Ուժի մագնիսական գծերին բնորոշ հատկություններ: Մագնիսական դաշտի տեսություն և հետաքրքիր փաստեր երկրագնդի մագնիսական դաշտի մասին

Այսպիսով, ինդուկցիան մագնիսական դաշտըշրջանաձև կծիկի առանցքի վրա հոսանք իջնում ​​է հակառակ համամասնությամբ կծիկի կենտրոնից մինչև առանցքի մի կետ հեռավորության երրորդ ուժին: Մագնիսական ինդուկցիայի վեկտորը կծիկի առանցքի վրա զուգահեռ է առանցքին: Դրա ուղղությունը կարելի է որոշել ճիշտ պտուտակով. եթե աջ պտուտակն ուղղեք կծիկի առանցքին զուգահեռ և պտտեք այն կծիկի մեջ հոսանքի ուղղությամբ, ապա պտուտակի փոխադրական շարժման ուղղությունը ցույց կտա ուղղությունը: մագնիսական ինդուկցիայի վեկտորը:

3.5 Մագնիսական դաշտի գծեր

Մագնիսական դաշտը, ինչպես և էլեկտրաստատիկը, հարմար կերպով ներկայացված է գրաֆիկական տեսքով՝ օգտագործելով մագնիսական դաշտի գծեր:

Մագնիսական դաշտի ուժի գիծը գիծ է, որի շոշափողը յուրաքանչյուր կետում համընկնում է մագնիսական ինդուկցիայի վեկտորի ուղղության հետ։

Մագնիսական դաշտի ուժի գծերը գծված են այնպես, որ դրանց խտությունը համաչափ է մագնիսական ինդուկցիայի մեծությանը. որքան մեծ է մագնիսական ինդուկցիան որոշակի կետում, այնքան մեծ է ուժի գծերի խտությունը։

Այսպիսով, մագնիսական դաշտի գծերը նման են էլեկտրաստատիկ դաշտի գծերին:

Այնուամենայնիվ, նրանք ունեն նաև որոշ առանձնահատկություններ.

Դիտարկենք մագնիսական դաշտը, որը ստեղծվել է ուղիղ հաղորդիչով, որն ունի I հոսանք:

Թող այս հաղորդիչը ուղղահայաց լինի նկարի հարթությանը:

Հաղորդավարից միևնույն հեռավորության վրա գտնվող տարբեր կետերում ինդուկցիան մեծությամբ նույնն է:

վեկտորի ուղղություն AT նկարում ներկայացված տարբեր կետերում:

Այն ուղիղը, որի շոշափողը բոլոր կետերում համընկնում է մագնիսական ինդուկցիայի վեկտորի ուղղության հետ, շրջանագիծ է:

Հետևաբար, մագնիսական դաշտի գծերն այս դեպքում դիրիժորը պարփակող շրջանակներ են: Ուժի բոլոր գծերի կենտրոնները գտնվում են հաղորդիչի վրա:

Այսպիսով, մագնիսական դաշտի ուժային գծերը փակ են (էլեկտրաստատիկ դաշտի ուժի գծերը չեն կարող փակվել, դրանք սկսվում և ավարտվում են լիցքերի վրա):

Հետևաբար մագնիսական դաշտն է հորդառատ(այսպես կոչված դաշտերը, որոնց ուժի գծերը փակ են):

Ուժի գծերի փակ լինելը նշանակում է մագնիսական դաշտի ևս մեկ, շատ կարևոր հատկանիշ՝ բնության մեջ չկան (գոնե դեռևս չբացահայտված) մագնիսական լիցքեր, որոնք կլինեին որոշակի բևեռականության մագնիսական դաշտի աղբյուր։

Հետևաբար, գոյություն չունի մագնիսի առանձին հյուսիսային կամ հարավային մագնիսական բևեռ:

Նույնիսկ եթե տեսնեք մշտական ​​մագնիս կիսով չափ, կստանաք երկու մագնիս, որոնցից յուրաքանչյուրն ունի երկու բևեռ:

3.6. Լորենցի ուժ

Փորձնականորեն հաստատվել է, որ մագնիսական դաշտում շարժվող լիցքի վրա ուժ է գործում։ Այս ուժը կոչվում է Լորենցի ուժ.

.

Լորենցի ուժի մոդուլ

,

որտեղ a-ն վեկտորների միջև եղած անկյունն է v և Բ .

Լորենցի ուժի ուղղությունը կախված է վեկտորի ուղղությունից: Այն կարելի է որոշել՝ օգտագործելով աջ պտուտակային կանոնը կամ ձախ ձեռքի կանոնը: Բայց Լորենցի ուժի ուղղությունը պարտադիր չէ, որ համընկնի վեկտորի ուղղության հետ:

Բանն այն է, որ Լորենցի ուժը հավասար է վեկտորի արտադրյալի արդյունքին [ v , AT ] սկալարի ք. Եթե ​​լիցքը դրական է, ապա Ֆ լզուգահեռ է վեկտորին [ v , AT ]։ Եթե ք< 0, то сила Лоренца противоположна направлению вектора [v , AT ] (տես նկարը):

Եթե ​​լիցքավորված մասնիկը շարժվում է զուգահեռ ուժային գծերմագնիսական դաշտ, այնուհետև անկյունը a արագության և մագնիսական ինդուկցիայի վեկտորների միջև զրո. Հետևաբար, Լորենցի ուժը չի գործում նման լիցքի վրա (մեղք 0 = 0, Ֆ լ = 0).

Եթե ​​լիցքը շարժվում է մագնիսական դաշտի գծերին ուղղահայաց, ապա արագության և մագնիսական ինդուկցիայի վեկտորների միջև անկյունը a է 90 0: Այս դեպքում Լորենցի ուժն ունի առավելագույն հնարավոր արժեքը. Ֆ լ = ք vԲ.

Լորենցի ուժը միշտ ուղղահայաց է լիցքի արագությանը։ Սա նշանակում է, որ Լորենցի ուժը չի կարող փոխել շարժման արագության մեծությունը, այլ փոխում է իր ուղղությունը։

Հետևաբար, միատեսակ մագնիսական դաշտում լիցքը, որը թռչել է մագնիսական դաշտի մեջ, որն ուղղահայաց է իր ուժային գծերին, կշարժվի շրջանաձև:

Եթե ​​լիցքի վրա գործում է միայն Լորենցի ուժը, ապա լիցքի շարժումը ենթարկվում է Նյուտոնի երկրորդ օրենքի հիման վրա կազմված հետևյալ հավասարմանը. մա = Ֆ լ.

Քանի որ Լորենցի ուժը ուղղահայաց է արագությանը, լիցքավորված մասնիկի արագացումը կենտրոնաձև է (նորմալ). Ռլիցքավորված մասնիկների հետագծի կորության շառավիղն է):

Մագնիսական դաշտ - ուժ դաշտ , գործելով շարժվող էլեկտրական լիցքերի և մարմինների վրա մագնիսական պահը, անկախ նրանց շարժման վիճակից.մագնիսական էլեկտրամագնիսական բաղադրիչ դաշտերը .

Մագնիսական դաշտի գծերը երևակայական գծեր են, որոնց շոշափողները դաշտի յուրաքանչյուր կետում ուղղության մեջ համընկնում են մագնիսական ինդուկցիայի վեկտորի հետ։

Մագնիսական դաշտի համար գործում է սուպերպոզիցիայի սկզբունքը. տարածության յուրաքանչյուր կետում՝ մագնիսական ինդուկցիայի վեկտորը Բ∑ → B∑→Այս պահին ստեղծված մագնիսական դաշտերի բոլոր աղբյուրներով հավասար է մագնիսական ինդուկցիայի վեկտորների վեկտորային գումարին bk→ Բկ→ստեղծված այս պահին մագնիսական դաշտերի բոլոր աղբյուրների կողմից.

28. Բիոտ-Սավարտ-Լապլասի օրենքը. Ամբողջական գործող օրենք.

Բիոտ Սավարտ Լապլասի օրենքի ձևակերպումը հետևյալն է. Երբ ուղղակի հոսանքն անցնում է փակ շղթայով վակուումում, շղթայից r0 հեռավորության վրա գտնվող կետի համար մագնիսական ինդուկցիան կունենա ձև:

որտեղ ես հոսում եմ շղթայում

գամմա ուրվագիծ, որի երկայնքով իրականացվում է ինտեգրումը

r0 կամայական կետ

Ամբողջական գործող օրենք սա օրենք է, որը վերաբերում է մագնիսական դաշտի ուժգնության վեկտորի և հոսանքի շրջանառությանը:

Մագնիսական դաշտի ուժգնության վեկտորի շրջանառությունը շղթայի երկայնքով հավասար է այս շղթայի ծածկած հոսանքների հանրահաշվական գումարին:

29. Հոսանքի հաղորդիչի մագնիսական դաշտ: Շրջանաձև հոսանքի մագնիսական պահ:

30. Մագնիսական դաշտի ազդեցությունը հոսանք ունեցող հաղորդիչի վրա. Ամպերի օրենքը. Հոսանքների փոխազդեցություն .

F = B I l sinα ,

որտեղ α - մագնիսական ինդուկցիայի և հոսանքի վեկտորների միջև եղած անկյունը,Բ - մագնիսական դաշտի ինդուկցիա,Ի - հոսանք հաղորդիչում,լ - դիրիժորի երկարությունը.

Հոսանքների փոխազդեցություն. Եթե ​​DC շղթայում ներառված են երկու լարեր, ապա. Սերտիականորեն միացված սերտորեն տեղակայված զուգահեռ հաղորդիչները վանում են միմյանց: Զուգահեռաբար միացված հաղորդիչները ձգում են միմյանց։

31. Էլեկտրական և մագնիսական դաշտերի ազդեցությունը շարժվող լիցքի վրա: Լորենցի ուժ.

Լորենցի ուժ - ուժ, որի հետ էլեկտրամագնիսական դաշտ ըստ դասականի (ոչ քվանտային) էլեկտրադինամիկա գործում է կետ մեղադրանք է առաջադրվել մասնիկ. Երբեմն Լորենցի ուժը կոչվում է արագությամբ շարժվողի վրա ազդող ուժ գանձել միայն կողքից մագնիսական դաշտը, հաճախ ամբողջ ուժը՝ ընդհանրապես էլեկտրամագնիսական դաշտից , այլ կերպ ասած՝ կողքից էլեկտրական և մագնիսական դաշտերը.

32. Մագնիսական դաշտի գործողությունը նյութի վրա. Դիա-, պարա- և ֆերոմագնիսներ: Մագնիսական հիստերեզ.

Բ= Բ 0 + Բ 1

որտեղ Բ⃗ B → - մագնիսական դաշտի ինդուկցիա նյութում; Բ⃗ 0 B→0 - վակուումում մագնիսական դաշտի ինդուկցիա, Բ⃗ 1 B→1 - դաշտի մագնիսական ինդուկցիա, որն առաջացել է նյութի մագնիսացման պատճառով.

Նյութեր, որոնց մագնիսական թափանցելիությունը մի փոքր պակաս է միասնությունից (μ< 1), называются դիամագնիսներ, մեկից մի փոքր ավելի (μ > 1) - պարամագնիսներ.

ֆերոմագնիս - նյութը կամ նյութը, որում նկատվում է երեւույթը ֆերոմագնիսականություն, այսինքն՝ ինքնաբուխ մագնիսացման տեսքը Կյուրիի ջերմաստիճանից ցածր ջերմաստիճանում։

Մագնիսական հիստերեզ - երեւույթ կախվածություններ վեկտոր մագնիսացում և վեկտոր մագնիսական դաշտերը մեջ նյութ ոչ միայն -ից կից արտաքին դաշտերը, բայց և -ից ֆոն այս նմուշը

ՄԱԳՆԻՍԱԿԱՆ ԴԱՇՏ. ՖԵՌՈԶՈՎԻ ՎԵՐԱՀՍԿՈՂՈՒԹՅԱՆ ՀԻՄՈՒՆՔՆԵՐԸ

Մենք ապրում ենք երկրի մագնիսական դաշտում։ Մագնիսական դաշտի դրսևորումն այն է, որ մագնիսական կողմնացույցի սլաքը անընդհատ ցույց է տալիս ուղղությունը դեպի հյուսիս։ նույն արդյունքը կարելի է ստանալ՝ բևեռների միջև դնելով մագնիսական կողմնացույցի ասեղը մշտական ​​մագնիս(Նկար 34):

Նկար 34 - Մագնիսական ասեղի կողմնորոշումը մագնիսի բևեռների մոտ

Սովորաբար մագնիսի բևեռներից մեկը (հարավը) նշվում է տառով Ս, մեկ այլ - (հյուսիսային) - տառ Ն. Նկար 34-ը ցույց է տալիս մագնիսական ասեղի երկու դիրքերը: Յուրաքանչյուր դիրքում ձգվում են նետի և մագնիսի հակառակ բևեռները: Հետևաբար, կողմնացույցի ասեղի ուղղությունը փոխվեց հենց որ մենք այն տեղափոխեցինք դիրքից 1 դիրքի մեջ 2 . Մագնիսին ձգելու և սլաքի շրջադարձի պատճառը մագնիսական դաշտն է։ Սլաքը դեպի վեր և աջ պտտելը ցույց է տալիս, որ տարածության տարբեր կետերում մագնիսական դաշտի ուղղությունը անփոփոխ չի մնում։

Նկար 35-ը ցույց է տալիս մագնիսական փոշու փորձի արդյունքը, որը ցրված է հաստ թղթի թերթիկի վրա, որը գտնվում է մագնիսի բևեռներից վեր: Երևում է, որ փոշու մասնիկները գծեր են կազմում։

Փոշու մասնիկները, մտնելով մագնիսական դաշտ, մագնիսացվում են։ Յուրաքանչյուր մասնիկ ունի հյուսիսային և հարավային բևեռներ: Մոտակա փոշու մասնիկները ոչ միայն պտտվում են մագնիսի դաշտում, այլև կպչում են միմյանց՝ շարվելով գծերով։ Այս գծերը կոչվում են մագնիսական դաշտի գծեր:

Նկար 35 Մագնիսական փոշու մասնիկների դասավորությունը թղթի թերթիկի վրա, որը գտնվում է մագնիսի բևեռների վերևում

Նման գծի մոտ մագնիսական ասեղ դնելով, կարելի է տեսնել, որ սլաքը գտնվում է շոշափելի: թվերով 1 , 2 , 3 Նկար 35-ը ցույց է տալիս մագնիսական ասեղի կողմնորոշումը համապատասխան կետերում: Բևեռների մոտ մագնիսական փոշու խտությունը ավելի մեծ է, քան թերթի այլ կետերում: Սա նշանակում է, որ այնտեղ մագնիսական դաշտի մեծությունն ունի առավելագույն արժեք։ Այսպիսով, յուրաքանչյուր կետում մագնիսական դաշտը որոշվում է մագնիսական դաշտը բնութագրող քանակի և դրա ուղղության արժեքով: Նման մեծությունները կոչվում են վեկտորներ:

Պողպատե հատվածը դնենք մագնիսի բևեռների միջև (Նկար 36): Մասում դաշտային գծերի ուղղությունը ցույց է տրված սլաքներով: Մասում կհայտնվեն նաև մագնիսական դաշտի գծեր, միայն թե դրանք շատ ավելի շատ կլինեն, քան օդում։

Նկար 36 Պարզ ձևով մասի մագնիսացում

Բանն այն է, որ պողպատե հատվածը պարունակում է երկաթ՝ բաղկացած միկրոմագնիսներից, որոնք կոչվում են տիրույթներ։ Մանրամասների վրա մագնիսացնող դաշտի կիրառումը հանգեցնում է նրան, որ նրանք սկսում են կողմնորոշվել այս դաշտի ուղղությամբ և բազմապատիկ ուժեղացնել այն։ Երևում է, որ մասի ուժի գծերը զուգահեռ են միմյանց, մինչդեռ մագնիսական դաշտը հաստատուն է։ Մագնիսական դաշտը, որը բնութագրվում է նույն խտությամբ գծված ուժի ուղիղ զուգահեռ գծերով, կոչվում է միատարր։

10.2 Մագնիսական մեծություններ

Մագնիսական դաշտը բնութագրող ամենակարևոր ֆիզիկական մեծությունը մագնիսական ինդուկցիայի վեկտորն է, որը սովորաբար նշվում է. AT. Յուրաքանչյուր ֆիզիկական մեծության համար ընդունված է նշել դրա չափը։ Այսպիսով, ընթացիկ ուժի միավորը Ամպերն է (A), մագնիսական ինդուկցիայի միավորը՝ Տեսլան (Tl): Մագնիսական ինդուկցիան մագնիսացված մասերում սովորաբար գտնվում է 0,1-ից 2,0 T միջակայքում:

Միատեսակ մագնիսական դաշտում տեղադրված մագնիսական ասեղը կպտտվի: Այն իր առանցքի շուրջ պտտվող ուժերի պահը համաչափ է մագնիսական ինդուկցիայի հետ։ Մագնիսական ինդուկցիան բնութագրում է նաև նյութի մագնիսացման աստիճանը։ Նկար 34, 35-ում ներկայացված ուժի գծերը բնութագրում են օդի և նյութի մագնիսական ինդուկցիայի փոփոխությունը (մանրամասները):

Մագնիսական ինդուկցիան որոշում է մագնիսական դաշտը տարածության յուրաքանչյուր կետում: Որոշ մակերևույթի վրա մագնիսական դաշտը բնութագրելու համար (օրինակ, մասի խաչմերուկի հարթությունում) օգտագործվում է մեկ այլ ֆիզիկական մեծություն, որը կոչվում է մագնիսական հոսք և նշվում է. Φ.

Թող միատեսակ մագնիսացված մասը (Նկար 36) բնութագրվի մագնիսական ինդուկցիայի արժեքով AT, մասի խաչմերուկի մակերեսը հավասար է Ս, ապա մագնիսական հոսքը որոշվում է բանաձևով.

Միավոր մագնիսական հոսք- Վեբեր (Wb).

Դիտարկենք մի օրինակ։ Մասում մագնիսական ինդուկցիան 0,2 Տ է, հատման մակերեսը՝ 0,01 մ 2։ Այնուհետև մագնիսական հոսքը 0,002 Վտ է։

Եկեք երկար գլանաձև երկաթե ձող տեղադրենք միատեսակ մագնիսական դաշտում: Թող ձողի համաչափության առանցքը համընկնի ուժի գծերի ուղղության հետ: Այնուհետև ձողը կմագնիսացվի գրեթե ամենուր միատեսակ։ Ձողում մագնիսական ինդուկցիան շատ ավելի մեծ կլինի, քան օդում: Մագնիսական ինդուկցիայի հարաբերակցությունը նյութում Բ մմագնիսական ինդուկցիա օդում մեջկոչվում է մագնիսական թափանցելիություն.

μ=B m / B դյույմ: (10.2)

Մագնիսական թափանցելիությունը չափազուրկ մեծություն է։ Պողպատի տարբեր դասերի համար մագնիսական թափանցելիությունը տատանվում է 200-ից մինչև 5000:

Մագնիսական ինդուկցիան կախված է նյութի հատկություններից, ինչը բարդացնում է մագնիսական գործընթացների տեխնիկական հաշվարկները։ Ուստի ներմուծվեց օժանդակ մեծություն, որը կախված չէ նյութի մագնիսական հատկություններից։ Այն կոչվում է մագնիսական դաշտի վեկտոր և նշվում է Հ. Մագնիսական դաշտի ուժգնության միավորն է Ամպեր/մետր (Ա/մ): Մասերի ոչ կործանարար մագնիսական փորձարկման ժամանակ մագնիսական դաշտի ուժգնությունը տատանվում է 100-ից մինչև 100000 Ա/մ:

Մագնիսական ինդուկցիայի միջև մեջև մագնիսական դաշտի ուժգնությունը Հօդում կա մի պարզ հարաբերություն.

В в =μ 0 H, (10.3)

որտեղ μ 0 = 4π 10 –7 Հենրի/մետր - մագնիսական հաստատուն:

Մագնիսական դաշտի ուժգնությունը և մագնիսական ինդուկցիան նյութում կապված են փոխհարաբերությամբ.

B=μμ 0 H (10.4)

Մագնիսական դաշտի ուժը Հ - վեկտոր. Fluxgate-ի փորձարկման ժամանակ պահանջվում է որոշել այս վեկտորի բաղադրիչները մասի մակերեսին: Այս բաղադրիչները կարելի է որոշել՝ օգտագործելով Նկար 37-ը: Այստեղ մասի մակերեսը վերցված է որպես հարթություն xy, առանցք զուղղահայաց այս հարթությանը:

Նկար 1.4 վեկտորի վերևից Հ ընկել է ինքնաթիռին ուղղահայաց x, y. Վեկտորը գծվում է կոորդինատների սկզբնակետից մինչև ուղղահայաց և հարթության հատման կետը Հ  որը կոչվում է վեկտորի մագնիսական դաշտի ուժգնության շոշափող բաղադրիչ. Հ . Վեկտորի գագաթից ուղղահայացների իջեցում H առանցքի վրա xև y, սահմանել կանխատեսումներ H xև ժ յվեկտոր Հ. Պրոյեկցիա Հ մեկ առանցքի զկոչվում է մագնիսական դաշտի ուժի նորմալ բաղադրիչ Հ ն . Մագնիսական փորձարկման ժամանակ ամենից հաճախ չափվում են մագնիսական դաշտի ուժգնության շոշափող և նորմալ բաղադրիչները:

Նկար 37 Մագնիսական դաշտի վեկտորը և դրա պրոյեկցիան մասի մակերեսին

10.3 Մագնիսացման կորը և հիստերեզի հանգույցը

Դիտարկենք սկզբնապես ապամագնիսացված ֆերոմագնիսական նյութի մագնիսական ինդուկցիայի փոփոխությունը՝ արտաքին մագնիսական դաշտի ուժգնության աստիճանական աճով։ Այս կախվածությունն արտացոլող գրաֆիկը ներկայացված է Նկար 38-ում և կոչվում է սկզբնական մագնիսացման կոր: Թույլ մագնիսական դաշտերի շրջանում այս կորի թեքությունը համեմատաբար փոքր է, այնուհետև այն սկսում է աճել՝ հասնելով առավելագույն արժեքի։ Մագնիսական դաշտի ուժգնության նույնիսկ ավելի բարձր արժեքների դեպքում թեքությունը նվազում է այնպես, որ մագնիսական ինդուկցիայի փոփոխությունը դառնում է աննշան դաշտի աճով. տեղի է ունենում մագնիսական հագեցվածություն, որը բնութագրվում է արժեքով. Բ Ս. Նկար 39-ը ցույց է տալիս մագնիսական թափանցելիության կախվածությունը մագնիսական դաշտի ուժգնությունից: Այս կախվածությունը բնութագրվում է երկու արժեքով՝ սկզբնական μ n և առավելագույն μ մ մագնիսական թափանցելիություն։ Ուժեղ մագնիսական դաշտերի շրջանում թափանցելիությունը նվազում է դաշտի ավելացման հետ։ Արտաքին մագնիսական դաշտի հետագա աճով նմուշի մագնիսացումը գործնականում չի փոխվում, և մագնիսական ինդուկցիան աճում է միայն արտաքին դաշտի շնորհիվ: .

Նկար 38 Մագնիսացման սկզբնական կորը

Նկար 39 Անթափանցելիության կախվածությունը մագնիսական դաշտի ուժգնությունից

Մագնիսական հագեցվածության ինդուկցիա Բ Սհիմնականում կախված է քիմիական բաղադրությունընյութը և կառուցվածքային և էլեկտրական պողպատների համար՝ 1,6-2,1 Տ։ Մագնիսական թափանցելիությունը կախված է ոչ միայն քիմիական կազմից, այլև ջերմային և մեխանիկական մշակումից։

.

Նկար 40 Սահմանային (1) և մասնակի (2) հիստերեզի օղակները

Ըստ հարկադրական ուժի մեծության՝ մագնիսական նյութերը բաժանվում են փափուկ մագնիսականների (H c.< 5 000 А/м) и магнитотвердые (H c >5 000 A/m).

Փափուկ մագնիսական նյութերի համար համեմատաբար փոքր դաշտեր են պահանջվում հագեցվածության հասնելու համար: Կոշտ մագնիսական նյութերը դժվար է մագնիսացնել և վերամագնիսացնել:

Կառուցվածքային պողպատների մեծ մասը փափուկ մագնիսական նյութեր են: Էլեկտրական պողպատի և հատուկ համաձուլվածքների համար հարկադրական ուժը 1-100 Ա/մ է, կառուցվածքային պողպատների համար՝ ոչ ավելի, քան 5000 Ա/մ: Մշտական ​​մագնիսներով ամրացված սարքերում օգտագործվում են կոշտ մագնիսական նյութեր:

Մագնիսացման հակադարձման ժամանակ նյութը նորից հագեցած է, բայց ինդուկցիայի արժեքը տարբեր նշան ունի (– Բ Ս) համապատասխանում է մագնիսական դաշտի բացասական ուժին: Հետագա մագնիսական դաշտի ուժգնության դրական արժեքների աճով, ինդուկցիան կփոխվի մեկ այլ կորի երկայնքով, որը կոչվում է հանգույցի աճող ճյուղ: Երկու ճյուղերը՝ իջնող և բարձրացող, կազմում են փակ կոր, որը կոչվում է սահմանափակող մագնիսական հիստերեզի հանգույց։ Սահմանային հանգույցն ունի սիմետրիկ ձև և համապատասխանում է մագնիսական ինդուկցիայի առավելագույն արժեքին, որը հավասար է. Բ Ս. Ավելի փոքր սահմաններում մագնիսական դաշտի ուժգնության սիմետրիկ փոփոխության դեպքում ինդուկցիան կփոխվի նոր օղակի երկայնքով: Այս օղակն ամբողջությամբ գտնվում է սահմանային օղակի ներսում և կոչվում է սիմետրիկ մասնակի հանգույց (Նկար 40):

