ได้ภาพสนามแม่เหล็ก การนำเสนอ - สนามแม่เหล็กและภาพ

ภาพกราฟิก สนามแม่เหล็ก. ฟลักซ์เวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก

สนามแม่เหล็กสามารถแสดงเป็นกราฟิกได้โดยใช้เส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็ก เส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กคือเส้นที่แทนเจนต์ในแต่ละจุดเกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็ก (รูปที่ 6)

การวิจัยพบว่าเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กเป็นเส้นปิดที่ล้อมรอบกระแส ความหนาแน่นของเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กเป็นสัดส่วนกับขนาดของเวกเตอร์ที่ตำแหน่งที่กำหนดในสนาม ในกรณีของสนามแม่เหล็กกระแสตรง เส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะมีรูปร่างเป็นวงกลมที่มีจุดร่วมศูนย์กลางอยู่ในระนาบตั้งฉากกับกระแส โดยมีจุดศูนย์กลางอยู่บนเส้นตรงกับกระแส ทิศทางของเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็ก โดยไม่คำนึงถึงรูปร่างของกระแสไฟฟ้า สามารถกำหนดได้โดยใช้กฎสว่าน ในกรณีของสนามแม่เหล็กกระแสตรง จะต้องหมุนสว่านเพื่อให้การเคลื่อนที่ในการแปลเกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางของกระแสในเส้นลวด จากนั้นการเคลื่อนที่แบบหมุนของด้ามจับสว่านจะตรงกับทิศทางของเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ( ภาพที่ 7)

ในรูป 8 และ 9 แสดงรูปภาพเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามกระแสวงกลมและสนามโซลินอยด์ โซลินอยด์คือชุดของกระแสวงกลมที่มีแกนร่วม

เส้นของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำภายในโซลินอยด์ขนานกัน ความหนาแน่นของเส้นเท่ากัน สนามจะสม่ำเสมอ (= const) สนามของโซลินอยด์มีความคล้ายคลึงกับสนามแม่เหล็กถาวร จุดสิ้นสุดของโซลินอยด์ที่เส้นเหนี่ยวนำโผล่ออกมานั้นคล้ายกับขั้วเหนือ - N ส่วนปลายอีกด้านของโซลินอยด์จะคล้ายกับขั้วใต้ - S.

จำนวนเส้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่ทะลุผ่านพื้นผิวใดพื้นผิวหนึ่งเรียกว่าฟลักซ์แม่เหล็กผ่านพื้นผิวนั้น กำหนด สนามแม่เหล็กตัวอักษร Ф ใน (หรือ Ф)

,

(3)

โดยที่ α คือมุมที่เกิดจากเวกเตอร์และมุมปกติของพื้นผิว (รูปที่ 10)

– การฉายภาพเวกเตอร์ลงบนเส้นปกติไปยังพื้นที่ S

ฟลักซ์แม่เหล็กวัดเป็นเวเบอร์ (Wb): [F]=[B]× [S]=T× m 2 = =

เรารู้ว่าตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าจะสร้างสนามแม่เหล็กรอบๆ ตัวมันเอง แม่เหล็กถาวรยังสร้างสนามแม่เหล็กด้วย ฟิลด์ที่พวกเขาสร้างจะแตกต่างออกไปหรือไม่? ไม่ต้องสงสัยเลยว่าพวกเขาจะ ความแตกต่างระหว่างสิ่งเหล่านี้สามารถเห็นได้ชัดเจนหากคุณสร้างภาพกราฟิกของสนามแม่เหล็ก เส้นสนามแม่เหล็กจะมีทิศทางแตกต่างออกไป

สนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ

เมื่อไร ตัวนำกระแสไฟฟ้า เส้นแม่เหล็กสร้างวงกลมศูนย์กลางปิดรอบตัวนำ หากเราดูหน้าตัดของตัวนำที่มีกระแสไหลผ่านและสนามแม่เหล็กที่ตัวนำนั้นสร้างขึ้น เราจะเห็นชุดของวงกลม เส้นผ่านศูนย์กลางต่างๆ. รูปด้านซ้ายแสดงเพียงตัวนำที่ส่งกระแสไฟ

ยิ่งคุณอยู่ใกล้ตัวนำมากเท่าไร ผลของสนามแม่เหล็กก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้นเท่านั้น เมื่อคุณเคลื่อนออกจากตัวนำ การกระทำและความแรงของสนามแม่เหล็กจะลดลง

เมื่อไร แม่เหล็กถาวรเรามีเส้นที่ออกมาจากขั้วใต้ของแม่เหล็ก ลากผ่านตัวแม่เหล็กแล้วเข้าไปข้างใน ขั้วโลกเหนือ.

เมื่อร่างแม่เหล็กดังกล่าวและเส้นแม่เหล็กของสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นเป็นกราฟิก เราจะเห็นว่าผลกระทบของสนามแม่เหล็กจะแข็งแกร่งที่สุดใกล้กับขั้วซึ่งเส้นแม่เหล็กนั้นมีความหนาแน่นมากที่สุด ภาพด้านซ้ายที่มีแม่เหล็กสองตัวแสดงให้เห็นสนามแม่เหล็กของแม่เหล็กถาวร

เราจะเห็นภาพตำแหน่งของเส้นแม่เหล็กที่คล้ายกันในกรณีของโซลินอยด์หรือคอยล์ที่มีกระแสไฟฟ้า เส้นแม่เหล็กจะมีความเข้มมากที่สุดที่ปลายทั้งสองหรือปลายขด ในกรณีทั้งหมดข้างต้น เรามีสนามแม่เหล็กที่ไม่สม่ำเสมอ เส้นแม่เหล็กก็มี ทิศทางที่แตกต่างกันและความหนาแน่นก็ต่างกัน

สนามแม่เหล็กสามารถสม่ำเสมอได้หรือไม่?

ถ้าเรามองอย่างใกล้ชิด ภาพกราฟิกโซลินอยด์เราจะเห็นว่าเส้นแม่เหล็กขนานกันและมีความหนาแน่นเท่ากันในโซลินอยด์ที่เดียวเท่านั้น

ภาพเดียวกันนี้จะสังเกตได้ภายในตัวแม่เหล็กถาวร และถ้าในกรณีของแม่เหล็กถาวร เราไม่สามารถ "ปีน" ภายในตัวของมันโดยไม่ทำลายมันได้ ในกรณีของขดลวดที่ไม่มีแกนหรือโซลินอยด์ เราจะได้สนามแม่เหล็กที่สม่ำเสมอภายในพวกมัน

บุคคลจำนวนหนึ่งอาจต้องการฟิลด์ดังกล่าวก็ได้ กระบวนการทางเทคโนโลยีดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะสร้างโซลินอยด์ที่มีขนาดเพียงพอที่จะอนุญาตได้ กระบวนการที่จำเป็นข้างในพวกเขา

ในเชิงกราฟิก เราคุ้นเคยกับการแสดงเส้นแม่เหล็กเป็นวงกลมหรือส่วนต่างๆ นั่นคือ ดูเหมือนว่าเราจะมองเห็นเส้นเหล่านั้นจากด้านข้างหรือตามแนว แต่จะเกิดอะไรขึ้นถ้าภาพวาดถูกสร้างขึ้นในลักษณะที่เส้นเหล่านี้มุ่งตรงมาหาเราหรือที่ ด้านหลังจากเรา? จากนั้นจะวาดเป็นรูปจุดหรือกากบาท

หากพวกมันพุ่งตรงมาที่เราพวกมันก็จะถูกพรรณนาเป็นจุดราวกับว่ามันเป็นปลายลูกศรที่บินมาหาเรา ในกรณีตรงกันข้าม เมื่อพวกเขาถูกหันเหไปจากเรา พวกมันจะถูกดึงออกมาในรูปของไม้กางเขน ราวกับว่ามันเป็นหางของลูกธนูที่เคลื่อนออกไปจากเรา

สนามแม่เหล็ก (MF) การแสดงภาพกราฟิก การเหนี่ยวนำแม่เหล็กของตัวนำรูปทรงต่างๆ

ในปี ค.ศ. 1820 เออร์สเตดค้นพบความเชื่อมโยงระหว่างไฟฟ้าและแม่เหล็ก อังเดร มารี ได้ทำการทดลองของเออร์สเตดซ้ำ แอมแปร์ได้ข้อสรุปว่า: ตัวนำกระแสไฟที่ไหลผ่านนั้นกลายเป็นแม่เหล็ก ดังนั้นมันจึงไปกระทำกับเข็มแม่เหล็กและหมุนมัน สนามแม่เหล็กเป็นสสารชนิดพิเศษที่มีอยู่จริง กล่าวคือ โดยไม่คำนึงถึงเราความรู้ของเราเกี่ยวกับพระองค์

คุณสมบัติ MP สร้างขึ้นโดยการเคลื่อนย้ายประจุไฟฟ้าและกระแส

ส่งผลต่อการเคลื่อนย้าย ค่าไฟฟ้า,กระแส.

สายไฟของ ส.ส. ปิด ดังนั้น ส.ส. จึงปิดอยู่

สนามน้ำวน

ความปิดของเส้นสนามแม่เหล็กเป็นผลมาจากการไม่มีขั้วแม่เหล็กที่แยกได้ตามธรรมชาติ

ฟิลด์เวกเตอร์ที่มีเส้นฟิลด์ปิดอยู่เรียกว่า ทุ่งน้ำวน.

สนามแม่เหล็กคือกระแสน้ำวน

การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B – ลักษณะกำลัง สนามแม่เหล็ก การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กสามารถกำหนดได้โดยแรงที่กระทำต่อตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าในสนามแม่เหล็กขนาดของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กคืออัตราส่วนของแรงสูงสุดที่กระทำจากสนามแม่เหล็กบนส่วนของตัวนำที่ส่งกระแสไฟฟ้าต่อผลคูณของความแรงของกระแสและความยาวของส่วนนี้

เส้นสนามแม่เหล็ก - เส้นของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กถูกวาดในลักษณะที่สัมผัสกันที่จุดแต่ละจุดของสนามระบุทิศทางของสนาม ณ จุดนี้ ลูกศรแม่เหล็กเล็ก ๆ ฟรีที่จุดใด ๆ ของสนามแม่เหล็กจะอยู่ ในทิศทางของเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก เส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กเข้าสู่ขั้วใต้และออกจากขั้วเหนือ

หน่วยของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กถือเป็นการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามสม่ำเสมอ โดยส่วนของตัวนำยาว 1 เมตรที่มีความแรงกระแส 1 A กระทำโดยสนามด้วยแรงสูงสุด 1 นิวตัน ดังนั้น การเหนี่ยวนำแม่เหล็กเป็นลักษณะพลังงานของสนามแม่เหล็ก หากทุกจุดของพื้นที่บางส่วน เวกเตอร์การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กมีขนาดและทิศทางเท่ากัน สนามแม่เหล็กจะเรียกว่าสม่ำเสมอ

สนามภายในแถบแม่เหล็กถาวรและขดลวดที่มีกระแสไฟฟ้าเป็นสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ

ทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็กกระแสตรง กฎเส้นรอบวง มือขวา. หากคุณจับตัวนำตรงด้วยฝ่ามือขวาของคุณเพื่อให้ นิ้วหัวแม่มือถูกชี้ไปตามกระแสแล้วนิ้วทั้งสี่จะแสดงทิศทางของเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามกระแส

ทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็กของกระแสวงกลม หากนิ้วทั้งสี่ของมือขวาชี้ไปตามกระแสน้ำ นิ้วหัวแม่มือที่ขยายออกจะแสดงทิศทางของเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามกระแสไฟฟ้า

ภาพกระแสน้ำและสนามแม่เหล็ก

ทิศทางของกระแสในตัวนำเข้าหาเรานั้นตั้งฉากกับระนาบของแผ่น - ทิศทางของกระแสในตัวนำอยู่ห่างจากเราตั้งฉากกับระนาบของแผ่น

เมื่อสร้างภาพของสนามแม่เหล็ก จะใช้กฎเดียวกันกับเมื่อสร้างภาพ สนามไฟฟ้าในไฟฟ้าสถิต

เส้นสนามแม่เหล็ก (หรือความเข้ม) คือเส้นสนามแม่เหล็ก เส้นตรงที่ศักย์แม่เหล็กคงที่เรียกว่าศักย์ไฟฟ้าเท่ากัน

หากมีการนำตัวเฟอร์โรแมกเนติกเข้าไปในสนามแม่เหล็ก เส้นสนามจะเข้าสู่สนามแม่เหล็กในมุมหนึ่ง 90  (เช่น สนามข้อมูลบิดเบี้ยว) หากใช้วัตถุที่ไม่ใช่เฟอร์โรแมกเนติก สนามจะไม่บิดเบี้ยว

การเปรียบเทียบสนามไฟฟ้าสถิต (ไฟฟ้า) และสนามแม่เหล็ก

การแข่งขันมีสองประเภท

1) การกระจายประจุเชิงเส้นในสนามไฟฟ้าสถิตและกระแสเชิงเส้นในสนามแม่เหล็กเหมือนกัน

ในกรณีนี้รูปแบบของสนามจะคล้ายกัน แต่เส้นแรงในสนามไฟฟ้าสถิตนั้นมีศักย์เท่ากันในสนามแม่เหล็กและในทางกลับกันนั่นคือรูปแบบสนามจะหมุนเป็นมุม ความหมายของเส้นจะเปลี่ยนไป

2) รูปร่างที่เหมือนกันของพื้นผิวของขอบเขตศักย์ไฟฟ้าเท่ากันในทั้งสองสนาม ในกรณีนี้ รูปแบบของฟิลด์จะคล้ายกันโดยสิ้นเชิง

ธรรมชาติทางกายภาพของสนามแม่เหล็กนั้นแตกต่างกัน สนามไฟฟ้าสถิตถูกสร้างขึ้นโดยประจุ สนามแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นโดยกระแส นั่นคือ ในสนามแม่เหล็กไม่มีแนวคิดเกี่ยวกับประจุแม่เหล็ก (
ซึ่งเป็นค่าที่ป้อนตามเงื่อนไข)

ตัวเหนี่ยวนำ

สำหรับวงจร (คอยล์) ที่มีการซึมผ่านของแม่เหล็ก
และไม่ขึ้นอยู่กับความแรงของสนามแม่เหล็ก การเชื่อมต่อฟลักซ์จะเป็นสัดส่วนกับกระแส

, ที่ไหน

- ค่าสัมประสิทธิ์สัดส่วนเรียกว่าตัวเหนี่ยวนำ

- ไฟฟ้า.

การเชื่อมโยงฟลักซ์คือ:

, ที่ไหน

Ф – ฟลักซ์แม่เหล็ก;

w คือจำนวนรอบ

จากสูตรข้างต้นเป็นดังนี้:

ตัวเหนี่ยวนำขึ้นอยู่กับขนาดทางเรขาคณิตของวงจร จำนวนรอบ และคุณสมบัติของตัวกลาง แต่ไม่ขึ้นอยู่กับปริมาณของกระแสที่ไหลผ่านขดลวด

วิธีการหาความเหนี่ยวนำ :

ตามอัตภาพ เราถือว่าทราบกระแสในขดลวด

เราแสดงฟลักซ์แม่เหล็กผ่านกระแสที่รู้จัก

เราแทนที่ฟลักซ์แม่เหล็กเป็นสูตรตัวเหนี่ยวนำ โดยที่กระแสที่ไม่รู้จักหักล้างกัน

วิธีการคำนวณตัวเหนี่ยวนำจะคล้ายกับวิธีคำนวณความจุ

ตัวอย่าง: หาค่าความเหนี่ยวนำของขดลวดที่พันอย่างสม่ำเสมอบนแกนหน้าตัดสี่เหลี่ยม รัศมีภายในคือ R 1 รัศมีภายนอก R 2 ความสูง h จำนวนรอบ

ตามกฎของกระแสรวม H ถูกกำหนด:

ไหลผ่านแถบ

สตรีมเต็ม:

การเชื่อมโยงฟลักซ์คือ:

แรงเคลื่อนไฟฟ้าของการเหนี่ยวนำตนเองและการเหนี่ยวนำร่วมกัน

แรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำตัวเองเป็นสัดส่วนกับอัตราการเปลี่ยนแปลงของกระแสในขดลวดนี้

- แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดจากตนเอง

ปรากฏการณ์ของแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำในวงจรใด ๆ เมื่อการเปลี่ยนแปลงกระแสในวงจรอื่นเรียกว่าการเหนี่ยวนำร่วมกัน และแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำคือแรงเคลื่อนไฟฟ้าเหนี่ยวนำร่วม

- EMF ของการเหนี่ยวนำซึ่งกันและกัน

โดยที่ M คือการเหนี่ยวนำร่วมกัน

หัวข้อของตัวประมวลผลการตรวจสอบ Unified State: อันตรกิริยาของแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กของตัวนำกับกระแส

ผู้คนรู้จักคุณสมบัติทางแม่เหล็กของสสารมาเป็นเวลานาน แม่เหล็กได้ชื่อมาจากเมืองแม็กเนเซียโบราณ: ในบริเวณใกล้เคียงมีแร่ (ต่อมาชื่อ แร่เหล็กแม่เหล็กหรือแมกนีไทต์) ชิ้นส่วนที่ดึงดูดวัตถุที่เป็นเหล็ก

ปฏิสัมพันธ์ของแม่เหล็ก

ทั้งสองด้านของแม่เหล็กแต่ละอันจะมีอยู่ ขั้วโลกเหนือและ ขั้วโลกใต้. แม่เหล็กสองตัวถูกดึงดูดซึ่งกันและกันด้วยขั้วตรงข้ามและผลักกันด้วยขั้วที่คล้ายกัน แม่เหล็กสามารถทำงานร่วมกันได้แม้ผ่านสุญญากาศ! อย่างไรก็ตาม ทั้งหมดนี้คล้ายคลึงกับอันตรกิริยาของประจุไฟฟ้า ปฏิกิริยาของแม่เหล็กไม่ใช่ไฟฟ้า. นี่คือหลักฐานจากข้อเท็จจริงเชิงทดลองต่อไปนี้

แรงแม่เหล็กอ่อนลงเมื่อแม่เหล็กร้อนขึ้น ความแรงของการโต้ตอบของประจุแบบจุดไม่ได้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ

แรงแม่เหล็กจะลดลงหากแม่เหล็กถูกเขย่า ไม่มีอะไรแบบนี้เกิดขึ้นกับวัตถุที่มีประจุไฟฟ้า

ประจุไฟฟ้าบวกสามารถแยกออกจากประจุลบได้ (เช่น เมื่อร่างกายเกิดไฟฟ้า) แต่มันเป็นไปไม่ได้ที่จะแยกขั้วของแม่เหล็ก: หากคุณตัดแม่เหล็กออกเป็นสองส่วน ขั้วก็จะปรากฏขึ้นที่บริเวณที่ถูกตัดด้วย และแม่เหล็กจะแยกออกเป็นแม่เหล็กสองอันโดยมีขั้วตรงข้ามกันที่ปลาย (วางในลักษณะเดียวกันทุกประการ) เหมือนขั้วแม่เหล็กเดิม)

ดังนั้นแม่เหล็ก เสมอไบโพลาร์มีอยู่ในรูปแบบเท่านั้น ไดโพล. ขั้วแม่เหล็กแยก (เรียกว่า โมโนโพลแม่เหล็ก- ประจุไฟฟ้าที่คล้ายคลึงกัน) ไม่มีอยู่ในธรรมชาติ (ไม่ว่าในกรณีใดยังไม่ได้ค้นพบการทดลอง) นี่อาจเป็นความไม่สมดุลที่โดดเด่นที่สุดระหว่างไฟฟ้าและแม่เหล็ก

เช่นเดียวกับวัตถุที่มีประจุไฟฟ้า แม่เหล็กก็ทำหน้าที่กับประจุไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม แม่เหล็กจะทำงานเท่านั้น การย้ายค่าใช้จ่าย; หากประจุอยู่นิ่งสัมพันธ์กับแม่เหล็ก ก็จะไม่พบผลกระทบของแรงแม่เหล็กต่อประจุ ในทางตรงกันข้าม ร่างกายที่ถูกไฟฟ้าจะกระทำต่อประจุใดๆ ก็ตาม ไม่ว่าจะอยู่นิ่งหรือเคลื่อนไหวก็ตาม

ตามแนวคิดสมัยใหม่ของทฤษฎีระยะสั้น ปฏิสัมพันธ์ของแม่เหล็กจะดำเนินการผ่าน สนามแม่เหล็กกล่าวคือ แม่เหล็กสร้างสนามแม่เหล็กในพื้นที่โดยรอบ ซึ่งทำหน้าที่กับแม่เหล็กอีกอันหนึ่ง และทำให้เกิดแรงดึงดูดหรือแรงผลักที่มองเห็นได้ของแม่เหล็กเหล่านี้

ตัวอย่างของแม่เหล็กคือ เข็มแม่เหล็กเข็มทิศ. การใช้เข็มแม่เหล็กทำให้คุณสามารถตัดสินการมีอยู่ของสนามแม่เหล็กในพื้นที่ที่กำหนด รวมถึงทิศทางของสนามแม่เหล็กได้

โลกของเราเป็นแม่เหล็กขนาดยักษ์ ไม่ไกลจากขั้วโลกเหนือของโลกคือขั้วแม่เหล็กใต้ ดังนั้นปลายทิศเหนือของเข็มทิศจึงหันไปทางทิศใต้ ขั้วแม่เหล็กโลก หมายถึง ภูมิศาสตร์ทางเหนือ นี่คือที่มาของชื่อ "ขั้วโลกเหนือ" ของแม่เหล็ก

เส้นสนามแม่เหล็ก

เราจำได้ว่าสนามไฟฟ้าได้รับการศึกษาโดยใช้ประจุทดสอบขนาดเล็ก โดยผลกระทบที่สามารถตัดสินขนาดและทิศทางของสนามได้ อะนาล็อกของประจุทดสอบในกรณีของสนามแม่เหล็กคือเข็มแม่เหล็กขนาดเล็ก

ตัวอย่างเช่น คุณสามารถเข้าใจเชิงเรขาคณิตเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กได้โดยการวางเข็มเข็มทิศขนาดเล็กมากไว้ที่จุดต่างๆ ในอวกาศ ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าลูกศรจะเรียงกันตามเส้นบางเส้น - ที่เรียกว่า เส้นสนามแม่เหล็ก. ให้เรานิยามแนวคิดนี้ในรูปแบบสามประเด็นต่อไปนี้

1. เส้นสนามแม่เหล็กหรือเส้นแรงแม่เหล็กเป็นเส้นกำกับในอวกาศที่มีคุณสมบัติดังต่อไปนี้: เข็มเข็มทิศขนาดเล็กที่วางอยู่ที่แต่ละจุดบนเส้นนั้นจะมีทิศทางสัมผัสกับเส้นนี้.

2. ทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็กถือเป็นทิศทางของปลายด้านเหนือของเข็มเข็มทิศซึ่งอยู่ที่จุดบนเส้นนี้.

3. ยิ่งเส้นหนาแน่นเท่าไร สนามแม่เหล็กในพื้นที่ที่กำหนดก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้นเท่านั้น.

ตะไบเหล็กสามารถทำหน้าที่เป็นเข็มเข็มทิศได้สำเร็จ: ในสนามแม่เหล็ก ตะไบขนาดเล็กจะกลายเป็นแม่เหล็กและมีลักษณะเหมือนเข็มแม่เหล็กทุกประการ

ดังนั้น โดยการเทตะไบเหล็กรอบๆ แม่เหล็กถาวร เราจะเห็นภาพเส้นสนามแม่เหล็กโดยประมาณต่อไปนี้ (รูปที่ 1)

ข้าว. 1. สนามแม่เหล็กถาวร

ขั้วเหนือของแม่เหล็กระบุด้วยสีน้ำเงินและตัวอักษร ; ขั้วโลกใต้ - สีแดง และตัวอักษร . โปรดทราบว่าเส้นสนามจะออกจากขั้วเหนือของแม่เหล็กและเข้าไปในขั้วใต้ เพราะท้ายที่สุดแล้ว ปลายด้านเหนือของเข็มเข็มทิศจะหันไปทางขั้วใต้ของแม่เหล็ก

ประสบการณ์ของเออร์สเตด

แม้ว่าผู้คนจะรู้จักปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็กมาตั้งแต่สมัยโบราณ แต่ก็ไม่ได้สังเกตความสัมพันธ์ระหว่างพวกเขามาเป็นเวลานาน เป็นเวลาหลายศตวรรษแล้วที่การวิจัยเกี่ยวกับไฟฟ้าและแม่เหล็กดำเนินไปแบบคู่ขนานและเป็นอิสระจากกัน

ข้อเท็จจริงที่น่าทึ่งที่ว่าปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าและแม่เหล็กมีความสัมพันธ์กันจริงๆ ถูกค้นพบครั้งแรกในปี 1820 ในการทดลองอันโด่งดังของ Oersted

แผนภาพการทดลองของ Oersted แสดงไว้ในรูปที่ 1 2 (ภาพจากเว็บไซต์ rt.mipt.ru) เหนือเข็มแม่เหล็ก (และเป็นขั้วเหนือและขั้วใต้ของเข็ม) จะมีตัวนำโลหะเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดกระแสไฟฟ้า หากปิดวงจร ลูกศรจะหมุนตั้งฉากกับตัวนำ!
การทดลองง่ายๆ นี้ระบุความสัมพันธ์ระหว่างไฟฟ้าและแม่เหล็กโดยตรง การทดลองที่เป็นไปตามการทดลองของเออร์สเตดได้กำหนดรูปแบบดังต่อไปนี้: สนามแม่เหล็กถูกสร้างขึ้น กระแสไฟฟ้าและกระทำตามกระแสน้ำ.

ข้าว. 2. การทดลองของเออร์สเตด

รูปแบบของเส้นสนามแม่เหล็กที่เกิดจากตัวนำที่มีกระแสไหลอยู่จะขึ้นอยู่กับรูปร่างของตัวนำ

สนามแม่เหล็กของเส้นลวดตรงที่พากระแส

เส้นสนามแม่เหล็กของเส้นลวดตรงที่พากระแสเป็นวงกลมที่มีศูนย์กลางร่วมกัน ศูนย์กลางของวงกลมเหล่านี้วางอยู่บนเส้นลวดและระนาบของพวกมันตั้งฉากกับเส้นลวด (รูปที่ 3)

ข้าว. 3. สนามของเส้นลวดตรงกับกระแส

มีกฎทางเลือกสองข้อในการกำหนดทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็กไปข้างหน้า

กฎตามเข็มนาฬิกา. เส้นสนามจะหมุนทวนเข็มนาฬิกาหากคุณมองเพื่อให้กระแสไหลมาหาเรา.

กฎสกรู(หรือ กฎของ gimlet, หรือ กฎเกลียว- นี่คือสิ่งที่ใกล้กับใครบางคน ;-)) เส้นสนามไปในที่ที่คุณต้องหมุนสกรู (ด้วยเกลียวขวาปกติ) เพื่อให้เคลื่อนไปตามเกลียวในทิศทางของกระแสน้ำ.

ใช้กฎที่เหมาะกับคุณที่สุด จะดีกว่าถ้าทำความคุ้นเคยกับกฎตามเข็มนาฬิกา - คุณจะเห็นเองในภายหลังว่ามันเป็นสากลและใช้งานง่ายกว่า (จากนั้นจำไว้ด้วยความขอบคุณในปีแรกเมื่อคุณศึกษาเรขาคณิตวิเคราะห์)

ในรูป 3 มีอะไรใหม่เกิดขึ้น: นี่คือเวกเตอร์ที่เรียกว่า การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็ก, หรือ การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก. เวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กมีความคล้ายคลึงกับเวกเตอร์ความแรงของสนามไฟฟ้า: มันทำหน้าที่ ลักษณะพลังงานสนามแม่เหล็ก กำหนดแรงที่สนามแม่เหล็กกระทำต่อประจุที่เคลื่อนที่

เราจะพูดถึงแรงในสนามแม่เหล็กในภายหลัง แต่ตอนนี้เราจะทราบเพียงว่าขนาดและทิศทางของสนามแม่เหล็กนั้นถูกกำหนดโดยเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ในแต่ละจุดในอวกาศ เวกเตอร์จะชี้ไปในทิศทางเดียวกับปลายด้านเหนือของเข็มเข็มทิศที่วางอยู่ที่จุดที่กำหนด กล่าวคือ สัมผัสกับเส้นสนามในทิศทางของเส้นนี้ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กวัดได้ใน เทสลา(ทล).

เช่นเดียวกับในกรณีของสนามไฟฟ้า การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กจะใช้สิ่งต่อไปนี้: หลักการซ้อนทับ. มันอยู่ในความจริงที่ว่า การเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้น ณ จุดที่กำหนดโดยกระแสต่าง ๆ รวมกันเป็นเวกเตอร์และให้เวกเตอร์ผลลัพธ์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก:.

สนามแม่เหล็กของขดลวดกับกระแส

พิจารณาขดลวดวงกลมที่หมุนเวียน กระแสตรง.. เราไม่แสดงแหล่งกำเนิดที่สร้างกระแสในรูป

ภาพเส้นสนามวงโคจรของเราจะมีลักษณะประมาณดังนี้ (รูปที่ 4)

ข้าว. 4. สนามขดลวดกับกระแส

สิ่งสำคัญสำหรับเราคือจะต้องสามารถระบุได้ว่าสนามแม่เหล็กมีทิศทางครึ่งสเปซใด (สัมพันธ์กับระนาบของขดลวด) เรามีกฎทางเลือกสองข้ออีกครั้ง

กฎตามเข็มนาฬิกา. เส้นสนามไปที่นั่น โดยดูจากตำแหน่งที่กระแสดูเหมือนจะหมุนเวียนทวนเข็มนาฬิกา.

กฎสกรู. เส้นสนามจะไปที่ที่สกรู (ด้วยเกลียวขวาปกติ) จะเคลื่อนที่หากหมุนไปในทิศทางของกระแส.

อย่างที่คุณเห็นบทบาทการเปลี่ยนแปลงในปัจจุบันและภาคสนาม - เมื่อเปรียบเทียบกับการกำหนดกฎเหล่านี้สำหรับกรณีของกระแสตรง

สนามแม่เหล็กของขดลวดกระแส

ม้วนมันจะได้ผลถ้าคุณพันลวดให้แน่นแล้วหมุนเป็นเกลียวที่ยาวพอสมควร (รูปที่ 5 - รูปภาพจาก en.wikipedia.org) ขดลวดอาจมีหลายสิบ ร้อย หรือหลายพันรอบ คอยล์ก็เรียกว่า โซลินอยด์.

ข้าว. 5. คอยล์ (โซลินอยด์)

อย่างที่เราทราบสนามแม่เหล็กของเทิร์นหนึ่งนั้นดูไม่ง่ายนัก ทุ่งนา? การหมุนแต่ละรอบของขดลวดจะถูกซ้อนทับกันและดูเหมือนว่าผลลัพธ์จะเป็นภาพที่สับสนมาก อย่างไรก็ตาม ไม่เป็นเช่นนั้น สนามของขดลวดยาวมีโครงสร้างที่เรียบง่ายอย่างไม่คาดคิด (รูปที่ 6)

ข้าว. 6. สนามคอยล์ปัจจุบัน

ในรูปนี้ กระแสในคอยล์จะไหลทวนเข็มนาฬิกาเมื่อมองจากด้านซ้าย (สิ่งนี้จะเกิดขึ้นหากในรูปที่ 5 ปลายด้านขวาของคอยล์เชื่อมต่อกับ “บวก” ของแหล่งกำเนิดปัจจุบัน และปลายด้านซ้ายไปยัง “ ลบ"). เราจะเห็นว่าสนามแม่เหล็กของขดลวดมีคุณสมบัติเฉพาะสองประการ

1. ภายในขดลวดห่างจากขอบมีสนามแม่เหล็กอยู่ เป็นเนื้อเดียวกัน: ในแต่ละจุด เวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะมีขนาดและทิศทางเท่ากัน เส้นสนามเป็นเส้นตรงขนานกัน พวกมันโค้งงอเฉพาะบริเวณขอบของคอยล์เมื่อพวกมันออกมา

2. ด้านนอกคอยล์ สนามอยู่ใกล้กับศูนย์ ยิ่งขดลวดหมุนมากเท่าไร สนามที่อ่อนแอกว่าภายนอกของเธอ

โปรดทราบว่าขดลวดที่ยาวเป็นอนันต์จะไม่ปล่อยสนามออกไปด้านนอกเลย: ไม่มีสนามแม่เหล็กอยู่ด้านนอกขดลวด ภายในคอยล์ดังกล่าว สนามมีความสม่ำเสมอทั่วทุกแห่ง

ไม่เตือนคุณถึงอะไรเลยเหรอ? คอยล์คืออะนาล็อก "แม่เหล็ก" ของตัวเก็บประจุ คุณจำได้ว่าตัวเก็บประจุสร้างเนื้อเดียวกัน สนามไฟฟ้าเส้นที่โค้งงอเฉพาะใกล้ขอบของแผ่นเปลือกโลกและนอกตัวเก็บประจุสนามจะอยู่ใกล้กับศูนย์ ตัวเก็บประจุที่มีเพลทไม่มีที่สิ้นสุดจะไม่ปล่อยสนามออกไปด้านนอกเลย และสนามไฟฟ้าจะมีความสม่ำเสมอทุกจุดในนั้น

และตอนนี้ - การสังเกตหลัก โปรดเปรียบเทียบรูปภาพของเส้นสนามแม่เหล็กที่อยู่ด้านนอกขดลวด (รูปที่ 6) กับเส้นสนามแม่เหล็กในรูปที่ 1 1. มันก็เรื่องเดียวกันไม่ใช่เหรอ? และตอนนี้เรามาถึงคำถามที่อาจเกิดขึ้นในใจของคุณเป็นเวลานาน: ถ้าสนามแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นโดยกระแสและกระทำต่อกระแสแล้วอะไรคือสาเหตุของการปรากฏตัวของสนามแม่เหล็กใกล้กับแม่เหล็กถาวร? ท้ายที่สุดแล้วแม่เหล็กนี้ดูเหมือนจะไม่ใช่ตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้า!

สมมติฐานของแอมแปร์ กระแสน้ำเบื้องต้น

ในตอนแรกคิดว่าปฏิสัมพันธ์ของแม่เหล็กอธิบายได้ด้วยประจุแม่เหล็กพิเศษที่มีความเข้มข้นที่ขั้ว แต่ต่างจากไฟฟ้าตรงที่ไม่มีใครสามารถแยกประจุแม่เหล็กได้ ดังที่เราได้กล่าวไปแล้ว ไม่สามารถแยกขั้วเหนือและขั้วใต้ของแม่เหล็กได้ - ขั้วทั้งสองจะอยู่เป็นแม่เหล็กเป็นคู่เสมอ

การทดลองของเออร์สเตดทำให้ข้อสงสัยเกี่ยวกับประจุแม่เหล็กรุนแรงขึ้น เมื่อปรากฎว่าสนามแม่เหล็กเกิดจากกระแสไฟฟ้า ยิ่งไปกว่านั้นปรากฎว่าสำหรับแม่เหล็กใด ๆ คุณสามารถเลือกตัวนำที่มีกระแสของการกำหนดค่าที่เหมาะสมได้เพื่อให้สนามของตัวนำนี้เกิดขึ้นพร้อมกับสนามแม่เหล็ก

แอมแปร์หยิบยกสมมติฐานที่ชัดเจน ไม่มีประจุแม่เหล็ก การกระทำของแม่เหล็กอธิบายได้ด้วยกระแสไฟฟ้าปิดที่อยู่ภายใน.

กระแสเหล่านี้คืออะไร? เหล่านี้ กระแสเบื้องต้นหมุนเวียนภายในอะตอมและโมเลกุล พวกมันสัมพันธ์กับการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนไปตามวงโคจรของอะตอม สนามแม่เหล็กของวัตถุใดๆ ประกอบด้วยสนามแม่เหล็กของกระแสเบื้องต้นเหล่านี้

กระแสน้ำเบื้องต้นสามารถสุ่มตำแหน่งโดยสัมพันธ์กัน จากนั้นสนามแม่เหล็กจะถูกยกเลิกร่วมกัน และร่างกายไม่แสดงคุณสมบัติทางแม่เหล็ก

แต่ถ้ากระแสน้ำเบื้องต้นถูกจัดเรียงในลักษณะที่ประสานกันสนามของพวกมันเมื่อรวมกันจะเสริมกำลังซึ่งกันและกัน ร่างกายกลายเป็นแม่เหล็ก (รูปที่ 7; สนามแม่เหล็กจะมุ่งตรงมาหาเรา; ขั้วเหนือของแม่เหล็กก็จะมุ่งตรงมาหาเราด้วย)

ข้าว. 7. กระแสแม่เหล็กเบื้องต้น

สมมติฐานของแอมแปร์เกี่ยวกับกระแสเบื้องต้นทำให้คุณสมบัติของแม่เหล็กกระจ่างขึ้น การให้ความร้อน และการเขย่าแม่เหล็กจะทำลายลำดับของกระแสเบื้องต้น และ คุณสมบัติทางแม่เหล็กอ่อนแอลง การแยกขั้วของแม่เหล็กออกไม่ได้ชัดเจน: ณ จุดที่แม่เหล็กถูกตัดเราจะได้กระแสเบื้องต้นเดียวกันที่ปลาย ความสามารถของวัตถุที่จะถูกทำให้เป็นแม่เหล็กในสนามแม่เหล็กอธิบายได้จากการจัดตำแหน่งที่ประสานกันของกระแสเบื้องต้นที่ "หมุน" อย่างถูกต้อง (อ่านเกี่ยวกับการหมุนของกระแสวงกลมในสนามแม่เหล็กในแผ่นถัดไป)

สมมติฐานของแอมแปร์กลายเป็นจริง - สิ่งนี้แสดงให้เห็นได้จากการพัฒนาทางฟิสิกส์เพิ่มเติม แนวคิดเกี่ยวกับกระแสเบื้องต้นกลายเป็นส่วนสำคัญของทฤษฎีอะตอมซึ่งพัฒนาขึ้นในศตวรรษที่ 20 - เกือบหนึ่งร้อยปีหลังจากการเดาอันยอดเยี่ยมของแอมแปร์