Zemes magnētiskais lauks, kas ir īpašs matērijas pastāvēšanas veids, ir veicinājis dzīvības rašanos un saglabāšanos. Šī lauka fragmenti, rūdas gabaliņi, ko piesaistīja dzelzs, noveda pie elektrība kalpo cilvēcei. Bez elektrības izdzīvošana nebūtu iedomājama.
Saturs
Kas ir magnētiskās indukcijas līnijas
Magnētisko lauku nosaka intensitāte katrā tā telpas punktā. Par magnētiskās indukcijas līnijām sauc līknes, kas savieno vienādu modulo spriegumu lauka punktus. Magnētiskā lauka intensitāte konkrētā punktā ir spēka raksturlielums, un tā novērtēšanai izmanto magnētiskā lauka vektoru B. Tā virziens konkrētajā magnētiskās indukcijas līnijas punktā ir tangenciāls.
Ja uz kādu punktu telpā iedarbojas vairāki magnētiskie lauki, stiprumu nosaka, saskaitot katra magnētiskā lauka magnētiskās indukcijas vektorus. Šajā gadījumā intensitāte konkrētā punktā tiek summēta modulo, un magnētiskās indukcijas vektoru definē kā visu magnētisko lauku vektoru summu.
Lai gan magnētiskās indukcijas līnijas ir neredzamas, tām piemīt noteiktas īpašības:
- Tiek pieņemts, ka magnētiskā lauka spēka līnijas iziet no pola (N) un atgriežas no (S).
- Magnētiskās indukcijas vektora virziens ir tangenciāls līnijai.
- Neraugoties uz sarežģīto formu, līknes nekrustojas un obligāti ir īssavienotas.
- Magnētiskais lauks magnēta iekšpusē ir viendabīgs, un līniju blīvums ir maksimāls.
- Caur vienu lauka punktu iet tikai viena magnētiskās indukcijas līnija.
Magnētiskās indukcijas līniju virziens pastāvīgā magnēta iekšpusē
Vēsturiski daudzviet uz Zemes jau sen ir novērota dažu akmeņu dabiskā īpašība piesaistīt dzelzi. Laika gaitā senajā Ķīnā no dzelzs rūdas (magnētiskā dzelzakmens) gabaliem noteiktā veidā izgrieztās bultas kļuva par kompasiem, kas rādīja virzienu uz Zemes ziemeļu un dienvidu poliem un ļāva orientēties uz zemes.
Šīs dabiskās parādības pētījumi liecina, ka dzelzs sakausējumiem ir spēcīgākas magnētiskās īpašības ilgāku laiku. Vājāki dabiskie magnēti ir rūdas, kas satur niķeli vai kobaltu. Pētot elektrību, zinātnieki iemācījās izgatavot mākslīgi magnetizētus priekšmetus no sakausējumiem, kas satur dzelzi, niķeli vai kobaltu. Lai to izdarītu, tos ievietoja magnētiskajā laukā, ko rada līdzstrāva, un, ja nepieciešams, demagnetizēja ar maiņstrāvu.
Dabā magnetizētiem vai mākslīgi ražotiem izstrādājumiem ir divi atšķirīgi poli - vietas, kur magnētisms ir visvairāk koncentrēts. Magnēti mijiedarbojas viens ar otru, izmantojot magnētisko lauku, tā, ka vienāda nosaukuma poliem ir atgrūšanās un dažādu nosaukumu poliem ir pievilkšanās. Tas veido rotējošos momentus to orientācijai spēcīgāku lauku telpā, piemēram, Zemes laukā.
Vāji magnetizētu elementu un spēcīga magnēta mijiedarbības vizuālu attēlojumu sniedz klasiskā pieredze ar tērauda skaidām, kas izkaisītas uz kartona, un plakanu magnētu zem tā. Īpaši, ja zāģu skaidas ir iegarenas, var skaidri redzēt, kā tās izkārtojas gar magnētiskā lauka spēka līnijām. Mainot magnēta novietojumu zem kartona, tiek novērota to attēla konfigurācijas maiņa. Kompasu izmantošana šajā eksperimentā vēl vairāk pastiprina magnētiskā lauka struktūras izpratni.
Viena no magnētiskā lauka līniju īpašībām, ko atklāja M. Faradejs uzskata, ka tie ir slēgti un nepārtraukti. Līnijas, kas iziet no pastāvīgā magnēta ziemeļu pola, ieiet dienvidu polā. Tomēr magnēta iekšpusē tie nav atvērti un no dienvidu poliem nonāk ziemeļu polā. Līniju skaits izstrādājuma iekšpusē ir maksimāli palielināts, magnētiskais lauks ir viendabīgs, un indukcija var kļūt vājāka, kad notiek demagnetizācija.
Magnētiskās indukcijas vektora virziena noteikšana, izmantojot urbja likumu
19. gadsimta sākumā zinātnieki atklāja, ka ap vadītāju, caur kuru plūst strāva, rodas magnētiskais lauks. Rezultātā radušās spēka līnijas uzvedas tāpat kā dabiskais magnēts. Turklāt elektromagnētiskās dinamikas pamatā ir mijiedarbība starp strāvu un magnētisko lauku, kas rodas vadītājā ar strāvu, un magnētisko lauku.
Izpratne par mijiedarbības lauku spēku orientāciju telpā ļauj aprēķināt aksiālos vektorus:
- Magnētiskā indukcija;
- Indukcijas strāvas lielumi un virzieni;
- leņķiskais ātrums.
Šī izpratne tika formulēta boraka noteikumos.
Apvienojot labās puses borawlik translācijas kustību ar strāvas virzienu vadītājā, mēs iegūstam magnētiskā lauka līniju virzienu, ko norāda kloķa rotācija.
Tā kā tas nav fizikas likums, elektrotehnikā griezēja likums tiek izmantots, lai noteiktu ne tikai magnētiskā lauka līniju virzienu atkarībā no strāvas vektora vadītājā, bet, gluži pretēji, lai noteiktu strāvas virzienu solenoīda vados magnētiskās indukcijas līniju rotācijas dēļ.
Šīs sakarības izpratne ļāva Amperam pamatot rotējošo lauku likumu, kas noveda pie dažādu principu elektromotoru izstrādes. Visi induktīvie aparāti, kuros izmanto induktīvās spoles, darbojas saskaņā ar boraxa likumu.
Labās rokas noteikums
Strāvas virziena noteikšanu strāvai, kas pārvietojas vadītāja magnētiskajā laukā (slēgtas vadītāju spoles vienā pusē), skaidri parāda labās rokas likums.
Tajā teikts, ka ar labo plaukstu, kas pavērsta pret N polu (elektrolīnijas ieiet plaukstā), un īkšķi, kas novirzīts par 90 grādiem, parādot vadītāja virzienu, tad noslēgtā cilpā (spole) magnētiskais lauks inducē elektrisko strāvu, kuras kustības vektoru norāda četri pirksti.
Šis noteikums parāda, kā sākotnēji radās līdzstrāvas ģeneratori. Kāds dabas spēks (ūdens, vējš) grieza slēgtu vadītāju cilpu magnētiskajā laukā, radot elektrību. Tad motori, saņēmuši elektrisko strāvu pastāvīgā magnētiskajā laukā, pārveidoja to mehāniskajā kustībā.
Labās puses likums ir spēkā arī induktora spoļu gadījumā. Magnētiskā serdeņa kustība to iekšpusē rada indukcijas strāvu.
Ja labās rokas četri pirksti ir izlīdzināti ar strāvas virzienu spoles spolēs, tad īkšķis, kas novirzīts 90 grādu leņķī, būs vērsts uz ziemeļu polu.
Boraka un labās rokas likums veiksmīgi demonstrē elektrisko un magnētisko lauku mijiedarbību. Tie padara izpratni par dažādu elektrotehnikas ierīču darbību pieejamu gandrīz ikvienam, ne tikai zinātniekiem.
Saistītie raksti:
