Aine olemasolu erivorm, Maa magnetväli aitas kaasa elu tekkele ja säilimisele. Selle põllu killud, maagitükid, mis meelitasid rauda, tõid elektrit inimkonna teenistuses. Ilma elektrita oleks ellujäämine mõeldamatu.
Sisu
Mis on magnetinduktsiooni jooned
Magnetvälja määrab tugevus selle ruumi igas punktis. Kõvereid, mis ühendavad punkte võrdse moodulintensiivsusega väljas, nimetatakse magnetinduktsiooni joonteks. Magnetvälja tugevus konkreetses punktis on jõu karakteristik ja selle hindamiseks kasutatakse magnetvälja vektorit B. Selle suund magnetilise induktsioonijoone konkreetses punktis on selle suhtes tangentsiaalne.
Kui ruumipunkti mõjutab mitu magnetvälja, määratakse tugevus iga toimiva magnetvälja magnetilise induktsiooni vektorite summeerimise teel. Sel juhul summeeritakse tugevus konkreetses punktis mooduliga ja magnetilise induktsiooni vektor määratletakse kõigi magnetväljade vektorite summana.
Vaatamata asjaolule, et magnetilised induktsiooniliinid on nähtamatud, on neil teatud omadused:
- On aktsepteeritud, et jõu magnetvälja jõujooned väljuvad poolusel (N) ja naasevad (S).
- Magnetilise induktsiooni vektori suund on joonega puutuja.
- Vaatamata keerulisele kujule ei ristu kõverad ja on tingimata lühises.
- Magneti sees olev magnetväli on homogeenne ja joontihedus on maksimaalne.
- Välja punkti läbib ainult üks magnetinduktsiooni joon.
Magnetiliste induktsiooniliinide suund püsimagnetis
Ajalooliselt on teatud kivide looduslikku omadust rauast esemete ligimeelitamiseks paljudes paikades Maal juba ammu märgatud. Aja jooksul on Vana-Hiinas rauamaagi (magnetilise rauamaagi) tükkidest teatud viisil raiutud nooled muutunud kompassideks, mis näitavad suunda Maa põhja- ja lõunapoolusele ning võimaldavad piirkonnas navigeerida.
Selle loodusnähtuse uuringud on kindlaks teinud, et rauasulamid säilitavad oma tugevama magnetilise omaduse kauem. Nõrgemad looduslikud magnetid on niklit või koobaltit sisaldavad maagid. Elektrienergia uurimise käigus õppisid teadlased, kuidas saada kunstlikult magnetiseeritud esemeid rauda, niklit või koobaltit sisaldavatest sulamitest. Selleks tutvustati neile alalisvooluga tekitatud magnetvälja ja vajadusel demagnetiseeriti vahelduvvooluga.
Looduses magnetiseeritud või kunstlikult toodetud toodetel on kaks erinevat poolust – need kohad, kus magnetism on kõige rohkem kontsentreeritud. Magnetid interakteeruvad omavahel magnetvälja abil nii, et samanimelised poolused tõrjuvad ja erineva nimega poolused tõmbavad ligi. See moodustab pöörlemismomendid nende orienteerumiseks tugevamate väljade, näiteks Maa välja ruumis.
Nõrgalt magnetiseeritud elementide ja tugeva magneti koostoime visuaalne esitus annab klassikalise elamuse kartongile hajutatud terasviilide ja selle all oleva lameda magnetiga. Eriti siis, kui saepuru on piklik, on selgelt näha, kuidas need magnetvälja jõujoontel joonduvad. Magneti asukoha muutmine papi all muudab nende kujutise konfiguratsiooni. Kompasside kasutamine selles katses suurendab veelgi magnetvälja struktuuri mõistmise mõju.
Üks magnetvälja joonte omadusi, mille M. Faraday avastas, viitab sellele, et need on suletud ja pidevad. Püsimagneti põhjapoolusest väljuvad jooned sisenevad lõunapoolusesse. Kuid magneti sees ei ole need lahti ühendatud ja sisenevad lõunapoolusest põhjapoolusesse. Tüki sees olevate joonte arv on maksimaalne, magnetväli on homogeenne ja demagnetiseerimisel võib induktsioon nõrgeneda.
Magnetinduktsiooni vektori suuna määramine puuri reegli abil
19. sajandi alguses avastasid teadlased, et juhi ümber tekib magnetväli, mille kaudu voolab vool. Saadud jõujooned käituvad samade reeglite järgi nagu loodusliku magneti puhul. Veelgi olulisem on see, et elektromagnetilise dünaamika aluseks oli juhi elektrivälja koosmõju vooluga ja magnetväli.
Interakteeruvates väljades olevate jõudude ruumiorientatsiooni mõistmine võimaldab meil arvutada aksiaalvektorid:
- Magnetiline induktsioon;
- Induktsioonivoolu suurused ja suunad;
- Nurkkiirus.
See arusaam oli sõnastatud boravniku reeglis.
Kombineerides paremakäelise boravniku translatsioonilise liikumise juhis oleva voolu suunaga, saame magnetvälja jõujoonte suuna, mida näitab vända pöörlemine.
Kuna Buravniku reeglit ei ole füüsikaseadus, kasutatakse elektrotehnikas mitte ainult magnetvälja joonte suuna määramiseks sõltuvalt juhis olevast vooluvektorist, vaid vastupidi, voolu suuna määramiseks solenoidjuhtmed seoses magnetiliste induktsiooniliinide pöörlemisega.
Selle seose mõistmine võimaldas Amperel põhjendada pöörlevate väljade seadust, mis viis erinevate põhimõtetega elektrimootorite loomiseni. Kõik tõmbeseadmed, mis kasutavad induktiivpooli, järgivad booraksi reeglit.
Parema käe reegel
Juhi magnetväljas liikuva voolu suuna määramine (üks juhtide suletud pooli pool) demonstreerib selgelt parema käe reeglit.
See ütleb, et parem peopesa on pööratud pooluse N poole (elektriliinid sisenevad peopesale) ja 90 kraadi võrra kõrvalekalduv pöial näitab juhi suunda, siis suletud ahelas (mähises) indutseerib magnetväli elektrivoolu, mille liikumisvektorit tähistab neli sõrme.
See reegel näitab, kuidas alalisvoolugeneraatorid algselt ilmusid. Mingi loodusjõud (vesi, tuul) pööras elektrit genereerivas magnetväljas juhtide suletud ahelat. Seejärel muutsid mootorid, olles saanud pidevas magnetväljas elektrivoolu, selle mehaaniliseks liikumiseks.
Parema käe reegel kehtib ka induktiivpoolide puhul. Magnetsüdamiku liikumine nende sees viib induktsioonivooludeni.
Kui parema käe neli sõrme on joondatud pooli mähistes oleva voolu suunaga, siis 90 kraadi kõrvalekaldunud pöial osutab põhjapoolusele.
Boravniku ja parema käe reeglid demonstreerivad edukalt elektri- ja magnetvälja vastasmõju. Need muudavad elektrotehnika erinevate seadmete toimimise mõistmise kättesaadavaks peaaegu kõigile, mitte ainult teadlastele.
Mis on EMF-i induktsioon ja millal see toimub?
