Magnetismul este cunoscut, cel puțin din secolul V ien. Unele dintre pietre găsite în apropiere de Magnesia (acum Manissa), în Turcia, are proprietatea că, fiind suspendat liber de un fir, ele sunt întotdeauna orientate într-o anumită direcție. Bucăți de un minereu magnetic folosite ca sisteme de navigație direcție pointer. busolă chineză a fost creată, t. E. Fără plată prin rotație a acului magnetic. In anul 1600 godu Gilbert, pentru a explica magnetismul pământului, a balonului magnetic produs de minereu și a examinat modul în care acționează cu balonul pe săgeata mică de fier. El a găsit similitudine în comportamentul de săgeată cu comportamentul acului busolei în apropierea Pământului și a ajuns la concluzia că Pământul este un magnet uriaș.
In anul 1820 fizicianul danez H. Oersted a arătat studenților efectul magnetic al curentului. Când mâna curentă deviat sa întâmplat să fie aproape de o busolă. Descrierea acestei experiențe a provocat o avalanșă de noi descoperiri. Cert este că, deși proprietățile magnetice ale substanțelor au fost cunoscute de mult timp, natura acestor proprietăți nu a fost clar. După experiența Oersted Ampere a emis ipoteza că proprietățile de magneți permanenți, datorită lor mai groase care circula curenti circulari constante (curenți moleculare). Această ipoteză a fost confirmată în continuare în secolul XX, când sa descoperit că electronii în jurul nucleului, iar această mișcare poate fi văzută ca un curent circular.
Astfel, magnetismul este cauzată de taxe în mișcare. sarcinilor în mișcare (curent) modifica proprietățile spațiului înconjurător și de a crea un câmp magnetic în acesta. Acest câmp se manifestă în faptul că un ac magnetic și conductori cu forțele de curent acționează.
Astfel sa născut o nouă ramură a fizicii - electrodinamicii. electrodinamica parte (electromagnetism) este magnetostatică. Studiile nu se schimbă cu timpul (fix sau constant) câmpuri magnetice.
câmp magnetic - câmp de forță (cum ar fi câmpul gravitațional sau electric) care înconjoară curenții și magneți permanenți. Câmpul magnetic nu acționează asupra sarcinilor statice, acesta poate fi creat doar prin taxe în mișcare și acționează numai asupra sarcinilor în mișcare. Forțele magnetice exercitate de câmpul magnetic asupra sarcinilor în mișcare pot:
- îndoiți traiectoria lor (în cazul în care taxa se mișcă în spațiu liber);
- respingerea conductor (în cazul în care taxele se deplasează în conductorul);
- Circuit de întoarcere (în cazul în care conductorul formează o buclă închisă).
Toate afacerile sunt afectate de câmpul magnetic:
1. taxe în mișcare,
2. Conductorii de curent de transport,
3. circuite cu curent,
4. Magneții permanenți,
5. schimbarea câmpului electric,
sunt sursele de câmp magnetic.
Descoperirea Oersted a permis o schimbare experimente calitative cu privire la câmpurile magnetice. Acum, în loc de magneți a început să studieze interacțiunea dintre firele cu un curent, și la fel și în 1820 a formulat legea Biot-Savart # 8209; Laplace și Amperi.
Interactiunea modulului forțe conductoare infinit lungi, paralele cu curent determinat de legea lui Ampere (Figura 3.1.):
unde - permeabilitatea mediului; și - puterea actuală; distanța dintre conductoare; - lungimea conductorului.
După cum se poate observa din Fig. 3.1, curenții paralele co-direcționale atrag, altele oppositely direcționate - resping.
Fig. 3.1 interacțiune magnetică paralelă
și curenți antiparalele
Pentru a descrie câmpul magnetic, introduceți caracteristicile sale. S-ar părea că se poate face în același mod ca, de exemplu, în energie electrică, în domeniul forței asupra taxei de încercare. Dar se pare că taxele magnetice în natură, prin urmare, ca un obiect la care o forță de câmpul magnetic, este posibil să se selecteze oricare dintre obiecte: încărcare în mișcare; conductor parcurs de curent; o buclă de curent; magnet.
Pentru a detecta prezența și investigarea caracteristicilor de câmp magnetic este cel mai frecvent utilizat cu o buclă închisă de mici dimensiuni curente. Dacă face o buclă de testare într-un câmp magnetic, este stabilit într-un anumit fel, de ex., E. Câmpul exercită asupra acțiunii de circuit orientare. Acest lucru poate fi utilizat pentru a determina direcția câmpului magnetic. Pentru aceasta trebuie să fie de acord ca pentru a caracteriza orientarea buclei în spațiu. direcția normală este selectată printr-o regulă din dreapta regulă. direcția pozitivă a direcției normale de deplasare înainte este luat sfredel, care se rotește în direcția curentului care circulă în cadru (fig. 3.2).
Fig. 3.2 Determinarea normal pozitiv la circuitul cu un curent
Pentru direcția câmpului magnetic la aranjamentul circuitului este adoptat apoi direcția în lungul căreia bucla normală este pozitiv.
Circuitul de test poate fi utilizat pentru a cuantifica câmpul magnetic. Pentru a face acest lucru vom introduce conceptul de un moment magnetic al unei bucle de curent
unde - singura pozitivă normală la contur, direcția care este asociat cu direcția curentului în regula șurubului buclă manual.
Dacă rama conține spire de sârmă, momentul magnetic al cadrului
Este cunoscut din experimentul că, în cazul în care un contur de curent pentru a roti, astfel încât direcția câmpului normal și nu coincid, există un cuplu care tinde să se întoarcă circuitul la poziția sa de echilibru. cadru curent va fi rotită într-un câmp magnetic, atâta timp cât cuplul nu devine egală cu zero. În acest caz, momentul magnetic este direcționat de-a lungul câmpului magnetic. În consecință, câmpul magnetic se rotește momentele magnetice, astfel încât acestea sunt dirijate de câmp.
Se poate demonstra că cuplul. care acționează pe circuit cu un curent într-un câmp magnetic,
unde # 8209; vectorul inducție magnetică.
Cuplul depinde de proprietățile câmpului, adică. E. Inducția magnetică în punctul dat. și pe proprietățile circuitului.
Dacă în același punct câmp plasat contururi cu caracteristici diferite, adică. E. Different. dar aceeași orientare, adică. e .. atunci ei vor acționa pe valori diferite ale cuplului. Cu toate acestea, raportul pentru toate circuitele este același lucru și pot fi făcute pentru a cuantifica caracteristicile câmpului. Acest fapt face posibilă determinarea amploarea inducției magnetice
unde # 8209; cuplul maxim vraschayushy care acționează pe cadru cu curent.
vector de inducție magnetică - vector a cărui direcție este determinată de direcția normală pozitiv la proces cu conturul curent. Unitatea SI de măsură a inducției magnetice adoptate 1 Tesla - T.
Determinarea inducției magnetice care rezultă din formula (3.6) nu este unic. Mai jos se va pokazvno că modulul poate fi determinată, de exemplu, după cum urmează:
în cazul în care - forța maximă care acționează pe o taxa de punct. se deplasează cu o viteză.
Ecuațiile (3.4) # 8209; (3.6) au fost obținute în ipoteza că terenul este omogen în interiorul zonei de încercare, cu conturul curent, adică. F .. Dacă nu, ar trebui să ia în considerare forța care acționează asupra circuitului cu un curent într-un câmp magnetic neomogen în formă
în cazul în care derivatul este luată în direcția normală sau vectorul direcție. Vectorul direcție este, în general, nu coincide cu nici un vector. nici cu vectorul. Vector coincide cu direcția unui vector direcția incremente elementare. luate în direcție.
Ca și în cazul unui câmp electric, este posibil să se introducă, pentru linii de claritate a inducției câmpului magnetic. Liniile de inducție magnetică - o tangentă linie la care fiecare punct coincide cu direcția vectorului inducție magnetică în acest punct (Figura 3.3.).
Fig. 3.3 Liniile de câmp magnetic de inducție al unui magnet permanent
și o bobină de curent care transportă
Deoarece inducția magnetică este o caracteristică de putere a câmpului magnetic, este corect principiul superpoziției. În cazul în care câmpul magnetic este generat de surse multiple, vectorul inducție magnetică în acest punct este determinat ca suma vectorilor câmpurilor de inducție magnetice produse de fiecare sursă în mod individual:
unde - lungimea conductorului parcurs de curent generează un câmp magnetic.
În afară de curenții macroscopice care curg în conductoare, în orice organism exista curenti microscopice generate de mișcarea electronilor în atomi și molecule (un curentii „moleculare“ Ampere). Acești curenți microscopice creează câmpul magnetic și poate fi rotit în câmpurile magnetice ale curenților externi. În cazul în care aproape orice organism pus curent purtătoare de conductor (makrotok), creează în jurul său un câmp magnetic sub acțiunea acestui câmp curenți microscopice în toate atomii sunt într-un anumit mod de a transforma și de a crea un câmp suplimentar în organism. Astfel, vectorul inducție magnetică descrie câmpul magnetic rezultant produs de toți curenții micro și macro. La unul și același curent într-un conductor magnitudinea vectorului în diferite medii vor avea valori diferite.
Pentru a caracteriza câmpul magnetic generat de makrotokom conceptul auxiliar introdus vectorul câmp magnetic. independent de proprietățile mediului. Relația dintre inducție și câmp magnetic (în mediu izotrop câmpurilor slabe) este dată de:
în cazul în care. H / m # 8209; constant magnetic; m # 8209; medie permeabilitate magnetică (vid = 1). Permeabilitatea magnetică a mediului de m indică de câte ori macroscopice curenții de câmp magnetic îmbunătățite prin câmpuri microscopice curenți medii.
În multe cazuri, tensiunea poate simplifica în mod semnificativ studiul câmpului magnetic din magneți
în cazul în care - magnetizarea substanței.
După experimentele au început studiul intensiv câmp magnetic Oersted a unui curent electric constant. In 1820, oamenii de știință francezi Biot și Savart investigat câmpurile magnetice generate în curentul de aer de rectiliniu, curent circular, cu o bobină de curent, etc. Pe baza multor experimente, ei au ajuns la următoarele concluzii ..:
1. În toate cazurile, inducția magnetică depinde direct proporțională cu intensitatea curentului;
2. Inducția magnetică depinde de forma și dimensiunile conductorului;
3. Câmpul de inducție magnetică în orice punct depinde de locația acestui punct în raport cu conductorul.
om de știință franceză Laplace a analizat datele experimentale obținute Biot și Savart. Acesta a luat în considerare natura vectorială a caracteristicilor de câmp magnetic și conjectured că orice câmp magnetic de curent poate fi calculată ca suma vectorială (superpoziție) câmpurile produse de secțiunile elementare individuale curente.
Operatorul Biot-Savart-Laplace permite calcularea câmpului magnetic de inducție generat de un conductor în orice punct în spațiu (Figura 3.4.):
în cazul în care - amperaj; - lungimea elementului de sârmă (vector coincide cu direcția curentului); - vector raza trase din elementul la punctul de observație.
Fig. 3.4 Biot-Savart-Laplace
După cum rezultă din formula (3.10), vectorul este direcționat perpendicular pe planul și care trece prin punctul în care câmpul este calculată astfel încât vectorul. . legat de regulile șuruburilor dreapta (Af).
În conformitate cu principiul superpoziției conductorului rezultant inducție câmp magnetic cu dimensiuni finite curente și o formă arbitrară poate fi găsită de formula