Inducția magnetică

Inducția magnetică este o cantitate vectorică care caracterizează puterea și direcția câmpului magnetic într-un punct din spațiu. Probabil că ați văzut-o în imaginile de pe lecțiile de fizică: turbulențele sub formă de meridiane planetare convergând la poli un potcoav roșu și albastru. Primele imagini ale câmpului magnetic au fost încercate să fie construite în secolul al XVII-lea. Aparent, folosind pilituri metalice. Mărimea inducției magnetice este determinată de parametrii mediului.

Linii magnetice de câmp

Câmp magnetic și magnetism

Inducția magnetică descrie un câmp mult mai precis decât alte metode. Termenii încorporați interferă cu înțelegerea. Inducția este confundată cu tensiunea. Ambii termeni sunt vectori, descriu un câmp. Tensiunea nu depinde de caracteristicile mediului, care diferă în acest sens. Magnetismul a fost cunoscut din cele mai vechi timpuri. Oamenii de știință nu pot să identifice data la care câmpul Pământului a început să fie folosit pentru navigarea marinarilor, istoricii au dezvăluit următoarele fapte curioase:

  1. Olmec( un vechi trib indian) a folosit ace magnetizate în 1500 î.Hr. Nu există dovezi corecte cu privire la scopul structurii. Se crede că, folosind magnetismul, oamenii vechi au determinat direcția.
  2. În China, primele înregistrări scrise se referă la secolul al II-lea î.Hr. Acele magnetice au fost folosite pentru predicții privind natura terenului de pe suprafața pământului, în scopul amenajării locuințelor în conformitate cu tehnicile Feng Shui.

Faptele istorice se numesc prima civilizație modernă, care a început să practice navigația cu orientare pe câmpul magnetic al Pământului, China. X-XI î.Hr. Designul este ignorat cu atenție de surse scrise. Ne asumăm riscul de a presupune că busola a repetat realizările omologilor:

  • Sfârșitul unui ac metalic este magnetizat cu fier.
  • Produsul este atârnat pe un fir de mătase, ceara acționează ca fixator pentru punctul de prindere.

Dispozitivele realizate în acest fel privesc spre sud, apoi spre nord.În funcție de condițiile de magnetizare a acului. Europa a învățat busola cu câteva secole mai târziu. Prima sursă care descrie proiectarea unor astfel de dispozitive, alături de astrolabe, este o scrisoare simplă( 1269 d. Hr.), schițată de Petrus "Peregrinus"( Pilgrim) unui anumit proprietar în zilele asediului Luceriei italiene. Aparent, porecla autorului indică faptul că autorul este bine familiarizat cu subiectul. Astrolaba a ajutat la determinarea timpului local, în combinație cu busola a devenit posibilă calcularea coordonatelor geografice. Ambele dispozitive simplifică navigarea( bineînțeles, prioritatea este acordată călătoriei pe mare).

Câmpul magnetic al pământului a fost folosit de mult timp de călători pentru a viza suprafața planetei.Împreună cu dispozitivele exotice: cristale, împărțirea luminii solare și, astfel, pentru a determina locația stelei principale pe cer. Astrolaba a adăugat o proiecție stereografică( a unei sfere pe plan) a tuturor corpurilor. Permite efectuarea calculelor în întuneric. Este suficient să se măsoare cu alidade( săgeata din partea inversă a astrolabei) înălțimea stelei deasupra orizontului.

A existat un minus: pentru fiecare latitudine era necesar să se facă o hartă pe timpanul( fila rotativă a cazului astrolabe).Un marinar, folosind discul necesar, a rezolvat problema la orice latitudine. Bineînțeles, trebuie să am grijă în avans să dobândesc cardurile necesare cu timpan.În caz contrar, măsurătorile au devenit inexacte, incorecte. Vedeți câte greutăți trebuiau să îndure călători, să ne întoarcem la câmpul magnetic al Pământului. Fenomenul descrie inducția. Se zvonase: Tesla a folosit cunoștințele despre magnitudinea câmpului magnetic al pământului, alegând parametrii dispozitivelor electrice. Cu toate acestea, se simte fantezii, extratereștrii de la stele, al doilea război mondial.

Inducția la câmpul magnetic al Pământului este prezentă, toată lumea va găsi o cartelă electronică, dacă este nevoie. Stâlpii magnetici nu coincid cu adevăratul. O hartă magnetică de inducție va avea meridiane care diferă de cele spațiale. La latitudini medii, nu împiedică navigatorii să navigheze, folosind o busolă.

Apariția conceptului de inducție magnetică

La începutul erei dezvoltării energiei electrice, oamenii au început să exploreze fenomene conexe. Deci, Hans Oersted a descoperit în 1819: un conductor cu curent creează un câmp magnetic circular, André-Marie Amper a arătat că, dacă direcția de mișcare a sarcinilor coincide, conductorii adiacenți se atrag. Un sfârșit al controversei a pus crearea legii lui Bio-Savar( surse interne adaugă Laplace), descriind magnitudinea, direcția inducției magnetice la un punct din spațiu. Sursele admit o clauză privind cercetarea efectuată de curentul direct.

Interconectarea inductivității și a intensității câmpului magnetic

Integrarea( vezi figura) urmează unui circuit cu curent.În formula, r implică punctul central al segmentului curent, r0 este locul spațiului pentru care se calculează inducția magnetică.Rețineți că în numitorul fracțiunii pentru cei doi vectori integrați se înmulțește. Rezultatul este o valoare a cărei direcție este determinată de regula unui gimlet( mâna stângă sau dreaptă).Integrarea se face peste elementul de contur dr, r - punctul central al tăieturii mici a lungimii întregi. Diferențele identice dintre numerotator și numitorul pe care îl reducem, rămân în partea de sus a vectorului unității, care stabilește direcția rezultatului. Formula

arată cum să găsești un câmp pentru contururi de orice formă, realizând integrarea prin puncte. Metodele numerice moderne subliniază acțiunea aplicațiilor informatice( cum ar fi Maxwell 3D) pentru a rezolva problema corespunzătoare. Ecuația este în concordanță cu legile lui Gauss( inducția magnetică) și Ampere( circulația câmpului magnetic).Georg Ohm a folosit cunoașterea compasului, deducând o dependență cunoscută.Forma liniilor de câmp va fi obținută cu ajutorul săgeților magnetice și forța de a părăsi direcția neschimbată( a se vedea nota legii lui Ohm pentru secțiunea lanțului).Aceasta va fi o imagine a inducției magnetice în spațiu, confirmând experimental legea lui Bio-Savart-Laplace.

Permis de Ampère în 1825 pentru a arăta: curentul electric în unele cazuri este un analog al unui magnet permanent. A existat un nou model care a fost mai consistent cu realitatea decât sistemul dipol Poisson. O astfel de abstractizare a explicat absența polilor magnetici izolați în natură.Conform conceptelor moderne, o bucată de oțel este magnetizată, deoarece dipolii de particule elementare și molecule dobândesc ordine. Circuitele de demagnetizare ale miezurilor transformatoarelor se bazează pe aceasta, care, înainte de a opri alimentarea, produc oscilații de curent amortizate. Ca urmare, efectul ordinii este neclar, proprietățile pronunțate dispar.

Spinarea electronilor

Prezența unui moment magnetic se explică prin existența unor spini( conceptul introdus în anii 1920) - impulsul unghiular al particulelor microworld-ului. Lucrurile reale, nu abstracte, existența este confirmată experimental( Stern-Gerlach).Spinarea este o cantitate vectorică care este aceeași pentru toate particulele de același tip( de exemplu, electroni) și este descrisă printr-un număr special cuantum.În SI, unitatea de măsură este j s, ca și pentru celălalt moment angular( constantă Planck).Uneori este utilizată o înregistrare simplificată fără dimensiuni. Constant Planck este coborât. Numărul de rotire este indicat pur și simplu( s, ms).

Datorită prezenței spinului, o particulă elementară dobândește un moment magnetic calculat de formula: în numerotator, produsul momentului de rotație a particulei și factorul g( constantele date în diferitele directoare pentru anumite particule elementare);în numitor - dublul masei particulei elementare. După cum puteți vedea, se poate calcula, magnetizarea maximă a materialului în condiții date poate fi calculată în avans. Triumful real al electrodynamicii cuantice a fost predicția factorilor g pentru unele particule elementare.

