Az anyag létezésének különleges formája, a Föld mágneses mezeje hozzájárult az élet születéséhez és megőrzéséhez. Ennek a mezőnek a töredékei, a vas által vonzott ércdarabok vezettek a villamosenergia az emberiség szolgálatában. Elektromosság nélkül a túlélés elképzelhetetlen lenne.
Tartalom
Mik a mágneses indukciós vonalak
A mágneses mezőt a tér minden egyes pontján mért intenzitás határozza meg. Az egyenlő modulo feszültségű mezőpontokat összekötő görbéket mágneses indukciós vonalaknak nevezzük. A mágneses térerősség egy adott ponton egy erőjellemző, amelynek becslésére a B mágneses térvektort használjuk. Ennek iránya a mágneses indukciós vonal egy adott pontjánál hozzá érintőleges.
Ha egy térbeli pontra több mágneses mező hat, az erősséget az egyes mágneses mezők mágneses indukciós vektorainak összegzésével határozzuk meg. Ebben az esetben egy adott pontban az intenzitást modulo összegezzük, és a mágneses indukció vektorát az összes mágneses mező vektorának összegeként határozzuk meg.
Bár a mágneses indukciós vonalak láthatatlanok, bizonyos tulajdonságokkal rendelkeznek:
- Feltételezzük, hogy a mágneses mező erővonalai a póluson (N) lépnek ki és onnan (S) térnek vissza.
- A mágneses indukciós vektor iránya a vonalhoz képest érintőleges.
- Az összetett forma ellenére a görbék nem metszik egymást, és szükségszerűen rövidre záródnak.
- A mágneses mező a mágnes belsejében homogén, és a vonalsűrűség maximális.
- A mágneses indukciós vonal csak egy mágneses mező egy pontján halad át.
A mágneses indukciós vonalak iránya egy állandó mágnes belsejében
Történelmileg a Föld számos pontján régóta megfigyelték bizonyos kövek természetes tulajdonságát, hogy vonzzák a vasat. Az ókori Kínában a vasércdarabokból (mágneses vaskő) bizonyos módon kifaragott nyilak idővel iránytűvé váltak, megmutatták a Föld északi és déli pólusa felé vezető irányt, és lehetővé tették a tájékozódást a földön.
E természetes jelenséggel kapcsolatos kutatások kimutatták, hogy a vasötvözetek hosszabb ideig erősebb mágneses tulajdonsággal rendelkeznek. Gyengébb természetes mágnesek a nikkelt vagy kobaltot tartalmazó ércek. Az elektromosság tanulmányozása során a tudósok megtanulták, hogyan lehet vasat, nikkelt vagy kobaltot tartalmazó ötvözetekből mesterségesen mágnesezett tárgyakat készíteni. Ehhez egyenáramú mágneses mezőbe helyezték őket, majd szükség esetén váltóárammal demagnetizálták őket.
A természetben mágnesezett vagy mesterségesen előállított termékek két különböző pólussal rendelkeznek - azokkal a helyekkel, ahol a mágnesesség a leginkább koncentrálódik. A mágnesek mágneses tér segítségével lépnek kölcsönhatásba egymással, így az azonos nevű pólusok taszítják, a különböző nevű pólusok pedig vonzzák egymást. Ez az erősebb mezők, pl. a Föld mezejében való tájékozódásukhoz forgó momentumokat képez.
A gyengén mágnesezett elemek és az erős mágnes kölcsönhatásának vizuális ábrázolását a kartonra szórt acélreszelékkel és az alatta lévő lapos mágnessel kapcsolatos klasszikus tapasztalat adja. Különösen, ha a fűrészpor hosszúkás, akkor jól látható, hogy a mágneses mező erővonalai mentén hogyan sorakozik fel. A mágnes helyzetének megváltoztatásával a karton alatt a képük konfigurációjának változása figyelhető meg. Az iránytűk használata ebben a kísérletben tovább fokozza a mágneses mező szerkezetének megértését.
A mágneses mezővonalak egyik tulajdonságát M. Faraday szerint ezek zártak és folytonosak. Az állandó mágnes északi pólusából kilépő vonalak belépnek a déli pólusba. A mágnes belsejében azonban nem nyitottak, és a déli pólusból lépnek be az északi pólusba. A termék belsejében a vonalak száma maximalizálódik, a mágneses tér homogén, és az indukció gyengülhet, amikor demagnetizálódik.
A mágneses indukciós vektor irányának meghatározása a fúrószabály segítségével
A 19. század elején a tudósok felfedezték, hogy mágneses mező keletkezik egy olyan vezető körül, amelyen áram folyik keresztül. A keletkező erővonalak ugyanolyan szabályok szerint viselkednek, mint egy természetes mágnes. Ezen túlmenően az elektromágneses dinamika alapját a vezető elektromos mezeje és a mágneses mező közötti kölcsönhatás adta.
A kölcsönhatásban lévő mezőkben lévő erők térbeli orientációjának megértése lehetővé teszi a tengelyvektorok kiszámítását:
- Mágneses indukció;
- Az indukciós áram nagysága és iránya;
- Szögsebesség.
Ez a felfogás a bóra szabályában fogalmazódott meg.
A jobb oldali borawlik transzlációs mozgását a vezetőben folyó áram irányával kombinálva megkapjuk a mágneses mezővonalak irányát, amelyet a forgattyú forgása jelez.
Mivel nem a fizika törvénye, a villamosmérnöki gyakorlatban a faragó szabályt nemcsak a mágneses mezővonalak irányának meghatározására használják a vezetőben folyó áram vektorától függően, hanem éppen ellenkezőleg, a mágneses indukciós vonalak forgása miatt a szolenoidhuzalokban folyó áram irányának meghatározására.
Ennek az összefüggésnek a megértése lehetővé tette Ampere számára, hogy igazolja a forgó mezők törvényét, ami a különböző elvű elektromos motorok kifejlesztéséhez vezetett. Minden induktív tekercset alkalmazó induktív készülék a bórax szabályát követi.
A jobb kéz szabálya
Egy vezető (egy zárt vezetőtekercs egyik oldala) mágneses terében mozgó áram irányának meghatározása a jobbkéz-szabállyal jól szemléltethető.
Azt mondja, hogy a jobb tenyérrel az N pólus felé fordulva (a villanyvezetékek a tenyérbe lépnek) és a hüvelykujj 90 fokkal elhajlítva mutatja a vezető irányát, akkor egy zárt hurokban (tekercsben) a mágneses tér elektromos áramot indukál, amelynek mozgásvektorát a négy ujj jelzi.
Ez a szabály azt mutatja, hogyan jöttek létre eredetileg az egyenáramú generátorok. Valamilyen természeti erő (víz, szél) mágneses mezőben forgatta a vezetők zárt hurkát, áramot termelve. Ezután a motorok, miután állandó mágneses térben elektromos áramot kaptak, azt mechanikus mozgásra alakították át.
A jobb oldali szabály az induktor tekercsek esetében is igaz. A bennük lévő mágneses mag mozgása indukciós áramot hoz létre.
Ha a jobb kéz négy ujja a tekercs tekercseiben folyó áram irányával van egy vonalban, akkor a 90 fokban elhajlított hüvelykujj az északi pólus felé mutat.
A bóra és a jobbkéz szabálya sikeresen szemlélteti az elektromos és mágneses mezők kölcsönhatását. A különböző elektrotechnikai eszközök működésének megértését szinte mindenki számára elérhetővé teszik, nem csak a tudósok számára.
Kapcsolódó cikkek:
