Voolu juhtiva pooli magnetväli

Kui statsionaarsete elektrilaengute ümber olevas ruumis eksisteerib elektrostaatiline väli, siis liikuvaid laenguid ümbritsevas ruumis (nagu ka Maxwelli poolt algselt välja pakutud ajas muutuvate elektriväljade ümber) eksisteerib magnetväli… Seda on lihtne katseliselt jälgida.

Tänu magnetväljale interakteeruvad nii elektrivoolud kui ka püsimagnetid ja voolud magnetitega. Võrreldes elektrilise interaktsiooniga on magnetiline vastastikmõju palju tugevam. Seda interaktsiooni uuris õigel ajal André-Marie Ampère.

Füüsikas on magnetvälja tunnusjoon magnetiline induktsioon B ja mida suurem see on, seda tugevam on magnetväli. Magnetinduktsioon B on vektorsuurus, mille suund langeb kokku mingisse magnetvälja punkti paigutatud tavapärase magnetnoole põhjapoolusele mõjuva jõu suunaga – magnetväli suunab magnetnoolt vektori suunas. B , see tähendab magnetvälja suunas.

Vektor B magnetilise induktsiooni joone mis tahes punktis on suunatud sellele tangentsiaalselt. See tähendab, et induktsioon B iseloomustab magnetvälja jõu mõju voolule. Sarnast rolli mängib elektrivälja jõud E, mis iseloomustab elektrivälja tugevat mõju laengule.

Lihtsaim eksperiment rauaviilmetega võimaldab selgelt demonstreerida magnetvälja mõju magnetiseeritud objektile, kuna konstantses magnetväljas magnetiseeruvad väikesed ferromagneti tükid (sellised tükid on rauaviilud) piki välja. nooled, nagu väikesed kompassinooled.

Kui võtate vertikaalse vasktraadi ja juhite selle läbi horisontaalselt asetatud paberilehe (või pleksiklaasi või vineerilehe) augu ja valate seejärel lehele metallviilud, raputage seda veidi ja juhite seejärel läbi traadi alalisvoolu, on lihtne näha, kuidas viilud asetsevad keerise kujul ringides ümber traadi, tasapinnal, mis on risti selles oleva vooluga.

Need saepuru ringid on lihtsalt voolu juhtiva juhi magnetvälja magnetilise induktsiooni B joonte tavaline esitus. Selle katse ringide keskpunkt asub täpselt keskel, piki voolu juhtiva juhtme telge.

Magnetinduktsioonivektorite suunda voolu juhtivas juhtmes on lihtne määrata gimleti reegli järgi või vastavalt parempoolse kruvi reeglile: kruvi telje translatsioonilise liikumisega juhtmes oleva voolu suunas näitab kruvi või kardaani käepideme pöörlemissuund (sisse- või väljakeeramine) magnetväli voolu ümber.

Miks kardaanireeglit rakendatakse? Sest kahes Maxwelli võrrandis kasutatud rootori tööd (väljateoorias tähistatakse lagunemisega) saab vormiliselt kirjutada vektorkorrutisena (operaatoriga nabla) ja mis kõige tähtsam, kuna vektorvälja rootorit saab võrrelda ( on analoogia) ideaalse vedeliku pöörlemise nurkkiirusega (nagu Maxwell ise ette kujutas), mille voolukiiruse väli esindab antud vektorivälja, saab kasutada rootori jaoks nende nurkkiiruse jaoks kirjeldatud reeglite formulatsioonidega.

Seega, kui pöörata pöidla vektorvälja keerise suunas, keerab see selle välja rootori vektori suunas.

Nagu näete, erinevalt elektrostaatilise välja intensiivsuse joontest, mis on ruumis avatud, on elektrivoolu ümbritsevad magnetilise induktsiooni jooned suletud. Kui elektriintensiivsusega E jooned algavad positiivsete laengutega ja lõpevad negatiivsete laengutega, siis magnetinduktsiooni jooned B lihtsalt sulguvad neid tekitava voolu ümber.

Teeme nüüd katse keerulisemaks. Kaaluge sirge vooluga juhtme asemel vooluga painutust. Oletame, et meil on mugav asetada selline silmus joonise tasapinnaga risti, nii et vool on suunatud meie poole vasakul ja paremal meist. Kui nüüd asetatakse vooluahela sisse magnetnõelaga kompass, siis magnetnõel näitab magnetinduktsiooni joonte suunda — need suunatakse piki silmuse telge.

Miks? Kuna mähise tasandi vastasküljed on analoogsed magnetnõela poolustega.Sealt, kust B-jooned väljuvad, on põhjapoolus, kust nad sisenevad lõunapoolusesse. Seda on lihtne mõista, kui võtta esmalt arvesse voolu juhtivat juhet ja selle magnetvälja ning seejärel lihtsalt juhe rõngaks kerida.

Vooluga silmuse magnetilise induktsiooni suuna määramiseks kasutavad nad ka kardaani või parempoolse kruvi reeglit. Asetage kardaani ots aasa keskele ja pöörake seda päripäeva. Kardaani translatsiooniline liikumine langeb suunaga kokku magnetilise induktsioonivektoriga B silmuse keskel.

Ilmselgelt on voolu magnetvälja suund seotud voolu suunaga juhtmes, olgu selleks siis sirge juhe või mähis.

On üldtunnustatud, et voolu kandva pooli või pooli külg, kus magnetinduktsiooni B väljumisjooned (vektori B suund on väljapoole), on põhjapoolus ja kuhu jooned sisenevad (vektor B on suunatud sissepoole), on lõuna magnetpoolus.

Kui paljud vooluga pöörded moodustavad pika mähise - solenoidi (mähise pikkus on mitu korda selle läbimõõt), siis on selle sees olev magnetväli ühtlane, see tähendab, et magnetinduktsiooni B jooned on üksteisega paralleelsed ja neil on sama tihedusega kogu pooli pikkuses. Muide, püsimagneti magnetväli on väliselt sarnane voolu juhtiva pooli magnetväljaga.

Mähise voolutugevusega I, pikkusega l ja keerdude arvuga N, on magnetiline induktsioon vaakumis arvuliselt võrdne:

Seega on mähise sees olev magnetväli vooluga ühtlane ja suunatud lõunapoolusest põhjapoolusele (mähise sees!). Mähise sees olev magnetiline induktsioon on moduloproportsionaalne voolu kandva pooli ampripöörete arvuga pikkuseühiku kohta.