Descoperirea de către Michael Faraday în 1831 a generării unui câmp electric circular de către un câmp electric circular a arătat că două fenomene sunt strâns legate, ceea ce era o condiție prealabilă pentru crearea a patru ecuații Maxwell, un caz special fiind majoritatea formulelor din acest domeniu, luând în considerare cele menționate mai sus. Cercetarea a continuat ca de obicei, dar într-un mod ușor diferit. Integrarea a fost făcută de Lordul Kelvin, cunoscut sub numele de William Thompson, care a arătat prezența intensității H și a inducției magnetice B, prima caracterizează modelul Poisson, al doilea - Ampere.

B și H inducție magnetică

Inducția magnetică B este măsurată prin Tesla( SI), T este echivalentă cu N s / Cl m. N este newton, unitate de măsură a forței;s este a doua oară;CL - pandantiv, încărcătură electrică;m - distanță de metri. GHS pentru același scop se aplică gauss( G = √ g / s √ cm), g - gram de masă;s este a doua oară;cm - centimetru distanță.Inducția magnetică este măsurată cu amperi pe metru( SI) sau Oersteds( GHS).Literatura în limba rusă se referă la puterea câmpului H.

Unitatea Tesla a fost introdusă în 1960 de către Conferința Internațională privind greutățile și măsura în onoarea lui Nikola Tesla. De fapt, de la începutul SI.Cum au trăit oamenii de știință înainte de asta? Până în 1948, sa născut ideea introducerii SI, GHS a existat deja. Originile acestora din urmă au fost puse în 1832 de către Karl Friedrich Gauss, care căuta o singură bază pentru ramurile fizicii, astfel încât să fie mai ușor să legiferezi legile eterogene. Cercetătorul a cerut trei unități de bază: milimetru, miligram, secundă.

Gauss a murit la scurt timp după introducerea conceptului de inducție magnetică și împărțind valoarea de B și H, dar în 1874, James Maxwell, Lord Kelvin, pentru a completa lista cu valori noi. Inducția magnetică a fost numită după fondator, în același timp sistemul a fost numit GHS( anterior numit Gaussian).În ceea ce privește SI, Tesla poate fi reprezentată în moduri diferite prin unități de bază sau derivate. Weber, pe metru pătrat.

.În vid, două tipuri de inducție( H și B) sunt conectate prin curenți constanți. Pentru a distinge una de cealaltă, H este numit vectorul de intensitate a câmpului magnetic. Este clar că semnificația nu este foarte diferită de B. În formula:

  1. μ este permeabilitatea magnetică a mediului.
  2. μ0 este constanta magnetica( permeabilitatea la vid).În sistemul GHS este egal cu 1, în vid, B și H sunt aceleași. SIE este de 1.257 microni pe metru pătrat. Conțintele

sunt introduse în mod specific pentru a descrie caracteristicile câmpului magnetic H și B.Apropo, există multe versiuni pentru care Lordul Kelvin a numit vectori în acest fel( literele H și B).Cei interesați sunt încurajați să se familiarizeze cu următoarele concepte: permeabilitatea magnetică relativă( raportul dintre μ μ și μ0 constant), susceptibilitatea magnetică( permeabilitatea magnetică relativă a crescut cu 1).Aceasta va contribui la o mai bună înțelegere a formulelor surselor literare, unde relația dintre B și H este de altă natură dată în revizuire.

Puteți găsi multe legi, formule privind inducția magnetică, care arată cât de important este un parametru în teorie. Nu este știut de autori dacă Nikola Tesla a folosit cantități similare atunci când a dezvoltat un motor asincron multifazic, dar nu a fost fără nici un motiv să dea numele marelui om de știință!

Regula Gimlet

Regula GimletEnciclopedie

Regulă GIMLET - o demonstrație vizuală simplificată utilizând o mână pentru a multiplica corect două vectori. Geometria cursului școlar presupune conștientizarea elevilor despre produsul scalar.În...

Citeste Mai Mult
Curent alternativ

Curent alternativEnciclopedie

Curentul alternativ este un tip de curent al cărui direcție de curgere se schimbă în mod continuu. Ea devine posibilă datorită prezenței unei diferențe potențiale, respectând legea.În înțelegerea...

Citeste Mai Mult
Motorul pas cu pas

Motorul pas cu pasEnciclopedie

A stepping motor is an electric synchronous motor that makes a revolution with a number of equivalent equivalent displacements. The length of the elementary segment depends on the accuracy with w...

Citeste Mai Mult