Սահմանափակող մագնիսական հիստերեզի հանգույցի պարամետրերը կարևոր դեր են խաղում հոսքագծի կառավարման մեջ: ժամը բարձր արժեքներմնացորդային ինդուկցիա և հարկադրական ուժ, դա հնարավոր է վերահսկել մասի նյութը նախապես մագնիսացնելով մինչև հագեցվածությունը, որին հաջորդում է դաշտի աղբյուրը անջատելը: Մասի մագնիսացումը բավարար կլինի թերությունները հայտնաբերելու համար:

Միաժամանակ հիստերեզի երեւույթը հանգեցնում է մագնիսական վիճակի վերահսկման անհրաժեշտության։ Ապամագնիսացման բացակայության դեպքում մասի նյութը կարող է լինել ինդուկցիային համապատասխան վիճակում. Բ ր .Այնուհետև միացնելով դրական բևեռականության մագնիսական դաշտը, օրինակ՝ հավասար Հկ, դուք նույնիսկ կարող եք ապամագնիսացնել մասը, թեև մենք պետք է մագնիսացնենք այն։

Կարևոր է նաև մագնիսական թափանցելիությունը: Որքան ավելի շատ μ , այնքան ցածր է մագնիսական դաշտի ուժի պահանջվող արժեքը՝ մասը մագնիսացնելու համար։ Այսպիսով տեխնիկական բնութագրերըմագնիսացնող սարքը պետք է համապատասխանի փորձարկման օբյեկտի մագնիսական պարամետրերին:

10.4 Արատների մագնիսական մոլորված դաշտ

Թերի մասի մագնիսական դաշտն ունի իր առանձնահատկությունները: Վերցրեք մագնիսացված պողպատե օղակ (մաս) նեղ բացվածքով: Այս բացը կարելի է համարել որպես մասի թերություն։ Եթե ​​օղակը ծածկում եք մագնիսական փոշիով լցված թղթի թերթիկով, կարող եք տեսնել Նկար 35-ում պատկերվածի նման պատկերը: Թղթի թերթիկը գտնվում է օղակից դուրս, և մինչ այդ փոշու մասնիկները շարվում են որոշակի գծերի երկայնքով: Այսպիսով, մագնիսական դաշտի ուժի գծերը մասամբ անցնում են մասից դուրս՝ հոսելով թերության շուրջ։ Մագնիսական դաշտի այս հատվածը կոչվում է թերության մոլորված դաշտ:

Նկար 41-ը ցույց է տալիս հատվածի երկար ճեղքը, որը գտնվում է մագնիսական դաշտի գծերին ուղղահայաց, և դաշտի գծերի նախշը թերության մոտ:

Նկար 41 Հոսում է մակերեսային ճեղքի շուրջ ուժային գծերով

Երևում է, որ մագնիսական դաշտի գծերը հոսում են ճեղքի շուրջ՝ մասի ներսում և դրանից դուրս։ Ստորգետնյա արատով մոլորված մագնիսական դաշտի առաջացումը կարելի է բացատրել նկար 42-ի միջոցով, որը ցույց է տալիս մագնիսացված մասի հատվածը: Մագնիսական ինդուկցիայի դաշտային գծերը վերաբերում են խաչմերուկի երեք հատվածներից մեկին՝ թերության վերևում, թերության գոտում և թերության տակ: Մագնիսական ինդուկցիայի և լայնակի հատվածի արտադրյալը որոշում է մագնիսական հոսքը: Այս տարածքներում ընդհանուր մագնիսական հոսքի բաղադրիչները նշանակված են որպես Ֆ 1,...,Մագնիսական հոսքի մի մասը F 2, կհոսի հատվածի վերեւում եւ ներքեւում S2. Հետեւաբար, մագնիսական հոսքերը խաչմերուկներում S1և S3ավելի մեծ կլինի, քան անսարք մասի: Նույնը կարելի է ասել մագնիսական ինդուկցիայի մասին։ Մեկ այլ կարևոր հատկանիշՄագնիսական ինդուկցիայի դաշտային գծերը նրանց կորությունն են թերության վերևում և ներքևում: Արդյունքում ուժի որոշ գծեր դուրս են գալիս մասից՝ առաջացնելով թերության մագնիսական մոլորված դաշտ։

3 .

Նկար 42 Ստորգետնյա թերության մոլորված դաշտ

Թափառող մագնիսական դաշտը կարելի է քանակականացնել մագնիսական հոսքով, որը թողնում է այն մասը, որը կոչվում է թափառող հոսք: Արտահոսքի մագնիսական հոսքը ավելի մեծ է, այնքան մեծ է մագնիսական հոսքը Ֆ2հատվածում S2. Խաչաձեւ հատվածի տարածքը S2համաչափ  անկյան կոսինուսին , ցույց է տրված Նկար 42-ում:  = 90°-ում այս տարածքը հավասար է զրոյի, -ում =0° դա ամենակարևորն է:

Այսպիսով, թերությունները հայտնաբերելու համար անհրաժեշտ է, որ մասի կառավարման գոտում մագնիսական ինդուկցիայի ուժի գծերը լինեն ենթադրյալ թերության հարթությանը ուղղահայաց։

Մագնիսական հոսքի բաշխումը թերի մասի հատվածի վրա նման է ջրի հոսքի բաշխմանը պատնեշ ունեցող ալիքում։ Ամբողջովին սուզված պատնեշի գոտում ալիքի բարձրությունը կլինի այնքան մեծ, որքան պատնեշի գագաթը մոտ լինի ջրի մակերեսին: Նմանապես, մասի ստորգետնյա թերությունը ավելի հեշտ է հայտնաբերել, որքան փոքր է դրա առաջացման խորությունը:

10.5 Արատների հայտնաբերում

Թերությունները հայտնաբերելու համար անհրաժեշտ է սարք, որը թույլ է տալիս որոշել թերության մոլորված դաշտի բնութագրերը: Այս մագնիսական դաշտը կարելի է որոշել բաղադրիչներից H x, H y, H z.

Այնուամենայնիվ, թափառող դաշտերը կարող են առաջանալ ոչ միայն թերության, այլ նաև այլ գործոնների պատճառով. մետաղի կառուցվածքային անհամասեռություն, խաչմերուկի կտրուկ փոփոխություն (մանրամասն. բարդ ձև), հաստոցներ, հարվածներ, մակերեսի կոշտություն և այլն։ Հետևաբար, նույնիսկ մեկ պրոյեկցիայի կախվածության վերլուծությունը (օրինակ. հզ) տարածական կոորդինատից ( xկամ y) կարող է բարդ խնդիր լինել:

Դիտարկենք շեղված մագնիսական դաշտը թերության մոտ (Նկար 43): Այստեղ ցուցադրված է հարթ եզրերով իդեալականացված անսահման երկար ճեղքվածք: Այն երկարացված է առանցքի երկայնքով y, որը նկարում ուղղված է դեպի մեզ։ 1, 2, 3, 4 համարները ցույց են տալիս, թե ինչպես է փոխվում մագնիսական դաշտի ուժգնության վեկտորի մեծությունն ու ուղղությունը ձախից ճեղքին մոտենալիս։

Նկար 43 Թափառող մագնիսական դաշտը թերության մոտ

Մագնիսական դաշտը չափվում է մասի մակերեսից որոշ հեռավորության վրա։ Հետագիծը, որի երկայնքով կատարվում են չափումները, ցուցադրվում է կետագծով: Ճեղքից աջ կողմում գտնվող վեկտորների մեծություններն ու ուղղությունները կարող են կառուցվել նմանատիպ ձևով (կամ օգտագործել նկարի համաչափությունը): Թափառող դաշտի նկարից աջ՝ վեկտորի տարածական դիրքի օրինակ Հ և դրա երկու բաղադրիչները H x և հզ . Պրոյեկցիոն կախվածության սյուժեներ H xև հզշեղված դաշտերը կոորդինատից xցույց է տրված ստորև:

Թվում է, թե ծայրահեղ H x կամ զրո H z փնտրելով, կարելի է թերություն գտնել: Բայց ինչպես նշվեց վերևում, թափառող դաշտերը ձևավորվում են ոչ միայն թերություններից, այլև մետաղի կառուցվածքային անհամասեռություններից, մեխանիկական ազդեցությունների հետքերից և այլն:

Դիտարկենք պարզեցված պատկերը մոլորված դաշտերի ձևավորման պարզ մասի վրա (Նկար 44), որը նման է Նկար 41-ում ներկայացվածին, և պրոյեկցիոն կախվածությունների գրաֆիկները: H z, H xկոորդինատից x(թերությունը երկարացվում է առանցքի երկայնքով y).

Կախվածության գրաֆիկներ H xև հզ-ից xշատ դժվար է հայտնաբերել թերությունը, քանի որ ծայրահեղության արժեքները H xև հզթերության և ավելի անհամասեռության հետ համեմատելի են:

Ելքը գտնվել է, երբ պարզվել է, որ թերության շրջանում որոշ կոորդինատների մագնիսական դաշտի ուժգնության փոփոխության (կտրուկության) առավելագույն արագությունը մեծ է մյուս մաքսիմումներից։

Նկար 44-ը ցույց է տալիս, որ գրաֆիկի առավելագույն թեքությունը H z (x)կետերի միջև x 1և x2(այսինքն, թերության տարածքում) շատ ավելի մեծ է, քան այլ վայրերում:

Այսպիսով, սարքը պետք է չափի ոչ թե դաշտի ուժգնության պրոյեկցիան, այլ դրա փոփոխության «տեմպերը», այսինքն. մասի մակերևույթից երկու հարակից կետերում պրոյեկցիոն տարբերության հարաբերակցությունը այս կետերի միջև եղած հեռավորությանը.

(10.5)

որտեղ H z (x 1), H z (x 2)- վեկտորային նախագծման արժեքներ Հ մեկ առանցքի զկետերում x 1, x 2(թերության ձախ և աջ կողմում), Gz (x)սովորաբար կոչվում է մագնիսական դաշտի գրադիենտ:

Կախվածություն Gz (x)ցույց է տրված Նկար 44-ում. Հեռավորությունը Dx \u003d x 2 - x 1այն կետերի միջև, որոնցում չափվում են վեկտորային կանխատեսումները Հ մեկ առանցքի z,ընտրվում է հաշվի առնելով թերության մոլորված դաշտի չափերը:

Ինչպես երևում է Նկար 44-ից, և դա լավ է համապատասխանում պրակտիկային, թերության վրա գրադիենտի արժեքը զգալիորեն ավելի մեծ է, քան դրա արժեքը մետաղի մասի անհամասեռությունների նկատմամբ: Սա այն է, ինչը հնարավորություն է տալիս արժանահավատորեն գրանցել թերությունը՝ գերազանցելով շեմային արժեքը գրադիենտով (Նկար 44):

Ընտրելով անհրաժեշտ շեմային արժեքը՝ հնարավոր է նվազեցնել կառավարման սխալները մինչև նվազագույն արժեքները:

Նկար 44 Մետաղական մասի թերության և անհամասեռությունների մագնիսական դաշտի ուժային գծեր:

10.6 Ferroprobe մեթոդ

Fluxgate մեթոդը հիմնված է թափառող մագնիսական դաշտի ուժգնության գրադիենտի չափման վրա, որը ստեղծվել է մագնիսացված արտադրանքի թերության հետևանքով fluxgate սարքով և չափման արդյունքի համեմատությունը շեմի հետ:

Հսկվող մասից դուրս կա որոշակի մագնիսական դաշտ, որը ստեղծվում է այն մագնիսացնելու համար։ Թերի դետեկտորի՝ գրադիոմետրի օգտագործումը ապահովում է թերության հետևանքով առաջացած ազդանշանի ընտրությունը մագնիսական դաշտի ուժի բավականին մեծ բաղադրիչի ֆոնի վրա, որը դանդաղորեն փոխվում է տարածության մեջ:

Fluxgate թերությունների դետեկտորը օգտագործում է փոխարկիչ, որն արձագանքում է մասի մակերեսի վրա մագնիսական դաշտի ուժի նորմալ բաղադրիչի գրադիենտ բաղադրիչին: Թերի դետեկտորի փոխակերպիչը պարունակում է երկու զուգահեռ ձողեր՝ պատրաստված հատուկ փափուկ մագնիսական խառնուրդից: Ստուգման ընթացքում ձողերը ուղղահայաց են մասի մակերեսին, այսինքն. զուգահեռ են մագնիսական դաշտի ուժգնության նորմալ բաղադրիչին: Ձողերն ունեն միանման ոլորուններ, որոնց միջով անցնում է փոփոխական հոսանքը: Այս ոլորունները միացված են շարքով: Փոփոխական հոսանքը ձողերում ստեղծում է մագնիսական դաշտի ուժի փոփոխական բաղադրիչներ: Այս բաղադրիչները համընկնում են մեծության և ուղղության մեջ: Բացի այդ, յուրաքանչյուր ձողի գտնվելու վայրում կա մասի մագնիսական դաշտի ուժի մշտական ​​բաղադրիչ: Արժեք Δx, որը ներառված է (10.5) բանաձևում, հավասար է ձողերի առանցքների միջև եղած հեռավորությանը և կոչվում է փոխարկիչի հիմք։ Փոխարկիչի ելքային լարումը որոշվում է ոլորունների վրա փոփոխվող լարումների տարբերությամբ:

Եկեք տեղադրենք անսարքության դետեկտորի փոխարկիչը առանց թերության մասի այն հատվածի վրա, որտեղ մագնիսական դաշտի ուժգնության արժեքներն են կետերում. x 1; x 2(տես բանաձևը (10.5)) նույնն են: Սա նշանակում է, որ մագնիսական դաշտի գրադիենտը զրո է։ Այնուհետև փոխարկիչի յուրաքանչյուր ձողի վրա կգործեն մագնիսական դաշտի նույն հաստատուն և փոփոխական բաղադրիչները: Այս բաղադրիչները հավասարապես կվերամագնիսացնեն ձողերը, ուստի ոլորունների վրա լարումները հավասար են միմյանց: Լարման տարբերությունը, որը սահմանում է ելքային ազդանշանը, զրո է: Այսպիսով, թերությունների դետեկտորի փոխակերպիչը չի արձագանքում մագնիսական դաշտին, եթե չկա գրադիենտ:

Եթե ​​մագնիսական դաշտի ուժգնության գրադիենտը հավասար չէ զրոյի, ապա ձողերը կլինեն նույն փոփոխական մագնիսական դաշտում, բայց հաստատուն բաղադրիչները տարբեր կլինեն։ Յուրաքանչյուր ձող վերամագնիսացվում է փոփոխական ոլորուն հոսանքի միջոցով մագնիսական ինդուկցիա ունեցող վիճակից. Սմինչև + ՍՕրենքի համաձայն էլեկտրամագնիսական ինդուկցիաոլորուն վրա լարումը կարող է հայտնվել միայն այն ժամանակ, երբ մագնիսական ինդուկցիան փոխվում է: Հետևաբար, փոփոխական հոսանքի տատանումների ժամանակահատվածը կարելի է բաժանել ընդմիջումների, երբ ձողը հագեցվածության մեջ է, և, հետևաբար, ոլորուն լարումը զրոյական է, և ժամանակային ընդմիջումների, երբ հագեցվածություն չկա, ինչը նշանակում է, որ լարումը տարբերվում է զրոյից: . Այն ժամանակաշրջաններում, երբ երկու ձողերը մագնիսացված չեն մինչև հագեցվածությունը, ոլորունների վրա հայտնվում են նույն լարումները: Այս պահին ելքային ազդանշանը զրո է: Նույնը տեղի կունենա երկու ձողերի միաժամանակյա հագեցվածության դեպքում, երբ ոլորունների վրա լարում չկա: Ելքային լարումը հայտնվում է, երբ մի միջուկը գտնվում է հագեցած վիճակում, իսկ մյուսը՝ չհագեցած վիճակում:

Մագնիսական դաշտի ուժգնության մշտական ​​և փոփոխական բաղադրիչների միաժամանակյա գործողությունը հանգեցնում է նրան, որ յուրաքանչյուր միջուկ գտնվում է մեկ հագեցած վիճակում ավելի քան. երկար ժամանակքան մյուսում։ Ավելի երկար հագեցվածությունը համապատասխանում է մագնիսական դաշտի ուժգնության հաստատուն և փոփոխական բաղադրիչների ավելացմանը, ավելի կարճին՝ հանմանը: Ժամանակային ընդմիջումների տարբերությունը, որը համապատասխանում է մագնիսական ինդուկցիայի արժեքներին + Սև - Ս, կախված է հաստատուն մագնիսական դաշտի հզորությունից։ Դիտարկենք վիճակը մագնիսական ինդուկցիայով + Սփոխարկիչի երկու ձողերի վրա: Մագնիսական դաշտի ուժի տարբեր արժեքներ կետերում x 1և x 2կհամապատասխանի ձողերի մագնիսական հագեցվածության միջակայքերի տարբեր տեւողությանը։ Որքան մեծ է մագնիսական դաշտի ուժգնության այս արժեքների տարբերությունը, այնքան ժամանակային ընդմիջումները տարբերվում են: Այն ժամանակահատվածներում, երբ մի ձողը հագեցած է, իսկ մյուսը՝ չհագեցած, տեղի է ունենում փոխարկիչի ելքային լարումը: Այս լարումը կախված է մագնիսական դաշտի ուժգնության գրադիենտից:

Մագնիսական դաշտի գծեր

Մագնիսական դաշտերը, ինչպես էլեկտրական դաշտերը, կարելի է գրաֆիկորեն ներկայացնել ուժի գծերի միջոցով: Մագնիսական դաշտի գիծը կամ մագնիսական դաշտի ինդուկցիոն գիծը գիծ է, որի շոշափողը յուրաքանչյուր կետում համընկնում է մագնիսական դաշտի ինդուկցիոն վեկտորի ուղղության հետ։

ա)	բ)	մեջ)

Բրինձ. 1.2. Ուղղակի հոսանքի մագնիսական դաշտի ուժի գծեր (ա),

շրջանաձև հոսանք (բ), էլեկտրամագնիսական (գ)

Ուժի մագնիսական գծերը, ինչպես էլեկտրական գծերը, չեն հատվում: Դրանք գծված են այնպիսի խտությամբ, որ միավորի մակերեսն իրենց ուղղահայաց հատող գծերի թիվը հավասար է (կամ համամասնական) տվյալ վայրում մագնիսական դաշտի մագնիսական ինդուկցիայի մեծությանը։

Նկ. 1.2 ացուցադրվում են ուղիղ հոսանքի դաշտի ուժի գծերը, որոնք համակենտրոն շրջաններ են, որոնց կենտրոնը գտնվում է ընթացիկ առանցքի վրա, իսկ ուղղությունը որոշվում է աջ պտուտակի կանոնով (հաղորդիչի հոսանքն ուղղված է դեպի ընթերցող):

Մագնիսական ինդուկցիայի գծերը կարելի է «ցուցադրել» երկաթի թելերի միջոցով, որոնք մագնիսացված են ուսումնասիրվող դաշտում և իրենց պահում են փոքր մագնիսական ասեղների պես: Նկ. 1.2 բցույց է տալիս շրջանաձև հոսանքի մագնիսական դաշտի ուժի գծերը. Էլեկտրամագնիսական դաշտի մագնիսական դաշտը ներկայացված է նկ. 1.2 մեջ.

Մագնիսական դաշտի ուժի գծերը փակ են։ Փակ ուժային գծերով դաշտերը կոչվում են հորձանուտ դաշտեր. Ակնհայտ է, որ մագնիսական դաշտը պտտվող դաշտ է: Սա է էական տարբերությունը մագնիսական դաշտի և էլեկտրաստատիկ դաշտի միջև:

Էլեկտրաստատիկ դաշտում ուժի գծերը միշտ բաց են՝ դրանք սկսվում և ավարտվում են էլեկտրական լիցքերով: Ուժի մագնիսական գծերը ոչ սկիզբ ունեն, ոչ վերջ: Սա համապատասխանում է այն փաստին, որ բնության մեջ մագնիսական լիցքեր չկան։

1.4. Բիոտ-Սավարտ-Լապլասի օրենքը

Ֆրանսիացի ֆիզիկոսներ Ջ. Բիոն և Ֆ. տարբեր ձևեր. Լապլասը վերլուծեց Բիոտի և Սավարտի կողմից ստացված փորձարարական տվյալները և հաստատեց հարաբերություն, որը կոչվում էր Բիոտ–Սավարտ–Լապլասի օրենք։

Համաձայն այս օրենքի՝ ցանկացած հոսանքի մագնիսական դաշտի ինդուկցիան կարող է հաշվարկվել որպես հոսանքի առանձին տարրական հատվածներով ստեղծված մագնիսական դաշտերի ինդուկցիայի վեկտորային գումար (գերդիրքավորում): Մագնիսական դաշտի ինդուկցիայի համար, գեներացվել է տարրի կողմիցընթացիկ երկարությունը, Լապլասը ստացել է բանաձևը.

, (1.3)

որտեղ է վեկտորը, մոդուլը, որը հավասար է հաղորդիչի տարրի երկարությանը և ուղղության վրա համընկնում է հոսանքի հետ (նկ. 1.3); շառավիղի վեկտորն է, որը գծված է տարրից մինչև այն կետը, որտեղ ; շառավիղի վեկտորի մոդուլն է:

USE կոդավորիչի թեմաներմագնիսների, հաղորդիչի մագնիսական դաշտի փոխազդեցությունը հոսանքի հետ։

Նյութի մագնիսական հատկությունները մարդկանց հայտնի են վաղուց։ Մագնիսներն իրենց անվանումն ստացել են հնագույն Մագնեսիա քաղաքից՝ նրա շրջակայքում լայնորեն տարածված էր մի հանքանյութ (հետագայում կոչվում էր մագնիսական երկաթի հանքաքար կամ մագնետիտ), որի կտորները ձգում էին երկաթե առարկաներ։

Մագնիսների փոխազդեցություն

Յուրաքանչյուր մագնիսի երկու կողմերում գտնվում են Հյուսիսային բեւեռև Հարավային բևեռ. Երկու մագնիսներ ձգվում են միմյանց հակառակ բևեռներով և ետ են մղվում նման բևեռներով: Մագնիսները կարող են միմյանց վրա գործել նույնիսկ վակուումի միջոցով: Այս ամենը, սակայն, հիշեցնում է էլեկտրական լիցքերի փոխազդեցությունը մագնիսների փոխազդեցությունը էլեկտրական չէ. Դրա մասին են վկայում հետևյալ փորձարարական փաստերը.

Մագնիսական ուժը թուլանում է, երբ մագնիսը տաքանում է։ Կետային լիցքերի փոխազդեցության ուժգնությունը կախված չէ դրանց ջերմաստիճանից։

Մագնիսական ուժը թուլանում է մագնիսը թափահարելով։ Էլեկտրական լիցքավորված մարմինների հետ նման բան տեղի չի ունենում։

Դրական էլեկտրական լիցքերկարելի է առանձնացնել բացասականներից (օրինակ՝ մարմինները էլեկտրիֆիկացնելիս)։ Բայց անհնար է առանձնացնել մագնիսի բևեռները. եթե մագնիսը կտրես երկու մասի, ապա կտրվածքի տեղում հայտնվում են նաև բևեռներ, և մագնիսը բաժանվում է երկու մագնիսների, որոնց ծայրերում հակառակ բևեռներ են (ուղղված են ճիշտ նույն կերպ, ինչպես սկզբնական մագնիսի բևեռները):

Այսպիսով, մագնիսները միշտերկբևեռ, դրանք գոյություն ունեն միայն ձևով դիպոլներ. Մեկուսացված մագնիսական բևեռներ (այսպես կոչված մագնիսական մոնոպոլներ- էլեկտրական լիցքի անալոգներ) բնության մեջ գոյություն չունեն (ամեն դեպքում, դրանք դեռ փորձնականորեն չեն հայտնաբերվել): Սա, թերեւս, ամենատպավորիչ անհամաչափությունն է էլեկտրականության և մագնիսականության միջև:

Էլեկտրական լիցքավորված մարմինների նման, մագնիսները գործում են էլեկտրական լիցքերի վրա։ Այնուամենայնիվ, մագնիսը գործում է միայն շարժվումլիցքավորում; Եթե ​​լիցքը մագնիսի համեմատ հանգիստ վիճակում է, ապա լիցքի վրա ոչ մի մագնիսական ուժ չի գործում: Ընդհակառակը, էլեկտրիֆիկացված մարմինը գործում է ցանկացած լիցքավորման դեպքում՝ անկախ նրանից՝ այն հանգստի վիճակում է, թե շարժման մեջ։

Համաձայն կարճ հեռահարության գործողության տեսության ժամանակակից հասկացությունների՝ մագնիսների փոխազդեցությունն իրականացվում է միջոցով մագնիսական դաշտըՄասնավորապես, մագնիսը շրջակա տարածության մեջ ստեղծում է մագնիսական դաշտ, որը գործում է մեկ այլ մագնիսի վրա և առաջացնում է այդ մագնիսների տեսանելի ձգում կամ վանում:

Մագնիսի օրինակ է մագնիսական ասեղկողմնացույց. Մագնիսական ասեղի օգնությամբ կարելի է դատել տարածության տվյալ հատվածում մագնիսական դաշտի առկայության, ինչպես նաև դաշտի ուղղության մասին։

Մեր Երկիր մոլորակը հսկա մագնիս է: Երկրի աշխարհագրական հյուսիսային բևեռից ոչ հեռու գտնվում է հարավային մագնիսական բևեռը։ Հետևաբար, կողմնացույցի սլաքի հյուսիսային ծայրը, շրջվելով դեպի Երկրի հարավային մագնիսական բևեռը, ցույց է տալիս աշխարհագրական հյուսիսը: Այստեղից էլ, փաստորեն, առաջացել է մագնիսի «հյուսիսային բևեռ» անվանումը։

Մագնիսական դաշտի գծեր

Էլեկտրական դաշտը, հիշում ենք, հետազոտվում է փոքր փորձնական լիցքերի օգնությամբ, որի վրա կարելի է դատել դաշտի մեծությունն ու ուղղությունը։ Մագնիսական դաշտի դեպքում փորձնական լիցքի անալոգը փոքր մագնիսական ասեղն է:

Օրինակ, դուք կարող եք ստանալ մագնիսական դաշտի երկրաչափական պատկերացում՝ տեղադրելով շատ փոքր կողմնացույցի ասեղներ տարածության տարբեր կետերում: Փորձը ցույց է տալիս, որ սլաքները կշարվեն որոշակի գծերի երկայնքով՝ այսպես կոչված մագնիսական դաշտի գծեր. Եկեք սահմանենք այս հասկացությունը հետևյալ երեք պարբերությունների տեսքով.

1. Մագնիսական դաշտի գծերը կամ ուժի մագնիսական գծերը տարածության մեջ ուղղորդված գծեր են, որոնք ունեն հետևյալ հատկությունը. նման գծի յուրաքանչյուր կետում տեղադրված փոքրիկ կողմնացույցի ասեղը շոշափելիորեն ուղղված է այս գծին։.

2. Մագնիսական դաշտի գծի ուղղությունը այս գծի կետերում տեղակայված կողմնացույցի ասեղների հյուսիսային ծայրերի ուղղությունն է.

3. Որքան հաստ են գծերը, այնքան ավելի ուժեղ է մագնիսական դաշտը տարածության տվյալ հատվածում:.

Կողմնացույցի ասեղների դերը հաջողությամբ կարող է իրականացվել երկաթե թելերով. մագնիսական դաշտում փոքր թիթեղները մագնիսացվում են և իրենց պահում են ճիշտ այնպես, ինչպես մագնիսական ասեղները:

Այսպիսով, մշտական ​​մագնիսի շուրջը լցնելով երկաթի թելերը, մենք կտեսնենք մագնիսական դաշտի գծերի մոտավորապես հետևյալ պատկերը (նկ. 1):

Բրինձ. 1. Մշտական ​​մագնիսական դաշտ

Մագնիսի հյուսիսային բևեռը նշված է կապույտով և տառով. հարավային բևեռը` կարմիր և տառը: Նկատի ունեցեք, որ դաշտային գծերը դուրս են գալիս մագնիսի հյուսիսային բևեռից և մտնում են հարավային բևեռ, քանի որ կողմնացույցի սլաքի հյուսիսային ծայրը դեպի մագնիսի հարավային բևեռ է:

Oersted-ի փորձը

Չնայած այն հանգամանքին, որ էլեկտրական և մագնիսական երևույթները մարդկանց հայտնի են դեռևս հնագույն ժամանակներից, նրանց միջև ոչ մի կապ երկար ժամանակ չէր նկատվում։ Մի քանի դար շարունակ էլեկտրականության և մագնիսականության վերաբերյալ հետազոտություններն ընթանում էին զուգահեռաբար և միմյանցից անկախ։

Ուշագրավ փաստը, որ էլեկտրական և մագնիսական երևույթներն իրականում կապված են միմյանց հետ, առաջին անգամ հայտնաբերվել է 1820 թվականին Օերսթեդի հայտնի փորձի ժամանակ։

Oersted-ի փորձի սխեման ներկայացված է նկ. 2 (պատկերը rt.mipt.ru-ից): Մագնիսական ասեղի վերևում (և - սլաքի հյուսիսային և հարավային բևեռները) մետաղյա հաղորդիչ է, որը միացված է հոսանքի աղբյուրին: Եթե ​​փակում եք շղթան, ապա սլաքը պտտվում է դիրիժորին ուղղահայաց:
Այս պարզ փորձը ուղղակիորեն ցույց տվեց էլեկտրականության և մագնիսականության փոխհարաբերությունները: Օերսթեդի փորձին հետևած փորձերը հաստատապես հաստատեցին հետևյալ օրինակը. առաջանում է մագնիսական դաշտ էլեկտրական հոսանքներև գործում է հոսանքների վրա.

Բրինձ. 2. Oersted-ի փորձը

Հոսանք ունեցող հաղորդիչի կողմից առաջացած մագնիսական դաշտի գծերի պատկերը կախված է հաղորդիչի ձևից:

Ուղիղ մետաղալարերի մագնիսական դաշտը հոսանքով

Ուղիղ մետաղալարերի մագնիսական դաշտի գծերը համակենտրոն շրջանակներ են: Այս շրջանակների կենտրոնները ընկած են մետաղալարի վրա, և դրանց հարթությունները ուղղահայաց են մետաղալարին (նկ. 3):

Բրինձ. 3. Ուղիղ հաղորդալարի դաշտ հոսանքով

Ուղղակի հոսանքի մագնիսական դաշտի գծերի ուղղությունը որոշելու երկու այլընտրանքային կանոն կա.

ժամացույցի կանոն. Դաշտային գծերը դիտելիս շարժվում են ժամացույցի սլաքի հակառակ ուղղությամբ, որպեսզի հոսանքը հոսի դեպի մեզ:.

պտուտակային կանոն(կամ գիմլետի կանոն, կամ խցանահանի կանոն- դա ավելի մոտ է ինչ-որ մեկին ;-)): Դաշտային գծերը գնում են այնտեղ, որտեղ պտուտակը (սովորական աջակողմյան թելով) պետք է շրջվի՝ թելի երկայնքով հոսանքի ուղղությամբ շարժվելու համար։.

Օգտագործեք այն կանոնը, որն առավել հարմար է ձեզ: Ավելի լավ է ընտելանալ ժամացույցի սլաքի կանոնին. դուք ինքներդ հետագայում կտեսնեք, որ այն ավելի ունիվերսալ է և ավելի հեշտ օգտագործելի (և այնուհետև երախտագիտությամբ հիշեք այն ձեր առաջին կուրսում, երբ ուսումնասիրում եք վերլուծական երկրաչափություն):

Նկ. 3, մի նոր բան էլ է հայտնվել՝ սա վեկտոր է, որը կոչվում է մագնիսական դաշտի ինդուկցիա, կամ մագնիսական ինդուկցիա. Մագնիսական ինդուկցիայի վեկտորը էլեկտրական դաշտի ուժգնության վեկտորի անալոգն է. այն ծառայում է հզորության հատկանիշմագնիսական դաշտ, որը որոշում է այն ուժը, որով մագնիսական դաշտը գործում է շարժվող լիցքերի վրա։

Մագնիսական դաշտի ուժերի մասին մենք կխոսենք ավելի ուշ, բայց առայժմ միայն կնշենք, որ մագնիսական դաշտի մեծությունն ու ուղղությունը որոշվում է մագնիսական ինդուկցիայի վեկտորով։ Տիեզերքի յուրաքանչյուր կետում վեկտորն ուղղված է նույն ուղղությամբ, ինչ այս կետում տեղադրված կողմնացույցի ասեղի հյուսիսային ծայրը, այն է՝ դաշտի գծին շոշափող այս գծի ուղղությամբ: Մագնիսական ինդուկցիան չափվում է տեսլախ(Tl):

Ինչպես էլեկտրական դաշտի դեպքում, մագնիսական դաշտի ինդուկցիայի համար, սուպերպոզիցիոն սկզբունքը. Դա կայանում է նրանում, որ Տարբեր հոսանքների միջոցով տվյալ կետում ստեղծված մագնիսական դաշտերի ինդուկցիան ավելացվում է վեկտորականորեն և տալիս է ստացված մագնիսական ինդուկցիայի վեկտորը..

Հոսանքով կծիկի մագնիսական դաշտը

Դիտարկենք շրջանաձև կծիկ, որի միջով շրջանառվում է ուղիղ հոսանքը: Նկարում հոսանքը ստեղծող աղբյուրը չենք ցույց տալիս:

Մեր հերթի դաշտի գծերի նկարը կունենա մոտավորապես հետևյալ ձևը (նկ. 4).

Բրինձ. 4. Կծիկի դաշտ հոսանքով

Մեզ համար կարևոր կլինի որոշել, թե որ կիսատության մեջ (կծիկի հարթության համեմատ) է ուղղված մագնիսական դաշտը։ Կրկին մենք ունենք երկու այլընտրանքային կանոն.

ժամացույցի կանոն. Դաշտային գծերը գնում են այնտեղ՝ նայելով, թե որտեղից հոսանքը կարծես պտտվում է ժամացույցի սլաքի հակառակ ուղղությամբ.

պտուտակային կանոն. Դաշտային գծերը գնում են այնտեղ, որտեղ պտուտակը (սովորական աջ ձեռքի թելերով) կշարժվի, եթե պտտվի հոսանքի ուղղությամբ.

Ինչպես տեսնում եք, հոսանքի և դաշտի դերերը հակադարձված են՝ ուղիղ հոսանքի դեպքում այս կանոնների ձևակերպումների համեմատ:

Հոսանքով կծիկի մագնիսական դաշտը

Կծիկկստացվի, եթե պինդ կծիկ լինի, մետաղալարը ոլորեք բավական երկար պարույրի մեջ (նկ. 5 - պատկեր en.wikipedia.org կայքից): Կծիկը կարող է ունենալ մի քանի տասնյակ, հարյուրավոր կամ նույնիսկ հազարավոր պտույտներ: Կծիկը նույնպես կոչվում է solenoid.

Բրինձ. 5. Կծիկ (սոլենոիդ)

Մեկ պտույտի մագնիսական դաշտը, ինչպես գիտենք, այնքան էլ պարզ չի թվում։ Դաշտե՞րը: Կծիկի առանձին պտույտները դրվում են միմյանց վրա, և թվում է, որ արդյունքը պետք է լինի շատ շփոթեցնող պատկեր: Սակայն դա այդպես չէ. երկար կծիկի դաշտն ունի անսպասելի պարզ կառուցվածք (նկ. 6):

Բրինձ. 6. կծիկի դաշտ հոսանքով

Այս նկարում կծիկի հոսանքն անցնում է ժամացույցի սլաքի հակառակ ուղղությամբ, երբ դիտվում է ձախից (դա տեղի կունենա, եթե նկ. 5-ում կծիկի աջ ծայրը միացված է ընթացիկ աղբյուրի «պլյուսին», իսկ ձախ ծայրը՝ «մինուս»): Մենք տեսնում ենք, որ կծիկի մագնիսական դաշտն ունի երկու բնորոշ հատկություն.

1. Կծիկի ներսում, նրա եզրերից հեռու, մագնիսական դաշտն է միատարրՅուրաքանչյուր կետում մագնիսական ինդուկցիայի վեկտորը մեծությամբ և ուղղությամբ նույնն է: Դաշտային գծերը զուգահեռ ուղիղ գծեր են. դուրս գալիս թեքվում են միայն կծիկի եզրերի մոտ։

2. Կծիկից դուրս դաշտը մոտ է զրոյի: Որքան շատ են պտույտները կծիկի մեջ, այնքան ավելի թույլ է դաշտը դրանից դուրս:

Նկատի ունեցեք, որ անսահման երկար կծիկն ընդհանրապես դաշտ չի արձակում՝ կծիկից դուրս մագնիսական դաշտ չկա: Նման կծիկի ներսում դաշտն ամենուր միատարր է։

Ձեզ ոչինչ չի՞ հիշեցնում։ Կծիկը կոնդենսատորի «մագնիսական» նմանակն է: Դուք հիշում եք, որ կոնդենսատորը ստեղծում է միատարր էլեկտրական դաշտ, որի գծերը թեքված են միայն թիթեղների եզրերի մոտ, իսկ կոնդենսատորից դուրս դաշտը մոտ է զրոյի; Անսահման թիթեղներով կոնդենսատորն ընդհանրապես չի ազատում դաշտը, և դաշտը դրա ներսում ամենուր միատարր է:

Իսկ հիմա՝ հիմնական դիտարկումը. Համեմատեք, խնդրեմ, մագնիսական դաշտի գծերի պատկերը կծիկից դուրս (նկ. 6) մագնիսական դաշտի գծերի հետ Նկ. մեկ . Նույն բանն է, չէ՞։ Իսկ հիմա գալիս ենք մի հարցի, որը հավանաբար վաղուց ունեիք՝ եթե մագնիսական դաշտը առաջանում է հոսանքներից և գործում է հոսանքների վրա, ապա ինչո՞վ է պայմանավորված մագնիսական դաշտի հայտնվելը մշտական ​​մագնիսի մոտ։ Ի վերջո, այս մագնիսը կարծես հոսանք ունեցող հաղորդիչ չէ:

Ամպերի վարկածը. Տարրական հոսանքներ

Սկզբում ենթադրվում էր, որ մագնիսների փոխազդեցությունը պայմանավորված է բևեռներում կենտրոնացած հատուկ մագնիսական լիցքերով։ Բայց, ի տարբերություն էլեկտրականության, ոչ ոք չէր կարող մեկուսացնել մագնիսական լիցքը. չէ՞ որ, ինչպես արդեն ասացինք, հնարավոր չէր առանձին-առանձին ստանալ մագնիսի հյուսիսային և հարավային բևեռները. բևեռները մագնիսի մեջ միշտ լինում են զույգերով:

Մագնիսական լիցքերի վերաբերյալ կասկածները սաստկացան Օերսթեդի փորձից, երբ պարզվեց, որ մագնիսական դաշտն առաջանում է էլեկտրական հոսանքի միջոցով։ Ավելին, պարզվեց, որ ցանկացած մագնիսի համար կարելի է ընտրել համապատասխան կոնֆիգուրացիայի հոսանք ունեցող հաղորդիչ, որպեսզի այս հաղորդիչի դաշտը համընկնի մագնիսի դաշտի հետ։

Ամպերը համարձակ վարկած առաջ քաշեց. Մագնիսական լիցքեր չկան։ Մագնիսի գործողությունը բացատրվում է նրա ներսում փակ էլեկտրական հոսանքներով։.

Որո՞նք են այս հոսանքները: Սրանք տարրական հոսանքներշրջանառել ատոմների և մոլեկուլների մեջ; դրանք կապված են ատոմային ուղեծրերում էլեկտրոնների շարժման հետ։ Ցանկացած մարմնի մագնիսական դաշտը կազմված է այս տարրական հոսանքների մագնիսական դաշտերից։

Տարրական հոսանքները կարող են պատահականորեն տեղակայվել միմյանց նկատմամբ: Հետո նրանց դաշտերը ջնջում են միմյանց, իսկ մարմինը մագնիսական հատկություն չի ցուցաբերում։

Բայց եթե տարրական հոսանքները համակարգված են, ապա դրանց դաշտերը, գումարվելով, ամրացնում են միմյանց։ Մարմինը դառնում է մագնիս (նկ. 7. մագնիսական դաշտը կուղղվի դեպի մեզ, մագնիսի հյուսիսային բևեռը նույնպես կուղղվի դեպի մեզ)։

Բրինձ. 7. Տարրական մագնիսական հոսանքներ

Ամպերի վարկածը տարրական հոսանքների մասին պարզեց մագնիսների հատկությունները։Մագնիսի տաքացումը և թափահարումը քայքայում են նրա տարրական հոսանքների դասավորությունը, և մագնիսական հատկությունները թուլանում են։ Մագնիսների բևեռների անբաժանելիությունը ակնհայտ դարձավ՝ մագնիսի կտրման վայրում ծայրերում ստանում ենք նույն տարրական հոսանքները։ Մարմնի մագնիսական դաշտում մագնիսանալու ունակությունը բացատրվում է տարրական հոսանքների համակարգված դասավորությամբ, որոնք ճիշտ «պտտվում են» (կարդացեք հաջորդ թերթիկում մագնիսական դաշտում շրջանաձև հոսանքի պտույտի մասին):

Ամպերի վարկածը ճիշտ է ստացվել, դա ցույց տվեց ֆիզիկայի հետագա զարգացումը։ Տարրական հոսանքների հայեցակարգը դարձել է ատոմի տեսության անբաժանելի մասը, որը մշակվել է արդեն քսաներորդ դարում՝ Ամպերի փայլուն ենթադրությունից գրեթե հարյուր տարի անց: