Τρία μακριά ευθύγραμμα παράλληλα σύρματα

Ο όρος μαγνήτης αναφέρεται σε οποιοδήποτε υλικό που δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο που είτε έλκει είτε απωθεί άλλα μαγνητικά υλικά στη φυσική. Κάθε φορά που ένας μαγνήτης είναι πολωμένος, έχει δύο πόλους, οι οποίοι αναφέρονται ως βόρειος και νότιος πόλος. Αυτοί οι δύο πόλοι είναι πάντα μαζί και δεν μπορούν να διαχωριστούν. Επομένως, όταν αιωρούμε ελεύθερα έναν μαγνήτη, ο μαγνητικός βόρειος πόλος θα δείχνει προς τον γεωγραφικό βόρειο πόλο της Γης.

Εκτός από τα ψυγεία, μαγνήτες μπορούν να βρεθούν σε ραδιόφωνα και στερεοφωνικά ακουστικά, καθώς και συσκευές αναπαραγωγής ήχου και βίντεο, παιδικά παιχνίδια, σκληρούς δίσκους εκτυπωτή και δισκέτες. Προς το παρόν, ας εξετάσουμε μερικές βασικές λέξεις, όπως μαγνητικό πεδίο, γραμμές μαγνητικού πεδίου και ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα, προτού προχωρήσουμε στο μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από έναν ευθύγραμμο αγωγό που μεταφέρει ρεύμα.

Μαγνητικό πεδίο

Το μαγνητικό πεδίο είναι ένα πεδίο δύναμης που δημιουργείται από μαγνητικά δίπολα και κινούμενα ηλεκτρικά φορτία που ασκεί δύναμη σε άλλα κινούμενα φορτία και μαγνητικά δίπολα κοντά στην πηγή του μαγνητικού πεδίου.

Είναι ένα διανυσματικό πεδίο που υπάρχει παρουσία μαγνήτη, ηλεκτρικού ρεύματος ή κινούμενου ηλεκτρικού πεδίου στο οποίο μπορούν να μετρηθούν οι μαγνητικές δυνάμεις και είναι επίσης γνωστό ως διανυσματικό πεδίο μαγνητικού πεδίου. Ένα μαγνητικό πεδίο δημιουργείται από την κίνηση των ηλεκτρικών φορτίων και τις εγγενείς μαγνητικές ροπές βασικών σωματιδίων που ευθυγραμμίζονται με ένα θεμελιώδες κβαντικό χαρακτηριστικό γνωστό ως σπιν.

Λόγω του γεγονότος ότι έχει και μέγεθος και κατεύθυνση, το μαγνητικό πεδίο θεωρείται διανυσματικό μέγεθος.

Αντιπροσωπεύεται από το γράμμα B.

Το Tesla είναι η μονάδα SI για την ένταση του μαγνητικού πεδίου (T).

Γραμμές μαγνητικού πεδίου

Οι γραμμές μαγνητικού πεδίου είναι φανταστικές γραμμές που σχεδιάζονται γύρω από έναν μαγνήτη και είναι συνεχείς κλειστοί βρόχοι που περιβάλλουν τον μαγνήτη. Η κατεύθυνση του συνολικού μαγνητικού πεδίου σε οποιοδήποτε συγκεκριμένο σημείο μπορεί να προσδιοριστεί κοιτάζοντας την εφαπτομένη στη γραμμή πεδίου σε αυτήν τη θέση.

Επειδή ο μαγνήτης είναι διπολικός, οι μαγνητικές γραμμές πρέπει να έχουν σημείο προέλευσης αλλά και σημείο τερματισμού. Αυτό σημαίνει ότι το ρεύμα ξεκινά από τον βόρειο πόλο και τελειώνει στον νότιο πόλο έξω από τον μαγνήτη της ράβδου, και ταξιδεύει πέρα ​​δώθε μεταξύ αυτών των δύο πόλων ενώ είναι ακόμα μέσα στον μαγνήτη.

Η σχετική ισχύς ενός μαγνητικού πεδίου μπορεί να προσδιοριστεί παρατηρώντας την εγγύτητα των γραμμών πεδίου. Δηλαδή, οι πιο κοντινές γραμμές δείχνουν ισχυρότερο μαγνητικό πεδίο και αντίστροφα. Οι γραμμές πεδίου που είναι πυκνά συσκευασμένες κοντά στους πόλους του μαγνήτη έχουν μεγαλύτερη αντοχή.

Οι γραμμές μαγνητικού πεδίου έχουν ορισμένα χαρακτηριστικά.

Τα όρια του μαγνητικού πεδίου δεν ξεπερνιούνται ποτέ και το βάθος των γραμμών πεδίου υποδεικνύει την ισχύ του μαγνητικού πεδίου. Σε πολλές περιπτώσεις, οι γραμμές μαγνητικού πεδίου είναι κλειστοί βρόχοι και συχνά εντοπίζονται γραμμές μαγνητικού πεδίου που προέρχονται ή ξεκινούν από τον βόρειο πόλο και τελειώνουν στο νότιο πόλο.

Ποια είναι η καλύτερη μέθοδος για τον προσδιορισμό της κατεύθυνσης του μαγνητικού πεδίου που παράγεται από τον αγωγό που μεταφέρει ρεύμα;

Παρουσία ρεύματος που ρέει μέσω ενός ευθύγραμμου αγωγού που μεταφέρει ρεύμα, δημιουργείται ένα μαγνητικό πεδίο γύρω από τον αγωγό. Κάθε ένα από τα σημεία του αγωγού που φέρει ρεύμα έχει μια γραμμή πεδίου σε σχήμα ομόκεντρου κύκλου, η οποία αντιπροσωπεύεται από τις γραμμές πεδίου. Με τον κανόνα του δεξιού αντίχειρα, ο οποίος συχνά αναφέρεται ως ο κανόνας Maxwell Corkscrew, μπορούμε να προσδιορίσουμε πόσο μακριά εκτείνεται το μαγνητικό πεδίο σε σχέση με την κατεύθυνση του ηλεκτρικού ρεύματος που ρέει μέσω ενός ευθύγραμμου αγωγού.

Κανόνας Maxwell Corkscrew

Εάν ένας αγωγός που μεταφέρει ρεύμα κρατιέται από το δεξί χέρι ενώ διατηρεί τον αντίχειρά του ίσιο, και εάν η κατεύθυνση του ηλεκτρικού ρεύματος είναι προς την κατεύθυνση του αντίχειρα, η κατεύθυνση του τυλίγματος των άλλων δακτύλων θα αποκαλύψει την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου. /P>

Πόσο ρεύμα μεταφέρει το μαγνητικό πεδίο γύρω από έναν ευθύ αγωγό;

Οι γραμμές μαγνητικού πεδίου που περιβάλλουν έναν ευθύ αγωγό που μεταφέρει ρεύμα είναι ομόκεντροι κύκλοι, με τα κέντρα των κύκλων να βρίσκονται στον αγωγό. Με τη βοήθεια ενός σφιγκτήρα, στερεώνεται σε οριζόντια θέση ένα κομμάτι λείου χαρτονιού με ρινίσματα σιδήρου διασκορπισμένα πάνω του. Η μαγνητική επίδραση του ηλεκτρικού ρεύματος είναι ένα από τα πιο σημαντικά αποτελέσματα του ηλεκτρικού ρεύματος σε χρήση και δεν θα μπορούσαμε να έχουμε κινητήρες στον σύγχρονο κόσμο αν δεν υπήρχαν οι εφαρμογές του. Το ρεύμα που διαρρέει τον αγωγό έχει επίδραση στην ισχύ του μαγνητικού πεδίου που δημιουργείται. Ένα ίσιο σύρμα περνά μέσα από μια τρύπα στο κέντρο του χαρτονιού, το οποίο έχει τρυπηθεί.

Ένα ρεύμα περνά μέσα από το καλώδιο συνδέοντας τα άκρα του με μια μπαταρία, η οποία του επιτρέπει να μεταφέρει ηλεκτρισμό. Όταν χτυπάτε απαλά το χαρτόνι, ανακαλύπτεται ότι τα ρινίσματα σιδήρου είναι διατεταγμένα σε ομόκεντρους δακτυλίους, κάτι που είναι ένα απροσδόκητο αποτέλεσμα. Ένας αγωγός που μεταφέρει ρεύμα δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο γύρω του, το οποίο μπορεί να οπτικοποιηθεί σχεδιάζοντας μαγνητικές γραμμές δύναμης ή γραμμές μαγνητικού πεδίου μέσω του αγωγού.

Ας εξετάσουμε το ακόλουθο σενάριο:μια ευθεία γραμμή διέρχεται από το επίπεδο του χαρτιού και είναι κάθετη σε αυτό, επιτρέποντάς μας να προσδιορίσουμε την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου. Με την τοποθέτηση μιας βελόνας πυξίδας, η βελόνα ακουμπάει με τέτοιο τρόπο ώστε ο άξονάς της να εφάπτεται πάντα σε ένα κυκλικό πεδίο με κέντρο το κέντρο του αγωγού. Όταν το ρεύμα ρέει προς τα μέσα, το μαγνητικό πεδίο γύρω από τον αγωγό φαίνεται να κινείται κατά τη φορά των δεικτών του ρολογιού.

Όταν η φορά του ρεύματος αντιστρέφεται, δηλαδή όταν το ρεύμα κατευθύνεται προς τα έξω, αλλάζει και η κατεύθυνση του μαγνητικού πόλου της βελόνας της πυξίδας, υποδεικνύοντας ότι έχει αλλάξει η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου. Τώρα πηγαίνει προς την αντίθετη κατεύθυνση ως αγωγός. Ο κανόνας της δεξιάς σύλληψης του Maxwell, επίσης γνωστός ως ο κανόνας του δεξιού τιρμπουσόν, χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της κατεύθυνσης των γραμμών δύναμης του μαγνητικού πεδίου γύρω από ένα αγώγιμο αντικείμενο. Με αυτόν τον τρόπο, μπορεί να αποδειχθεί ότι η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου εξαρτάται από το ρεύμα που διαρρέει τον αγωγό.

Συμπέρασμα

Παρατηρήσιμο μαγνητικό πεδίο είναι ένα διανυσματικό πεδίο που υπάρχει κοντά σε μαγνήτη, ηλεκτρικό ρεύμα ή μεταβαλλόμενο ηλεκτρικό πεδίο και στο οποίο μπορούν να ανιχνευθούν μαγνητικές δυνάμεις. Τα μαγνητικά πεδία σχηματίζονται από την κίνηση των ηλεκτρικών φορτίων και τις εγγενείς μαγνητικές ροπές βασικών σωματιδίων, οι οποίες συνδέονται με ένα θεμελιώδες κβαντικό χαρακτηριστικό γνωστό ως σπιν, για να παράγουν ένα μαγνητικό πεδίο. Εκτός από τη διασύνδεση, το μαγνητικό πεδίο και το ηλεκτρικό πεδίο είναι και τα δύο συστατικά της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης, η οποία είναι μία από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης.