elektromagnetizmas
ELEKTROMAGNETIZMAS
MAGNETINIS LAUKAS
Visur, kur yra elektros srovė, t.y. kur juda elektros krūviai, yra magnetinis laukas. Įmagnetina geležis ir permagnetina komposus žaibas. Erstedas įrodė, kad laidininku tekanti srovė veikia magnetinę rodyklę, bet ne traukia ar stumia, o pasuka, kad ji būtų statmena krypčiai. Pakeitus srovės kryptį magnetinė rodyklė pasisuka į priešingą pusę. Erdvėje apie laidininką, kuriuo teka elektros srovė, yra sąveiką su magnetu perduodanti aplinka – magnetinis laukas. Magnetinį lauką kuria elektros srovė, kurioje yra judantys elektros krūviai. Jeigu viename magnetiniame llauke yra du laidininkai, kuriais teka elektros srovė, tai abiejų srovių magnetinio laukų sąveikos laidai veikia vienas kitą – stumia arba traukia. Amperas nustatė, kad viena kryptimi tekančios srovės viena kitą traukia, o tekančios priešingomis kryptimis viena kitą stumia. Nuolatinių magnetų kuriamas
laukas susjęs su elektros krūvio medžiagos viduje: magnetinis laukas – tai ypatingos
formos materija, perduodanti judančio elektros krūvių sąveiką. Magnetinis laukas plinta erdvėje
Tiesiu laidininku tekanti srovė kuria simetrišką magnetinį lauką, kurio stiprumas nuotolyje r nuo laidininko yyra H=I/2r. Kai laidas sulenktas apskritimu magnetinio lauko stiprumas to apskritimo centre yra H=I/2r r – apskritimo spindulys. Magnetinės jėgų linijos nesudaro teisiklingų apskritimų. Bet linijos užsidarančios.
Paleidus srovę rite, turinčia daug vielos vijų, vadinama solianoidu. Magnetinis laukas, kurį sukuria vvijomis tekanti srovė, susidarė susiliejus magnetiniams laukams, kuriuos sukūrė atskirose vijose tekančios srovės. Jeigu ritės ilgis žymiai didesnis už vijų skersmenį, tai ritės viduje susidaro magnetinis laukas. Solianoido magnetinis laukas panašus į pastoviojo magneto. Ritės galas, iš kurio išeina jėgų linijos, yra
Š magneto polius, o kitas – pietinis.
MAGNETINŲ laukų grafinis vaizdavimas
Magnetino lauko linijomis vadiname tokias linijas, kurių liestinės kiekviename taške sutampa au pasisukusios magnetinės rodyklės ašimi. Magnetinio lauko kryptimi susitarta laikyti kryptį, kurią rodo magnetinės rodyklės šiaurinis polius. Magnetinio lauko intensyvumą rodo linijų tankis. Magnetinis laukas, kurio kryptis ir intensyvumas visuose taškuose vienodi, vadinamas vienalyčiu.
Magnetinių laukų linijoms būdinga:
1. Magnetinio lauko linijos niekur nesikerta.
2. Šios linijos visada yra uždaros kreivės, juosiančios laidininką, kuriuo teka elektros srovė. Laukas, kurio linijos yyra uždaros, vadinamas sūkuriniu lauku.
Šis laukas skiriasi nuo elektrinio lauko, nes pastarojo linijos nėra uždaros, nes prasideda teigiamu ir baigiasi neigiamu krūviu.
Dešinės rankos taisyklė: Jeigu dešine ranka apimsime laidininką taip, kad ištiestas nykštys rodytų srovės kryptį, tai
pirštai rodys magnetinio lauko linijų kryptį.
MAGNETINIO LAUKO STIPRUMAS
Stiprėjant tekančiai laidininku srovei proporcingai didėja magnetinio lauko intensyvumas, t.y. didėja jėga F, kurią srovės magnetinis laukas veikia magnetinę rodyklę ar laidininką, kuriuo teka elektros srovė. Jėga priklauso nuo laiko taško padėties. Pvz.: ttiesiu laidininku tekančios srovės magnetiniame lauke jėga F tolsta nuo to laido proporcingai magnetinis laukas mažėja. Tos pačios linijos taškuose jėga F vienoda. Remiantis šia išvada įvedama magnetinio lauko stiprumo sąvoka. Srovės kuriamo magnetinio lauko stiprumas H ; H =I/ l. I – srovės stiprumas, l – magnetinės linijos ilgis. H – vektorinis dydis [H]=A/m. Vektoriaus H kryptimi sutampa su magnetinio lauko linijos kryptimi. Vektorius H yra nukreiptas
išilgai lauko linijos liestinės į tą pusę, kurią rodo magnetinės rodyklės Š polius.
Tekant elektros srovei rite, sudarytai iš n vijų, magnetinio lauko stiprumas jos viduje H=In/l . l – ritės ilgis.
MEDŽIAGŲ MAGNETINĖS SAVYBĖS:
Ore magnetinio lauko jėga 1.00000038 karto didesnė negu vakuume. Kai kurios medžiagos labai pakeičia magnetinio lauko intensyvumą. Magnetiniame lauke jos pačios daugiau ar mažiau įsimagnetina t.y. sukuria savo magnetinį lauką. Labiausiai įsimagnetinančios medžiagos vadinamos feromagnetikais : Fe, Ni, Co, Cr ir kt. Medžiagos gabėjimą įsimagnetinti nusako magnetinė skvarba . Magnetinė skvarba – tai skaičius, rodantis kiek kartų jėga, kuria magnetinis laukas veikia magnetinę rodyklę arba laidininką, kuriuo teka srovė, toje medžiagoje yra didesnė negu vakuume. Ne feromagnetinės medžiagos praktiškai neturi įtakos magnetiniam laukui, todėl techniniuose skaičiavimuose magnetinė
skvarba laikoma 1. Feromagnetinės medžiagos daug kartų padidina srovės
magnetinio lauko jjėgą, todėl naudojama gaminant elektromagnetus, elektros
variklius, generatorius, transformatorius. Magnetinės medžiagų savybės susijusios su atomų bei molekulių viduje cirkuliuojančiom elektros srovėmis. Apie branduolį skriejantys elektronai sudaro uždaras elektros sroves, kurios kuria savus magnetinius laukus (magnetinius ir molekulinius). Paramagnetikų >1, diamagnetikų <1, feromagnetikų >>1
Elektromagnetinė jėga proporcinga magnetinio lauko stiprumui H ir aplinkos magnetinei skvarbai , laidininku tekančios srovės stipriui I, ilgiui l laidininko, esančio magnetiniam lauke: F=0HIl
0 – magnetinė konstanta.
0=
MAGNETINĖ INDUKCIJA
B=0H Stiprumas H apibūdina magnetinio lauko intensyvumą vakuume,
taip indukcija B apibūdina jo intensyvumą medžiagoje. [B]=T(tesla) 1T=1N/1*A²
Magnetinė indukcija – vektorinis dydis, jo kryptis sutampa su magnetinio lauko stiprumo kryptim. Kiekviename lauko taške magnetinės indukcijos vektoriaus kryptis sutampa su einančios per tą tašką magnetinio lauko linijos liestine. Magnetinio lauko linijos vadinamos dar magnetinės indukcijos linijom.
AMPERO DĖSNIS
F=BIlsin
kai laidininkas statmenas vektoriui B, tada elektromagnetinė jėga didžiausia. Kintant kampui jėga proporcingai kinta ir tampa lygi nuliui, kai laidininkas lygegretus lauko linijoms. Ampero jėga pagrįstas elektros variklių, matavimo prietaisų veikimas.
Elektromagnetinės jėgos kryptį nustatome pagal kairės rankos taisyklę: kairę ranką reikia ištiesti taip, kad magnetinės linijos eitų į delną, o ištiesti pirštai rodytų srovės kryptį. tada atlenktas
nykštys rodys laidininką veikiančios jėgos kryptį.
Kiekvienas laukas yra kito laido srovės kuriamame magnetiniame llauke.
Elektros srovė teka ilgais lanksčiais laidininkais, kurių ilgis l, srovės stipris I1 ir I2, o atstumas tarp jų r
B1=0I1/2r B2=0I2/2r
Pritaikom ampero dėsnį:
F1=B2I1 lsin F2=B1I2lsin =90°
Lygiagrečiais laidininkais tekant vienodos krypties srovėms jie vienas kitą traukia.
F1=0I1 I2/2r F2=0I1 I2/2r
Sąveikos jėgos tarp laidininkų yra vienodo modulio ir priklauso nuo aplinkos, srovės stiprio, vielos ilgio ir atstumo tarp jų.
Tuo remiantis nusakytas ampero apibrėžimas: amperas – Jeigu dviem laidais tekės 1A stiprio elektros srovė, atstumas tarp
laidininko 1m, tai laidininko ilgio vienetą veiks vakuume jėga.
I1=I2=I =1, r=1m, l=1m, F=
Sustatę į formulę gausim I=1A
MAGNETINIS SRAUTAS
Magnetinės indukcijos B ir jai statmeno paviršiaus ploto S sandauga vadinama magnetiniu srautu =BS
Uždarą kontūrą kerta magnetinis laukas, kurio indukcija B. Statmuo išvestas į kontūrą, vadinamas normale n
Magnetinis srautas, kertantis šį kontūrą, lygus: =BScos
n
B
S
Magnetinė srautas parodo, kiek magnetinių linijų statmenai kerta visą plotą.
Išvados:
• Kai magnetinis laukas kontūrą kerta statmenai, tai =BS
• Kai magnetinis laukas kontūrą kerta išilgai =0
SI vienetas []= Wb (veberis)
1T*1m²=1Wb
Veberis – tai tokio dydžio magnetinis srautas, kuris kerta statmenai 1m² ploto kontūrą esant 1T magnetiniai indukcijai.
DARBAS MAGNETINIAM LAUKE
Laidininką, kuriuo teka srovė, magnetinis laukas veikia jėga F=BIl. Laidininkas pasislinko jėgos kryptimi atstumu b, buvo atliktas darbas A=Fb lb=S – plotui BS=
tai A=IBS arba A=I
Darbas, atliekamas judant magnetiniame lauke laidininkui, kuriuo teka elektros srovė, yra lygus tos srovės stiprumo ir magnetinio srauto, kurį kerta laidininkas, sandaugai. Darbą grafiškai vaizuoja stačiakampio plotas:
I
A
MAGNETINIO SUKIMOSI MOMENTAS
Rėmelio šoniniais laidininkais srovė teka priešinga kryptimi, todėl juos veikia lygiagrečios priešingų krypčių jėgos F1 ir F2
sudarančios jėgų dvejetą. F1=F2=BIl l – rėmelio ilgis. Jėgų dvejetas sudarys magnetinį sukimo momentą M ir suks rėmelį, kol jo plokštuma pasidarys statmena lauko linijoms. M=Fb Dviejų rėmelį vveikiančių jėgų sukimosi momentas M=F1b1+F2b2
Mmax bus tada, kai rėmelio plokštuma lygiagreti magnetinio lauko linijoms Mmax =2IBlb 2lb=S BS= Mmax =I
Kai rėmelio plokštuma su jėgos veikimo kryptimi sudaro kampą , jėgos petys sutrumpėja proporcingai sin, sumažėja sukimosi momentas. Mmax =Isin
Besisukantis rėmelis iš inercijos praeis pro pusiausvyros padėtį, tai magnetinių jėgų dvejetas ims jį sukti atgal link tos padėties. Kad rėmelis nuolatos suktųsi į vieną pusę, reikia tais momentais pakeisti srovės kryptį. Rėmelių sukimasis taikomas
elektros varikliuose, garsiakalbiuose, matavimo prietaisuose.
LORENCO JJĖGA
Ampero jėga, kuria magnetinis veikia laidininką, kai juo teka srovė, veikia ne patį laidininką, o juo judančias elektringas daleles. Dalelės, judėdamos ir susidurdamos su medžiagos atomais, patraukia su savimi laidininką.
FL=FA/N FA=BIlsin I=q/t q=Ne
Elektronams judant t=l/v
FL=Bevsin – kampas tarp magnetinės iindukcijos vektoriaus ir elektrono greičio vektoriaus. Lorenco formulė taikoma bet kokiai magnetiniam lauke judančiai daleliai. Išvados:
• Nejudančio elektros krūvio magnetinis laukas neveikia FL=0
• Jeigu dalelė juda išilgai lauko linijų (=0°), tai FL=0
• Didžiausia jėga laukas veikia dalelę tada, kai pastaroji juda statmenai lauko linijoms (=90°)
Kairės rankos taisyklė: kairę ranką reikia ištiesti taip, kad magnetinės linijos eitų į
delną, o pirštai rodytų dalelės greičio kryptį. Tada atlenktas nykštys rodys teigiamą dalelę veikiančios jėgos kryptį. Neigiamo krūvio dalelę veiks priešingos krypties Lorenco jėga
Elektringa dalelė įlėkėį magnetinį lauką statmenai jo linijoms. Lorenco jėga statmena dalelės greičiui. Jėga nekeičia greičio didumo, o keičia tik greičio kryptį – suteikia dalelei įcentrinį pagreitį, verčia ją judėti apskritimu.
aįc=FL/m=qvB/m=v²/R
R – ciklotroninis spindulys, nes tokio spindulio lanku dalelės jjuda specialiuose greitintuvuose ciklotronuose.
Kuo didesnis dalelės krūvis arba magnetinio lauko indukcija, tuo kreivumo spindulys mažesnis, magnetinis laukas iškreipia dalelės trajektoriją.
Dalelei įlekiant į magnetinį lauką, greičio kryptis sudarys su linijų kryptimi kampą , tai ji ne tik pradės suktis, bet kartu judės išilgai magnetinių linijų – judės
spirale. Išilgai magnetinių linijų judėjimo greitis vsl=cos
LORENCO JĖGOS PRITAIKYMAS
Judančios magnetiniame lauke dalelės nukrypimas nuo tiesaus keliio priklauso nuo jos masės. Tuo nustatomas elektringų dalelių masės. Prietaisas – masių spektrografu. Spektrografu atskiriami ir iištiriami izotopai, buvo nustatyta elektrono, protono masės. Lorenco jėgos veikimu pagrįsta ciklotrono konstrukcija. Šis prietaisas skirtas elektringoms dalelėms įgreitinti iki didelių energijų, reikalingų branduolinėms reakcijoms sukelti. Dalelės skrieja ciklotrono magnetiniame lauke spiraline trajektorija, didėjant greičiui, didėja trajektorijos spinduliu. Sudėtingesnių konstrukcijų greitintuvais sinchrociklotronais, sichrofazotronais prasiskverbiama į materiją. Lorenco jėga valdo dalelių judėjimą elektroniniuose vamzdžiuose, elektroniniuose mikroskopuose ir kt.
ŽEMĖS MAGNETINIS LAUKAS
Per Žemės magnetinius polius išvesti apskritimai vadinami magnetiniais dienovidiniais (magnetiniais meridianais).
Magnetinė deklinacija – tai kampas tarp geografinio ir magnetinio dienovidinių bet kuriam Žemės paviršiaus taške.
Magnetinė inklinacija – tai magnetinės rodyklės nuokrypio nuo horizontalios plokštumos kampas.
Žemės magnetinio lauko elementai: Žemės magnetinio lauko stiprumas, magnetinė deklinacija ir inklinacija.
Jų vertės atsispindi magnetinuose žemėlapiuose. Jie vartojami jūrų ir oro navigacijoje, geologijoj.
Magnetinės anomalijos sritis – žemės paviršiuje aptinkama vietų, kur magnetinė rodyklė visą laiką būna nukrypusi nuo tai vietai normalios krypties. Priežastis: negiliai slūgsantys milžiniški geležies rūdos klodai.
Magnetinė audra – netaisyklingi trumpalaikiai Žemės magnetinio lauko sutrikimai. magnetinės audros susijusios
su Saulės aktyvumo padidėjimu. Jos suintensyvina poliarines pašvaistes, pablogina trumpabangį radijo ryšį, sukelia ciklonus troposferoje.
Žemės magnetinis laukas nėra simetriškas. Jį deformuoja Saulės skleidžiamas greitų elektringų dalelių (protonų, elektronų) srautas, kuris vadinamas Saulės vėju.
Magnetosfera – Žemės rutulį supanti eerdvė, kurioje pasireiškia geomagnetinis laukas.
Elektringas daleles, skriejančias iš kosmoso link Žemės pagauna Žemės magnetinis laukas, ir jos ima skrieti spirale apie magnetines linijas. dėl to jos susikaupia tam tikrose srityse – radiacijos juostose. Žemę supa dvi juostos: vidinė – 2400km aukštyje, išorinė – 12000km.
Žemės magnetinis laukas padeda orentuotis gyviems organizmams erdvėje, suvokti laiką, rasti kelią migruojantiems paukščiams, žuvims. Kai kurių augalų šaknys išsidėsto išilgai magnetinių linijų.
TURINYS
1 Magnetinis laukas (stiprumo mažai)
3 Magn. laukų grafinis vaizdavimas. Kas būdinga magn. linijoms?
4 Dešinės taisyklė. Magn. lauko stiprumas
5 Medžiagų magnetinės savybės.
6 Elektromagnetinė jėga. Magn. indukcija.
7 Ampero dėsnis. Kairės taisyklė.
9 Magn. srautas.
10 Darbas magn. lauke.
11 Sukimosi momentas.
12 Lorenco jėga.
13 Kairės rankos taisyklė.
14 Lorenco jėgos pritaikymas.
15 Žemės magnetinis laukas
