Fizika 1
5 (100%) 1 vote

Fizika 1

13 tema

Magnetinis laukas

Magnetito savybės-traukti plieninius daiktus, laisvai pakabinus pasisuka

šiaurės-pietų kryptimi. Tokiomis savybėmis pasižyminčius kūnus

vadin.magnetais, o reiškinius-magnetizmu.

Danų fizikas H. Erstedas pastebėjo, kad, išilgai magnetinės rodyklės

ištiestu laidu paleidus nuolatinę srovę, rodyklė pasisuka apie savo ašį.

Stiprėjant srovei, magnetinė rodyklė orientuojasi statmenai laidininkui,

kuriuo teka ta srovė. Pakeitus srovės kryptį, magnetinė rodyklė pasisuka

priešinga kryptimi. Šis atradimas rodė glaudų magnetizmo ir elektros

srovės, t.y. magnetinių reiškinių, ryšį.

Nuolatiniai magnetai vienas su kitu ar su elektros srove sąveikauja ir

būdami vakuume. Taigi magnetiniam poveikiui perduoti iš vieno kūno į kitą

nereikia medžiagos. Fizikoje tokia sąveika aiškinama jėgų laukų.

Pirmasis magnet.lauko sąvoką pavartojo M. Faradėjus. Bandymai rodė, kad

nuolatinis magnetas, elektros srovė ar judantis įelektrintas kūnas kuria

makroskopinį magnetinį lauką. Magnet.laukas atsiranda arba judant

elektringosioms mikrodalelėms, arba dėl to, kad kai kurioms mikrodalelėms

būdinga tam tikra magnetinė savybė, nusakoma savuoju magnetiniu momentu.

Judant elektringajai dalelei, jos elektrinis laukas kinta laike ir dėl to

atsiranda magnetinis laukas. Tai-gamtos dėsnis: kiekvienas laike kintantis

elektrinis kūnas kuria magnetinį lauką ir atvirkščiai-kiekvienas kintantis

magnetinis laukas kuria elektrinį lauką.

Magnetinė indukcija

Tai svarbiausia magnetinio lauko charakteristika. Vienalyčio magnetinio

lauko magnetinė indukcija skaitine verte yra lygi srovės rėmelį, kurio

magnetinis momentas lygus vienetui, veikiančiam didžiausio sukimo momentui.

Magnetinio lauko indukciją galime apibūdinti paėmę laisvai pakabintą

elementarųjį plokščią rėmelį, kuriuo teka stiprumo I elektros srovė. Toks

rėmelis-srovės rėmelis. Jo orientacija erdvėje nusakoma teigiamos normalės

ortu n, kuris brėžiamas statmenai rėmelio plokštumai taip, kad žiūrint iš

jo galo srovė tekėtų prieš laikrodžio rodyklės judėjimo kryptį. Bandymai

rodo, kad magnetiniame lauke rėmelį veikia magnetinių jėgų dvejetas. Todėl

laisvai pakabinto rėmelio normalė tame pačiame lauko taške visada nukrypsta

ta pačia kryptimi. Ši kryptis priklauso nuo magnetinio lauko savybių ir

laikoma magnetinės indukcijos B kryptimi. Srovės rėmelį veikiančių

magnetinių jėgų sukimo momentas M priklauso ir nuo magnetinio lauko

savybių, ir nuo paties rėmelio magnetinių savybių. Plokščiojo srovės

rėmelio magnetinės savybės apibūdinamos vadinamuoju srovės magnetiniu

momentu-vektoriumi pm(nIS, S-rėmelio ribojamo paviršiaus plotas. Šio

vektoriaus kryptis sutampa su rėmelio normalės n kryptimi.

Magnetinių jėgų sukimo momentas M(pm(B. Rėmelis sukamas tol, kol

vektorius pm pasidarys lygiagretus vektoriui B-tuomet M(0. Sukamojo momento

didžiausia vertė Mmax(pmB būna tada, kai pm(B. Kadangi pasirinktajame lanko

taške Mmax yra tiesiogiai proporcingas dydžiui pm(IS, tai jų santykis

B(Mmax/(IS) nuo rėmelio magnetinio momento nepriklauso.

Srovės rėmelis magn. lauke

Rėmelio, kuris vienalyčiame magnetiniame lauke gali suktis apie

magnetinės indukcijos linijoms statmeną ašį AA’, kraštinės lygios. Kai

rėmeliu teka stiprumo I nuolat.srovė, indukcijos B vienalytis magnetinis

laukas veikia kiekvieną jo kraštinę jėga F. Rėmelio priešingomis

kraštinėmis elektros srovės teka priešingomis kryptimis, todėl F1(-F3 ir

F2(-F4. Taigi rėmelį veikiančių jėgų geometrinė suma(0: F1+F2+F3+F4(0.

Taigi vienalytis magnetinis laukas srovės rėmeliui slenkamojo judesio

nesuteikia (nevienlytis magn.laukas verčia rėmelį slinkti F1+F2+F3+F4(0).Horizontalias rėmelio kraštines veikiančios jėgos F2 ir F4 nukreiptos

išilgai sukimosi ašies į priešingas puses. Jas atsveria rėmelio standumo

jėgos, ir rėmelio judėjimui jos neturi įtakos. Vertikaliomis kraštinėmis

tekančios srovės tankio j vektorius nukreiptas statmenai magnetinės

indukcijos vektoriui B, todėl jėgų F1 ir F2 moduliai yra lygūs: F(Il1B.

Taigi vienalyčiame magnet.lauke srovės rėmelį veikia jėgų dvejetas, kuris

jį suka apie vertikalią ašį AA’.

Vektorius M yra lygiagretus ortui n, todėl M(pm(B. Magnet.jėgos rėmelį

stengiasi orientuoti taip, kad jo magnetinis momentas pm

pasidarytųlygiagretus indukcijai B, tuomet sukimo momentas M būtų(0. Tokia

srovės rėmelio padėtis yra pastoviosios pusiausvyros padėtis.

Magnetinių jėgų sukimo momentu pagrįstas elektros variklių ir

magnetoelektrinių matavimo prietaisų veikimas.

Ampero jėga

Kiekvienas srovės elementas kuria magnetinį lauką, todėl išorinis

magnetinis laukas jį veikia tam tikra jėga. Ištyręs, kaip magnetinis laukas

veikia įvairios formos laidininkus, kai jais teka srovė, A. Amperas

nustatė, jog elementarioji jėga, kuria indukcijos B magnetinis laukas

veikia srovės elementą Idl; išreišk.dF(Idl(B. Ši jėga vadinama Ampero jėga.

Ji yra didžiausia, kai vektoriai dl ir B tarpusavyje statmeni, ir
(0, kai

jie kolinearūs. Ampero jėgos kryptis nusakoma dviejų vektorių vektorinės

sandaugos taisykle arba iš jos išplaukiančia kairiosios rankos taisykle.

Taigi Ampero jėga yra statmena per vektorius dl ir B nubrėžtai plokštumai.

Ampero dėsnis: dviejų lygiagrečių be galo ilgų ir plonų laidų, kuriais teka

srovės, kiekvieną ilgio metrą veikianti jėga yra tiesiogiai proporcinga

srovių stiprumų sandaugai ir atvirkščiai proporcinga atstumui tarp laidų.

Amperas (vnt.) yra lygus stiprumui nuolatinės srovės, kuriai tekant

dviem lygiagrečiais be galo ilgais nykstamai mažo apvalaus skerspjūvio

laidais, esančiais vakuume 1m atstumu vienas nuo kito, vienas laidas veikia

kito laido metrą 2*10-7 N jėga.

Lorenco jėga

Magnetinės jėgos kilmė yra viena-tai fundamentalioji judančių elektringųjų

dalelių sąveika, vadin.elektromagnetine sąveika.

Kiekvieną krūvio q0 elektringąją dalelę stiprumo E išorinis elektrinis

laukas veikia elektrine jėga Fe(q0E Judantis krūvininkas kuria magnetinį

lauką, todėl greičiu v judantį krūvininką išorinis magnetinis laukas dar

veikia magnetine jėga Fm. Ši jėga tiesiogiai proporcinga sandaugai q0v.

Olandų fizikas H. Lorencas apibendrinęs eksperimentų rezultatus, magnetinę

jėgą išreiškė: Fm(q0v(B.

Kai dalelės krūvis q0(0, tai magnetinės jėgos kryptis nusakoma vektorių v

ir B vektorinės sąveikos sandaugos taisykle;jeigu q0(0, tai vektoriaus Fm kryptis priešinga tos sandaugos vektoriaus

krypčiai.Kadangi ši jėga visada statmena greičio vektoriui v, tai ji mechaninio

darbo neatlieka, ir jos veikiamos dalelės energija bei greičio modulis

nekinta. Ši jėga dalelei suteikia normalinį pagreitį, dėl to kinta jos

greičio v kryptis. Taigi magnetine jėga galima keisti elektringosios

dalelės judėjimo trajektoriją

Elektromagnetinis laukas krūvininką veikia jėga FL (Fe+Fm(q0E+q0v(B. Ši

fundamentalioji elektromagnetinės sąveikos jėga vadin.Lorenco jėga.

Lorenco jėgos taikymas

Masių spektrografijai. Spektrografo veikimas pagrįstas jonų judėjimo

elektriniame ir magnetiniame lauke dėsniais. Jonų šaltinyje susidaro

tiriamosios medžiagos įvairiausių greičių jonai. Praėjęs siaurų diafragmų

sistemą, jonų pluoštelis patenka į kondensatoriaus vienalytį elektrinį

lauką. Lėtesni jonai jame juda ilgiau nei greitesni; mažesnės masės jonams

elektrinė jėga suteikia didesnį pagreitį. Dėl šių priežasčių elektriniame

lauke daugiausiai nukreipiami mažo greičio ir didelio specifinio krūvio

jonai. Taip pagal greičius ir specifinius krūvius išskleistas jonų

pluoštelis įlekia statmena magnetinės indukcijos vektoriui B kryptimi į

vienalytį magnetinį lauką. Vektoriaus B kryptis parinkta tokia, kad

magnetinis laukas jonus nukreipia priešinga kryptimi negu elektr.laukas.

Čia jie, veikiami Lorenco magnetinės jėgos, juda apskritimų lankais. Kuo

didesni greičiai ir mažesni specifiniai krūviai, tuo kreivumo spinduliai

didesni. Todėl magnetin.lauke jonų pluoštelis išsisklaido į kelis

pluoštelius, kurių kiekvieną sudaro vienodo specifinio krūvio skirtingais

greičiais judantys jonai. “Viršutinę” kiekvieno pluoštelio dalį sudaro

greičiausi jonai-jų judėjimo trajektorijos kreivumo spindulys didžiausias;

“apatinę”dalį sudaro lėčiausi jonai-kreiv.spindulys mažiausias. Dėl to

magnet.laukas fokusuoja vienodo specifinio krūvio jonus. Toje vietoje

padėtą fotografinę plokštelę jonai veikia panašiai kaip šviesa, ir

išryškintojejoje (spektrogramoje) lieka tamsios linijos, atitinkančios

skirtingų specifinių krūvių jonus. Žinant jonų krūvį ir įrenginio

parametrus, apskaičiuojamas jų specifinis krūvis ir masė. Spektrografija

taikoma daugelyje fizikos, chemijos ir technikos sričių. Jos metodais

atrasti stabilūs elementų izotopai, tiriama elementų izotopinė sudėtis ir

tiksliai nustatoma jų atominė masė. Gaunami vienodos masės jonų

pluošteliai.

Holo reiškinys. Paaiškinama klasikine laidumo teorija: elektros laidumą

lemia vienos rūšies teigiamo krūvio q0 krūvininkai. Elektros srovės tankis

priklauso nuo jų koncentracijos ir greičio vidutinės vertės. Kiekvieną

dreifuojantį krūvininką išoriniame magnetiniame lauke veikia Lorenco

magnetinė jėga. Ši jėga krūvininkus perskirsto, todėl susidaro stiprumo EH

skersinis elektrinis laukas-Holo laukas. Šis veikia krūvininką jėga Fe ,

kurios kryptis priešinga Fm krypčiai. Kai šių jėgų moduliai pasidaro lygūs,

nusistovi makroskopinė pusiausvyra. Išmatavus Holo potencialų skirtumą

(žinant j, B, a (pvz.storis), galima nustatyti Holo konstantą. Iš jos

ženklo sorendžiama apie priemaišinių puslaidininkių laidumo tipą. Žinant

laidumo tipą, apskaičiuojama krūvininkų koncentracija ir jų judrumas. Holo

reiškinys naudojamas magnetinei indukcijai matuoti.Plazma magnetiniame lauke. Apskritame vamzdelyje yra dujų plazma. Ji geras

elektros laidininkas. Tekančios plazmos el.srovės magnet.laukas kiekvieną

dreifuojantį krūvininką veikia Lorenco magnetine jėga Fm. Toji jėga

nukreipta vamzdelio ašies link, kad ir kokio
ženklo būtų krūvininkas. Dėl

tos jėgos plazmos išoriniai sluoksniai spaudžia gilesnius, sudarydami

papildomąjį slėgį. Kai el.išlydžio srovės pakankamai stiprios, papildomasis

slėgis gali būti didesnis už plazmos slėgį. Tuomet plazma atirūksta nuo

vamzdelio sienelės ir susiglaudžia link jos ašies: vyksta glaudusis

išlydis. Dabar tarp plazmos ir aplinkos laidumo būdu nevyksta energijos

mainų-plazma pasidaro termiškai izoliuota, ir jos temperatūra gai pakilti

iki keliasdešimties milijonų laipsnių.

Magnetohidrodinaminiai (MHD) generatoriai. Jų darbinė medžiaga yra

magnetiniame lauke judantis plazmos ar elektrai laidaus skysčio

(elektrolito, skysto metalo) srautas. Generatoriai darbinės medžiagos

vidinę energiją tiesiogiai verčia elektros energija. MPD generatoriuje

tiesiu kanalu, kuris yra stipriame magnetiniame lauke ir statmenas

indukcijos vektoriui B, dideliu greičiu teka iš darbinės medžiagos

generatoriaus darbinė medžiaga (pvz.kvazineutrali plazma). Magnet.laukas

teigiamus ir neig.krūvininkus nukreipia į priešingas puses-kanalo šonuose

esančių elektrodų link. Taigi tekančią plazmą veikiant Lorenco

magnet.jėgai, susidaro skersinė Holo srovė. Prie elektrodų prijungti

elektros energijos ėmikliai. Tokiuose generatoriuose el.srovė į išorinę

grandinę patenka tiesiogiai per elektrodus, kurie liečia darbinę medžiagą,

todėl jie vadin.kondukciniais generatoriais. Gener.kuriuose srovė į išorinę

grandinę patenka be elektrodų-indukcijos būdu. Parametrų atžvilgiu

perspektyviausi magnetoplazminiai generatoriai. Lorencas sukūrė protonus,

deutronus ir jonus greitinantį ciklinį greitintuvą – ciklotroną. Jį sudaro

didelis elektromagnetas, tarp kurio polių vakuuminėje kameroje įtaisyti

tuščiaviduriai elektrodai, vadin.duantais. tarp duantų yra greitinamųjų

dalelių šaltinis. Aukšto dažnio el.virpesių generatorius tarp duantų

sukuria greitinantį el.lauką. dalelės greitinamos tada, kai lekia tarpu

tarp duantų. Duantų viduje el.lauko nėra, todėl elektringoji dalelė,

veikiama tik Lorenco magnetinės jėgos, skrieja apskritimo lanku.

Autofazavimo principu sukurti greitintuvai vadinami fazotronais,

sinchrotronais ir sinchrofazotronais.

Magnetinis srautas.

Magnetinės indukcijos vektoriaus B srautas (magnet.srautas) pro bet kokio

ploto paviršių išreiškiamas taip pat kaip ir bet kokio vektoriaus srautas:

(((B dS, B-magnet.indukcija plotelio dS paviršiaus elemente. Jeigu visuose

paviršiaus taškuose vektoriaus B modulis yra vienodas, o kryptis sutampa su

normalės ortu n, tai ((BS. Taip išreiškiamas magnet.srautas pro vienalyčio

magnetinio lauko indukcijos linijoms statmeną paviršių.

Gauso teorema.

Kadangi magnet.indukcijos linijos yra uždaros kreivės, tai kiekviena jų

įėjusi pro uždarąjį paviršių, būtinai išeina pro jį. Kiekvieno magnetinio

lauko indukcijos vektoriaus srautas pro bet kokį ploto S uždarąjį paviršių

visuomet lygus 0, t.y. B dS(0 Tai Gauso teor. magnet.srautui. Pritaikius

Šiuo metu Jūs matote 30% šio straipsnio.
Matomi 2031 žodžiai iš 6764 žodžių.
Peržiūrėkite iki 100 straipsnių per 24 val. Pasirinkite apmokėjimo būdą:
El. bankininkyste - 1,45 Eur.
Įveskite savo el. paštą (juo išsiųsime atrakinimo kodą) ir spauskite Tęsti.
SMS žinute - 2,90 Eur.
Siųskite sms numeriu 1337 su tekstu INFO MEDIA ir įveskite gautą atrakinimo kodą.
Turite atrakinimo kodą?
Po mokėjimo iškart gausite atrakinimo kodą, kurį įveskite į laukelį žemiau:
Kodas suteikia galimybę atrakinti iki 100 straispnių svetainėje ir galioja 24 val.