Magnetische Induktion

Die magnetische Induktion ist eine Vektorgröße, die die Stärke und Richtung des Magnetfelds an einem Punkt im Raum charakterisiert. Sie haben es wahrscheinlich in den Bildern aus den Lehren der Physik gesehen: Turbulenzen in Form von planetarischen Meridianen, die sich zu den Polen eines roten und blauen Hufeisens zusammenfinden. Die ersten Bilder des Magnetfelds wurden im 17. Jahrhundert gebaut. Offenbar mit Metallspänen. Die Größe der magnetischen Induktion wird durch die Parameter des Mediums bestimmt.

Magnetfeld und Magnetismus

Die magnetische Induktion beschreibt ein Feld viel genauer als andere Methoden. Verwickelte Begriffe beeinträchtigen das Verständnis. Induktion wird mit Spannung verwechselt. Beide Ausdrücke sind Vektor, beschreiben ein Feld. Die Spannung hängt nicht von den Merkmalen der Umgebung ab und unterscheidet sich darin. Der Magnetismus ist seit der Antike bekannt. Wissenschaftler können nicht ausmachen, wann das Feld der Erde von Seefahrern für die Navigation genutzt wurde. Historiker haben die folgenden merkwürdigen Fakten enthüllt:

1. Olmec( ein alter Indianerstamm) verwendete um 1500 v. Chr. Magnetisierte Nadeln. Es gibt keine genauen Belege für den Zweck der Struktur. Es wird angenommen, dass die alten Menschen mit Hilfe des Magnetismus die Richtung bestimmt haben.
2. In China beziehen sich die ersten schriftlichen Aufzeichnungen auf das 2. Jahrhundert vor Christus. Magnetische Nadeln wurden für Vorhersagen über die Beschaffenheit des Terrains der Erdoberfläche verwendet, um Wohnungen nach Feng-Shui-Techniken zu ordnen.

Historische Fakten werden als erste moderne Zivilisation bezeichnet, die mit der Orientierung durch das Magnetfeld der Erde, China, begann, die Navigation zu üben. X - XI Jahrhundert n. Chr. Das Design wird von schriftlichen Quellen sorgfältig ignoriert. Wir gehen das Risiko ein, dass der Kompass die Errungenschaften der Wahrsager wiederholt:

• Das Ende einer Metallnadel ist mit Eisen magnetisiert.
• Das Produkt wird an einen Seidenfaden gehängt, Wachs dient als Fixierer für den Befestigungspunkt. Auf diese Weise hergestellte

-Geräte schauen nach Süden, dann nach Norden. Abhängig von den Bedingungen der Magnetisierung der Nadel. Europa hat den Kompass einige Jahrhunderte später gelernt. Die erste Quelle, die den Entwurf solcher Geräte zusammen mit Astrolabien beschreibt, ist ein einfacher Brief( 1269 n. Chr.), Der von Petrus "Peregrinus"( Pilgrim) an einen bestimmten Landbesitzer in den Tagen der Belagerung der italienischen Lucera entworfen wurde. Anscheinend zeigt der Spitzname des Autors, dass der Autor das Thema gut kennt. Das Astrolabium half bei der Bestimmung der Ortszeit, in Kombination mit dem Kompass konnten die geographischen Koordinaten berechnet werden. Beide Geräte vereinfachten die Navigation( natürlich wird der Seereise Priorität eingeräumt).

Das Magnetfeld der Erde wird seit langem von Reisenden genutzt, um auf die Oberfläche des Planeten zu zielen. Neben exotischen Geräten: Kristalle, die das Sonnenlicht aufspalten und so die Lage des Hauptsterns am Himmel bestimmen lassen. Das Astrolabium fügte eine stereographische Projektion( von einer Kugel auf eine Ebene) aller Körper hinzu. Berechnungen im Dunkeln zulassen. Es reicht aus, mit alidade( Pfeil der Rückseite des Astrolabiums) die Höhe des Sterns über dem Horizont zu messen.

Es gab ein Minus: Für jeden Breitengrad musste eine Karte auf dem Tympanon erstellt werden( rotierende Registerkarte des Körpers des Astrolabiums).Ein Matrose, der die notwendige Scheibe verwendete, löste das Problem auf allen Breitengraden. Natürlich muss ich mich im Vorfeld darum kümmern, die notwendigen Trommelfellkarten zu erhalten. Andernfalls wurden die Messungen ungenau und falsch. Sie sehen, wie viele Schwierigkeiten die Reisenden ertragen mussten, lassen Sie uns zum Magnetfeld der Erde zurückkehren. Das Phänomen beschreibt die Induktion. Es wurde gemunkelt: Tesla nutzte die Kenntnis der Größe des Magnetfelds der Erde und wählte die Parameter elektrischer Geräte. Es riecht jedoch nach Fantasien, Aliens aus den Sternen, dem Zweiten Weltkrieg.

Induktion im Magnetfeld der Erde ist vorhanden, bei Bedarf findet jeder eine elektronische Karte. Magnetpole stimmen nicht mit dem Wahren überein. Eine Magnetinduktionskarte enthält Meridiane, die sich von räumlichen unterscheiden. In mittleren Breiten hindert es die Navigatoren nicht daran, mit einem Kompass zu navigieren.

Die Entstehung des Konzepts der magnetischen Induktion

In der Ära der Entwicklung der Elektrizität begannen die Menschen, verwandte Phänomene zu erforschen. So entdeckte Hans Oersted 1819: Ein Stromleiter erzeugt ein kreisförmiges Magnetfeld. André-Marie Amper zeigte, dass sich die benachbarten Leiter anziehen, wenn die Bewegungsrichtung der Ladungen übereinstimmt. Ein Ende der Kontroverse setzte die Schaffung des Gesetzes von Bio-Savar( heimische Quellen und Laplace hinzufügen) fest, das die Größe und Richtung der magnetischen Induktion an einem Punkt im Raum beschreibt. Quellen geben eine Klausel bezüglich der durch Gleichstrom durchgeführten Forschung zu.

-Integration( siehe Abbildung) folgt einem Stromkreis. In der Formel bedeutet r den elementaren Mittelpunkt des aktuellen Segments, r0 ist der Ort des Raums, für den die magnetische Induktion berechnet wird. Es ist zu beachten, dass im Nenner des Bruchs für das Integral zwei Vektoren multipliziert werden. Das Ergebnis ist ein Wert, dessen Richtung durch die Regel eines Fingerhuts( linke oder rechte Hand) bestimmt wird. Die Integration erfolgt über das Konturelement dr, r - der Mittelpunkt des kleinen Schnitts der gesamten Länge. Identische Unterschiede in Zähler und Nenner, die wir reduzieren, bleiben am Anfang des Einheitsvektors, wodurch die Richtung des Ergebnisses festgelegt wird.

Formula zeigt, wie Sie ein Feld für Konturen jeder Form finden und die Integration nach Punkten durchführen. Moderne numerische Verfahren liegen der Wirkung von Computeranwendungen( wie Maxwell 3D) zugrunde, um das entsprechende Problem zu lösen. Die Gleichung stimmt mit den Gesetzen von Gauß( magnetische Induktion) und Ampere( Zirkulation des magnetischen Feldes) überein. Georg Ohm nutzte das Wissen über den Kompass, um auf eine bekannte Abhängigkeit zu schließen. Die Form der Feldlinien wird mit Hilfe der magnetischen Pfeile und der Kraft, die Richtung unverändert zu lassen, erhalten( siehe den Hinweis zum Ohmschen Gesetz für den Kettenabschnitt).Dies ist ein Bild der magnetischen Induktion im Weltraum, das das Gesetz von Bio-Savart-Laplace experimentell bestätigt.

1825 von Ampère zur Anzeige zugelassen: In einigen Fällen ist elektrischer Strom ein Analogon eines Dauermagneten. Es gab ein neues Modell, das der Realität besser entsprach als das Poisson-Dipolschema. Eine solche Abstraktion erklärte das Fehlen isolierter Magnetpole in der Natur. Nach modernen Konzepten wird ein Stück Stahl magnetisiert, weil Dipole von Elementarteilchen und Molekülen an Ordnung gewinnen. Darauf basieren die Entmagnetisierungskreise von Transformatorkernen, die vor dem Abschalten der Stromversorgung gedämpfte Stromschwingungen verursachen. Dadurch wird der Effekt der Ordnung verwischt, die ausgeprägten Eigenschaften verschwinden.

Das Vorhandensein eines magnetischen Moments erklärt sich durch das Vorhandensein von Spins( das in den 1920er Jahren eingeführte Konzept) - dem Drehimpuls der Teilchen der Mikrowelt. Echte, nicht abstrakte Dinge, die Existenz wird experimentell bestätigt( Stern-Gerlach).Spin ist eine Vektorgröße, die für alle Teilchen des gleichen Typs( z. B. Elektronen) gleich ist und durch eine spezielle Quantenzahl beschrieben wird. In SI ist die Maßeinheit wie für den anderen Drehimpuls( Planck-Konstante) js. Manchmal wird eine vereinfachte dimensionslose Aufzeichnung verwendet. Constant Planck wird abgesenkt. Die Spin-Nummer wird einfach angegeben( s, ms).

Durch das Vorhandensein eines Spins erhält ein Elementarteilchen ein magnetisches Moment, das durch die folgende Formel berechnet wird: im Zähler das Produkt des Spin-Drehimpulses der Teilchenladung und des g-Faktors( Konstanten in verschiedenen Verzeichnissen für bestimmte Elementarteilchen);im Nenner - doppelte Masse des Elementarteilchens. Wie Sie sehen, kann gezählt werden, dass die maximale Magnetisierung des Materials unter gegebenen Bedingungen im Voraus berechnet werden kann. Der wahre Triumph der Quantenelektrodynamik war die Vorhersage von g-Faktoren für einige Elementarteilchen.

Die Entdeckung von Michael Faraday im Jahr 1831 zur Erzeugung eines kreisförmigen elektrischen Feldes durch ein kreisförmiges elektrisches Feld zeigte, dass zwei Phänomene eng miteinander verbunden sind. Dies war eine Voraussetzung für die Erstellung von( vier) Maxwell-Gleichungen, von denen ein Spezialfall die meisten der oben genannten Formeln darstellt. Die Forschung ging wie üblich weiter, jedoch auf etwas unterschiedliche Weise. Die Integration wurde von Lord Kelvin, bekannt als William Thompson, vorgenommen, der die Anwesenheit von H( Intensität) und B magnetischer Induktion zeigte, das erste charakterisiert das Poisson-Modell, das zweite - Ampere.

B und H magnetische Induktion

Die magnetische Induktion B wird mit Tesla( SI) gemessen, T entspricht N s / Cl m. N ist Newton, Einheit der Kraftmessung;s ist das zweite Mal;CL - Anhänger, elektrische Ladung;m - Meter Entfernung. GHS gilt für denselben Zweck Gauss( G = √ g / s √ cm), g - Gramm Masse;s ist das zweite Mal;cm - Zentimeter Abstand. Die magnetische Induktion wird in Ampere pro Meter( SI) oder Oersted( GHS) gemessen. Die russischsprachige Literatur bezieht sich auf die H-Feldstärke.

Die Tesla-Einheit wurde 1960 von der Internationalen Konferenz über Gewichte und Maßnahmen zu Ehren des verstorbenen Nikola Tesla eingeführt. In der Tat seit dem Beginn des SI.Wie haben Wissenschaftler davor gelebt?1948 wurde die Idee zur Einführung des SI geboren, die GHS existierte bereits. Die Ursprünge des letzteren wurden 1832 von Karl Friedrich Gauss gelegt, der eine einheitliche Basis für die Physik suchte, um heterogene Gesetze leichter in Beziehung setzen zu können. Der Wissenschaftler fragte drei Grundeinheiten: Millimeter, Milligramm, Sekunde.

Gauss starb kurz nach Einführung des Konzepts der magnetischen Induktion und der Aufteilung der Beträge in B und H, aber 1874 fügte James Maxwell, Lord Kelvin, die Liste mit neuen Mengen hinzu. Die magnetische Induktion wurde nach dem Gründer benannt. Gleichzeitig wurde das System als GHS( früher Gaussian) bezeichnet. Wie bei SI können Tesla durch Basiseinheiten oder abgeleitete Einheiten auf unterschiedliche Weise dargestellt werden. Weber pro Quadratmeter.

Im Vakuum werden zwei Induktionsarten( H und B) über konstante Ströme verbunden. Um einen von dem anderen zu unterscheiden, wird H als Magnetfeldintensitätsvektor bezeichnet. Es ist klar, dass sich die Bedeutung von B nicht sehr unterscheidet. In der Formel:

1. μ ist die magnetische Permeabilität des Mediums.
2. μ0 ist die magnetische Konstante( Vakuumpermeabilität).In dem System ist die GHS gleich 1, im Vakuum sind B und H gleich. Die SI beträgt 1,257 Mikronewton pro Quadratampere.

- Konstanten werden speziell eingeführt, um die H - und B - Magnetfeldcharakteristiken in Beziehung zu setzen.Übrigens gibt es viele Versionen, warum Lord Kelvin Vektoren auf diese Weise bezeichnet hat( Buchstaben H und B).Interessierte werden aufgefordert, sich mit den folgenden Konzepten vertraut zu machen: relative magnetische Permeabilität( Verhältnis von absolutem μ zu konstantem μ0), magnetische Suszeptibilität( relative magnetische Permeabilität um 1 erhöht).Es wird dazu beitragen, die Formeln literarischer Quellen besser zu verstehen, wenn die Beziehung zwischen B und H in einer anderen Art in der Übersicht angegeben wird.

Es gibt viele Gesetze und Formeln zur magnetischen Induktion, die zeigen, wie wichtig ein Parameter in der Theorie ist. Den Autoren ist nicht bekannt, ob Nikola Tesla bei der Entwicklung eines mehrphasigen Asynchronmotors ähnliche Mengen verwendet hat, aber es war nicht ohne Grund, dass sie dem großen Wissenschaftler den Namen gaben!