אחד החלקים החשובים ביותר של הפיזיקה המודרניתהם אינטראקציות אלקטרומגנטיות וכל ההגדרות הקשורות. אינטראקציה זו מסבירה את כל תופעות החשמל. התיאוריה של חשמל מכסה חלקים רבים אחרים, כולל אופטיקה, כי האור הוא קרינה אלקטרומגנטית. במאמר זה ננסה להסביר את המהות של זרם חשמלי וכוח מגנטי בשפה נגישה ומובנת.

מגנטיות היא הבסיס של יסודות

כילד, מבוגרים הראו לנו אחרתמוקדים בשימוש במגנטים. דמויות מדהימות אלה, הנמשכות זו לזו ויכולות למשוך צעצועים קטנים לעצמן, תמיד שמחו על עיני הילדים. מה הם מגנטים וכיצד פועל הכוח המגנטי על חלקי הברזל?

כוח מגנטי

להסביר עם השפה המדעית, יש צורך לפנותאחד החוקים הבסיסיים של הפיזיקה. על פי חוק קולומב ועל תורת היחסות המיוחדת, כוח מסוים פועל על החיוב, אשר תלוי ישירות במהירות הטעינה עצמה (v). האינטראקציה הזאת נקראת הכוח המגנטי.

תכונות פיזיות

באופן כללי, יש להבין כי כל מגנטיתופעות מתעוררות רק כאשר האישומים נעים בתוך המנצח או כאשר זרמים נוכחים בהם. כאשר לומדים מגנטים והגדרת המגנטיות עצמה, יש להבין כי הם קשורים קשר הדוק לתופעה של זרם חשמלי. אז בואו להבין את המהות של זרם חשמלי.

הכוח החשמלי הוא הכוחמעשים בין אלקטרון לבין פרוטון. הוא הרבה יותר גדול מהערך של כוח הכבידה. הוא נוצר על ידי מטען חשמלי, ליתר דיוק, על ידי תנועה בתוך המנצח. חיובים, בתורם, הם משני סוגים: חיובי ושלילי. כידוע, חלקיקים טעונים באופן חיובי נמשכים אחד טעונה שלילית. עם זאת, חיובים של אותו סימן יש רכוש של repelling.

אז, כאשר המדריך מתחיל לזוזאלה חיובים אותו, זה מייצר זרם חשמלי, אשר מוסבר כמו היחס בין כמות המטען זורם דרך המנצח ב 1 השני. הכוח הפועל על מוליך עם זרם בשדה מגנטי נקרא כוח אמפר והוא נשלט על ידי הכלל "יד שמאל".

כוח הפועל על מוליך עם זרם בשדה מגנטי

ראיות אמפיריות

אינטראקציה מגנטית יכולה להיותחיי היומיום כאשר מתמודדים עם מגנטים קבועים, משרנים, ממסרים או מנועים חשמליים. לכל אחד מהם יש שדה מגנטי שאינו נראה לעיניים. זה ניתן לייחס רק על ידי הפעולה שלה, אשר היא מפעילה על העברת חלקיקים על גופים ממוגנטים.

הכוח פועל על מנצח עם זרם בשדה מגנטי, נחקר ותיאר על ידי הפיזיקאי הצרפתי אמפר. לכבודו, לא רק כוח זה, אלא גם את גודל הנוכחי נקרא. בבית הספר, חוקים של אמפר מוגדרים הכללים של "שמאל" ו "ימין" הידיים.

מאפייני השדה המגנטי

יש להבין שהשדה המגנטי הוא תמידמתעוררת לא רק סביב מקורות זרם חשמלי, אלא גם סביב המגנטים. הוא מתואר בדרך כלל בעזרת קווי כוח מגנטיים. מבחינה גרפית, זה נראה כאילו גיליון של נייר מונח על מגנט, ונאסורת היה מלא על גבי הברזל. הם ייקחו בדיוק את אותה צורה כמו בתמונה למטה.

כוח מגנטי

בספרים פופולריים רבים על פיזיקה, כוחמגנטי הוא הציג כתוצאה תצפיות ניסיוני. זה נחשב כוח יסוד נפרד של הטבע. ייצוג כזה הוא שגוי, ולמעשה קיומו של כוח מגנטי נובע מעקרון היחסות. היעדרו יביא להפרת עיקרון זה.

בכוח המגנטי אין שום דבר בסיסי - זה פשוט תוצאה רלטיביסטית של חוק קולומב.

יישום מגנטים

אם אתה מאמין האגדה, במאה הראשונה של התקופה שלנו עלבאי מגנזיה, היוונים הקדמונים גילו אבנים יוצאי דופן שהיו בעלי תכונות מדהימות. הם משכו לעצמם כל דבר עשוי ברזל או פלדה. היוונים החלו לקחת אותם מהאי ולחקור את תכונותיהם. וכשהאבנים נפלו לידיהם של קוסמי רחוב, הם נעשו עוזרי עזרה בכל נאומיהם. באמצעות כוחות של אבנים מגנטיות, הם הצליחו ליצור מופע פנטסטי שלם, אשר משך אליו הרבה צופים.

כוח מגנטי פועל

כמו האבנים התפשטו לאורךחלקים של העולם, הם התחילו ללכת על אגדות ומיתוסים. לאחר שהאבנים היו בסין, שם נקראו על שם האי שבו נמצאו. מגנטים הפכו את הנושא של המחקר של כל המדענים הגדולים של אותה תקופה. זה היה שם לב כי אם אתה שם ironstone מגנטי על צף עץ, לתקן את זה, ולאחר מכן להפוך אותו, ואז זה ינסה לחזור למצב המקורי שלה. במילים פשוטות, הכוח המגנטי הפועל על זה יהפוך את אבן הברזל בצורה מסוימת.

באמצעות תכונה זו של מגנטים, מדענים הגיעו עםמצפן. על הצורה העגולה, עשויה עץ או פקק, נמתחו שני מוטות עיקריים והוקמה מחט מגנטית קטנה. עיצוב זה הוריד לקערה קטנה מלאה מים. עם הזמן, מודלים מצפן היו מעודן ולהפוך מדויק יותר. הם משמשים לא רק על ידי seafarers, אלא גם על ידי תיירים רגילים שאוהבים לחקור את המדבר ואת השטח ההררי.

ניסויים מעניינים

המלומד הנס אורסטד כמעט כל חייוהמוקדש לחשמל ומגנטים. פעם בהרצאה באוניברסיטה הוא הראה לתלמידיו את החוויה הבאה. באמצעות מנצח נחושת רגיל הוא החמיץ את הזרם, לאחר זמן מה התחמם המנצח והחל להתכופף. זו היתה תופעת הרכוש התרמי של זרם חשמלי. התלמידים המשיכו בניסויים אלה, ואחד מהם שם לב שלזרם החשמלי יש עוד נכס מעניין. כשהזרם זרם במוליך, החץ של המצפן לידו החל לסטות בהדרגה. בחקר תופעה זו ביתר פירוט, המדען גילה את הכוח כביכול הפועל על המנצח בשדה מגנטי.

סילט הפועל על הזרם בשדה מגנטי

זרמי אמפר במגנטים

מדענים עשו ניסיונות למצוא מגנטי, אך לא ניתן היה לזהות את המוט המגנטי המבודד. זה מוסבר על ידי העובדה, בניגוד מטענים חשמליים, מגנטי לא קיימים. אחרת, ניתן יהיה להפריד מטען יחיד על ידי ניתוק אחד מקצות המגנט. עם זאת, בקצה השני נוצר מוט הפוך חדש.

למעשה, כל מגנט מייצגסולנואיד שעל פני השטח זורמים הזרמים הפנים-אטומיים, הם נקראים זרמי אמפר. מתברר כי מגנט יכול להיחשב מוט מתכת, שדרכו זרם קבוע מסתובב. מסיבה זו, כניסתה של ליבת ברזל לתוך הסולנואיד מגדילה מאוד את השדה המגנטי.

אנרגיית מגנט או EMF

כמו כל תופעה פיזית, שדה מגנטייש את האנרגיה שנדרש כדי להזיז את המטען. יש את הרעיון של EMF (כוח electromotive), הוא מוגדר כעבודה של העברת יחידת תשלום מנקודה א '0 נקודה א1.

ה- EMF מתואר על ידי חוקי פאראדיי, המיושמים בשלושה מצבים פיזיים שונים:

  1. הקווי המתוכנן נע בכיוון השדה המגנטי האחיד שנוצר. במקרה זה אנו מדברים על EMF מגנטי.
  2. המעגל נמצא במנוחה, אך מקור השדה המגנטי עצמו נע. זו כבר תופעה של EMF חשמלי.
  3. ולבסוף, קווי המתאר והמקור של השדה המגנטי הם נייחים, אך הזרם היוצר את השדה המגנטי משתנה.

באופן מספרי, ה- EMF לפי הנוסחה של פאראדיי שווה ל-: EMF = W / q.

כוח הפועל על מוליך בשדה מגנטי

כתוצאה מכך, כוח electromotive הוא לאכוח במובן המילולי, שכן הוא נמדד ג 'אולס על קולום או ב וולט. מתברר כי היא אנרגיה כי הוא מועבר אלקטרונים ההולכה כאשר מעגל הוא חצה. בכל פעם, ביצוע סיבוב קבוע של מסגרת מסתובבת של הגנרטור, אלקטרון רוכש אנרגיה שווה מבחינה מספרית EMF. אנרגיה נוספת זו לא יכולה להיות מועברת רק על ידי התנגשויות של האטומים של השרשרת החיצונית, אלא גם להשתחרר כחום ג 'אול.

כוח לורנץ ומגנטים

הכוח הפועל על הזרם בשדה מגנטי,נקבעת על ידי הנוסחה הבאה: q * * v | * | B * * a sin (תוצר השדה המגנטי, מהירות המודול של אותו חלקיק, וקטור אינדוקציה שדה וסינוס הזווית בין הכיוונים שלהם). הכוח שפועל על מטען יחידה נעה בשדה מגנטי נקרא בדרך כלל כוח לורנץ. זה מעניין כי החוק השלישי של ניוטון אינו תקף עבור כוח זה. הוא מציית רק לחוק שימור המומנטום, ולכן כל המשימות של מציאת כוח לורנץ יש לפתור ממנה. בואו להבין כיצד לקבוע את עוצמת השדה המגנטי.

לקבוע את עוצמת השדה המגנטי

משימות ודוגמאות לפתרונות

למצוא את הכוח שעולהמנצח עם זרם, יש צורך לדעת כמה כמויות: החיוב, המהירות שלה ואת הערך של אינדוקציה של השדה המגנטי המתעוררים. המשימה הבאה תסייע להבין כיצד לחשב את כוח לורנץ.

קביעת הכוח פועל על פרוטון, אשר נע במהירות של 10 מ"מ / s בשדה מגנטי על ידי אינדוקציה 0.2 Cl (הזווית ביניהם הוא 90oמאז החלקיק טעון מהלכים בניצב את קווי אינדוקציה). הפתרון פוחת למציאת מטען. כאשר מסתכלים על השולחן של יישומים, אנו מוצאים כי פרוטון יש תשלום של 1.6 * 10-19 Cl. יתר על כן, אנו לחשב את הכוח על ידי הנוסחה: 1.6 * 10-19 * 10 * 0.2 * 1 (הסינוס של זווית ישרה שווה ל 1) = 3.2 * 10-19 ניוטונים.

</ p>