Jordens magnetfelt er en særlig form for materieeksistens og har bidraget til livets opståen og bevarelse. Fragmenter af dette felt, stykker af malm tiltrukket af jern, førte til elektricitet i menneskehedens tjeneste. Uden elektricitet ville det være utænkeligt at overleve.
Indhold
Hvad er magnetiske induktionslinjer
Det magnetiske felt er defineret ved intensiteten i hvert punkt af dets rum. Kurver, der forbinder feltpunkter med samme modulo spændinger, kaldes magnetiske induktionslinjer. Den magnetiske feltstyrke i et bestemt punkt er en kraftkarakteristik, og til at vurdere den anvendes magnetfeltvektoren B, hvis retning i et bestemt punkt på den magnetiske induktionslinje er tangentiel til den.
Hvis et punkt i rummet påvirkes af flere magnetfelter, bestemmes styrken ved at summere de magnetiske induktionsvektorer for hvert enkelt virkende magnetfelt. I dette tilfælde summeres intensiteten i et bestemt punkt modulo, og den magnetiske induktionsvektor defineres som summen af vektorerne af alle magnetfelter.
Selv om magnetiske induktionslinjer er usynlige, har de visse egenskaber:
- Det antages, at kraftlinjerne i det magnetiske felt udgår fra polen (N) og vender tilbage fra (S).
- Retningen af den magnetiske induktionsvektor er tangentiel til linjen.
- På trods af den komplekse form skærer kurverne ikke hinanden og er nødvendigvis kortsluttede.
- Magnetfeltet inde i magneten er homogent, og linjetætheden er maksimal.
- Der går kun én magnetisk induktionslinje gennem et punkt i feltet.
Retningen af de magnetiske induktionslinjer i en permanentmagnet
Historisk set har man længe observeret visse stenes naturlige egenskab til at tiltrække jern mange steder på Jorden. I det gamle Kina udviklede pile, der var udskåret på en bestemt måde af stykker jernmalm (magnetisk jernsten) sig med tiden til kompasser, der viste retningen til jordens nord- og sydpoler og gjorde det muligt at orientere sig på jorden.
Forskning i dette naturfænomen har vist, at jernlegeringer har en stærkere magnetisk egenskab i længere tid. Svagere naturlige magneter er malme, der indeholder nikkel eller kobolt. Mens de studerede elektricitet, lærte forskerne at fremstille kunstigt magnetiserede genstande af legeringer, der indeholder jern, nikkel eller kobolt. De blev derfor sat i et magnetfelt, der blev frembragt af en elektrisk jævnstrøm, og om nødvendigt afmagnetiseret af en vekselstrøm.
Produkter, der er magnetiseret i naturen eller kunstigt fremstillet, har to forskellige poler - de steder, hvor magnetismen er mest koncentreret. Magneterne interagerer med hinanden ved hjælp af et magnetfelt, således at polerne med samme navn frastøder hinanden og polerne med forskellige navne tiltrækker hinanden. Dette danner roterende momenter for deres orientering i rummet af stærkere felter, f.eks. jordens felt.
En visuel repræsentation af samspillet mellem svagt magnetiserede elementer og en stærk magnet er den klassiske oplevelse med stålspåner spredt ud på pap og en flad magnet nedenunder. Især hvis savsmuldet er aflangt, kan man tydeligt se, hvordan det er placeret langs kraftlinjerne i magnetfeltet. Ved at ændre magnetens position under pappet observeres en ændring i deres billedkonfiguration. Brugen af kompasser i dette eksperiment øger yderligere effekten af at forstå magnetfeltets struktur.
En af de egenskaber ved magnetiske feltlinjer, som blev opdaget af M. Faraday foreslår, at de er lukkede og kontinuerlige. Linjer, der kommer ud af nordpolen på en permanent magnet, går ind i sydpolen. Inde i magneten er de imidlertid ikke åbne og går fra sydpolen ind i nordpolen. Antallet af linjer i produktet er maksimeret, magnetfeltet er homogent, og induktionen kan blive svagere, når det afmagnetiseres.
Bestemmelse af retningen af den magnetiske induktionsvektor ved hjælp af reglen om boret
I begyndelsen af det 19. århundrede opdagede videnskabsfolk, at der skabes et magnetfelt omkring en leder, der er gennemstrømmet af en strøm. De resulterende kraftlinjer opfører sig efter de samme regler som en naturlig magnet. Desuden dannede vekselvirkningen mellem det elektriske felt i en leder med en strøm og det magnetiske felt grundlaget for elektromagnetisk dynamik.
Ved at forstå orienteringen i rummet af kræfterne i de vekselvirkende felter kan man beregne de aksiale vektorer:
- Magnetisk induktion;
- Induktionsstrømmens størrelser og retninger;
- Vinkelhastighed.
Denne forståelse blev formuleret i reglen om borax.
Ved at kombinere den højre borawliks translationsbevægelse med strømretningen i lederen får vi retningen af de magnetiske feltlinjer som angivet af drejningen af krumtappen.
Da det ikke er en fysiklov, bruges reglen om snedkeren i elektroteknik til at bestemme ikke kun retningen af magnetfeltlinjerne afhængigt af strømvektoren i lederen, men tværtimod til at bestemme strømretningen i solenoidledningerne på grund af rotationen af de magnetiske induktionslinjer.
Forståelsen af dette forhold gjorde det muligt for Ampere at begrunde loven om roterende felter, hvilket førte til udviklingen af elektriske motorer af forskellige principper. Alle induktive apparater, der anvender induktive spoler, følger reglen om borax.
Højrehåndsregel
Bestemmelse af retningen af en strøm, der bevæger sig i en leders magnetfelt (den ene side af en lukket spole af ledere), er klart demonstreret ved hjælp af højrehåndsreglen.
Den siger, at med højre håndflade vendt mod N-polen (strømledninger går ind i håndfladen) og tommelfingeren bøjet 90 grader, hvilket viser lederens retning, inducerer magnetfeltet i et lukket kredsløb (spole) en elektrisk strøm, hvis bevægelsesvektor er angivet af de fire fingre.
Denne regel viser, hvordan jævnstrømsgeneratorer oprindeligt opstod. En eller anden naturkraft (vand, vind) drejede en lukket kreds af ledere i et magnetfelt og skabte elektricitet. Derefter omdannede motorer, der modtog elektrisk strøm i et konstant magnetfelt, den til mekanisk bevægelse.
Højrehåndsreglen gælder også for induktionsspoler. Bevægelsen af en magnetisk kerne i dem frembringer induktionsstrømme.
Hvis de fire fingre på højre hånd er rettet mod strømretningen i spolerne i en spole, vil tommelfingeren, der er bøjet 90 grader, pege mod nordpolen.
Reglerne for borax og højrehåndsreglen demonstrerer med succes interaktionen mellem elektriske og magnetiske felter. De gør det muligt for næsten alle, ikke kun for videnskabsmænd, at forstå, hvordan de forskellige elektriske apparater fungerer.
Relaterede artikler:
