Strāvas nesošās spoles magnētiskais lauks

Ja telpā ap stacionāriem elektriskiem lādiņiem pastāv elektrostatiskais lauks, tad telpā ap kustīgiem lādiņiem (kā arī ap laika mainīgajiem elektriskajiem laukiem, ko sākotnēji ierosināja Maksvels) magnētiskais lauks… To ir viegli novērot eksperimentāli.

Pateicoties magnētiskajam laukam, elektriskās strāvas mijiedarbojas savā starpā, kā arī pastāvīgie magnēti un strāvas ar magnētiem. Salīdzinot ar elektrisko mijiedarbību, magnētiskā mijiedarbība ir daudz spēcīgāka. Šo mijiedarbību laikus pētīja Andrē-Marija Ampēra.

Fizikā magnētiskā lauka raksturlielums ir magnētiskā indukcija B un jo lielāks tas ir, jo spēcīgāks ir magnētiskais lauks. Magnētiskā indukcija B ir vektora lielums, tā virziens sakrīt ar spēka virzienu, kas iedarbojas uz parastās magnētiskās bultiņas ziemeļpolu, kas novietota kādā magnētiskā lauka punktā — magnētiskais lauks orientēs magnētisko bultiņu vektora virzienā. B , tas ir, magnētiskā lauka virzienā.

Vektors B jebkurā magnētiskās indukcijas līnijas punktā ir vērsts uz to tangenciāli. Tas ir, indukcija B raksturo magnētiskā lauka spēka ietekmi uz strāvu. Līdzīgu lomu spēlē spēks E elektriskajam laukam, kas raksturo elektriskā lauka spēcīgo iedarbību uz lādiņu.

Vienkāršākais eksperiments ar dzelzs vīlēm ļauj skaidri demonstrēt magnētiskā lauka iedarbības fenomenu uz magnetizētu objektu, jo pastāvīgā magnētiskajā laukā mazi feromagnēta gabali (šādi gabali ir dzelzs vīles) tiek magnetizēti gar lauku , magnētiski. bultiņas, piemēram, mazas kompasa bultiņas.

Ja paņemat vertikālu vara stiepli un izlaižat to caur caurumu horizontāli novietotā papīra loksnē (vai plexiglas vai saplākšņa loksnē) un pēc tam uz loksnes uzberat metāla vīles, nedaudz sakratiet to un pēc tam pa vadu palaižat līdzstrāvu, ir viegli redzēt, kā vīles izkārtosies virpuļa veidā apļos ap vadu, plaknē, kas ir perpendikulāra tajā esošajai strāvai.

Šie zāģu skaidu apļi vienkārši būs strāvu nesoša vadītāja magnētiskā lauka magnētiskās indukcijas B līniju parasts attēlojums. Apļu centrs šajā eksperimentā atradīsies tieši centrā, gar strāvu nesošā vada asi.

Magnētiskās indukcijas vektoru virzienu strāvu nesošā vadā ir viegli noteikt pēc karkasa likuma vai saskaņā ar labās puses skrūves noteikumu: ar skrūves ass translācijas kustību vadā esošās strāvas virzienā, skrūves vai kardāna roktura griešanās virziens (ieskrūvēšana vai ārā) norāda skrūves virzienu. magnētiskais lauks ap strāvu.

Kāpēc tiek piemērots kardāna noteikums? Jo rotora darbu (lauka teorijā apzīmē ar samazināšanos), ko izmanto divos Maksvela vienādojumos, var formāli uzrakstīt kā vektora reizinājumu (ar operatoru nabla), un pats galvenais tāpēc, ka vektora lauka rotoru var pielīdzināt ( ir analoģiju) ideālā šķidruma griešanās leņķiskajam ātrumam (kā to iedomājies pats Maksvels), kura plūsmas ātruma lauks attēlo noteiktu vektora lauku, var izmantot rotoram ar šiem noteikumu formulējumiem, kas aprakstīti leņķiskā ātruma gadījumā.

Tādējādi, ja pagriežat īkšķi vektora lauka virpuļa virzienā, tas ieskrūvēsies šī lauka rotora vektora virzienā.

Kā redzat, atšķirībā no elektrostatiskā lauka intensitātes līnijām, kas ir atvērtas telpā, magnētiskās indukcijas līnijas, kas ieskauj elektrisko strāvu, ir slēgtas. Ja elektriskās intensitātes E līnijas sākas ar pozitīviem lādiņiem un beidzas ar negatīviem lādiņiem, tad magnētiskās indukcijas līnijas B vienkārši aizveras ap strāvu, kas tās rada.

Tagad sarežģīsim eksperimentu. Apsveriet taisna stieples ar strāvu vietā līkumu ar strāvu. Pieņemsim, ka mums ir ērti novietot šādu cilpu perpendikulāri zīmējuma plaknei ar strāvu, kas vērsta pret mums pa kreisi un pa labi no mums. Ja tagad strāvas cilpas iekšpusē ir ievietots kompass ar magnētisko adatu, tad magnētiskā adata norādīs magnētiskās indukcijas līniju virzienu — tās būs vērstas pa cilpas asi.

Kāpēc? Tā kā spoles plaknes pretējās malas būs analogas magnētiskās adatas poliem.Tur, kur B līnijas iziet, ir ziemeļu magnētiskais pols, kur tās ieiet dienvidu polā. To ir viegli saprast, ja vispirms ņemat vērā strāvu nesošo vadu un tā magnētisko lauku un pēc tam vienkārši satinat vadu gredzenā.

Lai noteiktu cilpas ar strāvu magnētiskās indukcijas virzienu, viņi izmanto arī kardāna likumu vai labās puses skrūvju likumu. Novietojiet kardāna galu cilpas centrā un pagrieziet to pulksteņrādītāja virzienā. Kardāna translācijas kustība sakritīs virzienā ar magnētiskās indukcijas vektoru B cilpas centrā.

Acīmredzot strāvas magnētiskā lauka virziens ir saistīts ar strāvas virzienu vadā, vai tas būtu taisns vads vai spole.

Ir vispāratzīts, ka strāvu nesošās spoles vai spoles puse, kurā magnētiskās indukcijas B izejas līnijas (vektora B virziens ir uz āru), ir ziemeļu magnētiskais pols un kurā līnijas ieiet (vektors B ir vērsts uz iekšu), ir dienvidu magnētiskais pols.

Ja daudzi pagriezieni ar strāvu veido garu spoli - solenoīdu (spoles garums ir daudzkārt lielāks par tā diametru), tad magnētiskais lauks tajā ir vienmērīgs, tas ir, magnētiskās indukcijas līnijas B ir paralēlas viena otrai un tām ir vienāds blīvums visā spoles garumā. Starp citu, pastāvīgā magnēta magnētiskais lauks ārēji ir līdzīgs strāvu nesošas spoles magnētiskajam laukam.

Spolei ar strāvu I, garumu l, ar apgriezienu skaitu N, magnētiskā indukcija vakuumā būs skaitliski vienāda ar:

Tātad magnētiskais lauks spoles iekšpusē ar strāvu ir vienmērīgs un vērsts no dienvidu pola uz ziemeļpolu (spoles iekšpusē!). Magnētiskā indukcija spoles iekšpusē ir moduli proporcionāla ampēru apgriezienu skaitam strāvu nesošās spoles garuma vienībā.