Một dạng tồn tại đặc biệt của vật chất - từ trường Trái đất đã góp phần tạo nên và bảo tồn sự sống. Những mảnh vỡ của cánh đồng này, những mảnh quặng, hút sắt, dẫn điện lực để phục vụ nhân loại. Nếu không có điện, sự tồn tại sẽ là điều không tưởng.
Nội dung
Đường cảm ứng từ là gì
Từ trường được xác định bởi cường độ tại mỗi điểm trong không gian của nó. Đường cong hợp nhất các điểm có cường độ bằng nhau được gọi là đường cảm ứng từ. Cường độ từ trường tại một điểm cụ thể là một đặc tính của công suất và vectơ từ trường B được sử dụng để đánh giá nó. Hướng của nó tại một điểm cụ thể trên đường cảm ứng từ xảy ra theo phương tiếp tuyến với nó.
Nếu một điểm trong không gian chịu tác dụng của một số từ trường thì cường độ được xác định bằng tổng các vectơ cảm ứng từ của mỗi từ trường tác dụng. Trong trường hợp này, cường độ tại một điểm cụ thể được tính bằng giá trị tuyệt đối và vectơ cảm ứng từ được định nghĩa là tổng các vectơ của tất cả các từ trường.
Mặc dù thực tế là các đường cảm ứng từ là không nhìn thấy được, nhưng chúng có một số tính chất nhất định:
- Người ta thường chấp nhận rằng các đường sức từ thoát ra ở cực (N) và quay trở lại từ (S).
- Hướng của vectơ cảm ứng từ là phương tiếp tuyến của dây.
- Mặc dù hình dạng phức tạp, các đường cong không giao nhau và nhất thiết phải gần nhau.
- Từ trường bên trong nam châm đều và mật độ đường sức là cực đại.
- Chỉ có một đường cảm ứng từ đi qua chất điểm.
Chiều của các đường cảm ứng từ bên trong nam châm vĩnh cửu
Trong lịch sử, ở nhiều nơi trên Trái Đất, chất lượng tự nhiên của một số loại đá để thu hút các sản phẩm bằng sắt đã được chú ý từ lâu. Theo thời gian, ở Trung Quốc cổ đại, các mũi tên được chạm khắc theo một cách nhất định từ các mảnh quặng sắt (quặng sắt từ tính) đã biến thành la bàn, hiển thị hướng đến các cực bắc và nam của Trái đất và cho phép bạn định hướng địa hình.
Các nghiên cứu về hiện tượng tự nhiên này đã xác định rằng tính chất từ mạnh hơn tồn tại lâu hơn trong các hợp kim sắt. Nam châm tự nhiên yếu hơn là quặng chứa niken hoặc coban. Trong quá trình nghiên cứu về điện, các nhà khoa học đã học được cách thu được các sản phẩm từ hóa nhân tạo từ các hợp kim chứa sắt, niken hoặc coban.Để làm điều này, chúng được đưa vào một từ trường được tạo ra bởi dòng điện một chiều, và nếu cần, được khử từ bằng dòng điện xoay chiều.
Các sản phẩm bị nhiễm từ trong điều kiện tự nhiên hoặc thu được nhân tạo có hai cực khác nhau - nơi tập trung nhiều từ tính nhất. Các nam châm tương tác với nhau bằng từ trường sao cho giống như các cực đẩy nhau và không giống như các cực hút. Điều này tạo ra mômen cho sự định hướng của chúng trong không gian của các trường mạnh hơn, chẳng hạn như trường Trái đất.
Mô tả trực quan về sự tương tác của các phần tử bị nhiễm từ yếu và nam châm mạnh mang đến trải nghiệm cổ điển với mạt thép rải rác trên bìa cứng và một nam châm phẳng bên dưới. Đặc biệt nếu mùn cưa có hình thuôn dài, người ta có thể thấy rõ chúng xếp thành hàng dọc theo đường sức từ như thế nào. Bằng cách thay đổi vị trí của nam châm dưới bìa cứng, người ta quan sát thấy sự thay đổi cấu hình của hình ảnh của chúng. Việc sử dụng la bàn trong thí nghiệm này càng làm tăng tác dụng của việc hiểu cấu trúc của từ trường.
Một trong những đặc tính của đường sức từ, do M. Faraday phát hiện, cho rằng chúng là đóng và liên tục. Các dòng đi ra từ cực bắc của nam châm vĩnh cửu đi vào cực nam. Tuy nhiên, bên trong nam châm chúng không mở ra và đi vào từ cực nam đến cực bắc. Số dòng bên trong sản phẩm là tối đa, từ trường đều và cảm ứng có thể yếu đi khi khử từ.
Xác định hướng của vectơ cảm ứng từ bằng quy tắc gimlet
Vào đầu thế kỷ 19, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng một từ trường được tạo ra xung quanh một vật dẫn có dòng điện chạy qua nó. Các đường sức tạo ra hoạt động theo các quy tắc tương tự như với nam châm tự nhiên.Hơn nữa, sự tương tác của điện trường của vật dẫn với dòng điện và từ trường là cơ sở của động lực điện từ.
Hiểu được định hướng trong không gian của các lực trong trường tương tác cho phép chúng ta tính toán các vectơ trục:
- cảm ứng từ;
- Độ lớn và chiều của dòng điện cảm ứng;
- Tốc độ góc.
Sự hiểu biết như vậy đã được hình thành trong quy tắc gimlet.
Kết hợp chuyển động tịnh tiến của gimlet bên phải với hướng của dòng điện trong dây dẫn, chúng ta thu được hướng của đường sức từ, được biểu thị bằng chuyển động quay của tay cầm.
Không phải là quy luật vật lý, quy tắc gimlet trong kỹ thuật điện không chỉ được sử dụng để xác định hướng của đường sức từ phụ thuộc vào vectơ dòng điện trong dây dẫn mà còn xác định hướng của dòng điện trong dây điện từ. do chuyển động quay của các đường cảm ứng từ.
Hiểu được mối quan hệ này cho phép Ampère chứng minh quy luật trường quay, dẫn đến việc tạo ra động cơ điện theo nhiều nguyên tắc khác nhau. Tất cả các thiết bị có thể thu vào sử dụng cuộn cảm tuân theo quy tắc gimlet.
Quy tắc bàn tay phải
Việc xác định chiều dòng điện chuyển động trong từ trường của một dây dẫn (một mặt của dây dẫn kín) thể hiện rõ quy tắc nắm tay phải.
Nó nói rằng lòng bàn tay phải, quay về cực N (đường sức đi vào lòng bàn tay) và ngón tay cái lệch 90 độ cho thấy hướng chuyển động của dây dẫn, thì trong một mạch kín (cuộn dây) từ trường tạo ra dòng điện. , vectơ chuyển động mà bốn ngón tay trỏ.
Quy tắc này chứng minh cách máy phát điện một chiều xuất hiện ban đầu. Một lực nào đó của tự nhiên (nước, gió) làm quay một mạch điện kín của vật dẫn trong từ trường, tạo ra điện năng. Sau đó, các động cơ, khi nhận được một dòng điện trong từ trường không đổi, chuyển nó thành chuyển động cơ học.
Quy tắc bàn tay phải cũng đúng đối với cuộn cảm. Sự chuyển động của lõi từ bên trong chúng dẫn đến xuất hiện dòng điện cảm ứng.
Nếu bốn ngón tay của bàn tay phải thẳng hàng với chiều dòng điện trong các vòng của cuộn dây thì ngón cái lệch 90 độ sẽ hướng về cực bắc.
Các quy tắc của gimlet và bàn tay phải thể hiện thành công sự tương tác của điện trường và từ trường. Chúng giúp hầu hết tất cả mọi người, không chỉ các nhà khoa học, có thể hiểu hoạt động của các thiết bị khác nhau trong kỹ thuật điện.
Các bài tương tự:
