Ypatinga materijos egzistavimo forma - Žemės magnetinis laukas - prisidėjo prie gyvybės atsiradimo ir išsaugojimo. Šio lauko fragmentai, geležies traukiamos rūdos gabalėliai, lėmė, kad elektros energija tarnauti žmonijai. Be elektros išgyvenimas būtų neįsivaizduojamas.
Turinys
Kas yra magnetinės indukcijos linijos
Magnetinį lauką apibrėžia intensyvumas kiekviename jo erdvės taške. Kreivės, jungiančios vienodų modulinių įtampų lauko taškus, vadinamos magnetinės indukcijos linijomis. Magnetinio lauko stipris konkrečiame taške yra jėgos charakteristika, o jai įvertinti naudojamas magnetinio lauko vektorius B. Jo kryptis konkrečiame magnetinės indukcijos linijos taške yra tangentinė.
Jei erdvės tašką veikia keli magnetiniai laukai, stiprumas nustatomas sumuojant kiekvieno veikiančio magnetinio lauko magnetinės indukcijos vektorius. Šiuo atveju intensyvumas konkrečiame taške sumuojamas moduliu, o magnetinės indukcijos vektorius apibrėžiamas kaip visų magnetinių laukų vektorių suma.
Nors magnetinės indukcijos linijos yra nematomos, jos turi tam tikrų savybių:
- Daroma prielaida, kad magnetinio lauko jėgų linijos išeina iš ašigalio (N) ir grįžta iš (S).
- Magnetinės indukcijos vektoriaus kryptis yra liestinė linijai.
- Nepaisant sudėtingos formos, kreivės nesusikerta ir būtinai yra trumpai sujungtos.
- Magneto viduje magnetinis laukas yra vienalytis, o linijų tankis yra didžiausias.
- Per lauko tašką eina tik viena magnetinės indukcijos linija.
Magnetinės indukcijos linijų kryptis nuolatinio magneto viduje
Istoriškai natūrali tam tikrų akmenų savybė pritraukti geležį jau seniai pastebėta daugelyje Žemės vietų. Laikui bėgant senovės Kinijoje iš geležies rūdos gabalėlių (magnetinio geležies akmens) tam tikru būdu iškaltos rodyklės virto kompasais, rodančiais kryptį į Žemės šiaurės ir pietų ašigalius ir padedančiais orientuotis žemėje.
Šio natūralaus reiškinio tyrimai parodė, kad geležies lydiniai ilgiau pasižymi stipresnėmis magnetinėmis savybėmis. Silpnesni gamtiniai magnetai yra rūdos, kuriose yra nikelio arba kobalto. Tyrinėdami elektrą, mokslininkai išmoko gaminti dirbtinai įmagnetintus daiktus iš lydinių, kurių sudėtyje yra geležies, nikelio arba kobalto. Tam jie buvo patalpinti į nuolatinės elektros srovės sukurtą magnetinį lauką ir, jei reikia, išmagnetinti kintamąja srove.
Gamtoje įmagnetinti arba dirbtinai pagaminti produktai turi du skirtingus polius - vietas, kuriose magnetizmas yra labiausiai sutelktas. Magnetai tarpusavyje sąveikauja magnetiniu lauku, todėl to paties pavadinimo poliai atstumia, o skirtingo pavadinimo poliai traukia. Taip susidaro sukamieji momentai jų orientacijai stipresnių laukų, pvz., Žemės lauko, erdvėje.
Silpnai įmagnetintų elementų ir stipraus magneto sąveiką vaizdžiai iliustruoja klasikinė patirtis su plieno drožlėmis, išbarstytomis ant kartono, ir plokščiu magnetu po juo. Ypač jei pjuvenos yra pailgos, aiškiai matyti, kaip jos išsidėsto išilgai magnetinio lauko jėgų linijų. Keičiant magneto padėtį po kartonu, stebimas jų atvaizdo konfigūracijos pokytis. Kompasų naudojimas šiame eksperimente dar labiau sustiprina magnetinio lauko struktūros supratimo poveikį.
Viena iš magnetinio lauko linijų savybių, kurią atrado M. Faradėjus teigia, kad jie yra uždari ir ištisiniai. Iš nuolatinio magneto šiaurinio poliaus išeinančios linijos patenka į pietinį polių. Tačiau magneto viduje jie nėra atviri ir patenka iš pietinio poliaus į šiaurinį. Produkto viduje esančių linijų skaičius yra maksimalus, magnetinis laukas yra vienalytis, o išsimagnetinus indukcija gali susilpnėti.
Magnetinės indukcijos vektoriaus krypties nustatymas pagal grąžto taisyklę
XIX a. pradžioje mokslininkai atrado, kad aplink laidininką, kuriuo teka srovė, susidaro magnetinis laukas. Susidariusios jėgos linijos veikia pagal tas pačias taisykles kaip ir natūralus magnetas. Be to, laidininko elektrinio lauko, kuriame teka srovė, ir magnetinio lauko sąveika tapo elektromagnetinės dinamikos pagrindu.
Supratus sąveikaujančių laukų jėgų orientaciją erdvėje, galima apskaičiuoti ašinius vektorius:
- Magnetinė indukcija;
- Indukcinės srovės dydžiai ir kryptys;
- Kampinis greitis.
Šis supratimas buvo suformuluotas borakso taisyklėje.
Sujungę dešiniojo bortelio transliacinį judėjimą su srovės laidininke kryptimi, gauname magnetinio lauko linijų kryptį, kurią rodo alkūnės sukimasis.
Nebūdama fizikos dėsnis, karvedžio taisyklė elektrotechnikoje naudojama ne tik magnetinio lauko linijų krypčiai, priklausomai nuo srovės laidininke vektoriaus, bet ir priešingai - srovės krypčiai solenoido laiduose dėl magnetinės indukcijos linijų sukimosi nustatyti.
Supratęs šį ryšį, Amperas pagrindė besisukančių laukų dėsnį, pagal kurį buvo sukurti įvairių principų elektros varikliai. Visi indukciniai aparatai, kuriuose naudojamos indukcinės ritės, vadovaujasi borakso taisykle.
Dešiniosios rankos taisyklė
Srovės, tekančios laidininko (vienos uždaros laidininkų ritės pusės) magnetiniame lauke, krypties nustatymą aiškiai parodo dešiniosios rankos taisyklė.
Jame teigiama, kad dešinįjį delną pasukus į N polių (elektros linijos įeina į delną), o nykštį atlenkus 90 laipsnių kampu, rodančiu laidininko kryptį, magnetinis laukas uždaroje kilpoje (ritėje) indukuoja elektros srovę, kurios judėjimo vektorių rodo keturi pirštai.
Ši taisyklė rodo, kaip iš pradžių atsirado nuolatinės srovės generatoriai. Tam tikra gamtos jėga (vanduo, vėjas) suko uždarą laidininkų kilpą magnetiniame lauke ir taip generavo elektrą. Tada varikliai, gavę elektros srovę pastoviame magnetiniame lauke, paversdavo ją mechaniniu judesiu.
Dešiniosios rankos taisyklė galioja ir induktoriaus ričių atveju. Judant jų viduje esančiai magnetinei šerdžiai, susidaro indukcinės srovės.
Jei keturi dešinės rankos pirštai yra vienoje linijoje su srovės kryptimi ritės ritėse, tai nykštys, atlenktas 90 laipsnių kampu, bus nukreiptas į šiaurės ašigalį.
Borakso ir dešiniosios rankos taisyklės sėkmingai demonstruoja elektrinio ir magnetinio laukų sąveiką. Jie leidžia suprasti įvairių elektrotechnikos prietaisų veikimą beveik visiems, ne tik mokslininkams.
Susiję straipsniai:
