Forța magnetică. Forța acționând pe un conductor într-un câmp magnetic. Cum se determină rezistența câmpului magnetic

Una dintre cele mai importante părți ale fizicii moderne este interacțiuni electromagnetice

Magnetismul este fundamentul fundamentelor

În copilărie, adulții ne-au arătat diverse trucuri cu utilizarea de magneți. Aceste figuri uimitoare, care sunt atrase unul de altul și care pot atrage mici jucării pentru ei înșiși, întotdeauna mulțumit ochii copiilor. Ce sunt magneții și cum acționează forța magnetică asupra pieselor de fier?

Explicând cu limbaj științific, trebuie să ne întoarcem la una dintre legile fundamentale ale fizicii. Conform legii lui Coulomb și a teoriei speciale a relativității, o anumită forță acționează asupra acuzației, care depinde direct de viteza sarcinii (v). Această interacțiune se numește forța magnetică.

Caracteristici fizice

În general, ar trebui să se înțeleagă că orice fenomenele magnetice apar numai atunci când încărcăturile se mișcă în interiorul conductorului sau când curenții sunt prezente în ele. Când studiază magneții și definiția magnetismului în sine, trebuie înțeles că acestea sunt strâns legate de fenomenul curentului electric. Deci, să ne dăm seama de esența curentului electric.

Forța electrică este forța care acționează între electron și proton. Este numeric mult mai mare decât valoarea forței gravitaționale. Acesta este generat de o sarcină electrică, sau mai precis, de mișcarea sa în interiorul conductorului. Taxele, la rândul lor, sunt de două feluri: pozitive și negative. După cum se știe, particulele încărcate pozitiv sunt atrase de o baterie încărcată negativ. Cu toate acestea, taxele de același semn au proprietatea de a respinge.

Deci, când aceste sarcini încep să se miște în conductor, în el apare un curent electric, care este explicat ca raportul dintre cantitatea de încărcare care curge prin conductor în 1 secundă. Forța care acționează pe un conductor cu curent într-un câmp magnetic este numită forța Amper și este guvernată de regula "stânga".

Dovezi empirice

Coliziunea cu interacțiune magnetică este posibilă în viața de zi cu zi atunci când se ocupă cu magneți permanenți, inductori, relee sau motoare electrice. Fiecare dintre ele are un câmp magnetic care este invizibil pentru ochi. Poate fi urmărită numai prin acțiunea sa, pe care o exercită asupra particulelor în mișcare și asupra corpurilor magnetizate.

Forța care acționează pe un conductor cu curent într-un câmp magnetic a fost studiată și descrisă de fizicianul francez Ampere. În cinstea lui, este numită nu numai această forță, ci și magnitudinea curentului. În școală, legile lui Ampère sunt definite ca regulile mâinilor "stângi" și "drepte".

Caracteristicile câmpului magnetic

Ar trebui să se înțeleagă că un câmp magnetic se produce întotdeauna nu numai în jurul surselor de curent electric, ci și în jurul magnetului. Acesta este de obicei descris cu ajutorul liniilor magnetice de forță. Din punct de vedere grafic, se pare că o foaie de hârtie a fost așezată pe un magnet și rumegușul a fost umplut deasupra fierului. Ele vor avea exact aceeași formă ca în imaginea de mai jos.

În multe cărți populare despre fizică, forța magnetică este introdusă ca urmare a observațiilor experimentale. Este considerată o forță fundamentală separată a naturii. O astfel de reprezentare este eronată, de fapt existența unei forțe magnetice rezultă din principiul relativității. Absența acestuia ar duce la o încălcare a acestui principiu.

În forța magnetică nu există nimic fundamental - este pur și simplu o consecință relativistă a legii lui Coulomb.

Aplicarea magneților

Dacă credeți legenda, în primul secol d.Hr pe insula Magnesia, grecii antice au descoperit pietre neobișnuite care aveau proprietăți uimitoare. Ei și-au atras lucrurile făcute din fier sau oțel. Grecii au început să-i ia de pe insulă și să-și studieze proprietățile. Și când pietrele au căzut în mâinile magicienilor străzii, ei au devenit ajutători indispensabili în toate discursurile lor. Folosind forțele pietrelor magnetice, au reușit să creeze un întreg spectacol fantastic, care a atras o mulțime de spectatori.

Așa cum pietrele au fost distribuite în toate părțile lumii despre ei a început să umble legende și diverse mituri. Odată ce pietrele au fost în China, unde a fost numit după insula pe care au fost găsite. Magneții au devenit obiectul studiului tuturor marilor oameni de știință ai timpului. S-a observat că, dacă am pus magnetită pe un flotor de lemn pentru a rezolva, și apoi opriți-l, atunci el va încerca să revină la poziția sa inițială. Pur și simplu, forța magnetică care acționează asupra ei va transforma scheletul într-un anumit mod.

Folosind asta proprietatea magneților, oamenii de știință au inventat o busolă. Pe forma rotundă, din lemn sau plută, au fost desenate doi poli principali și a fost instalat un mic ac magnetic. Acest design a fost coborât într-un castron mic, umplut cu apă. De-a lungul timpului, modelele compasului au fost rafinate și au devenit mai exacte. Acestea sunt folosite nu numai de navigatori, ci și de turiști obișnuiți cărora le place să exploreze deșertul și terenul montan.

Experimente interesante

Omul de știință Hans Oersted și-a dedicat aproape toată viața electricității și magneților. Odată ce a participat la o prelegere la universitate, el și-a arătat studenților următoarea experiență. Printr-un conductor obișnuit de cupru, a ratat curentul, după un timp conductorul sa încălzit și a început să se îndoaie. Acesta a fost fenomenul proprietății termice a unui curent electric. Studenții au continuat aceste experimente, iar unul dintre ei a observat că curentul electric are o altă proprietate interesantă. Când curentul curgea în conductor, săgeata busolei de lângă el începu să devieze treptat. Studiind acest fenomen în detaliu, omul de știință a descoperit așa-numita forță care acționează asupra conductorului într-un câmp magnetic.

Curenți de amperi în magneți

Oamenii de știință au încercat să găsească o încărcătură magnetică, dar un pol magnetic izolat nu a putut fi detectat. Acest lucru se explică prin faptul că, spre deosebire de încărcăturile electrice, nu există încărcături magnetice. În caz contrar, ar fi posibilă separarea unei singure încărcări prin simpla rupere a unuia dintre capetele magnetului. Totuși, la celălalt capăt se formează un nou pol opus.

În realitate, orice magnet este un solenoid, la suprafața căruia curenții intra-atomici circulă, se numesc curenți de amperi. Se pare că un magnet poate fi considerat o tijă metalică, prin care circulă un curent constant. Din acest motiv, introducerea unui miez de fier în solenoid crește foarte mult câmpul magnetic.

Energia magnetului sau EMF

Ca orice fenomen fizic, câmpul magnetic are energia necesară pentru a muta încărcarea. Există conceptul de EMF (forța electromotoare), este definit ca o operațiune de mutare a unei încărcături unitare din punctul A₀ la punctul A₁.

CEM este descris de legile lui Faraday, care se aplică în trei situații fizice diferite:

1. Conturul dirijat se mișcă în câmpul magnetic uniform. În acest caz vorbim despre un emf magnetic.
2. Circuitul este în repaus, dar sursa câmpului magnetic în sine se mișcă. Acesta este deja fenomenul EMF electric.
3. Și, în sfârșit, conturul și sursa câmpului magnetic sunt staționare, dar curentul care creează câmpul magnetic variază.

Numeric, EMF prin formula Faraday este egal cu: EMF = W / q.

În consecință, forța electromotoare nu este o forță în sensul literal, deoarece este măsurată în Joule de către Coulomb sau în Volts. Se pare că este o energie care este transmisă la electronul de conducere atunci când circuitul este traversat. De fiecare dată, făcând o rundă obișnuită a cadrului rotativ al generatorului, electronul dobândește o energie numerică egală cu EMF. Această energie suplimentară nu poate fi transmisă numai prin coliziuni de atomi ai lanțului extern, ci și eliberată ca o căldură Joule.

Forța Lorentz și magneții

Forța care acționează asupra unui curent într-un câmp magnetic este determinată prin următoarea formulă: q * | v | * | B | * sin un (produs al încărcăturii câmpului magnetic, modulele de viteză ale acelorași particule, vectorul câmp de inducție și sinusul unghiului dintre direcțiile lor). Forța care acționează pe o unitate de sarcină se deplasează într-un câmp magnetic, numit forța Lorentz. Este interesant faptul că a treia lege a lui Newton este nevalidă pentru această forță. Acesta este supus numai legii conservării impulsului, motiv pentru care toate sarcinile pentru a găsi forța Lorentz ar trebui să fie rezolvată pe baza acesteia. Să ne dăm seama cum să determinăm rezistența câmpului magnetic.

Sarcini și exemple de soluții

Pentru a găsi forța care apare în jurul unui conductor cu curent, este necesar să se cunoască mai multe cantități: sarcina, viteza și valoarea inducției câmpului magnetic în curs de dezvoltare. Următoarea sarcină vă va ajuta să înțelegeți cum să calculați forța Lorentz.

Determinați forța care acționează asupra protonului, care se deplasează la o viteză de 10 mm / s într-un câmp magnetic prin inducția 0,2 Cl (unghiul dintre ele este de 90^despre, deoarece particula încărcată se deplasează perpendicular pe liniile de inducție). Soluția se reduce la găsirea unei încărcări. Privind la masa cererilor, constatăm că protonul are o încărcătură de 1,6 * 10^-19 Cl. Mai mult, calculăm forța cu formula: 1.6 * 10^-19 * 10 * 0,2 * 1 (sinusul unui unghi drept este egal cu 1) = 3,2 * 10^-19 Newtoni.