הבנת השדה המגנטי: הגדרה, מקורות ותצוגה גרפית

כדי להבין את מקור התחום ומאפייניו, יש צורך בהבנה של תופעות טבע רבות. במילים פשוטות, תופעה זו היא צורה מיוחדת של חומר שנוצר על ידי מגנטים. יתרה מכך, מקורות השדה המגנטי יכולים להיות ממסרים, מחוללי זרם, מנועים חשמליים וכו'.

קצת היסטוריה

לפני שנכנסים לעומק ההיסטוריה, כדאי להכיר את ההגדרה של שדה מגנטי: MP הוא שדה כוח הפועל על מטענים וגופים חשמליים נעים. באשר לתופעת המגנטיות, היא נטועה בעבר העמוק, עד ימי הזוהר של הציביליזציות של אסיה הקטנה. בשטחם, במגנזיה, נמצאו סלעים שנמשכו זה לזה. הם נקראו על שם האזור שממנו הגיעו.

בהחלט קשה לומר מי גילה את המושג שדה מגנטי.. עם זאת, בתחילת המאה ה-19, H. אורסטד ערך ניסוי ומצא שאם מניחים מחט מגנטית ליד מוליך ונשלח דרכו זרם, החץ יתחיל לסטות. אם נלקחת מסגרת עם זרם, אז שדה חיצוני פועל על השדה שלו.

בגרסאות מודרניות, מגנטים המשמשים לייצור מוצרים שונים יכולים להפריע לפעולתם של קוצבי לב אלקטרוניים ומכשירים אחרים בקרדיולוגיה.

מגנטים סטנדרטיים של ברזל ופריט כמעט ולא גורמים לבעיות, מכיוון שהם מאופיינים בחוזק נמוך. עם זאת, יחסית לאחרונה, הופיעו מגנטים חזקים יותר - סגסוגות של ניאודימיום, בורון וברזל. הם כסופים בהירים והשדה שלהם חזק מאוד.

הם משמשים בתעשיות הבאות:

• תְפִירָה.
• דרגת מזון.
• בניין מכונות.
• חלל וכו'.

הגדרה ותצוגה גרפית

למגנטים, המוצגים בצורה של פרסה, יש שני קצוות - שני קטבים. במקומות אלה באים לידי ביטוי המאפיינים האטרקטיביים הבולטים ביותר. אם תולים את המגנט על חוט, אז קצה אחד תמיד יימתח צפונה. המצפן מבוסס על עיקרון זה.

קטבים מגנטיים יכולים לקיים אינטראקציה זה עם זה: כמו קטבים דוחים, בניגוד לקטבים מושכים. סביב המגנטים הללו מופיע שדה מקביל, הדומה לשדה חשמלי. ראוי להזכיר שאי אפשר לקבוע את השדה המגנטי על ידי החושים האנושיים.

השדה המגנטי ומאפייניו מוצגים לרוב בצורה של גרפים באמצעות קווי אינדוקציה. המונח אומר שיש קווים שהמשיקים שלהם מתכנסים לווקטור האינדוקציה המגנטי. פרמטר זה מורכב ממאפייני ה-MF ומשמש כגורם קובע בכוחו ובכיווןו.

אם השדה יהיה סופר אינטנסיבי, אז יהיו עוד הרבה קווים.

הרעיון של שדה מגנטי בצורה של תמונה:

מוליכים ישרים עם זרם חשמלי יש קווים בצורת מעגל קונצנטרי. החלק המרכזי שלהם ימוקם על קו האמצע של המנצח. הקווים המגנטיים מונחים לפי כלל הגימבל: אלמנט החיתוך מוברג פנימה כך שיפנה לכיוון הזרם, והידית תצביע לכיוון הקווים.

לשדה שנוצר על ידי מקור אחד יכולות להיות עוצמות שונות בסביבות שונות. הכל הודות לפרמטרים המגנטיים של המדיום, וליתר דיוק, החדירות המגנטית המוחלטת, הנמדדת בהנרי למטר (g/m). פרמטרים נוספים של שדה הם קבוע מגנטי - חדירות ואקום כוללת, וקבוע יחסי.

חדירות, מתח ואינדוקציה

חדירות היא ערך חסר מימדים. אמצעים בעלי חדירות פחותה מאחדות נקראים דיאמגנטיים. בהם, השדה אינו חזק יותר מאשר בוואקום. יסודות אלה כוללים מים, מלח שולחן, ביסמוט, מימן. חומרים בעלי חדירות מעל האחדות נקראים פרמגנטיים. אלו כוללים:

• אוויר.
• לִיתִיוּם.
• מגנזיום.
• נתרן.

מדד החדירות המגנטית של דיאמגנטים ופאראמגנטים אינו תלוי בגורם כמו מתח השדה החיצוני. במילים פשוטות, ערך זה קבוע עבור סביבה מסוימת.

פרומגנטים שייכים לקבוצה נפרדת. החדירות המגנטית שלהם יכולה להגיע עד כמה אלפים. חומרים כאלה מסוגלים למגנט באופן פעיל ולהגדיל את השדה. פרומגנטים נמצאים בשימוש נרחב בהנדסת חשמל.

מומחים מתארים את הקשר בין עוצמת השדה החיצוני והאינדוקציה המגנטית של פרומגנטים באמצעות עקומת המגנטיזציה, כלומר. תרשימים. היכן שהעקומה מתכופפת, קצב העלייה באינדוקציה יורד. לאחר כיפוף, כאשר מגיעים לאינדיקטור מסוים, מופיעה רוויה והעקומה עולה מעט ומתקרבת לערכי הקו הישר. במקום זה מתרחשת עלייה באינדוקציה, אך קטנה למדי. לסיכום, ניתן לומר שגרף הקשר בין עוצמה לאינדוקציה הוא נושא לא יציב, ושהחדירות של אלמנט תלויה בשדה החיצוני.

עוצמת השדה

מאפיין חשוב נוסף של ה-MF נקרא המתח, המשמש יחד עם וקטור האינדוקציה. הגדרה זו היא פרמטר וקטור. הוא קובע את עוצמת השדה החיצוני. ניתן להסביר את השדות העוצמתיים בפרומגנטים על ידי נוכחותם של יסודות קטנים בהם, הנראים כמגנטים קטנים.

אם לרכיב הפרומגנטי אין שדה מגנטי, אז הוא עשוי להיות חסר תכונות מגנטיות, מכיוון שלשדות התחומים יהיו כיוונים שונים. בהתחשב במאפיינים, אפשר למקם פרומגנט ב-MF חיצוני, למשל, בסליל עם זרם, אז התחומים ישנו את מיקומם בכיוון השדה. אבל אם ה-MF החיצוני חלש מדי, אז רק מספר קטן של תחומים, הקרובים אליו, מתהפך.

ככל שהשדה החיצוני יגדל בעוצמתו, יותר ויותר תחומים יתחילו להסתובב לכיוונו. לאחר שכל התחומים הסתובבו, מופיעה הגדרה חדשה - רוויה מגנטית.

שינויים בשדה

עקומת המגנטיזציה אינה מתכנסת עם עקומת הדה-מגנטיזציה כאשר הזרם עולה לרוויה בסליל הפרומגנטי. משהו אחר קורה עם אפס מתח, כלומר. אינדוקציה מגנטית תכיל אינדיקטורים אחרים, הנקראים אינדוקציה שיורית. אם האינדוקציה מפגרת אחרי הכוח הממגנט, אז זה נקרא היסטרזיס.

כדי להשיג דה-מגנטיזציה מוחלטת של הליבה הפרומגנטית בסליל, יש צורך לתת זרם הפוך, ובכך ליצור את המתח הנדרש.

אלמנטים פרומגנטיים שונים זקוקים לאורכים שונים. ככל שהוא גדול יותר קטע כזה, יש צורך באנרגיה רבה יותר עבור דה-מגנטיזציה. כאשר הרכיב מובטל לחלוטין, הוא מגיע למצב הנקרא כוח כפייה.

אם הזרם בסליל גדל עוד יותר, אז ברגע אחד האינדוקציה תגיע שוב לרוויה, אבל עם מיקום שונה של הקווים. כאשר מגנטים בכיוון השני, מופיעה אינדוקציה שיורית. זה יכול להיות שימושי בייצור של מגנט קבוע. חלקים בעלי תכונות היפוך מגנטיות טובות משמשים בהנדסת מכונות.

לנץ, יד שמאל וימין שולט

לפי חוק יד שמאל ניתן לגלות בקלות את כיוון הזרם. לכן, בעת הנחת היד, כאשר קווים מגנטיים נכנסים לכף היד ו-4 אצבעות מצביעות על כיוון הזרם במוליך, האגודל יראה את כיוון הכוח. כוח כזה יופנה בניצב לזרם ולווקטור האינדוקציה.

מוליך שנע ב-MP נקרא אב טיפוס של מנוע חשמלי, כאשר חשמל הופך לאנרגיה מכנית. כאשר המוליך נע ב-MP, נוצר בתוכו כוח אלקטרו-מוטיבי, בעל אינדיקטורים פרופורציונליים לאינדוקציה, לאורך המשמש ומהירות התנועה. קשר זה נקרא אינדוקציה אלקטרומגנטית.

כדי לקבוע את כיוון ה-EMF, השתמש בכלל יד ימין: הוא גם ממוקם בצורה כזו שקווים חודרים לתוך כף היד, בעוד האצבעות יראו לאן מופנה ה-EMF המושרה, והאגודל יכוון אותו להזיז את המוליך. מוליך שנע ב-MP בהשפעת כוח מכני נחשב לגרסה פשוטה של ​​גנרטור חשמלי, שבו אנרגיה מכנית מומרת לאנרגיה חשמלית.

כאשר המגנט מוכנס לסליל, מתרחשת עלייה בשטף המגנטי במעגל, וה-MF, שנוצר מהזרם המושרה, מכוון כנגד העלייה בשטף המגנטי. כדי לקבוע את הכיוון, אתה צריך להסתכל על המגנט מהשדה הצפוני.

אם מוליך מסוגל ליצור לכידות של זרימות כאשר חשמל עובר דרכו, אז זה נקרא השראות של המוליך. מאפיין זה מתייחס לעיקריים שבהם מוזכרים מעגלים חשמליים.

שדה אדמה

כדור הארץ עצמו הוא מגנט אחד גדול. הוא מוקף בכדור הנשלט על ידי כוחות מגנטיים. חלק ניכר מהחוקרים המדעיים טוענים שהשדה המגנטי של כדור הארץ צמח מהליבה. יש לו מעטפת נוזלית והרכב פנימי מוצק. מכיוון שכוכב הלכת מסתובב, מופיעים זרמים אינסופיים בחלק הנוזל, ותנועת המטענים החשמליים יוצרת שדה מסביב לכוכב הלכת המשמש כמחסום מגן מפני חלקיקים קוסמיים מזיקים, למשל, מהשמש רוּחַ. השדה משנה את כיוון החלקיקים, שולח אותם לאורך הקווים.

כדור הארץ נקרא דיפול מגנטי. הקוטב הדרומי ממוקם בקוטב הצפוני הגיאוגרפי, והקוטב הצפוני, להיפך, בקוטב הדרומי הגיאוגרפי. במציאות, הקטבים אינם חופפים, לא רק במיקום. העובדה היא שהציר המגנטי נוטה ביחס לציר הסיבוב של הפלנטה ב-11.6 מעלות. בגלל הבדל כל כך קטן, אפשר להשתמש במצפן. החץ של המכשיר יצביע בדיוק על הקוטב המגנטי הדרומי ומעוות מעט - לקוטב הגיאוגרפי הצפוני. אם המצפן היה קיים לפני 730 אלף שנה, הוא היה מצביע הן על הקוטב המגנטי והן על הקוטב הצפוני הרגיל.