selamat hari untuk semua. Dalam artikel terakhir saya bercakap tentang medan magnet dan memikirkan sedikit parameternya. Artikel ini meneruskan topik medan magnet dan ditumpukan kepada parameter seperti aruhan magnet. Untuk memudahkan topik, saya akan bercakap tentang medan magnet dalam vakum, kerana bahan yang berbeza mempunyai sifat magnet yang berbeza, dan akibatnya, perlu mengambil kira sifatnya.
Undang-undang Biot–Savart–Laplace
Hasil daripada mengkaji medan magnet yang dicipta oleh arus elektrik, penyelidik membuat kesimpulan berikut:
- aruhan magnet yang dicipta oleh arus elektrik adalah berkadar dengan kekuatan arus;
- aruhan magnet bergantung kepada bentuk dan saiz konduktor yang mana arus elektrik mengalir;
- aruhan magnet pada mana-mana titik dalam medan magnet bergantung pada lokasi titik ini berhubung dengan konduktor pembawa arus.
Para saintis Perancis Biot dan Savard, yang membuat kesimpulan sedemikian, berpaling kepada ahli matematik hebat P. Laplace untuk menyamaratakan dan memperoleh undang-undang asas aruhan magnet. Beliau membuat hipotesis bahawa aruhan pada mana-mana titik medan magnet yang dicipta oleh konduktor pembawa arus boleh diwakili sebagai jumlah aruhan magnet medan magnet asas yang dicipta oleh bahagian asas konduktor pembawa arus. Hipotesis ini menjadi undang-undang aruhan magnetik, dipanggil Undang-undang Biot-Savart-Laplace. Untuk mempertimbangkan undang-undang ini, mari kita gambarkan konduktor pembawa arus dan aruhan magnet yang dihasilkannya
Aruhan magnet dB dicipta oleh bahagian asas konduktor dl.
Kemudian aruhan magnetik dB medan magnet asas yang dicipta oleh bahagian konduktor dl, dengan arus saya pada titik sewenang-wenangnya R akan ditentukan oleh ungkapan berikut
di mana I ialah arus yang mengalir melalui konduktor,
r ialah vektor jejari yang dilukis daripada unsur konduktor ke titik medan magnet,
dl ialah elemen konduktor minimum yang menghasilkan induksi dB,
k – pekali perkadaran, bergantung pada sistem rujukan, dalam SI k = μ 0 /(4π)
Kerana ialah produk vektor, maka ungkapan akhir untuk aruhan magnet asas akan kelihatan seperti ini
Oleh itu, ungkapan ini membolehkan kita mencari aruhan magnet medan magnet, yang dicipta oleh konduktor dengan arus bentuk dan saiz sewenang-wenangnya dengan menyepadukan sebelah kanan ungkapan
di mana simbol l menunjukkan bahawa integrasi berlaku sepanjang keseluruhan konduktor.
Aruhan magnet bagi konduktor lurus
Seperti yang anda ketahui, medan magnet yang paling mudah mencipta konduktor lurus yang melaluinya arus elektrik mengalir. Seperti yang telah saya katakan dalam artikel sebelumnya, garis-garis daya medan magnet yang diberikan adalah bulatan sepusat yang terletak di sekeliling konduktor.
Untuk menentukan aruhan magnet DALAM wayar lurus pada satu titik R Mari kita perkenalkan beberapa notasi. Sejak perkara itu R berada di kejauhan b dari wayar, kemudian jarak dari mana-mana titik pada wayar ke titik R ditakrifkan sebagai r = b/sinα. Kemudian panjang terpendek konduktor dl boleh dikira daripada ungkapan berikut
Akibatnya, hukum Biot–Savart–Laplace untuk dawai lurus dengan panjang tak terhingga akan mempunyai bentuk
di mana saya ialah arus yang mengalir melalui wayar,
b ialah jarak dari pusat wayar ke titik di mana aruhan magnet dikira.
Sekarang mari kita integrasikan ungkapan yang terhasil dα antara 0 hingga π.
Oleh itu, ungkapan akhir bagi aruhan magnet bagi dawai lurus dengan panjang tak terhingga ialah
I – arus yang mengalir melalui wayar,
b ialah jarak dari pusat konduktor ke titik di mana aruhan diukur.
Aruhan magnet cincin
Aruhan dawai lurus mempunyai nilai yang kecil dan berkurangan dengan jarak dari konduktor, oleh itu ia secara praktikal tidak digunakan dalam peranti praktikal. Medan magnet yang paling banyak digunakan adalah yang dicipta oleh wayar yang dililit di sekeliling bingkai. Oleh itu, medan sedemikian dipanggil medan magnet arus bulat. Medan magnet yang paling mudah itu dimiliki oleh arus elektrik yang mengalir melalui konduktor, yang mempunyai bentuk bulatan jejari R.
Dalam kes ini, dua kes menarik minat praktikal: medan magnet di tengah bulatan dan medan magnet di titik P, yang terletak pada paksi bulatan. Mari kita pertimbangkan kes pertama.
Dalam kes ini, setiap elemen semasa dl mencipta dB aruhan magnet asas di tengah bulatan, yang berserenjang dengan satah kontur, maka hukum Biot-Savart-Laplace akan mempunyai bentuk
Apa yang tinggal adalah untuk menyepadukan ungkapan yang terhasil pada keseluruhan panjang bulatan
dengan μ 0 ialah pemalar magnet, μ 0 = 4π 10 -7 H/m,
I - kekuatan semasa dalam konduktor,
R ialah jejari bulatan di mana konduktor digolek.
Mari kita pertimbangkan kes kedua, apabila titik di mana induksi magnet dikira terletak pada garis lurus X, yang berserenjang dengan satah yang dihadkan oleh arus bulat.
Dalam kes ini, induksi pada titik R akan menjadi hasil tambah aruhan asas dB X, yang seterusnya adalah unjuran ke paksi X aruhan asas dB
Menggunakan undang-undang Biot-Savart-Laplace, kami mengira nilai aruhan magnetik
Sekarang mari kita sepadukan ungkapan ini pada keseluruhan panjang bulatan
dengan μ 0 ialah pemalar magnet, μ 0 = 4π 10 -7 H/m,
I - kekuatan semasa dalam konduktor,
R ialah jejari bulatan di mana konduktor digulung,
x ialah jarak dari titik di mana aruhan magnet dikira ke pusat bulatan.
Seperti yang dapat dilihat daripada formula untuk x = 0, ungkapan yang terhasil berubah menjadi formula untuk aruhan magnet di pusat arus bulat.
Peredaran vektor aruhan magnetik
Untuk mengira aruhan magnet medan magnet ringkas, undang-undang Biot-Savart-Laplace adalah mencukupi. Walau bagaimanapun, dengan medan magnet yang lebih kompleks, sebagai contoh, medan magnet solenoid atau toroid, bilangan pengiraan dan kerumitan formula akan meningkat dengan ketara. Untuk memudahkan pengiraan, konsep peredaran vektor aruhan magnet diperkenalkan.
Mari bayangkan beberapa kontur l, yang berserenjang dengan arus saya. Pada bila-bila masa R litar ini, aruhan magnetik DALAM diarahkan secara tangen ke kontur ini. Kemudian hasil darab vektor dl Dan DALAM digambarkan oleh ungkapan berikut
Sejak sudut dφ cukup kecil, maka vektor dl B ditakrifkan sebagai panjang lengkok
Oleh itu, mengetahui aruhan magnet konduktor lurus pada titik tertentu, kita boleh memperoleh ungkapan untuk peredaran vektor aruhan magnet.
Kini ia kekal untuk menyepadukan ekspresi yang terhasil sepanjang keseluruhan kontur
Dalam kes kami, vektor aruhan magnet beredar di sekitar satu arus, tetapi dalam kes beberapa arus, ungkapan untuk peredaran aruhan magnetik bertukar menjadi undang-undang jumlah arus, yang menyatakan:
Peredaran vektor aruhan magnet dalam gelung tertutup adalah berkadar dengan jumlah algebra bagi arus yang diliputi oleh gelung yang diberikan.
Medan magnet solenoid dan toroid
Menggunakan undang-undang jumlah arus dan peredaran vektor aruhan magnetik, agak mudah untuk menentukan aruhan magnet bagi medan magnet yang kompleks seperti solenoid dan toroid.
Solenoid ialah gegelung silinder yang terdiri daripada banyak lilitan lilitan luka pengalir untuk menghidupkan rangka silinder. Medan magnet solenoid sebenarnya terdiri daripada pelbagai medan magnet arus bulat dengan paksi sepunya berserenjang dengan satah setiap arus bulatan.
Mari kita gunakan peredaran vektor aruhan magnet dan bayangkan peredaran sepanjang kontur segi empat tepat 1-2-3-4 . Kemudian peredaran vektor aruhan magnet untuk litar tertentu akan mempunyai bentuk
Sejak di kawasan 2-3 Dan 4-1 vektor aruhan magnet adalah berserenjang dengan litar, maka peredarannya adalah sifar. Lokasi dihidupkan 3-4 , yang dikeluarkan dengan ketara daripada solenoid, maka ia juga boleh diabaikan. Kemudian, dengan mengambil kira undang-undang jumlah arus, aruhan magnet dalam solenoid dengan panjang yang cukup besar akan mempunyai bentuk
di mana n ialah bilangan lilitan konduktor solenoid per unit panjang,
I – arus yang mengalir melalui solenoid.
Toroid dibentuk dengan menggulung konduktor di sekeliling bingkai cincin. Reka bentuk ini bersamaan dengan sistem banyak arus bulat yang sama, pusatnya terletak pada bulatan.
Sebagai contoh, pertimbangkan toroid jejari R, di mana ia terluka N pusingan wayar. Di sekeliling setiap pusingan wayar kami mengambil kontur jejari r, pusat kontur ini bertepatan dengan pusat toroid. Sejak vektor aruhan magnet B diarahkan secara tangen kepada kontur pada setiap titik kontur, maka peredaran vektor aruhan magnet akan mempunyai bentuk
di mana r ialah jejari gelung aruhan magnet.
Litar yang melalui dalam toroid meliputi N lilitan wayar dengan arus I, maka hukum jumlah arus untuk toroid akan mempunyai bentuk
di mana n ialah bilangan lilitan konduktor per unit panjang,
r – jejari gelung aruhan magnetik,
R ialah jejari toroid.
Oleh itu, dengan menggunakan undang-undang jumlah arus dan peredaran vektor aruhan magnet, adalah mungkin untuk mengira medan magnet kompleks yang sewenang-wenangnya. Walau bagaimanapun, jumlah undang-undang semasa memberikan hasil yang betul hanya dalam vakum. Apabila mengira aruhan magnet dalam bahan, adalah perlu untuk mengambil kira arus molekul yang dipanggil. Ini akan dibincangkan dalam artikel seterusnya.
Teori adalah baik, tetapi tanpa aplikasi praktikal ia hanya perkataan.
Arus elektrik dalam konduktor menghasilkan medan magnet di sekeliling konduktor. Arus elektrik dan medan magnet adalah dua bahagian yang tidak dapat dipisahkan dalam satu proses fizikal. Medan magnet magnet kekal akhirnya juga dihasilkan oleh arus elektrik molekul yang dibentuk oleh pergerakan elektron dalam orbit dan putarannya di sekeliling paksinya.
Medan magnet konduktor dan arah garis dayanya boleh ditentukan menggunakan jarum magnet. Garis magnet konduktor lurus mempunyai bentuk bulatan sepusat yang terletak dalam satah berserenjang dengan konduktor. Arah garis medan magnet bergantung kepada arah arus dalam konduktor. Jika arus dalam konduktor datang dari pemerhati, maka garis daya diarahkan mengikut arah jam.
Kebergantungan arah medan pada arah arus ditentukan oleh peraturan gimlet: apabila pergerakan translasi gimlet bertepatan dengan arah arus dalam konduktor, arah putaran pemegang bertepatan dengan arah daripada garis magnet.
Peraturan gimlet juga boleh digunakan untuk menentukan arah medan magnet dalam gegelung, tetapi dalam rumusan berikut: jika arah putaran pemegang gimlet digabungkan dengan arah arus dalam lilitan gegelung, maka pergerakan translasi gimlet akan menunjukkan arah garisan medan di dalam gegelung (Rajah 4.4).
Di dalam gegelung garisan ini pergi dari kutub selatan ke utara, dan di luarnya - dari utara ke selatan.
Peraturan gimlet juga boleh digunakan untuk menentukan arah arus jika arah garis medan magnet diketahui.
Konduktor pembawa arus dalam medan magnet mengalami daya yang sama dengan
F = I·L·B·sin
I ialah kekuatan semasa dalam konduktor; B - modul vektor aruhan medan magnet; L ialah panjang konduktor yang terletak dalam medan magnet; ialah sudut antara vektor medan magnet dan arah arus dalam konduktor.
Daya yang bertindak ke atas konduktor pembawa arus dalam medan magnet dipanggil daya Ampere.
Daya ampere maksimum ialah:
F = I L B
Arah daya Ampere ditentukan oleh peraturan tangan kiri: jika tangan kiri diposisikan supaya komponen serenjang vektor aruhan magnet B memasuki tapak tangan, dan empat jari yang dipanjangkan diarahkan ke arah arus, maka ibu jari dibengkokkan 90 darjah akan menunjukkan arah daya yang bertindak pada konduktor segmen dengan arus, iaitu daya Ampere.
Jika dan terletak pada satah yang sama, maka sudut antara dan adalah lurus, oleh itu . Maka daya yang bertindak ke atas unsur semasa ialah
(sudah tentu, dari sisi konduktor pertama, daya yang sama bertindak pada yang kedua).
Daya yang terhasil adalah sama dengan salah satu daya ini. Jika kedua-dua konduktor ini mempengaruhi yang ketiga, maka medan magnetnya perlu ditambah secara vektor.
Litar dengan arus dalam medan magnet
| nasi. 4.13 |
Biarkan bingkai dengan arus diletakkan dalam medan magnet seragam (Rajah 4.13). Kemudian daya Ampere yang bertindak pada sisi bingkai akan menghasilkan tork, magnitud yang berkadar dengan aruhan magnet, kekuatan semasa dalam bingkai, dan luasnya. S dan bergantung pada sudut a antara vektor dan normal ke kawasan:
Arah biasa dipilih supaya skru kanan bergerak ke arah biasa apabila berputar mengikut arah arus dalam bingkai.
Nilai maksimum tork ialah apabila bingkai dipasang berserenjang dengan garis daya magnet:
Ungkapan ini juga boleh digunakan untuk menentukan aruhan medan magnet:
Nilai yang sama dengan produk dipanggil momen magnet litar R t. Momen magnet ialah vektor yang arahnya bertepatan dengan arah normal ke kontur. Kemudian tork boleh ditulis
Pada sudut a = 0 tork adalah sifar. Nilai tork bergantung pada luas kontur, tetapi tidak bergantung pada bentuknya. Oleh itu, mana-mana litar tertutup di mana arus terus mengalir tertakluk kepada tork M, yang memutarkannya supaya vektor momen magnet selari dengan vektor aruhan medan magnet.
Jika anda membawa jarum magnet ke konduktor lurus dengan arus, ia akan cenderung menjadi berserenjang dengan satah yang melalui paksi konduktor dan pusat putaran jarum (Rajah 67). Ini menunjukkan bahawa jarum tertakluk kepada daya khas yang dipanggil daya magnet. Dengan kata lain, jika arus elektrik melalui konduktor, medan magnet muncul di sekeliling konduktor. Medan magnet boleh dianggap sebagai keadaan khusus ruang yang mengelilingi konduktor pembawa arus.
Jika anda melepasi konduktor tebal melalui kad dan mengalirkan arus elektrik melaluinya, maka pemfailan keluli yang dituangkan ke kadbod akan terletak di sekeliling konduktor dalam bulatan sepusat, yang dalam kes ini mewakili garis magnet yang dipanggil (Rajah 68). . Kita boleh menggerakkan kadbod ke atas atau ke bawah konduktor, tetapi lokasi pemfailan keluli tidak akan berubah. Akibatnya, medan magnet timbul di sekeliling konduktor sepanjang keseluruhannya.
Jika anda meletakkan anak panah magnet kecil pada kadbod, kemudian dengan menukar arah arus dalam konduktor, anda dapat melihat bahawa anak panah magnet akan berputar (Rajah 69). Ini menunjukkan bahawa arah garis magnet berubah dengan perubahan arah arus dalam konduktor.
Medan magnet di sekeliling konduktor pembawa arus mempunyai ciri-ciri berikut: garis magnet konduktor lurus mempunyai bentuk bulatan sepusat; semakin dekat dengan konduktor, semakin padat garis magnet terletak, semakin besar induksi magnetik; aruhan magnet (keamatan medan) bergantung kepada magnitud arus dalam konduktor; Arah garis magnet bergantung kepada arah arus dalam konduktor.
Untuk menunjukkan arah arus dalam konduktor yang ditunjukkan dalam bahagian, simbol telah diterima pakai, yang akan kami gunakan pada masa hadapan. Jika anda secara mental meletakkan anak panah dalam konduktor ke arah arus (Rajah 70), maka dalam konduktor di mana arus diarahkan menjauhi kita, kita akan melihat ekor bulu anak panah (salib); jika arus dihalakan ke arah kita, kita akan nampak hujung anak panah (titik).
Arah garis magnet di sekeliling konduktor pembawa arus boleh ditentukan oleh "peraturan gimlet." Jika gimlet (korkscrew) dengan benang sebelah kanan bergerak ke hadapan mengikut arah arus, maka arah putaran pemegang akan bertepatan dengan arah garis magnet di sekeliling konduktor (Rajah 71).
nasi. 71. Menentukan arah garis magnet di sekeliling konduktor pembawa arus menggunakan "peraturan gimlet"
Jarum magnet yang dimasukkan ke dalam medan konduktor pembawa arus terletak di sepanjang garis magnet. Oleh itu, untuk menentukan lokasinya, anda juga boleh menggunakan "peraturan gimlet" (Gamb. 72).
nasi. 72. Penentuan arah pesongan jarum magnet yang dibawa ke konduktor dengan arus, mengikut "peraturan gimlet"
Medan magnet adalah salah satu manifestasi terpenting arus elektrik dan tidak boleh diperoleh secara bebas dan berasingan daripada arus.
Dalam magnet kekal, medan magnet juga disebabkan oleh pergerakan elektron yang membentuk atom dan molekul magnet.
Keamatan medan magnet pada setiap titik ditentukan oleh magnitud aruhan magnet, yang biasanya dilambangkan dengan huruf B. Aruhan magnet adalah kuantiti vektor, iaitu, ia dicirikan bukan sahaja oleh nilai tertentu, tetapi juga oleh arah tertentu pada setiap titik medan magnet. Arah vektor aruhan magnet bertepatan dengan tangen kepada garis magnet pada titik tertentu dalam medan (Rajah 73).
Hasil daripada generalisasi data eksperimen, saintis Perancis Biot dan Savard menetapkan bahawa aruhan magnetik B (keamatan medan magnet) pada jarak r dari konduktor lurus yang panjang tak terhingga dengan arus ditentukan oleh ungkapan
di mana r ialah jejari bulatan yang dilukis melalui titik medan yang sedang dipertimbangkan; pusat bulatan berada pada paksi konduktor (2πr ialah lilitan);
I ialah jumlah arus yang mengalir melalui konduktor.
Nilai μ a, yang mencirikan sifat magnet medium, dipanggil kebolehtelapan magnet mutlak medium.
Untuk kekosongan, kebolehtelapan magnet mutlak mempunyai nilai minimum dan biasanya dilambangkan dengan μ 0 dan dipanggil kebolehtelapan magnet mutlak kekosongan.
1 H = 1 ohm⋅saat.
Nisbah μ a / μ 0, menunjukkan berapa kali kebolehtelapan magnet mutlak medium tertentu adalah lebih besar daripada kebolehtelapan magnet mutlak kekosongan, dipanggil kebolehtelapan magnet relatif dan dilambangkan dengan huruf μ.
Sistem Unit Antarabangsa (SI) menggunakan unit ukuran aruhan magnetik B - tesla atau weber bagi setiap meter persegi (tl, wb/m2).
Dalam amalan kejuruteraan, aruhan magnet biasanya diukur dalam gauss (gs): 1 t = 10 4 gs.
Jika di semua titik medan magnet, vektor aruhan magnet adalah sama dalam magnitud dan selari antara satu sama lain, maka medan sedemikian dipanggil seragam.
Hasil darab aruhan magnet B dan kawasan S berserenjang dengan arah medan (vektor aruhan magnet) dipanggil fluks vektor aruhan magnet, atau ringkasnya fluks magnet, dan dilambangkan dengan huruf Φ (Rajah 74):
Sistem Antarabangsa menggunakan weber (wb) sebagai unit ukuran untuk fluks magnet.
Dalam pengiraan kejuruteraan, fluks magnet diukur dalam maxwells (μs):
1 vb = 10 8 μs.
Apabila mengira medan magnet, kuantiti yang dipanggil kekuatan medan magnet (ditandakan H) juga digunakan. Aruhan magnetik B dan kekuatan medan magnet H dikaitkan dengan hubungan
Unit ukuran untuk kekuatan medan magnet ialah N - ampere per meter (a/m).
Kekuatan medan magnet dalam medium homogen, serta aruhan magnet, bergantung pada magnitud arus, bilangan dan bentuk konduktor yang dilalui arus. Tetapi tidak seperti aruhan magnet, kekuatan medan magnet tidak mengambil kira pengaruh sifat magnetik medium.
Anda boleh menunjukkan cara menggunakan hukum Ampere dengan menentukan medan magnet berhampiran wayar. Mari kita tanya soalan: apakah medan di luar dawai lurus panjang keratan rentas silinder? Kami akan membuat satu andaian, mungkin tidak begitu jelas, tetapi betul: garisan medan mengelilingi wayar dalam bulatan. Jika kita membuat andaian ini, maka hukum Ampere [persamaan (13.16)] memberitahu kita berapa magnitud medan itu. Disebabkan oleh simetri masalah, medan mempunyai magnitud yang sama pada semua titik bulatan sepusat dengan wayar (Rajah 13.7). Kemudian anda boleh dengan mudah mengambil kamiran linear bagi . Ia hanya sama dengan nilai didarab dengan lilitan. Jika jejari bulatan itu sama dengan , maka
.
Jumlah arus melalui gelung hanyalah arus dalam wayar, jadi
. (13.17)
Kekuatan medan magnet berkurangan dalam perkadaran songsang dengan jarak dari paksi wayar. Jika dikehendaki, persamaan (13.17) boleh ditulis dalam bentuk vektor. Mengingati bahawa kedua-duanya , dan diarahkan secara berserenjang, kita ada
(13.18)
Rajah 13.7. Medan magnet di luar wayar panjang yang membawa arus.
Rajah 13.8. Medan magnet solenoid panjang.
Kami telah menyerlahkan pengganda kerana ia muncul dengan kerap. Perlu diingat bahawa ia betul-betul sama (dalam unit SI) kerana persamaan bentuk (13.17) digunakan untuk menentukan unit arus, ampere. Pada satu jarak, arus masuk mencipta medan magnet yang sama dengan 
.
Oleh kerana arus mencipta medan magnet, ia akan bertindak dengan sedikit daya pada wayar bersebelahan yang mana arus juga dilalui. Dalam ch. 1 kami menerangkan satu eksperimen mudah yang menunjukkan daya antara dua wayar yang melaluinya arus mengalir. Sekiranya wayar selari, maka setiap satu daripadanya berserenjang dengan medan wayar yang lain; maka wayar akan menolak atau menarik antara satu sama lain. Apabila arus mengalir dalam satu arah, wayar menarik apabila arus mengalir ke arah yang bertentangan, mereka menolak.
Mari kita ambil contoh lain, yang juga boleh dianalisis menggunakan undang-undang Ampere, jika kita juga menambah beberapa maklumat tentang sifat medan. Biarkan ada wayar panjang yang digulung menjadi lingkaran yang ketat, keratan rentasnya ditunjukkan dalam Rajah. 13.8. Lingkaran sedemikian dipanggil solenoid. Kami memerhati secara eksperimen bahawa apabila panjang solenoid adalah sangat besar berbanding dengan diameter, medan di luarnya adalah sangat kecil berbanding dengan medan di dalam. Dengan hanya menggunakan fakta ini dan undang-undang Ampere, seseorang boleh mencari magnitud medan di dalamnya.
Memandangkan medan kekal di dalam (dan mempunyai perbezaan sifar), garisannya mesti berjalan selari dengan paksi, seperti ditunjukkan dalam Rajah. 13.8. Jika ini berlaku, maka kita boleh menggunakan hukum Ampere untuk "lengkung" segi empat tepat dalam rajah. Lengkung ini bergerak dalam jarak di dalam solenoid di mana medan berada, katakan, , kemudian pergi pada sudut tepat ke medan dan kembali semula melalui kawasan luar di mana medan boleh diabaikan. Kamiran garisan sepanjang lengkung ini ialah tepat , dan ini mestilah sama dengan kali jumlah arus di dalam, i.e. hidup (di manakah bilangan lilitan solenoid panjang ). Kami ada
Atau, dengan memasukkan - bilangan lilitan per unit panjang solenoid (supaya ), kita dapat
Rajah 13.9. Medan magnet di luar solenoid.
Apakah yang berlaku kepada garisan apabila ia sampai ke hujung solenoid? Nampaknya, mereka entah bagaimana menyimpang dan kembali ke solenoid dari hujung yang lain (Rajah 13.9). Persis medan yang sama diperhatikan di luar rod magnet. Nah, apakah itu magnet? Persamaan kami mengatakan bahawa medan timbul daripada kehadiran arus. Dan kita tahu bahawa bar besi biasa (bukan bateri atau penjana) juga mencipta medan magnet. Anda mungkin menjangkakan bahawa terdapat istilah lain di sebelah kanan (13.12) atau (13.13) yang mewakili "ketumpatan besi bermagnet" atau beberapa kuantiti yang serupa. Tetapi tidak ada ahli seperti itu. Teori kami mengatakan bahawa kesan magnet besi timbul daripada beberapa arus dalaman yang telah diambil kira oleh istilah tersebut.
Jirim adalah sangat kompleks apabila dilihat dari sudut pandangan yang mendalam; Kami sudah yakin tentang ini apabila kami cuba memahami dielektrik. Untuk tidak mengganggu pembentangan kami, kami akan menangguhkan perbincangan terperinci mengenai mekanisme dalaman bahan magnetik seperti besi. Buat masa ini kita perlu menerima bahawa sebarang kemagnetan timbul disebabkan oleh arus dan terdapat arus dalaman yang berterusan dalam magnet kekal. Dalam kes besi, arus ini dicipta oleh elektron berputar di sekitar paksi mereka sendiri. Setiap elektron mempunyai putaran yang sepadan dengan arus beredar yang kecil. Satu elektron, tentu saja, tidak menghasilkan medan magnet yang besar, tetapi sekeping bahan biasa mengandungi berbilion dan berbilion elektron. Biasanya mereka berputar dalam apa jua cara supaya kesan keseluruhannya hilang. Perkara yang mengejutkan ialah dalam beberapa bahan seperti besi, kebanyakan elektron berputar mengelilingi paksi yang diarahkan ke satu arah - dalam besi, dua elektron dari setiap atom mengambil bahagian dalam pergerakan sendi ini. Magnet mengandungi sejumlah besar elektron berputar dalam arah yang sama, dan, seperti yang akan kita lihat, kesan gabungannya adalah bersamaan dengan arus yang beredar di seluruh permukaan magnet. (Ini sangat serupa dengan apa yang kita temui dalam dielektrik - dielektrik terkutub seragam adalah bersamaan dengan taburan cas pada permukaannya.) Oleh itu, bukan kebetulan bahawa magnet bar adalah bersamaan dengan solenoid.
Magnet ialah badan yang mempunyai sifat menarik objek besi. Sifat menarik yang dipamerkan oleh magnet dipanggil kemagnetan. Magnet boleh menjadi semula jadi atau buatan. Bijih besi yang dilombong yang mempunyai sifat menarik dipanggil magnet semula jadi, dan kepingan logam bermagnet dipanggil magnet buatan, sering dipanggil magnet kekal.
Sifat magnet untuk menarik objek besi paling ketara pada hujungnya, yang dipanggil kutub magnet dan, atau ringkasnya kutub. Setiap magnet mempunyai dua kutub: utara (N - utara) dan selatan (S - selatan). Garisan yang melalui tengah magnet dipanggil garis neutral, atau neutral, kerana tiada sifat magnet dikesan sepanjang garis ini.
Magnet kekal membentuk medan magnet di mana daya magnet bertindak dalam arah tertentu, dipanggil garis daya. Talian kuasa meninggalkan kutub utara dan memasuki kutub selatan.
Arus elektrik yang melalui konduktor juga mewujudkan medan magnet di sekeliling konduktor. Telah ditetapkan bahawa fenomena magnetik berkait rapat dengan arus elektrik.
Garis daya magnet terletak di sekeliling konduktor dengan arus dalam bulatan, pusatnya adalah konduktor itu sendiri, manakala lebih dekat dengan konduktor mereka terletak lebih padat, dan lebih jauh dari konduktor - kurang kerap. Lokasi garisan medan magnet di sekeliling konduktor pembawa arus bergantung kepada bentuk keratan rentasnya.
Untuk menentukan arah garis medan, gunakan peraturan gimlet, yang dirumuskan seperti berikut: jika anda skru gimlet ke arah arus dalam konduktor, maka putaran pemegang gimlet akan menunjukkan arah garis medan magnet.
Medan magnet konduktor lurus ialah satu siri bulatan sepusat (Rajah 157, A). Untuk meningkatkan medan magnet dalam konduktor, yang terakhir dibuat dalam bentuk gegelung (Rajah 157, b).
jika arah putaran pemegang gimlet bertepatan dengan arah arus elektrik dalam lilitan gegelung, maka pergerakan ke hadapan gimlet dihalakan ke arah kutub utara.
Medan magnet bagi gegelung pembawa arus adalah serupa dengan medan magnet kekal, jadi gegelung pembawa arus (solenoid) mempunyai semua sifat magnet.
Di sini juga, arah garisan medan magnet di sekeliling setiap pusingan gegelung ditentukan oleh peraturan gimlet. Garis medan lilitan bersebelahan menambah, meningkatkan keseluruhan medan magnet gegelung. Seperti berikut dari Rajah. 158, garis medan magnet gegelung keluar dari satu hujung dan masuk ke hujung yang lain, menutup di dalam gegelung. Gegelung, seperti magnet kekal, mempunyai kekutuban (kutub selatan dan utara), yang juga ditentukan oleh peraturan gimlet, jika dinyatakan seperti berikut: jika arah putaran pemegang gimlet bertepatan dengan arah arus elektrik di lilitan gegelung, maka pergerakan ke hadapan gimlet dihalakan ke arah kutub utara.
Untuk mencirikan medan magnet dari sisi kuantitatif, konsep aruhan magnet telah diperkenalkan.
Aruhan magnet ialah bilangan garis magnet bagi setiap 1 cm 2 (atau 1 m 2) permukaan berserenjang dengan arah garis daya. Dalam sistem SI, aruhan magnet diukur dalam teslas (disingkat T) dan dilambangkan dengan huruf DALAM(tesla = weber/m2 = volt saat/m2
Weber ialah unit pengukuran fluks magnetik.
Medan magnet boleh dikuatkan dengan memasukkan rod besi (teras) ke dalam gegelung. Kehadiran teras besi meningkatkan medan, kerana, berada dalam medan magnet gegelung, teras besi dimagnetkan, mencipta medan sendiri, yang menambah kepada yang asal dan bertambah kuat. Peranti sedemikian dipanggil elektromagnet.
Jumlah bilangan garis daya yang melalui keratan rentas teras dipanggil fluks magnet. Magnitud fluks magnet elektromagnet bergantung kepada arus yang melalui gegelung (belitan), bilangan lilitan dan rintangan litar magnetik.
Litar magnetik, atau litar magnetik, ialah laluan di mana garis daya magnet ditutup. Rintangan magnet teras magnet bergantung kepada kebolehtelapan magnet medium yang melaluinya talian kuasa, panjang garisan ini dan keratan rentas teras.
Hasil darab arus yang melalui belitan dan bilangan lilitannya dipanggil daya magnetomotif (mf s). Fluks magnet adalah sama dengan daya magnetomotif dibahagikan dengan keengganan magnet litar- beginilah hukum Ohm dirumuskan untuk litar magnetik. Oleh kerana bilangan lilitan dan rintangan magnet untuk elektromagnet tertentu adalah nilai tetap, fluks magnet elektromagnet boleh diubah dengan melaraskan arus dalam belitannya.
Elektromagnet menemui aplikasi terluas dalam pelbagai mesin dan peranti (mesin elektrik, loceng elektrik, telefon, alat pengukur, dll.).