Posebna oblika obstoja materije, zemeljsko magnetno polje je prispevalo k nastanku in ohranitvi življenja. Črepinje tega polja, kosi rude, ki so privlačili železo, so prinašali elektrika v službi človeštva. Brez elektrike bi bilo preživetje nepredstavljivo.
Vsebina
Kaj so magnetne indukcijske črte
Magnetno polje je definirano z jakostjo na vsaki točki v njegovem prostoru. Krivulje, ki povezujejo točke v polju enakih modulnih intenzitet, imenujemo črte magnetne indukcije. Jakost magnetnega polja na določeni točki je karakteristika sile, za njeno oceno pa se uporablja vektor magnetnega polja B. Njegova smer na določeni točki na magnetni indukcijski črti je tangencialna nanjo.
V primeru, da na točko v prostoru deluje več magnetnih polj, se jakost določi s seštevanjem vektorjev magnetne indukcije vsakega delujočega magnetnega polja. V tem primeru se moč na določeni točki sešteje modulo, vektor magnetne indukcije pa je definiran kot vsota vektorjev vseh magnetnih polj.
Kljub temu, da so črte magnetne indukcije nevidne, imajo določene lastnosti:
- Velja, da silnice magnetnega polja izstopajo na polu (N) in se vračajo iz (S).
- Smer vektorja magnetne indukcije je tangencialna na premico.
- Kljub zapleteni obliki se krivulji ne sekata in so nujno kratkostični.
- Magnetno polje znotraj magneta je homogeno in gostota črte je največja.
- Samo ena linija magnetne indukcije poteka skozi točko v polju.
Smer magnetnih indukcijskih črt v trajnem magnetu
Zgodovinsko gledano so marsikje na Zemlji že dolgo opazili naravno kakovost nekaterih kamnov, da pritegnejo železne predmete. Sčasoma so se v starodavni Kitajski puščice, izrezljane na določen način iz kosov železove rude (magnetna železova ruda), spremenile v kompase, ki kažejo smer proti severnemu in južnemu polu Zemlje in omogočajo navigacijo po območju.
Študije tega naravnega pojava so pokazale, da železove zlitine dlje časa ohranijo svojo močnejšo magnetno lastnost. Šibkejši naravni magneti so rude, ki vsebujejo nikelj ali kobalt. V procesu preučevanja elektrike so se znanstveniki naučili pridobivati umetno namagnetene predmete iz zlitin, ki vsebujejo železo, nikelj ali kobalt. Da bi to naredili, so jih seznanili z magnetnim poljem, ki ga je ustvaril enosmerni električni tok in po potrebi razmagnetili z izmeničnim tokom.
Izdelki, magnetizirani v naravi ali umetno proizvedeni, imajo dva različna pola – mesta, kjer je magnetizem najbolj koncentriran. Magneti medsebojno delujejo s pomočjo magnetnega polja tako, da se istoimenski poli odbijajo, raznoimenski pa privlačijo. To tvori rotacijske momente za njihovo orientacijo v prostoru močnejših polj, kot je Zemljino polje.
Vizualni prikaz interakcije šibko magnetiziranih elementov in močnega magneta daje klasično izkušnjo z jeklenimi opilki, raztresenimi po kartonu in ploščatim magnetom pod njim. Še posebej, če je žagovina podolgovata, lahko jasno vidite, kako se poravnajo vzdolž silnic magnetnega polja. Spreminjanje položaja magneta pod kartonom spremeni konfiguracijo njihove slike. Uporaba kompasa v tem poskusu še poveča učinek razumevanja strukture magnetnega polja.
Ena od lastnosti magnetnih silnic, ki jo je odkril še M. Faraday, nakazuje, da so zaprte in neprekinjene. Črte, ki izhajajo iz severnega pola trajnega magneta, vstopijo v južni pol. Vendar znotraj magneta niso ločeni in vstopajo iz južnega pola v severni pol. Število črt znotraj kosa je največje, magnetno polje je homogeno in indukcija lahko postane šibkejša, ko se razmagneti.
Določanje smeri vektorja magnetne indukcije z uporabo pravila svedra
V začetku 19. stoletja so znanstveniki odkrili, da se okrog prevodnika ustvari magnetno polje, skozi katerega teče tok. Nastale silnice se obnašajo po enakih pravilih kot pri naravnem magnetu. Še pomembneje je, da je interakcija med električnim poljem prevodnika s tokom in magnetnim poljem služila kot osnova za elektromagnetno dinamiko.
Razumevanje orientacije sil v medsebojno delujočih poljih v prostoru nam omogoča izračun aksialnih vektorjev:
- Magnetna indukcija;
- Velikosti in smeri indukcijskega toka;
- Kotna hitrost.
To razumevanje je bilo oblikovano v pravilu boravnika.
S kombinacijo translacijskega gibanja desnosučnega boravnika s smerjo toka v vodniku dobimo smer magnetnih silnic, ki jo kaže vrtenje gonilke.
Ker ni fizikalni zakon, se Buravnikovo pravilo v elektrotehniki uporablja za določanje ne le smeri silnic magnetnega polja glede na vektor toka v prevodniku, ampak nasprotno, za določanje smeri toka v vodniku. solenoidne žice v povezavi z vrtenjem magnetnih indukcijskih linij.
Razumevanje tega razmerja je Ampereju omogočilo utemeljitev zakona vrtilnih polj, kar je privedlo do ustvarjanja elektromotorjev različnih principov. Vsa vlečna oprema, ki uporablja induktivne tuljave, sledi pravilu boraksa.
Pravilo desne roke
Določanje smeri toka, ki se giblje v magnetnem polju prevodnika (ena stran sklenjene tuljave prevodnikov), jasno prikazuje pravilo desne roke.
Pravi, da je desna dlan obrnjena proti polu N (električni vodi vstopajo v dlan), palec, odklonjen za 90 stopinj, kaže smer vodnika, nato pa v zaprti zanki (tuljavi) magnetno polje inducira električni tok, vektor gibanja, ki ga označujejo štirje prsti.
To pravilo prikazuje, kako so se prvotno pojavili generatorji enosmernega toka. Neka naravna sila (voda, veter) je vrtela zaprto zanko prevodnikov v magnetnem polju, ki je proizvajalo elektriko. Nato so motorji, ki so prejeli električni tok v stalnem magnetnem polju, to pretvorili v mehansko gibanje.
Pravilo desne roke velja tudi za induktivne tuljave. Gibanje magnetnega jedra v njih vodi do indukcijskih tokov.
Če so štirje prsti desne roke poravnani s smerjo toka v tuljavah tuljave, bo palec, odklonjen za 90 stopinj, kazal na severni pol.
Pravili boravnika in desne roke uspešno prikazujeta medsebojno delovanje električnega in magnetnega polja. Omogočajo, da je razumevanje delovanja različnih naprav v elektrotehniki dostopno skoraj vsem, ne le znanstvenikom.
Povezani članki:
