Jordens magnetfält är en speciell form av materiaexistens och har bidragit till livets uppkomst och bevarande. Fragment av detta fält, bitar av malm som attraheras av järn, ledde till el i mänsklighetens tjänst. Utan elektricitet är det otänkbart att överleva.
Innehåll
Vad är magnetiska induktionslinjer?
Magnetfältet definieras av intensiteten i varje punkt av dess yta. Kurvor som förbinder fältpunkter med lika modulospänningar kallas magnetiska induktionslinjer. Magnetfältsstyrkan i en specifik punkt är en kraftkaraktäristik, och för att uppskatta den används magnetfältsvektorn B. Dess riktning i en specifik punkt på den magnetiska induktionslinjen är tangentiell till den.
Om en punkt i rymden påverkas av flera magnetfält bestäms styrkan genom att summera de magnetiska induktionsvektorerna för varje verkande magnetfält. I detta fall summeras intensiteten i en viss punkt modulo, och den magnetiska induktionsvektorn definieras som summan av vektorerna för alla magnetfält.
Även om magnetiska induktionslinjer är osynliga har de vissa egenskaper:
- Det antas att kraftlinjerna i magnetfältet utgår från polen (N) och återvänder från (S).
- Den magnetiska induktionsvektorns riktning är tangentiell till linjen.
- Trots den komplexa formen skär inte kurvorna varandra och är nödvändigtvis kortslutade.
- Magnetfältet inuti magneten är homogent och linjetätheten är maximal.
- Endast en magnetisk induktionslinje passerar genom en punkt i fältet.
Riktning av de magnetiska induktionslinjerna i en permanentmagnet
Historiskt sett har man länge observerat vissa stenars naturliga egenskap att attrahera järn på många platser på jorden. I det gamla Kina förvandlades pilar som var utskurna på ett visst sätt av järnmalm (magnetisk järnsten) med tiden till kompasser som visade riktningen till jordens nord- och sydpoler och som gjorde det möjligt att orientera sig på marken.
Forskning om detta naturfenomen har visat att järnlegeringar har en starkare magnetisk egenskap under en längre tid. Svagare naturliga magneter är malmer som innehåller nickel eller kobolt. När forskarna studerade elektricitet lärde de sig att tillverka artificiellt magnetiserade föremål av legeringar som innehåller järn, nickel eller kobolt. För att göra detta placerades de i ett magnetfält som producerades av en elektrisk likström och vid behov avmagnetiserades de med hjälp av en växelström.
Produkter som är magnetiserade i naturen eller som tillverkats på konstgjord väg har två olika poler - de platser där magnetismen är mest koncentrerad. Magneterna interagerar med varandra med hjälp av ett magnetfält, så att poler med samma namn stöter bort varandra och poler med olika namn drar till sig varandra. Detta bildar roterande moment för deras orientering i rummet av starkare fält, t.ex. jordens fält.
En visuell representation av interaktionen mellan svagt magnetiserade element och en stark magnet ges av den klassiska erfarenheten med stålspåner utspridda på kartong och en platt magnet under dem. Särskilt om sågspånet är avlångt kan man tydligt se hur det ligger i linje med magnetfältets kraftlinjer. Genom att ändra magnetens position under kartongen observeras en förändring i bildkonfigurationen. Användningen av kompasser i det här experimentet ökar ytterligare effekten av att förstå magnetfältets struktur.
En av egenskaperna hos magnetfältlinjerna som upptäcktes av M. Faraday menar att de är slutna och kontinuerliga. Linjer som kommer från nordpolen på en permanentmagnet går in i sydpolen. Men inuti magneten är de inte öppna och går in från sydpolen till nordpolen. Antalet linjer inuti produkten är maximalt, magnetfältet är homogent och induktionen kan bli svagare när den avmagnetiseras.
Bestämning av riktningen för den magnetiska induktionsvektorn med hjälp av borrregeln
I början av 1800-talet upptäckte forskare att ett magnetfält skapas runt en ledare som genomkorsas av en ström. De resulterande kraftlinjerna beter sig på samma sätt som en naturlig magnet. Interaktionen mellan det elektriska fältet i en strömförande ledare och det magnetiska fältet ligger dessutom till grund för den elektromagnetiska dynamiken.
Genom att förstå riktningen i rummet för krafterna i de samverkande fälten kan axialvektorerna beräknas:
- Magnetisk induktion;
- Induktionsströmmens storlek och riktning;
- Vinkelhastighet.
Denna förståelse formulerades i regeln om borax.
Genom att kombinera den högra borawliks translationsrörelse med strömriktningen i ledaren får vi fram magnetfältlinjernas riktning enligt vevans rotation.
Eftersom det inte är en fysikalisk lag används snittaren i elektroteknik för att bestämma inte bara riktningen på magnetfältlinjerna beroende på strömvektorn i ledaren, utan tvärtom för att bestämma strömriktningen i solenoidtrådarna på grund av rotationen av de magnetiska induktionslinjerna.
Genom att förstå detta förhållande kunde Ampere motivera lagen om roterande fält, vilket ledde till utvecklingen av elmotorer av olika principer. Alla induktiva apparater som använder induktiva spolarier följer regeln om borax.
Högerhandregeln
Att bestämma riktningen för en ström som rör sig i magnetfältet hos en ledare (en sida av en sluten spole av ledare) visas tydligt med hjälp av högerregeln.
Den säger att med höger handflata vänd mot N-polen (kraftledningar går in i handflatan) och tummen avböjd 90 grader för att visa ledarens riktning, så inducerar magnetfältet i en sluten slinga (spole) en elektrisk ström, vars rörelsevektor indikeras av de fyra fingrarna.
Denna regel visar hur likströmsgeneratorer ursprungligen uppstod. Någon naturkraft (vatten, vind) roterade en sluten slinga av ledare i ett magnetfält och genererade elektricitet. Sedan omvandlade motorer, som tog emot elektrisk ström i ett konstant magnetfält, den till mekanisk rörelse.
Den högra regeln gäller även för induktorslingor. Rörelsen av en magnetisk kärna inuti dem ger upphov till induktionsströmmar.
Om de fyra fingrarna på höger hand är i linje med strömriktningen i spolarna i en spole, pekar tummen som är avböjd 90 grader mot nordpolen.
Boraxreglerna och högerregeln visar framgångsrikt på interaktionen mellan elektriska och magnetiska fält. De gör det möjligt för nästan alla, inte bara för forskare, att förstå hur olika apparater inom elektroteknik fungerar.
Relaterade artiklar:
