sahiptir. Daha sonra Lorentz kuvveti merkezcil ivme yaratarak yüklü parçacığı bir daire içinde hareket etmeye zorlar.

Not

Lorentz kuvveti 1892 yılında Hollandalı fizikçi Hendrik Lorentz tarafından keşfedildi. Bugün, eylemi hareketli elektronların yörüngesine bağlı olan çeşitli elektrikli cihazlarda oldukça sık kullanılmaktadır. Örneğin bunlar televizyon ve monitörlerdeki katot ışın tüpleridir. Yüklü parçacıkları Lorentz kuvvetini kullanarak muazzam hızlara çıkaran her türlü hızlandırıcı, onların hareketinin yörüngesini belirliyor.

Yararlı tavsiye

Lorentz kuvvetinin özel bir durumu Amper kuvvetidir. Yönü sol el kuralı kullanılarak hesaplanır.

Kaynaklar:

• Lorentz kuvveti
• Lorentz kuvveti sol el kuralı

Manyetik alanın akım taşıyan bir iletken üzerindeki etkisi, manyetik alanın hareketli elektrik yüklerini etkilediği anlamına gelir. Manyetik alandan hareket eden yüklü bir parçacığa etki eden kuvvete, Hollandalı fizikçi H. Lorentz'in onuruna Lorentz kuvveti adı verilir.

Talimatlar

Kuvvet - sayısal değerini (modülü) ve yönünü (vektör) belirleyebileceğiniz anlamına gelir.

Lorentz kuvvetinin modülü (Fl), ∆l uzunluğunda bir akıma sahip bir iletkenin bir bölümüne etki eden F kuvveti modülünün, bu bölüm üzerinde düzenli bir şekilde hareket eden yüklü parçacıkların N sayısına oranına eşittir. iletken: Fl = F/N ( 1). Basit fiziksel dönüşümler nedeniyle, F kuvveti şu şekilde temsil edilebilir: F= q*n*v*S*l*B*sina (formül 2), burada q, hareket edenin yüküdür, n ise üzerindedir. iletken bölüm, v parçacığın hızı, S iletken bölümün kesit alanı, l iletken bölümün uzunluğu, B manyetik indüksiyon, sina hızlar arasındaki açının sinüsüdür ve indüksiyon vektörleri. Ve hareketli parçacıkların sayısını şu forma dönüştürün: N=n*S*l (formül 3). Formül 2 ve 3'ü formül 1'e değiştirin, n, S, l değerlerini azaltın, Lorentz kuvveti için ortaya çıkıyor: Fл = q*v*B*sin a. Bu, Lorentz kuvvetini bulmayla ilgili basit problemleri çözmek için görev koşulunda aşağıdaki fiziksel nicelikleri tanımlamanız gerektiği anlamına gelir: hareketli bir parçacığın yükü, hızı, parçacığın içinde hareket ettiği manyetik alanın indüksiyonu ve aralarındaki açı. hız ve indüksiyon.

Sorunu çözmeden önce tüm büyüklüklerin birbirine veya uluslararası sisteme karşılık gelen birimlerle ölçüldüğünden emin olun. Cevabı Newton cinsinden (N - kuvvet birimi) elde etmek için yükün Coulomb (K) cinsinden, hızın saniyede metre (m/s) cinsinden, indüksiyonun Tesla (T) cinsinden, sinüs alfanın - ölçülemez bir şekilde ölçülmesi gerekir. sayı.
Örnek 1. İndüksiyonu 49 mT olan bir manyetik alanda, 1 nC yüklü bir parçacık 1 m/s hızla hareket etmektedir. Hız ve manyetik indüksiyon vektörleri karşılıklı olarak diktir.
Çözüm. B = 49 mT = 0,049 T, q = 1 nC = 10 ^ (-9) C, v = 1 m/s, sin a = 1, Fl = ?

Fl = q*v*B*sin a = 0,049 T * 10 ^ (-9) C * 1 m/s * 1 =49* 10 ^(12).

Lorentz kuvvetinin yönü sol el kuralıyla belirlenir. Bunu uygulamak için birbirine dik üç vektörün aşağıdaki ilişkisini hayal edin. Sol elinizi, manyetik indüksiyon vektörü avuç içine girecek şekilde konumlandırın, dört parmak pozitif (negatifin hareketine karşı) parçacığın hareketine doğru yönlendirilsin, ardından 90 derece bükülmüş başparmak Lorentz kuvvetinin yönünü gösterecektir (bkz. figür).
Lorentz kuvveti monitörlerin ve televizyonların televizyon tüplerine uygulanır.

Kaynaklar:

• G. Ya Myakishev, B.B. Bukhovtsev. Fizik ders kitabı. Derece 11. Moskova. "Eğitim". 2003
• Lorentz kuvveti ile ilgili problemlerin çözümü

Akımın gerçek yönü yüklü parçacıkların hareket ettiği yöndür. Bu da yüklerinin işaretine bağlıdır. Ek olarak teknisyenler, iletkenin özelliklerine bağlı olmayan koşullu yük hareketi yönünü kullanırlar.

Talimatlar

Yüklü parçacıkların gerçek hareket yönünü belirlemek için aşağıdaki kuralı izleyin. Kaynağın içinde, zıt işaretle yüklenen elektrottan uçarlar ve elektrota doğru hareket ederler, bu nedenle işaret olarak parçacıklara benzer bir yük elde ederler. Dış devrede, yükü parçacıkların yüküyle çakışan elektrik alanı tarafından elektrottan çekilir ve zıt yüklü olana çekilirler.

Bir metalde akım taşıyıcıları, kristalin düğümler arasında hareket eden serbest elektronlardır. Bu parçacıklar negatif yüklü olduğundan, bunların kaynağın içinde pozitif elektrottan negatif elektrota, dış devrede negatiften pozitife doğru hareket ettiğini düşünün.

Metalik olmayan iletkenlerde yük de elektronlar tarafından taşınır, ancak bunların hareket mekanizması farklıdır. Bir atomdan ayrılan bir elektron, onu pozitif bir iyona dönüştürerek önceki atomdan bir elektron yakalamasına neden olur. Bir atomdan ayrılan aynı elektron, bir sonrakini negatif olarak iyonlaştırır. Devrede akım olduğu sürece işlem sürekli olarak tekrarlanır. Bu durumda yüklü parçacıkların hareket yönünün önceki durumda olduğu gibi olduğu kabul edilir.

İki tür yarı iletken vardır: elektron ve delik iletkenliğine sahip. Birincisinde taşıyıcılar elektronlardır ve bu nedenle içlerindeki parçacıkların hareket yönü metaller ve metalik olmayan iletkenlerle aynı düşünülebilir. İkincisinde ise yük sanal parçacıklar (delikler) tarafından taşınır. Basitçe söylemek gerekirse, bunların içinde elektronların bulunmadığı bir tür boş alan olduğunu söyleyebiliriz. Elektronların dönüşümlü kayması nedeniyle delikler ters yönde hareket eder. Biri elektronik, diğeri delik iletkenliğine sahip iki yarı iletkeni birleştirirseniz, diyot adı verilen böyle bir cihaz doğrultucu özelliklere sahip olacaktır.

Vakumda yük, ısıtılmış bir elektrottan (katot) soğuk olana (anot) hareket eden elektronlar tarafından taşınır. Diyot doğrultulduğunda katodun anoda göre negatif olduğunu, ancak anotun karşısındaki transformatör sekonder sargı terminalinin bağlandığı ortak tele göre katodun pozitif yüklendiğini unutmayın. Herhangi bir diyotta (hem vakum hem de yarı iletken) voltaj düşüşünün varlığı göz önüne alındığında, burada bir çelişki yoktur.

Gazlarda yük pozitif iyonlar tarafından taşınır. İçlerindeki yüklerin hareket yönünün metallerde, metalik olmayan katı iletkenlerde, vakumda ve ayrıca elektronik iletkenliğe sahip yarı iletkenlerde hareket yönünün tersi olduğunu ve delik iletkenliği olan yarı iletkenlerdeki hareket yönüne benzer olduğunu düşünün. . İyonlar elektronlardan çok daha ağırdır, bu nedenle gaz deşarj cihazlarının yüksek ataletleri vardır. Simetrik elektrotlara sahip iyonik cihazların tek yönlü iletkenliği yoktur, ancak asimetrik elektrotlara sahip olanların belirli bir potansiyel farkı aralığında iletkenliği vardır.

Sıvılarda yük her zaman ağır iyonlar tarafından taşınır. Elektrolitin bileşimine bağlı olarak negatif veya pozitif olabilirler. İlk durumda, bunların elektronlara benzer şekilde, ikincisinde ise gazlardaki pozitif iyonlara veya yarı iletkenlerdeki deliklere benzer şekilde davrandıklarını düşünün.

Bir elektrik devresinde akımın yönünü belirlerken, yüklü parçacıkların gerçekte nereye hareket ettiğine bakılmaksızın, bunların kaynakta negatiften pozitife ve dış devrede pozitiften negatife doğru hareket ettiğini düşünün. Belirtilen yön koşullu kabul edilir ve atomun yapısının keşfedilmesinden önce kabul edilmiştir.

Kaynaklar:

• akımın yönü

Birleşik Devlet Sınavı kodlayıcısının konuları: Elektromanyetik indüksiyon olgusu, manyetik akı, Faraday'ın elektromanyetik indüksiyon yasası, Lenz kuralı.

Oersted'in deneyi, elektrik akımının çevredeki alanda manyetik bir alan oluşturduğunu gösterdi. Michael Faraday, tam tersi etkinin de var olabileceği fikrine ulaştı: manyetik alan da elektrik akımı üretiyor.

Yani manyetik alanda kapalı bir iletken olsun; Manyetik alanın etkisi altında bu iletkende elektrik akımı ortaya çıkacak mı?

On yıllık araştırma ve deneyden sonra Faraday nihayet bu etkiyi keşfetmeyi başardı. 1831'de aşağıdaki deneyleri gerçekleştirdi.

1. Aynı ahşap taban üzerine iki bobin sarılmıştı; ikinci bobinin sarımları birincinin sarımları arasına yerleştirildi ve yalıtıldı. İlk bobinin terminalleri bir akım kaynağına, ikinci bobinin terminalleri bir galvanometreye (galvanometre, küçük akımları ölçmek için hassas bir cihazdır) bağlandı. Böylece iki devre elde edildi: “akım kaynağı - birinci bobin” ve “ikinci bobin - galvanometre”.

Devreler arasında elektrik teması yoktu, yalnızca birinci bobinin manyetik alanı ikinci bobine nüfuz ediyordu.

İlk bobinin devresi kapatıldığında galvanometre, ikinci bobinde kısa ve zayıf bir akım darbesi kaydetti.

Birinci bobinden sabit akım geçtiğinde ikinci bobinde akım üretilmiyordu.

Birinci bobinin devresi açıldığında ikinci bobinde yine kısa ve zayıf bir akım darbesi ortaya çıktı ancak bu kez devre kapatıldığındaki akıma göre ters yöndeydi.

Çözüm.

İlk bobinin zamanla değişen manyetik alanı üretir (veya dedikleri gibi, neden olur) ikinci bobindeki elektrik akımı. Bu akıma denir indüklenen akım.

Birinci bobinin manyetik alanı artarsa ​​(devre kapatıldığında akımın arttığı anda), ikinci bobinde indüklenen akım bir yönde akar.

Birinci bobinin manyetik alanı azalırsa (devre açıldığında akımın azaldığı anda), ikinci bobinde indüklenen akım farklı bir yönde akar.

Birinci bobinin manyetik alanı değişmezse (içinden doğru akım geçerse), ikinci bobinde indüklenen akım olmaz.

Faraday keşfedilen fenomeni aradı elektromanyetik indüksiyon(yani “manyetizma yoluyla elektriğin indüksiyonu”).

2. İndüksiyon akımının üretildiği tahminini doğrulamak için değişkenler Faraday manyetik alan bobinlerini birbirine göre hareket ettirdi. İlk bobinin devresi her zaman kapalı kaldı, içinden doğru bir akım aktı, ancak hareket (yaklaşma veya mesafe) nedeniyle ikinci bobin kendisini birinci bobinin alternatif manyetik alanında buldu.

Galvanometre ikinci bobindeki akımı tekrar kaydetti. İndüksiyon akımı, bobinler birbirine yaklaştığında bir yöne, uzaklaştığında ise başka bir yöne sahipti. Bu durumda, bobinler ne kadar hızlı hareket ederse, endüksiyon akımının gücü o kadar büyüktü..

3. İlk bobinin yerini kalıcı bir mıknatıs aldı. İkinci bobinin içine bir mıknatıs getirildiğinde bir endüksiyon akımı ortaya çıktı. Mıknatıs çekildiğinde akım yeniden ortaya çıktı, ancak farklı bir yönde. Ve yine, mıknatıs ne kadar hızlı hareket ederse, indüksiyon akımının gücü de o kadar büyük olur.

Bu ve sonraki deneyler, bir iletken devrede indüklenen akımın, devreye giren manyetik alanın "hat sayısı" değiştiğinde tüm durumlarda meydana geldiğini gösterdi. İndüksiyon akımının gücü daha büyük olur, bu hat sayısı ne kadar hızlı değişirse. Devredeki hat sayısı arttığında akımın yönü bir, azaldığında ise başka olacaktır.

Belirli bir devredeki akımın büyüklüğü için yalnızca hat sayısındaki değişim oranının önemli olması dikkat çekicidir. Bu durumda tam olarak ne olduğu önemli değil - alanın kendisinin değişip değişmediği, sabit kontura nüfuz etmesi veya konturun bir çizgi yoğunluğuna sahip bir alandan başka bir yoğunluğa sahip bir alana hareket etmesi.

Elektromanyetik indüksiyon yasasının özü budur. Ancak bir formül yazmak ve hesaplamalar yapmak için, "bir kontur boyunca alan çizgilerinin sayısı" şeklindeki belirsiz kavramı açıkça resmileştirmeniz gerekir.

Manyetik akı

Manyetik akı kavramı tam olarak devreye giren manyetik alan çizgilerinin sayısının bir özelliğidir.

Basitlik açısından kendimizi düzgün bir manyetik alan durumuyla sınırlıyoruz. İndüksiyonlu bir manyetik alanda bulunan bir alanın konturunu ele alalım.

Öncelikle manyetik alanın devre düzlemine dik olmasına izin verin (Şekil 1).

Pirinç. 1.

Bu durumda manyetik akı, manyetik alan indüksiyonunun ve devre alanının ürünü olarak çok basit bir şekilde belirlenir:

(1)

Şimdi vektörün kontur düzlemine normal ile bir açı oluşturduğu genel durumu düşünün (Şekil 2).

Pirinç. 2.

Artık manyetik indüksiyon vektörünün yalnızca dik bileşeninin devre boyunca "aktığını" (ve devreye paralel bileşenin bunun içinden "akmadığını" görüyoruz). Bu nedenle, formül (1)'e göre elimizde . Ama bu nedenle

(2)

Bu, düzgün bir manyetik alan durumunda manyetik akının genel tanımıdır. Eğer vektör döngü düzlemine paralel ise (yani), o zaman manyetik akının sıfır olacağını unutmayın.

Alan tekdüze değilse manyetik akı nasıl belirlenir? Sadece fikri belirtelim. Kontur yüzeyi, alanın tekdüze kabul edilebileceği çok sayıda çok küçük alana bölünmüştür. Her bölge için, formül (2)'yi kullanarak kendi küçük manyetik akısını hesaplıyoruz ve sonra tüm bu manyetik akıları topluyoruz.

Manyetik akı için ölçüm birimi Weber(Wb). Gördüğümüz gibi,

Wb = T · m = V · s. (3)

Manyetik akı neden devreye giren manyetik alanın “hat sayısını” karakterize ediyor? Çok basit. "Çizgilerin sayısı", yoğunluklarına (ve dolayısıyla boyutlarına - sonuçta indüksiyon ne kadar büyük olursa, çizgiler o kadar yoğun olur) ve alanın nüfuz ettiği "etkili" alana (ve bu ,'den başka bir şey değildir) göre belirlenir. Ancak çarpanlar manyetik akıyı oluşturur!

Artık Faraday'ın keşfettiği elektromanyetik indüksiyon olgusunun daha net bir tanımını verebiliriz.

Elektromanyetik indüksiyon- devreden geçen manyetik akı değiştiğinde kapalı bir iletken devrede elektrik akımının ortaya çıkması olgusudur.

indüklenen emk

İndüklenen akımın oluştuğu mekanizma nedir? Bunu daha sonra tartışacağız. Şimdiye kadar açık olan bir şey var: Devreden geçen manyetik akı değiştiğinde, devredeki serbest yüklere bazı kuvvetler etki eder. dış güçler, yüklerin hareketine neden olur.

Bildiğimiz gibi, tek bir pozitif yükü bir devre etrafında hareket ettirmek için dış kuvvetlerin yaptığı işe elektromotor kuvvet (EMF) adı verilir: . Bizim durumumuzda devredeki manyetik akı değiştiğinde buna karşılık gelen emk denir. indüklenen emk ve belirlenir.

Bu yüzden, İndüksiyon emk'si, bir devredeki manyetik akı değiştiğinde ortaya çıkan ve devre etrafında tek bir pozitif yükü hareket ettiren dış kuvvetlerin işidir..

Bu durumda devrede ortaya çıkan dış kuvvetlerin doğasını yakında öğreneceğiz.

Faraday'ın elektromanyetik indüksiyon yasası

Faraday'ın deneylerindeki endüksiyon akımının gücünün, devredeki manyetik akı ne kadar hızlı değişirse o kadar büyük olduğu ortaya çıktı.

Kısa sürede manyetik akıdaki değişiklik eşitse, o zaman hız Manyetik akıdaki değişiklikler bir kesirdir (veya aynı şekilde manyetik akının zamana göre türevi).

Deneyler, endüksiyon akımının gücünün, manyetik akının değişim hızının büyüklüğüyle doğru orantılı olduğunu göstermiştir:

Modül şimdilik negatif değerlerle ilişkilendirilmeyecek şekilde kurulmuştur (sonuçta manyetik akı azaldığında olacaktır). Daha sonra bu modülü kaldıracağız.

Tam bir zincir için Ohm kanunundan aynı zamanda şunu elde ederiz: . Bu nedenle indüklenen emk, manyetik akının değişim hızıyla doğru orantılıdır:

(4)

EMF volt cinsinden ölçülür. Ancak manyetik akının değişim hızı da volt cinsinden ölçülür! Aslında (3)'ten Wb/s = V olduğunu görüyoruz. Dolayısıyla orantısallığın (4) her iki kısmının ölçüm birimleri çakışmaktadır, dolayısıyla orantı katsayısı boyutsuz bir niceliktir. SI sisteminde birliğe eşitlenir ve şunu elde ederiz:

(5)

İşte bu elektromanyetik indüksiyon yasası veya Faraday yasası. Hadi buna sözlü bir formül verelim.

Faraday'ın elektromanyetik indüksiyon yasası. Devreye giren manyetik akı değiştiğinde, bu devrede manyetik akının değişim hızı modülüne eşit bir indüklenen emk ortaya çıkar..

Lenz'in kuralı

Devrede indüklenen bir akımın ortaya çıkmasına neden olan bir değişiklik olan manyetik akı adını vereceğiz. harici manyetik akı. Ve bu manyetik akıyı yaratan manyetik alanın kendisini şöyle adlandıracağız: harici manyetik alan.

Neden bu şartlara ihtiyacımız var? Gerçek şu ki devrede ortaya çıkan endüksiyon akımı kendi akımını yaratıyor sahip olmak süperpozisyon ilkesine göre harici bir manyetik alana eklenen manyetik alan.

Buna göre, dış manyetik akı ile birlikte, sahip olmak bir indüksiyon akımının manyetik alanı tarafından oluşturulan manyetik akı.

Bu iki manyetik akının (iç ve dış) kesin olarak tanımlanmış bir şekilde birbirine bağlı olduğu ortaya çıktı.

Lenz'in kuralı. İndüklenen akım her zaman kendi manyetik akısının harici manyetik akıdaki değişimi önleyeceği bir yöne sahiptir..

Lenz kuralı her durumda indüklenen akımın yönünü bulmanızı sağlar.

Lenz kuralının uygulanmasına ilişkin bazı örneklere bakalım.

Devrenin zamanla artan bir manyetik alan tarafından nüfuz edildiğini varsayalım (Şekil (3)). Örneğin, konturun kuzey kutbu bu durumda yukarıya, kontura doğru yönlendirilmiş olan bir mıknatısı alttan kontura yaklaştırıyoruz.

Devredeki manyetik akı artar. İndüklenen akım, oluşturduğu manyetik akının dış manyetik akı artışını önleyeceği yönde olacaktır. Bunun için indüksiyon akımının oluşturduğu manyetik alanın yönlendirilmesi gerekir. aykırı dış manyetik alan.

İndüklenen akım, oluşturduğu manyetik alanın yönünden bakıldığında saat yönünün tersine akar. Bu durumda akım, yukarıdan bakıldığında, dış manyetik alanın yanından bakıldığında (Şekil (3) 'de gösterildiği gibi saat yönünde yönlendirilecektir).

Pirinç. 3. Manyetik akı artar

Şimdi devreye giren manyetik alanın zamanla azaldığını varsayalım (Şekil 4). Örneğin, mıknatısı ilmekten aşağıya doğru hareket ettiriyoruz ve mıknatısın kuzey kutbu ilmeğe doğru işaret ediyor.

Pirinç. 4. Manyetik akı azalır

Devredeki manyetik akı azalır. İndüklenen akım, kendi manyetik akısının dış manyetik akıyı destekleyerek azalmasını önleyecek bir yöne sahip olacaktır. Bunu yapmak için indüksiyon akımının manyetik alanı yönlendirilmelidir. aynı yönde dış manyetik alan olarak.

Bu durumda indüklenen akım, her iki manyetik alanın yanından yukarıdan bakıldığında saat yönünün tersine akacaktır.

Bir mıknatısın bir devre ile etkileşimi

Dolayısıyla, bir mıknatısın yaklaşması veya uzaklaştırılması, devrede yönü Lenz kuralına göre belirlenen indüklenen bir akımın ortaya çıkmasına neden olur. Ancak manyetik alan akıma etki eder! Manyetik alandan devreye etki eden bir Amper kuvveti görünecektir. Bu güç nereye yönlendirilecek?

Lenz kuralını ve Amper kuvvetinin yönünün belirlenmesini iyi anlamak istiyorsanız bu soruyu kendiniz yanıtlamayı deneyin. Bu çok basit bir alıştırma değil ve Birleşik Devlet Sınavında C1 için mükemmel bir görev değil. Dört olası durumu düşünün.

1. Mıknatısı devreye yaklaştırıyoruz, kuzey kutbu devreye doğru yönlendiriliyor.
2. Mıknatısı devreden çıkarıyoruz, kuzey kutbu devreye doğru yönlendiriliyor.
3. Mıknatısı devreye yaklaştırıyoruz, güney kutbu devreye doğru yönlendiriliyor.
4. Mıknatısı devreden çıkarıyoruz, güney kutbu devreye doğru yönlendiriliyor.

Manyetik alanın tekdüze olmadığını unutmayın: alan çizgileri kuzey kutbundan ayrılarak güneye doğru birleşir. Bu, ortaya çıkan Amper kuvvetini belirlemek için çok önemlidir. Sonuç aşağıdaki gibidir.

Mıknatısı yaklaştırdığınızda devre mıknatıstan uzaklaşır. Mıknatısı çıkarırsanız devre mıknatıs tarafından çekilir. Bu nedenle, eğer devre bir ipliğe asılırsa, sanki onu takip ediyormuş gibi her zaman mıknatısın hareket yönünde sapacaktır. Bu durumda mıknatıs kutuplarının konumu önemli değildir..

Her durumda, şu gerçeği hatırlamanız gerekir - aniden böyle bir soru A1 bölümünde karşımıza çıkıyor

Bu sonuç, enerjinin korunumu yasasını kullanarak tamamen genel hususlarla açıklanabilir.

Diyelim ki mıknatısı devreye yaklaştırdık. Devrede bir endüksiyon akımı belirir. Ancak bir akım yaratmak için iş yapılması gerekiyor! Kim yapar? Sonuçta mıknatısı hareket ettiriyoruz. Devrede ortaya çıkan dış kuvvetlerin pozitif çalışmasına dönüştürülen ve indüklenen bir akım yaratan pozitif mekanik çalışma gerçekleştiriyoruz.

Yani mıknatısı hareket ettirme işimiz şu olmalı pozitif. Bu, mıknatısa yaklaştığımızda yapmamız gerektiği anlamına gelir. üstesinden gelmek mıknatısın devre ile etkileşim kuvveti, dolayısıyla kuvvettir itme.

Şimdi mıknatısı çıkarın. Lütfen bu argümanları tekrarlayın ve mıknatıs ile devre arasında çekici bir kuvvetin oluşması gerektiğinden emin olun.

Faraday Yasası + Lenz Kuralı = Modül Kaldırma

Yukarıda Faraday kanunundaki (5) modülü kaldıracağımıza söz vermiştik. Lenz kuralı bunu yapmamıza izin veriyor. Ancak öncelikle indüklenen emk'in işareti üzerinde anlaşmaya varmamız gerekecek; sonuçta, (5)'in sağ tarafındaki modül olmadan emk'nin büyüklüğü pozitif veya negatif olabilir.

Her şeyden önce, konturun ilerlemesi için mümkün olan iki yönden biri sabittir. Bu yön açıklandı pozitif. Konturu geçmenin ters yönü sırasıyla denir, olumsuz. Hangi geçiş yönünü olumlu olarak kabul ettiğimiz önemli değil; önemli olan yalnızca bu seçimi yapmaktır.

Devredeki manyetik akı pozitif kabul edilir class = "tex" alt = "(! LANG:(\Phi > 0)"> !} Devreye giren manyetik alan oraya yönlendirilmişse, devrenin saat yönünün tersine pozitif yönde geçildiği yerden bakıldığında. Manyetik indüksiyon vektörünün ucundan itibaren dairenin pozitif yönü saat yönünde görülüyorsa, manyetik akı negatif kabul edilir.

İndüklenen emk pozitif kabul edilir class = "tex" alt = "(! LANG:(\mathcal E_i > 0)"> !} Eğer indüklenen akım pozitif yönde akarsa. Bu durumda, içinden geçen manyetik akı değiştiğinde devrede ortaya çıkan dış kuvvetlerin yönü, devreyi bypass etmenin pozitif yönü ile çakışmaktadır.

Aksine, eğer indüklenen akım negatif yönde akarsa, indüklenen emk negatif olarak kabul edilir. Bu durumda dış kuvvetler devre bypassının negatif yönünde de etki edecektir.

Yani devrenin manyetik alan içinde olmasına izin verin. Pozitif devre bypassının yönünü sabitliyoruz. Pozitif sapmanın saat yönünün tersine yapıldığı yerden bakarak manyetik alanın oraya yönlendirildiğini varsayalım. O zaman manyetik akı pozitiftir: class="tex" alt="\Phi > 0"> .!}

Pirinç. 5. Manyetik akı artar

Bu nedenle bu durumda elimizde . İndüklenen emk'nin işaretinin, manyetik akının değişim hızının işaretine zıt olduğu ortaya çıktı. Bunu başka bir durumda kontrol edelim.

Yani şimdi manyetik akının azaldığını varsayalım. Lenz kuralına göre indüklenen akım pozitif yönde akacaktır. Yani, class = "tex" alt = "\mathcal E_i > 0"> !}(Şekil 6).

Pirinç. 6. Manyetik akı artar class = "tex" alt = "(! LANG:\Rightarrow \mathcal E_i > 0"> !}

Aslında genel gerçek şu: işaretler üzerindeki anlaşmamıza bağlı olarak, Lenz kuralı her zaman indüklenen emk'nin işaretinin manyetik akı değişim hızının işaretine zıt olduğu gerçeğine yol açar:

(6)

Bu, Faraday'ın elektromanyetik indüksiyon kanunundaki modül işaretini ortadan kaldırır.

Girdap elektrik alanı

Alternatif bir manyetik alanda bulunan sabit bir devreyi düşünelim. Devrede endüksiyon akımının oluşma mekanizması nedir? Yani serbest yüklerin hareketine hangi kuvvetler sebep olur, bu dış kuvvetlerin niteliği nedir?

Bu soruları yanıtlamaya çalışan büyük İngiliz fizikçi Maxwell, doğanın temel bir özelliğini keşfetti: zamanla değişen bir manyetik alan bir elektrik alanı üretir. Serbest yüklere etki eden ve indüklenen akıma neden olan bu elektrik alanıdır.

Ortaya çıkan elektrik alanının çizgileri kapalı çıkıyor, bu yüzden buna çağrıldı. girdap elektrik alanı. Girdap elektrik alan çizgileri manyetik alan çizgilerinin etrafından geçer ve aşağıdaki gibi yönlendirilir.

Manyetik alanın artmasına izin verin. İçinde iletken bir devre varsa, indüklenen akım, vektörün ucundan bakıldığında Lenz kuralına göre saat yönünde akacaktır. Bu, girdap elektrik alanından devrenin pozitif serbest yüklerine etki eden kuvvetin de oraya yönlendirildiği anlamına gelir; Bu, girdap elektrik alanı yoğunluğunun vektörünün tam olarak oraya yönlendirildiği anlamına gelir.

Yani, girdap elektrik alanının yoğunluk çizgileri bu durumda saat yönünde yönlendirilir (vektörün ucundan bakıldığında, (Şekil 7).

Pirinç. 7. Artan manyetik alanla girdap elektrik alanı

Aksine, eğer manyetik alan azalırsa, girdap elektrik alanının yoğunluk çizgileri saat yönünün tersine yönlendirilir (Şekil 8).

Pirinç. 8. Azalan manyetik alanla girdap elektrik alanı

Artık elektromanyetik indüksiyon olgusunu daha iyi anlayabiliriz. Bunun özü, tam olarak, alternatif bir manyetik alanın bir girdap elektrik alanı oluşturması gerçeğinde yatmaktadır. Bu etki, manyetik alanda kapalı bir iletken devrenin bulunup bulunmadığına bağlı değildir; Bir devre yardımıyla bu olguyu yalnızca indüklenen akımı gözlemleyerek tespit edebiliriz.

Girdap elektrik alanı, bazı özellikleri bakımından halihazırda bildiğimiz elektrik alanlarından farklıdır: elektrostatik alan ve doğru akım oluşturan sabit yük alanı.

1. Girdap alan çizgileri kapalıdır, elektrostatik ve sabit alan çizgileri ise pozitif yüklerde başlayıp negatif yüklerde biter.
2. Girdap alanı potansiyel değildir: bir yükü kapalı bir döngü boyunca hareket ettirme işi sıfır değildir. Aksi halde girdap alanı elektrik akımı oluşturamaz! Aynı zamanda bildiğimiz gibi elektrostatik ve durağan alanlar da potansiyeldir.

Bu yüzden, Sabit bir devrede indüksiyon emk'si, girdap elektrik alanının devre etrafında tek bir pozitif yükü hareket ettirme işidir..

Örneğin devrenin yarıçaplı bir halka olduğunu ve içine düzgün bir alternatif manyetik alan girdiğini varsayalım. Bu durumda girdap elektrik alanının yoğunluğu halkanın her noktasında aynıdır. Girdap alanının yüke etki ettiği iş gücü şuna eşittir:

Bu nedenle indüklenen emk için şunu elde ederiz:

Hareketli bir iletkende indüksiyon emk'si

Bir iletken sabit bir manyetik alanda hareket ederse, içinde indüklenmiş bir emf de belirir. Bununla birlikte, şimdi bunun nedeni girdap elektrik alanı değil (ortaya çıkmaz - sonuçta manyetik alan sabittir), Lorentz kuvvetinin iletkenin serbest yükleri üzerindeki etkisidir.

Sorunlarda sıklıkla ortaya çıkan bir durumu ele alalım. Paralel raylar yatay bir düzlemde bulunur, aralarındaki mesafe eşittir. Raylar dikey düzgün bir manyetik alan içerisindedir. İnce bir iletken çubuk raylar boyunca ; her zaman raylara dik kalır (Şek. 9).

Pirinç. 9. Bir iletkenin manyetik alandaki hareketi

Çubuğun içine pozitif bir serbest yük alalım. Bu yükün çubukla birlikte belli bir hızda hareket etmesinden dolayı Lorentz kuvveti yüke etki edecektir:

Bu kuvvet, şekilde gösterildiği gibi çubuğun ekseni boyunca yönlendirilir (bunu kendiniz görün - saat yönü veya sol el kuralını unutmayın!).

Lorentz kuvveti bu durumda bir dış kuvvet rolü oynar: çubuğun serbest yüklerini harekete geçirir. Bir yükü bir noktadan diğerine hareket ettirirken dış kuvvetimiz iş yapacaktır:

(Çubuğun uzunluğunun da eşit olduğunu düşünüyoruz.) Bu nedenle çubukta indüklenen emk şuna eşit olacaktır:

(7)

Bu nedenle çubuk, pozitif terminali ve negatif terminali olan bir akım kaynağına benzer. Çubuğun içinde, harici bir Lorentz kuvvetinin etkisiyle yüklerin ayrılması meydana gelir: pozitif yükler noktaya, negatif yükler ise noktaya hareket eder.

Öncelikle rayların akımı iletmediğini varsayalım. Daha sonra çubuktaki yüklerin hareketi yavaş yavaş duracaktır. Gerçekten de, pozitif yükler uçta ve negatif yükler uçta biriktikçe, pozitif serbest yükün itildiği ve çekildiği Coulomb kuvveti artacaktır ve bir noktada bu Coulomb kuvveti Lorentz kuvvetini dengeleyecektir. Çubuğun uçları arasında indüklenen emk'ye (7) eşit bir potansiyel fark oluşturulacaktır.

Şimdi rayların ve köprünün iletken olduğunu varsayalım. Daha sonra devrede indüklenen bir akım görünecektir; yönünde (“artı kaynaktan” “eksi”ye doğru gidecektir) N). Çubuğun direncinin eşit olduğunu (bu, akım kaynağının iç direncinin bir analogudur) ve bölümün direncinin eşit olduğunu (harici devrenin direnci) varsayalım. Daha sonra endüksiyon akımının gücü, tüm devre için Ohm yasasına göre bulunacaktır:

İndüklenen emk için ifade (7)'nin Faraday yasası kullanılarak da elde edilebilmesi dikkat çekicidir. Hadi yapalım.
Zamanla çubuğumuz bir yol kat ederek bir pozisyon alır (Şekil 9). Konturun alanı dikdörtgenin alanı kadar artar:

Devredeki manyetik akı artar. Manyetik akı artışı şuna eşittir:

Manyetik akının değişim hızı pozitiftir ve indüklenen emk'ye eşittir:

(7) ile aynı sonucu elde ettik. İndüksiyon akımının yönünün Lenz kuralına uyduğunu not ediyoruz. Nitekim akım yönünde aktığı için manyetik alanı dış alana zıt yönde yönlendirilir ve dolayısıyla devre boyunca manyetik akının artmasını engeller.

Bu örnekte, bir iletkenin manyetik alanda hareket ettiği durumlarda iki şekilde hareket edebileceğimizi görüyoruz: ya dış kuvvet olarak Lorentz kuvvetini kullanarak ya da Faraday yasasını kullanarak. Sonuçlar aynı olacaktır.

Manyetik demir cevheri parçalarının metal nesneleri çekebildiği uzun zamandır bilinmektedir: çiviler, somunlar, metal talaşları, iğneler vb. Doğa onlara bu yeteneği bahşetmiştir. Bu doğal mıknatıslar .

Bir demir çubuğu doğal bir mıknatısa maruz bırakalım. Bir süre sonra kendini mıknatıslayacak ve diğer metal nesneleri çekmeye başlayacak. Blok haline geldi yapay mıknatıs . Mıknatısı çıkaralım. Mıknatıslanma kaybolursa, o zaman konuşuruz geçici mıknatıslanma . Eğer kalırsa, o zaman bizden önce kalıcı mıknatıs.

Mıknatısın metal nesneleri en güçlü çeken uçlarına ne ad verilir? mıknatısın kutupları. Cazibe orta bölgesinde en zayıftır. Onu aradılar tarafsız Bölge .

Mıknatısın orta kısmına bir iplik takarsanız ve onu bir tripoda asarak serbestçe dönmesine izin verirseniz, kutuplarından biri tam kuzeye, diğeri tam güneye bakacak şekilde dönecektir. Mıknatısın kuzeye bakan ucuna denir Kuzey Kutbu(N) ve tam tersi – güney(S).

Mıknatıs etkileşimi

Bir mıknatıs diğer mıknatısları onlara dokunmadan çeker. Farklı mıknatısların benzer kutupları birbirini iter, zıt kutupları ise çeker. Bunun elektrik yüklerinin etkileşimine benzediği doğru değil mi?

Elektrik yükleri birbirlerini etkiler Elektrik alanı , onların etrafında oluştu. Kalıcı mıknatıslar belli bir mesafede etkileşime girerler çünkü manyetik alan .

19. yüzyılın fizikçileri manyetik alanı elektrostatik alanın bir benzeri olarak sunmaya çalıştılar. Bir mıknatısın kutuplarını pozitif ve negatif manyetik yükler (sırasıyla kuzey ve güney kutupları) olarak gördüler. Ancak çok geçmeden izole edilmiş manyetik yüklerin var olmadığını anladılar.

Büyüklüğü aynı fakat işaretleri farklı iki elektrik yüküne denir. elektrik dipol . Mıknatısın iki kutbu vardır ve manyetik dipol .

Bir elektrik dipolündeki yükler, iletkenin bulundukları farklı kısımlarda iki parçaya kesilmesiyle birbirinden kolaylıkla ayrılabilir. Ama bu bir mıknatısla işe yaramaz. Kalıcı bir mıknatısı da aynı şekilde bölerek her birinde iki manyetik kutup bulunan iki yeni mıknatıs elde edeceğiz.

Kendi manyetik alanı olan cisimlere denir mıknatıslar . Farklı malzemeler onlara farklı şekilde çekilir. Malzemenin yapısına bağlıdır. Malzemelerin harici bir manyetik alanın etkisi altında manyetik alan oluşturma özelliğine denir. manyetizma .

Mıknatıslardan en çok etkilenenler ferromıknatıslar. Üstelik moleküllerin, atomların veya iyonların yarattığı kendi manyetik alanı, buna neden olan dış manyetik alandan yüzlerce kat daha büyüktür. Ferromanyetik elementler demir, kobalt, nikel gibi kimyasal elementlerin yanı sıra bazı alaşımlardır.

Paramıknatıslar – kendi yönünde bir dış alanda mıknatıslanan maddeler. Mıknatıslara zayıf bir şekilde çekilirler. Kimyasal elementler alüminyum, sodyum, magnezyum, demir tuzları, kobalt, nikel vb. paramıknatısların örnekleridir.

Ancak mıknatıslar tarafından çekilmeyen, ancak itilen malzemeler de vardır. Arandılar diyamanyetik malzemeler. Dış manyetik alanın yönüne karşı mıknatıslanırlar, ancak mıknatıslardan oldukça zayıf bir şekilde itilirler. Bunlar bakır, gümüş, çinko, altın, cıva vb.'dir.

Oersted'in deneyimi

Ancak manyetik alanı yaratanlar yalnızca kalıcı mıknatıslar değildir.

1820'de Danimarkalı fizikçi Hans Christian Ørsted, üniversitedeki derslerinden birinde öğrencilere "voltaik sütundan" bir telin ısıtılmasıyla ilgili bir deney gösterdi. Elektrik devresinin kablolarından biri, masanın üzerinde duran bir deniz pusulasının cam kapağına takıldı. Bilim adamı elektrik devresini kapattığında ve telden akım aktığında manyetik pusula iğnesi aniden yana saptı. Elbette Oersted başlangıçta bunun sadece bir kaza olduğunu düşündü. Ancak deneyi aynı koşullar altında tekrarladığında aynı sonucu elde etti. Sonra telden oka olan mesafeyi değiştirmeye başladı. Ne kadar büyük olursa, iğne o kadar zayıf sapardı. Ama hepsi bu değil. Farklı metallerden yapılmış tellerden akım geçirerek, manyetik olmayanların bile içinden elektrik akımı geçtiğinde aniden mıknatısa dönüştüğünü keşfetti. Ok, akımı iletmeyen malzemelerden (tahta, cam, taş) yapılmış ekranlarla akım taşıyan telden ayrıldığında bile sapıyordu. Bir su tankına yerleştirildiğinde bile sapmaya devam etti. Elektrik devresi kesildiğinde manyetik pusula iğnesi orijinal durumuna geri döndü. Bu şu anlama geliyordu içinden elektrik akımı geçen bir iletken manyetik alan yaratır okun belirli bir yöne işaret etmesine neden olur.

Hans Christian Oersted

Manyetik indüksiyon

Manyetik alanın güç karakteristiği manyetik indüksiyon . Bu, alanda belirli bir noktada hareketli yükler üzerindeki etkisini belirleyen vektör miktarıdır.

Manyetik indüksiyon vektörünün yönü, manyetik alanda bulunan manyetik iğnenin kuzey kutbunun yönü ile çakışmaktadır. SI sisteminde manyetik indüksiyonun ölçüm birimi Tesla'dır ( TL) . Manyetik indüksiyon adı verilen aletlerle ölçülür. Teslametreler.

Alanın manyetik indüksiyon vektörleri, alanın tüm noktalarında büyüklük ve yön bakımından aynıysa, böyle bir alana düzgün denir.

Kavram karıştırılmamalı manyetik alan indüksiyonu Ve elektromanyetik indüksiyon olgusu .

Grafiksel olarak manyetik alan kuvvet çizgileri kullanılarak temsil edilir.

Güç hatları , veya manyetik indüksiyon hatları belirli bir noktadaki teğetleri manyetik indüksiyon vektörünün yönü ile çakışan çizgiler olarak adlandırılır. Bu çizgilerin yoğunluğu manyetik indüksiyon vektörünün büyüklüğünü yansıtır.

Basit bir deney kullanılarak bu çizgilerin konumunun resmi elde edilebilir. Demir talaşlarını bir parça pürüzsüz karton veya cam üzerine serpip bir mıknatısın üzerine yerleştirerek, talaşların belirli çizgiler boyunca nasıl düzenlendiğini görebilirsiniz. Bu çizgiler manyetik alan çizgileri şeklindedir.

Manyetik indüksiyon hatları her zaman kapalıdır. Bunların ne başlangıcı ne de sonu vardır. Kuzey kutbundan çıkıp güney kutbuna girerler ve mıknatısın içinde kilitlenirler.

Kapalı vektör çizgileri olan alanlara denir girdap. Bu nedenle manyetik alan girdaptır. Her noktada manyetik indüksiyon vektörünün kendi yönü vardır. Bu noktadaki manyetik okun yönü veya şu şekilde belirlenir: burgu kuralı (akım taşıyan bir iletkenin etrafındaki manyetik alan için).

Gimlet (vida) kuralı ve sağ el kuralı

Bu kurallar, manyetik indüksiyon hatlarının yönünü herhangi bir fiziksel alet kullanmadan basit ve oldukça doğru bir şekilde belirlemeyi mümkün kılar.

Nasıl çalıştığını anlamak için burgu kuralı , sağ elimizle bir matkabı veya tirbuşonu vidaladığımızı hayal edin.

Eğer jiletin öteleme hareketinin yönü iletkendeki akım hareketinin yönüyle çakışıyorsa, jilet sapının dönme yönü manyetik endüksiyon hatlarının yönüyle çakışır.

Bu kuralın bir varyasyonu sağ el kuralı .

Akım taşıyan bir iletkeni sağ elinizle, başparmağınız 90° bükülmüş olarak akımın yönünü gösterecek şekilde zihinsel olarak tutarsanız, geri kalan parmaklar bunun yarattığı alanın manyetik indüksiyon çizgilerinin yönünü gösterecektir. akım ve manyetik indüksiyon vektörünün yönü bu çizgilere teğet olarak yönlendirilir.

Manyetik akı

Düzgün bir manyetik alana düz kapalı bir devre yerleştirelim. Kontur yüzeyinden geçen kuvvet çizgisi sayısına eşit olan değere denir. manyetik akı .

Ç = Ç· S cosa ,

Nerede F – manyetik akının büyüklüğü;

İÇİNDE – indüksiyon vektörünün modülü;

S – kontur alanı;

α – manyetik indüksiyon vektörünün yönü ile kontur düzlemine normal (dik) arasındaki açı.

Eğim açısının değişmesiyle manyetik akının büyüklüğü değişir.

Kontur düzlemi manyetik alana dik ise ( α = 0), o zaman içinden geçen manyetik akı maksimum olacaktır.

Fmaks = V S

Devre manyetik alana paralel yerleştirilmişse ( α =90 0), bu durumda akış sıfıra eşit olacaktır.

Lorentz kuvveti

Elektrik alanının, hareketsiz ya da hareketli olmalarına bakılmaksızın her türlü yüke etki ettiğini biliyoruz. Manyetik alan yalnızca hareketli yükleri etkileyebilir.

Hollandalı bir teorik fizikçi, manyetik alandan, içinde hareket eden birim elektrik yüküne etki eden kuvvetin ifadesini buldu. Hendrik Anton Lorenz.Bu kuvvet çağrıldı Lorentz kuvveti .

Hendrik Anton Lorenz

Lorentz kuvvet modülü aşağıdaki formülle belirlenir:

f= Q v B· sina ,

Nerede Q – ücret miktarı;

v – manyetik alandaki yük hareketinin hızı;

B - manyetik alan indüksiyon vektörünün modülü;

α - indüksiyon vektörü ile hız vektörü arasındaki açı.

Lorentz kuvveti nereye yönlendiriliyor? Bu kullanılarak kolayca belirlenebilir sol el kuralları : « Sol elinizin ayasını, uzatılmış dört parmak pozitif elektrik yükünün hareket yönünü gösterecek ve manyetik alan çizgileri avuç içine girecek şekilde konumlandırırsanız, o zaman 90 0 bükülmüş başparmak pozitif elektrik yükünün yönünü gösterecektir. Lorentz kuvveti».

Ampere yasası

1820'de Oersted, elektrik akımının manyetik alan yarattığını tespit ettikten sonra, ünlü Fransız fizikçi André Marie Ampere Elektrik akımı ve mıknatıs arasındaki etkileşim üzerine araştırmalara devam edildi.

André Marie Ampere

Deneyler sonucunda bilim adamı şunu buldu: indüksiyonlu bir manyetik alanda bulunan akımlı düz bir iletkene İÇİNDE kuvvet alandan etki ederF , akım gücü ve manyetik alan indüksiyonu ile orantılı. Bu yasanın adı Ampere yasası ve kuvvet çağrıldı Amper kuvveti .

f= BEN L· B· sina ,

Nerede BEN – iletkendeki akım gücü;

L - manyetik alandaki iletkenin uzunluğu;

B - manyetik alan indüksiyon vektörünün modülü;

α - manyetik alan vektörü ile iletkendeki akımın yönü arasındaki açı.

Amper kuvveti eğer açı ise maksimum değere sahiptir. α 90 0'a eşittir.

Lorentz kuvveti gibi Amper kuvvetinin yönü de uygun bir şekilde sol el kuralıyla belirlenir.

Sol eli, dört parmak akımın yönünü gösterecek ve alan çizgileri avuç içine girecek şekilde konumlandırıyoruz. Daha sonra 90 0 oranında bükülen başparmak Amper kuvvetinin yönünü gösterecektir.

İki ince iletkenin akımla etkileşimini gözlemleyen bilim adamı şunu buldu: akıma sahip paralel iletkenler, akımlar içlerinden aynı yönde akarsa çeker ve akımların yönleri zıtsa iter.

Dünyanın manyetik alanı

Gezegenimiz, etrafında manyetik alan bulunan dev bir kalıcı mıknatıstır. Bu mıknatısın kuzey ve güney kutupları vardır. Onların yakınında, Dünya'nın manyetik alanı en güçlüdür. Pusula iğnesi manyetik çizgiler boyunca ayarlanır. Bir ucu kuzey kutbuna, diğer ucu güneye doğru yönlendirilir.

Dünyanın manyetik kutupları zaman zaman yer değiştirir. Doğru, bu pek sık olmaz. Son milyon yılda bu 7 kez gerçekleşti.

Manyetik alan, Dünya'yı tüm canlılar üzerinde yıkıcı etkisi olan kozmik radyasyondan korur.

Dünyanın manyetik alanı etkilenir güneşli rüzgar Güneş koronasından muazzam bir hızla kaçan iyonize parçacıkların akışıdır. Özellikle güneş patlamaları sırasında yoğunlaşır. Gezegenimizin yanından uçan parçacıklar ek manyetik alanlar yaratır ve bunun sonucunda Dünya'nın manyetik alanının özellikleri değişir. kalkmak manyetik fırtınalar. Doğru, uzun sürmezler. Ve bir süre sonra manyetik alan geri yüklenir. Ancak elektrik hatlarının ve radyo iletişiminin çalışmasını etkiledikleri, çeşitli cihazların işleyişinde arızalara neden oldukları ve insanın kardiyovasküler, solunum ve sinir sistemlerinin işleyişini kötüleştirdikleri için birçok sorun yaratabilirler. Hava durumuna bağımlı kişiler bunlara karşı özellikle hassastır.