Síla magnetického pole, jeho základní vlastnosti. Příklady úkolů

Pravděpodobně jsme všichni čelili v dětství nádherným vlastnostem obyčejných magnetů. Malý kus kovu přitáhl k sobě několik kusů železa a odpudil jiné. Úžasné vlastnosti magnetu se tím neomezují. Například magnet zavěšený z řetězce je vždy umístěn v prostoru určitým způsobem - tato vlastnost tvořila základ vynálezu kompasu. Koncové body magnetu jsou nejsilnější. Jsou nazývány "póly". Specifické vlastnosti magnetu jsou způsobeny jeho magnetickými poli, které nejsou látkou, ale chovají se velmi hmatatelně. Jednou z nejdůležitějších vlastností je síla magnetického pole.

Vlastnosti magnetického pole

Každé magnetické pole má energii, která se projevuje při interakci s jinými těly. Pod vlivem magnetických sil mění pohyblivé částice směr směru proudění. Magnetické pole se objevuje pouze kolem těch elektrické náboje kteří jsou v pohybu. Jakákoli změna v elektrickém poli vyžaduje vzhled magnetických polí. Obrácená je také skutečnost: změna magnetického pole je předpokladem pro vzhled elektrického pole. Taková úzká interakce vedla k vytvoření teorie elektromagnetických sil, pomocí které se dnes dnes dají vysvětlit různé fyzikální jevy.

Obrázek magnetického pole

Magnetické pole může být nakresleno na list papíru pomocí sil sil. Jsou nakresleny tak, že skutečný směr sil polí v každém bodě se shoduje s vyvozenými. Směr silových polí lze určit pomocí kompasové jehly, jejíž severní pól je vždy směrován tangenciálně k silové linii. Severní pól je obvykle označován místem, odkud pocházejí linie magnetického pole, a jižním pólem v místě jejich vstupu. Mělo by se pamatovat na to, že toto oddělení je velmi podmíněné a je vzato v úvahu pouze kvůli jeho jasnosti.

Co je to magnetická intenzita

Železné piliny obklopující magnetické pole dokazují, že magnetické pole má dva důležité indikátory - velikost a směr. V každém bodě vesmíru se magnetické pole šíří rychlostí rovnou rychlosti světla ve vakuu - 300 000 kilometrů za sekundu. K určení vlastností magnetického pole vědci představili hodnotu "intenzity". Jedná se o vektorové množství udávající směr magnetického pole a počet jeho sil. Podle jeho vlastností je magnetické pole podobné mechanice "síly". Tento indikátor nezávisí na parametrech prostředí, ve kterém jsou experimenty prováděny, ale pouze na síle magnetického toku a vzdálenosti od zdroje, který vytváří pole. V různých případech může být zdrojem jediný magnet, magnetická cívka, elektrický vodič. V každém z těchto případů vzniká magnetické pole s určitými vlastnostmi.

Síla elektromagnetického pole v experimentech

Zvažte jediný drát, který se pohybuje elektrického proudu. Když se tento vodič pohybuje kolem něj, vznikne magnetické pole. Jeho vlastnosti mohou být vyjádřeny v intenzitě, která je určena měrou působení magnetického pole na zkoumané tělo.

Můžete prozkoumat magnetické pole uvnitř cívky. V tomto případě bude intenzita přímo záviset na počtu závitů cívky a vzdálenosti mezi ní a zkoušeným tělesem. Kombinace těchto dvou závěrů můžeme shrnout: magnetické pole v jakémkoli bodě prostoru je nepřímo úměrné délce magnetické linky a přímo úměrné výsledku počtu otáček cívky a proudu.

Magnetická indukce

Stanovení intenzity magnetického pole by bylo neúplné bez pojmu "magnetická indukce". Tato hodnota vysvětluje, jakou práci může dané magnetické pole dělat. Čím silnější je magnetické pole, tím více práce může produkovat, tím větší je hodnota jeho magnetické indukce.

Ve fyzice je magnetická indukce označována jako. Může být vizuálně znázorněn ve formě hustoty magnetických polních linií na jednotku plochy povrchu, která je kolmá na měřené magnetické pole. Momentálně magnetická indukce měřeno v teslálu.

Magnetický tok

Další hodnota, kapacitní charakteristika magnetického pole. Magnetický tok určuje, kolik linií síly proniká určitou jednotkou plochy. V jednotném magnetickém poli se hodnota magnetického toku vypočítá podle vzorce:

F = Ḇ / S, kde:

Ф - magnetický tok;

Ḇ - hodnota magnetické indukce;

S je oblast, přes kterou procházejí magnetické pole.

V systému jednotek SI je magnetický tok měřen ve Weberu.

Napínací vzorec

Fyzický význam tohoto množství lze vyjádřit vzorcem: H = I × ω / L, kde:

H je síla magnetického pole;

L je vzdálenost mezi tělem a zdrojem magnetického pole;

ω je počet otáček cívky;

I je proud v elektrickém obvodu.

Z této rovnice lze konstatovat, že intenzita je měřena v [A / m], protože otáčky v cívce jsou množství.

Magnetizující síla

Produkt H × I v tomto vzorci není nic víc než analogie napětí elektrického pole. Pokud se tento parametr aplikuje na celou délku magnetické indukční linie, výsledný produkt se nazývá magnetizující síla (ns). Tato fyzikální veličina se měří v ampérech, ale experti dávají přednost termínu "ampere-turn", což zdůrazňuje přímou závislost síly na počtu závitů cívky.

Pravidlo Gimlet

Pro určení směru magnetického pole cívky nebo drátu odborníci aplikují pravidlo gimlet. Pokud je "kroucení" pohybu imaginárního obvodu paralelní se směrem proudu v okruhu, pak "úchop" gimletu ukazuje, jak se budou nacházet vedení magnetického pole.

Příklady určení magnetického pole

Příklad 1. Existuje cívka s počtem otáček 100 a délkou 10 cm. Je nutné stanovit předepsanou hodnotu intenzity magnetického pole v 5000 A / m. Jaká je síla proudu protékat cívkou?

Řešení: podle definice je magnetizující síla cívky H = I × ω / L. A produkt H × I dává magnetizační sílu. Odtud můžete odvodit hodnotu aktuální síly, která se rovná: 5000A / m * 0,1m = proudová síla * počet závitů. Při řešení jednoduchého poměru zjistíme, že současná síla v tomto problému by měla být rovna 5A.

Příklad 2. V cívce 2000 otáčí průchod proudem 5 Amp. Jaká je síla magnetizace cívky?

Řešení: jednoduchý vzorec dává odpověď: ns = I × ω. Takže ns = 2000 × 5 = 10 000 ampérů.

Příklad 3

Jak zjistit magnetické pole přímého elektrického drátu ve vzdálenosti 5 cm? Proud, který protéká drátem, je 30 A.

V tomto příkladu potřebujeme také vzorec

H ∙ l = I ∙ ω.

V případě přímého drátu bude počet otáček cívky 1 a délka l = 2 π r.

Odtud to můžeme odvodit

H = 30 / (2 x 3,14 x 0,02) = 238,85 A / m.

Tyto a podobné problémy lze snadno vyřešit pomocí základního kurzu fyziky školy. Řešení takových jednoduchých příkladů pomůže pochopit kvalitativní podstatu elektromagnetických procesů v přírodě kolem nás.