자기장이란 무엇입니까? 자기장과 그 특성 - 강의.

자기장은 자연적으로 발생하며 인위적으로 생성될 수 있습니다. 남자는 그들을 눈치 챘다. 유용한 기능에 적용하는 방법을 배웠습니다. 일상 생활. 자기장의 근원은 무엇입니까?

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지구의 자기장

자기장의 교리가 어떻게 발전했는지

일부 물질의 자기 특성은 고대에 발견되었지만 실제로 연구는 중세 유럽에서 시작되었습니다. 작은 강철 바늘을 사용하여 프랑스의 과학자 Peregrine은 특정 지점, 즉 극에서 자기력선의 교차점을 발견했습니다. 불과 300년 후, 이 발견에 의해 길버트는 계속해서 그것을 연구했고, 그 후 지구에는 지구 자체가 있다는 자신의 가설을 옹호했습니다. 자기장.

자기장 이론의 급속한 발전은 Ampère가 자기장의 발생에 대한 전기장의 영향을 발견하고 기술한 19세기 초에 시작되었으며, Faraday의 전자기 유도 발견은 역의 관계를 확립했습니다.

자기장이란 무엇인가

자기장은 운동 중인 전하 또는 자기 모멘트가 있는 물체에 대한 힘 효과로 나타납니다.

자기장 소스:

1. 전류가 통과하는 도체;
2. 영구 자석;
3. 변화하는 전기장.

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자기장 소스

자기장의 근본 원인은 모든 소스에 대해 동일합니다. 전자, 이온 또는 양성자 등의 전기 미세전하에는 자체 자기 모멘트가 있거나 방향 운동을 하고 있습니다.

중요한!시간이 지남에 따라 변하는 전기장과 자기장을 서로 생성합니다. 이 관계는 Maxwell의 방정식에 의해 결정됩니다.

자기장 특성

자기장의 특성은 다음과 같습니다.

1. 자속, 주어진 섹션을 통과하는 자기장 라인의 수를 결정하는 스칼라 양. 문자 F로 지정됩니다. 공식에 따라 계산:

F = B x S x 코스 α,

여기서 B는 자기 유도 벡터, S는 단면, α는 단면 평면에 그려진 수직선에 대한 벡터의 경사각입니다. 측정 단위 - 웨버(Wb);

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자속

1. 자기 유도 벡터(B)는 전하 캐리어에 작용하는 힘을 보여줍니다. 일반적인 자기 바늘이 가리키는 북극을 향합니다. 양적으로, 자기 유도는 테슬라(T1)로 측정됩니다.
2. MP 장력(N). 그것은 다양한 매체의 투자율에 의해 결정됩니다. 진공에서 투과성은 1로 간주됩니다. 강도 벡터의 방향은 자기 유도의 방향과 일치합니다. 측정 단위 - A / m.

자기장을 표현하는 방법

영구 자석의 예에서 자기장의 표현을 쉽게 볼 수 있습니다. 그것은 두 개의 극을 가지고 있으며 방향에 따라 두 개의 자석이 끌어 당기거나 밀어냅니다. 자기장은 이 경우에 발생하는 프로세스를 특성화합니다.

1. MP는 수학적으로 벡터 필드로 설명됩니다. 이것은 나침반 바늘의 북극을 향하고 있고 자기력에 따라 길이를 갖는 자기 유도 B의 많은 벡터를 사용하여 구성할 수 있습니다.
2. 다른 표현 방법은 힘의 선을 사용하는 것입니다. 이 선은 절대 교차하지 않으며, 어디에서나 시작하거나 중지하지 않고 닫힌 루프를 형성합니다. MF 라인은 자기장이 가장 강한 더 빈번한 영역에서 결합됩니다.

중요한!자기장 선의 밀도는 자기장의 강도를 나타냅니다.

MF는 실제로는 볼 수 없지만 MF에 쇠가루를 넣어 힘의 선을 현실 세계에서 쉽게 시각화할 수 있습니다. 각 입자는 북쪽과 북쪽을 가진 작은 자석처럼 행동합니다. 남극. 결과는 힘의 선과 유사한 패턴입니다. 사람은 MP의 영향을 느낄 수 없습니다.

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자기장 라인

자기장 측정

이것은 벡터 양이므로 MF를 측정하기 위한 두 가지 매개변수가 있습니다: 힘과 방향. 방향은 필드에 연결된 나침반으로 쉽게 측정할 수 있습니다. 예를 들어 지구 자기장에 배치된 나침반이 있습니다.

다른 특성의 측정은 훨씬 더 어렵습니다. 실용적인 자력계는 19세기에만 등장했습니다. 그들 대부분은 자기장을 통해 이동할 때 전자가 느끼는 힘을 사용하여 작동합니다.

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자력계

작은 자기장의 매우 정확한 측정은 1988년 적층 재료에서 거대한 자기저항이 발견된 이후로 실용적이 되었습니다. 이 기초 물리학의 발견은 컴퓨터의 데이터 저장을 위한 자기 하드 드라이브 기술에 빠르게 적용되어 불과 몇 년 만에 저장 용량이 천 배 증가했습니다.

일반적으로 허용되는 측정 시스템에서 MF는 테스트(T) 또는 가우스(G)로 측정됩니다. 1T = 10000가우스. Tesla는 필드가 너무 커서 가우스를 자주 사용합니다.

흥미로운.작은 냉장고 자석은 0.001T에 해당하는 MF를 생성하고 평균적으로 지구의 자기장은 0.00005T입니다.

자기장의 성질

자기와 자기장은 전자기력의 표현입니다. 두 가지가있다 가능한 방법움직이는 에너지 전하와 결과적으로 자기장을 구성하는 방법.

첫 번째는 와이어를 전류 소스에 연결하는 것이며, 그 주위에 MF가 형성됩니다.

중요한!전류(움직이는 전하의 수)가 증가함에 따라 MP는 비례하여 증가합니다. 와이어에서 멀어질수록 필드는 거리에 따라 감소합니다. 이것은 Ampère의 법칙으로 설명됩니다.

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암페어의 법칙

투자율이 더 높은 일부 재료는 자기장을 집중시킬 수 있습니다.

자기장은 벡터이므로 방향을 결정해야 합니다. 직선 와이어를 통해 흐르는 일반적인 전류의 경우 규칙에 의해 방향을 찾을 수 있습니다. 오른손.

규칙을 사용하려면 오른손으로 도선을 잡고 엄지손가락이 전류의 방향을 나타낸다고 상상해야 합니다. 그런 다음 다른 네 손가락은 도체 주위의 자기 유도 벡터의 방향을 표시합니다.

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오른손 법칙

MF를 생성하는 두 번째 방법은 전자가 고유한 자기 모멘트를 갖는 일부 물질에 나타난다는 사실을 사용하는 것입니다. 영구 자석이 작동하는 방식은 다음과 같습니다.

1. 원자는 종종 많은 전자를 가지고 있지만 대부분은 쌍의 전체 자기장이 상쇄되는 방식으로 연결됩니다. 이러한 방식으로 쌍을 이루는 두 개의 전자는 반대 스핀을 갖는다고 합니다. 따라서 무언가를 자화하려면 동일한 스핀을 가진 하나 이상의 전자를 가진 원자가 필요합니다. 예를 들어, 철에는 4개의 전자가 있으며 자석을 만드는 데 적합합니다.
2. 원자에 있는 수십억 개의 전자는 무작위로 배향될 수 있으며, 물질에 짝을 이루지 않은 전자가 아무리 많이 있더라도 공통 자기장은 없습니다. 전반적으로 선호되는 전자 배향을 제공하려면 낮은 온도에서 안정해야 합니다. 높은 투자율은 자기장의 영향을 받지 않는 특정 조건에서 이러한 물질의 자화를 유발합니다. 이들은 강자성체입니다.
3. 다른 재료는 외부 자기장이 있을 때 자기 특성을 나타낼 수 있습니다. 외부 필드자기장이 제거된 후 사라지는 모든 전자 스핀을 균등화하는 역할을 합니다. 이러한 물질은 상자성입니다. 냉장고 문 금속은 상자성 자석의 한 예입니다.

지구의 자기장

지구는 커패시터 판의 형태로 나타낼 수 있으며, 그 전하에는 반대 기호가 있습니다. "마이너스"-지구 표면 및 "플러스"- 전리층. 그들 사이는 대기절연 패드로. 거대한 커패시터는 지구 자기장의 영향으로 일정한 전하를 유지합니다. 이 지식을 사용하여 지구의 자기장에서 전기 에너지를 얻는 체계를 만드는 것이 가능합니다. 사실, 결과는 낮은 전압 값이 될 것입니다.

취해야 할 것:

• 접지 장치;
• 와이어;
• 고주파 진동을 생성하고 코로나 방전을 생성하여 공기를 이온화할 수 있는 Tesla 변압기.

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테슬라 코일

Tesla 코일은 전자 방출기 역할을 합니다. 전체 구조가 서로 연결되어 있으며 충분한 전위차를 확보하려면 변압기를 상당한 높이까지 올려야 합니다. 따라서 작은 전류가 흐르는 전기 회로가 생성됩니다. 이 장치를 사용하여 많은 양의 전기를 얻는 것은 불가능합니다.

전기와 자기는 자연의 가장 기본적인 과정에서 최첨단 전자 장치에 이르기까지 인간을 둘러싼 많은 세계를 지배합니다.

동영상

지구의 자기장

자기장은 운동 상태에 관계없이 움직이는 전하와 자기 모멘트를 갖는 물체에 작용하는 힘장입니다.

거시적 자기장의 소스는 자화된 물체, 전류가 흐르는 도체 및 움직이는 전하를 띤 물체입니다. 이러한 소스의 특성은 동일합니다. 자기장은 하전된 미세 입자(전자, 양성자, 이온)의 움직임의 결과로 발생하고 미세 입자에 자체(스핀) 자기 모멘트가 있기 때문에 발생합니다.

교류 자기장은 전기장이 시간에 따라 변할 때도 발생합니다. 차례로 자기장이 시간이 지남에 따라 변하면 전기장이 발생합니다. 전체 설명전기장과 자기장의 관계는 Maxwell 방정식을 제공합니다. 자기장을 특성화하기 위해 자기장 선(자기 유도선)의 개념이 종종 도입됩니다.

자기장의 특성과 물질의 자기적 특성을 측정하기 위해, 다양한 방식자력계. CGS 단위 시스템에서 자기장 유도의 단위는 가우스(Gs)입니다. 국제 시스템단위(SI) - 테슬라(T), 1T = 104G 강도는 각각 에르스테드(Oe) 및 미터당 암페어(A / m, 1 A / m \u003d 0.01256 Oe, 자기장 에너지 - Erg / cm 2 또는 J / m 2, 1 J / m 2)로 측정됩니다. \u003d 10 erg/cm2.

나침반 반응
지구의 자기장에

자연의 자기장은 그 규모와 그로 인한 영향 모두에서 매우 다양합니다. 지구의 자기권을 형성하는 지구의 자기장은 태양 방향으로 최대 70-80,000km, 반대 방향으로 수백만km까지 확장됩니다. 지구 표면에서 자기장은 평균 50μT, 자기권 경계에서 ~ 10-3G입니다. 지자기장은 태양풍과 부분적으로 우주선으로부터 하전 입자의 흐름으로부터 지구 표면과 생물권을 보호합니다. 유기체의 중요한 활동에 대한 지자기장 자체의 영향은 자기 생물학에 의해 연구됩니다. 지구 근처 공간에서 자기장은 고에너지 하전 입자(지구의 복사대)를 위한 자기 트랩을 형성합니다. 방사선 벨트에 포함된 입자는 우주 비행 중에 심각한 위험을 초래합니다. 지구 자기장의 기원은 다음과 관련이 있습니다. 대류 운동지구 핵에 있는 전도성 액체 물질.

우주선의 도움으로 직접 측정한 결과 달, 금성 및 화성과 같은 지구에 가장 가까운 우주체에는 지구와 유사한 자체 자기장이 없다는 것이 밝혀졌습니다. 다른 행성에서 태양계목성과 분명히 토성만이 행성 자기 함정을 만들기에 충분한 자체 자기장을 가지고 있습니다. 목성에서 최대 10가우스의 자기장과 여러 가지 특징적인 현상이 감지되었습니다. 자기 폭풍, 싱크로트론 전파 방출 및 기타), 행성 과정에서 자기장의 중요한 역할을 나타냅니다.

© 사진: http://www.tesis.lebedev.ru
태양의 사진
좁은 스펙트럼에서

행성간 자기장은 주로 태양풍(태양 코로나의 지속적으로 팽창하는 플라즈마)의 필드입니다. 지구 궤도 근처에서 행성간 필드는 ~ 10 -4 -10 -5 Gs입니다. 행성간 자기장의 규칙성은 다양한 유형의 플라즈마 불안정성의 발달, 충격파의 통과, 태양 플레어에 의해 생성된 빠른 입자 흐름의 전파로 인해 방해받을 수 있습니다.

태양의 모든 과정에서 플레어, 반점 및 돌출부의 출현, 태양 우주선의 탄생, 자기장이 중요한 역할을 합니다. Zeeman 효과를 기반으로 한 측정에 따르면 흑점의 자기장은 수천 가우스에 도달하고 돌출부는 ~ 10-100 가우스(태양의 총 자기장의 평균값 ~ 1 가우스)의 필드에 의해 유지됩니다.

자기 폭풍

자기 폭풍은 지구 자기장의 강한 교란으로 평활함을 급격히 파괴합니다. 일일 코스지구 자기의 요소. 자기 폭풍은 몇 시간에서 며칠 동안 지속되며 지구 전체에서 동시에 관찰됩니다.

일반적으로 자기 폭풍은 예비, 초기 및 주요 단계와 복구 단계로 구성됩니다. 예비 단계에서 지자기장의 미미한 변화(주로 고위도에서)와 특징적인 단주기 자기장 진동의 여기가 관찰됩니다. 초기 단계는 지구 전체에 걸쳐 개별 필드 성분의 급격한 변화가 특징이며, 메인 단계는 큰 필드 변동과 수평 성분의 강한 감소가 특징입니다. 자기 폭풍 복구 단계에서 필드는 정상 값으로 돌아갑니다.

태양풍의 영향
지구의 자기권으로

자기 폭풍은 잔잔한 태양풍에 겹쳐서 태양의 활동 영역에서 흐르는 태양 플라즈마의 흐름에 의해 발생합니다. 따라서 자기 폭풍은 태양 활동의 11년 주기의 최대값 근처에서 더 자주 관찰됩니다. 지구에 도달하는 태양 플라즈마 흐름은 자기권의 압축을 증가시켜 자기 폭풍의 초기 단계를 일으키고 부분적으로 지구의 자기권으로 침투합니다. 고에너지 입자가 지구의 상층 대기로 진입하고 자기권에 미치는 영향은 전류의 생성 및 증폭으로 이어져 전리층의 극지방에서 가장 높은 강도에 도달합니다. 자기 활동의 고위도 영역. 자기권-전리층 전류 시스템의 변화는 불규칙한 자기 교란의 형태로 지구 표면에 나타납니다.

소우주의 현상에서 자기장의 역할은 우주 규모만큼이나 중요합니다. 이것은 물질의 구조적 요소(전자, 양성자, 중성자), 자기 모멘트, 움직이는 전하에 대한 자기장의 작용 등 모든 입자의 존재 때문입니다.

과학 및 기술 분야의 자기장 응용. 자기장은 일반적으로 약(최대 500Gs), 중간(500Gs - 40kGs), 강한(40kGs - 1MGs) 및 초강력(1MGs 이상)으로 세분화됩니다. 실질적으로 모든 전기 공학, 무선 공학 및 전자공학은 약한 자기장과 중간 자기장의 사용을 기반으로 합니다. 약한 자기장과 중간 자기장은 영구 자석, 전자석, 비냉각 솔레노이드, 초전도 자석을 사용하여 얻습니다.

자기장 소스

자기장의 모든 소스는 인공 및 자연으로 나눌 수 있습니다. 자기장의 주요 자연 소스는 지구 자체 자기장과 태양풍입니다. 인공 소스에는 우리 몸에 매우 풍부한 모든 전자기장이 포함됩니다. 현대 세계특히 우리 집. 우리에 대해 더 읽고 우리에 대해 읽어보십시오.

전기 운송은 0 ~ 1000Hz 범위의 강력한 자기장 소스입니다. 철도 운송은 교류를 사용합니다. 도시 교통은 영구적입니다. 교외 전기 운송에서 자기장 유도의 최대 값은 75μT에 도달하고 평균 값은 약 20μT입니다. DC 구동 차량의 평균값은 29μT로 고정되어 있습니다. 리턴 와이어가 레일인 트램에서 자기장은 트롤리버스의 와이어보다 훨씬 더 먼 거리에서 서로를 보상하며, 트롤리버스 내부에서는 가속 중에도 자기장 변동이 작습니다. 그러나 자기장의 가장 큰 변동은 지하철입니다. 컴포지션을 보낼 때 플랫폼의 자기장 크기는 50-100μT 이상으로 지자기장을 초과합니다. 기차가 터널 속으로 사라진 지 오래 되더라도 자기장은 이전 값으로 돌아가지 않습니다. 컴포지션이 다음 연결 지점을 접점 레일로 통과한 후에야 자기장이 이전 값으로 돌아갑니다. 사실, 때로는 시간이 없습니다. 다음 열차가 이미 플랫폼에 접근하고 있으며 속도가 느려지면 자기장이 다시 바뀝니다. 자동차 자체에서 자기장은 150-200μT, 즉 기존 열차보다 10배 더 강합니다.

우리가 일상 생활에서 가장 자주 접하는 자기장 유도 값은 아래 그림과 같습니다. 이 도표를 보면 우리는 언제 어디서나 자기장에 노출되어 있음이 분명해집니다. 일부 과학자에 따르면 유도가 0.2μT를 초과하는 자기장은 유해한 것으로 간주됩니다. 당연히, 우리 주변의 장의 해로운 영향으로부터 자신을 보호하기 위해 특정 예방 조치를 취해야 합니다. 몇 가지 간단한 규칙을 따르면 자기장이 신체에 미치는 영향을 크게 줄일 수 있습니다.

현재 SanPiN 2.1.2.2801-10 "SanPiN 2.1.2.2645-10의 변경 및 추가 사항 1 "주거용 건물 및 건물의 생활 조건에 대한 위생 및 역학 요구 사항"은 다음과 같이 명시합니다. "지자기 약화의 최대 허용 수준 주거용 건물 구내의 필드는 1.5 "로 설정됩니다. 주파수 50Hz의 자기장 강도 및 강도의 최대 허용 값도 설정됩니다.

• 거실에서 - 5μT또는 4A/m;
• 정원 구획을 포함한 주거 지역의 주거용 건물의 비주거 건물 - 10μT또는 8A/m.

이러한 표준을 기반으로 모든 사람은 각 특정 방에서 얼마나 많은 전기 제품이 켜져 있고 대기 상태에 있을 수 있는지 계산할 수 있습니다.

관련 동영상

참고문헌

1. 위대한 소비에트 백과사전.

자기장의 특성이 무엇인지 이해하려면 많은 현상을 정의해야 합니다. 동시에 그것이 어떻게 그리고 왜 나타나는지 미리 기억해야합니다. 자기장의 전력 특성이 무엇인지 알아보십시오. 이러한 자기장이 자석에서만 발생할 수 있다는 것도 중요합니다. 이와 관련하여 지구 자기장의 특성을 언급하는 것은 나쁘지 않습니다.

필드의 출현

먼저 필드의 모양을 설명할 필요가 있습니다. 그런 다음 자기장과 그 특성을 설명할 수 있습니다. 하전 입자의 이동 중에 나타납니다. 특히 전도성 도체에 영향을 줄 수 있습니다. 자기장과 움직이는 전하 또는 전류가 흐르는 도체 사이의 상호 작용은 전자기라고 불리는 힘으로 인해 발생합니다.

특정 공간 지점에서 자기장의 강도 또는 전력 특성은 자기 유도를 사용하여 결정됩니다. 후자는 기호 B로 표시됩니다.

필드의 그래픽 표현

자기장과 그 특성은 유도선을 사용하여 그래픽으로 나타낼 수 있습니다. 이 정의를 선이라고 하며, 접선은 어느 지점에서든 자기 유도의 벡터 y 방향과 일치합니다.

이 선은 자기장의 특성에 포함되며 자기장의 방향과 강도를 결정하는 데 사용됩니다. 자기장의 강도가 높을수록 더 많은 데이터 라인이 그려집니다.

자기선이란?

전류가 흐르는 직선 도체의 자기선은 동심원 모양을 가지며 그 중심은이 도체의 축에 있습니다. 전류가 흐르는 도체 근처의 자기선 방향은 다음과 같이 들리는 김릿 규칙에 의해 결정됩니다. 김릿이 전류 방향으로 도체에 나사로 고정되도록 위치하면 회전 방향 손잡이는 자력선의 방향에 해당합니다.

전류가 흐르는 코일의 경우 자기장의 방향도 김렛 법칙에 의해 결정됩니다. 또한 솔레노이드의 회전에서 전류 방향으로 핸들을 회전해야 합니다. 자기 유도선의 방향은 김렛의 병진 운동 방향과 일치합니다.

자기장의 주요 특성입니다.

동일한 조건에서 하나의 전류에 의해 생성되는 장은 이러한 물질의 다른 자기 특성으로 인해 다른 매체에서 강도가 다릅니다. 매체의 자기 특성은 절대 투자율을 특징으로 합니다. 미터당 헨리(g/m)로 측정됩니다.

자기장의 특성에는 자기 상수라고 하는 진공의 절대 투자율이 포함됩니다. 매질의 절대 투자율이 상수와 몇 배 차이가 나는지를 결정하는 값을 상대 투자율이라고 합니다.

물질의 투자율

이것은 무차원 수량입니다. 투자율 값이 1 미만인 물질을 반자성체라고 합니다. 이러한 물질에서 필드는 진공보다 약합니다. 이러한 특성은 수소, 물, 석영, 은 등에 존재합니다.

투자율이 1보다 큰 매체를 상자성이라고 합니다. 이러한 물질에서 장은 진공보다 강할 것입니다. 이러한 매체 및 물질에는 공기, 알루미늄, 산소, 백금이 포함됩니다.

상자성 및 반자성 물질의 경우 투자율 값은 외부 자화장의 전압에 의존하지 않습니다. 이것은 값이 특정 물질에 대해 일정하다는 것을 의미합니다.

강자성체는 특별한 그룹에 속합니다. 이러한 물질의 경우 투자율은 수천 이상에 이릅니다. 자화되어 자기장을 증폭시키는 성질을 갖는 이러한 물질은 전기공학에서 널리 사용된다.

필드 강도

자기장의 특성을 결정하기 위해 자기 유도 벡터와 함께 자기장 강도라는 값을 사용할 수 있습니다. 이 용어는 외부 자기장의 강도를 정의합니다. 모든 방향에서 동일한 특성을 갖는 매질에서 자기장의 방향, 세기 벡터는 자기장 지점에서 자기 유도 벡터와 일치합니다.

강자성체의 강도는 작은 자석으로 나타낼 수 있는 임의로 자화된 작은 부품의 존재로 설명됩니다.

자기장이 없으면 강자성 물질은 자기장이 다른 방향을 얻고 총 자기장이 0이기 때문에 뚜렷한 자기 특성을 갖지 않을 수 있습니다.

자기장의 주요 특성에 따르면 강자성체가 외부 자기장, 예를 들어 전류가 흐르는 코일에 배치되면 외부 자기장의 영향으로 도메인이 외부 자기장 방향으로 회전합니다 . 또한 코일의 자기장이 증가하고 자기 유도가 증가합니다. 외부 자기장이 충분히 약하면 자기장이 외부 자기장의 방향에 접근하는 모든 도메인의 일부만 뒤집힐 것입니다. 외부 자기장의 세기가 증가함에 따라 회전하는 자구의 수가 증가하고, 외부 자기장 전압의 특정 값에서 자기장이 외부 자기장 방향에 위치하도록 거의 모든 부품이 회전한다. 이 상태를 자기 포화라고 합니다.

자기유도와 강도의 관계

강자성체의 자기유도와 외부장의 세기와의 관계는 자화곡선이라는 그래프를 이용하여 나타낼 수 있다. 곡선 그래프의 구부러진 부분에서 자기 유도의 증가율이 감소합니다. 장력이 일정 값에 도달하는 굽힘 이후에 포화가 발생하고 곡선이 약간 상승하여 점차 직선의 형태를 얻습니다. 이 섹션에서 유도는 여전히 성장하고 있지만 외부 필드의 강도 증가로 인해 다소 느리고 느립니다.

이 지표의 그래픽 의존성은 직접적이지 않으므로 비율이 일정하지 않고 재료의 투자율이 일정한 지표가 아니지만 외부 필드에 따라 다릅니다.

재료의 자기 특성 변화

강자성 코어가 있는 코일에서 전류 강도가 최대 포화 상태로 증가하고 그에 따른 감소로 인해 자화 곡선은 자화 곡선과 일치하지 않습니다. 강도가 0이면 자기 유도는 동일한 값을 갖지 않지만 잔류 자기 유도라는 표시기를 얻습니다. 자화력에 의한 자기유도가 지연되는 상황을 히스테리시스(hysteresis)라고 한다.

코일의 강자성 코어를 완전히 소자화하려면 필요한 장력을 생성하는 역전류를 제공해야 합니다. 다른 강자성 물질의 경우 길이가 다른 세그먼트가 필요합니다. 크기가 클수록 자기소거에 더 많은 에너지가 필요합니다. 재료가 완전히 자기가 없어지는 값을 보자력이라고 합니다.

코일의 전류가 추가로 증가하면 유도가 다시 포화 지수까지 증가하지만 자력선의 방향이 다릅니다. 반대 방향으로 자기를 제거하면 잔류 유도가 얻어집니다. 잔류 자기 현상은 잔류 자기가 높은 물질로 영구 자석을 만드는 데 사용됩니다. 재자화 능력이 있는 물질로부터 전기 기계 및 장치용 코어가 생성됩니다.

왼손 법칙

전류가 흐르는 도체에 작용하는 힘은 왼손 법칙에 의해 결정되는 방향을 갖습니다. 처녀 손바닥이 자기선이 들어가는 방식으로 위치하고 네 개의 손가락이 방향으로 뻗어있을 때 도체에 전류가 흐르면 구부러진 엄지손가락이 힘의 방향을 나타냅니다. 이 힘은 유도 벡터와 전류에 수직입니다.

자기장에서 움직이는 전류 운반 도체는 전기 에너지를 기계적 에너지로 바꾸는 전기 모터의 원형으로 간주됩니다.

오른손 법칙

자기장 내에서 도체가 이동하는 동안 내부에 기전력이 유도되며, 이는 자기 유도, 관련된 도체의 길이 및 이동 속도에 비례하는 값을 갖습니다. 이 의존성을 전자기 유도라고 합니다. 도체에서 유도 된 EMF의 방향을 결정할 때 오른손 법칙이 사용됩니다. 오른손이 왼쪽의 예와 같은 방식으로 위치하면 자력선이 손바닥에 들어가고 엄지 손가락이 방향을 나타냅니다. 도체의 움직임에서 뻗은 손가락은 유도 EMF의 방향을 나타냅니다. 외부 기계적 힘의 영향으로 자속으로 움직이는 도체는 기계적 에너지가 전기 에너지로 변환되는 발전기의 가장 간단한 예입니다.

그것은 다르게 공식화 될 수 있습니다. 폐쇄 회로에서 EMF가 유도되고이 회로가 덮는 자속의 변화와 함께 회로의 EDE는 수치 적으로이 회로를 덮는 자속의 변화율과 같습니다.

이 형식은 평균 EMF 표시기를 제공하며 자속이 아닌 EMF의 변화율에 대한 EMF의 의존성을 나타냅니다.

렌츠의 법칙

또한 Lenz의 법칙을 기억해야 합니다. 자기장과 함께 회로를 통과하는 자기장의 변화에 ​​의해 유도된 전류는 이러한 변화를 방지합니다. 코일의 회전이 다른 크기의 자속에 의해 관통되면 전체 코일에 유도된 EMF는 다른 회전의 EMF의 합과 같습니다. 코일의 다른 권선의 자속의 합을 자속 결합이라고합니다. 이 양과 자속의 측정 단위는 웨버입니다.

회로의 전류가 변경되면 회로에 의해 생성되는 자속도 변경됩니다. 이 경우 전자기 유도 법칙에 따라 도체 내부에 EMF가 유도됩니다. 이는 도체의 전류 변화와 관련하여 나타나므로 이러한 현상을 자기유도라고 하며, 도체에 유도되는 EMF를 자기유도 EMF라고 합니다.

자속 결합과 자속은 전류의 강도뿐만 아니라 주어진 도체의 크기와 모양, 주변 물질의 투자율에 따라 달라집니다.

도체 인덕턴스

비례 계수를 도체의 인덕턴스라고 합니다. 전기가 통과할 때 자속 결합을 생성하는 도체의 능력을 나타냅니다. 이것은 전기 회로의 주요 매개 변수 중 하나입니다. 특정 회로의 경우 인덕턴스는 일정합니다. 윤곽의 크기, 구성 및 매체의 투자율에 따라 다릅니다. 이 경우 회로의 전류 강도와 자속은 중요하지 않습니다.

위의 정의와 현상은 자기장이 무엇인지에 대한 설명을 제공합니다. 자기장의 주요 특성도 제공되며 이를 통해 이 현상을 정의할 수 있습니다.

오랫동안 자기장은 인간에게 많은 의문을 제기해 왔지만, 지금도 여전히 잘 알려지지 않은 현상으로 남아 있습니다. 많은 과학자들이 그 특성과 특성을 연구하려고 노력했습니다. 왜냐하면 그 분야를 사용하는 이점과 잠재력이 논쟁의 여지가 없는 사실이기 때문입니다.

모든 것을 순서대로 처리합시다. 그렇다면 자기장은 어떻게 작용하고 형성됩니까? 바로, 전류입니다. 그리고 물리학 교과서에 따르면 전류는 방향이 있는 하전 입자의 흐름입니다. 그렇지 않습니까? 따라서 전류가 도체를 통과하면 자기장 주위에 특정 종류의 물질이 작용하기 시작합니다. 자기장은 하전 입자의 전류 또는 원자 내 전자의 자기 모멘트에 의해 생성될 수 있습니다. 이제 이 장과 물질은 에너지를 가지고 있으며, 전류와 전하에 영향을 줄 수 있는 전자기력으로 볼 수 있습니다. 자기장은 하전 입자의 흐름에 작용하기 시작하고 자기장 자체에 수직인 초기 운동 방향을 변경합니다.

또 다른 자기장은 움직이는 입자 근처에서 형성되고 움직이는 입자에만 영향을 미치기 때문에 전기 역학이라고 할 수 있습니다. 글쎄, 그것은 공간 영역에서 회전하는 생물체에 특별한 구조를 가지고 있기 때문에 동적입니다. 일반적인 전기 이동 전하로 인해 회전하고 움직일 수 있습니다. Bions는 이 공간 영역에서 가능한 모든 상호 작용을 전송합니다. 따라서 움직이는 전하는 모든 바이온의 한 극을 끌어당겨 회전시킵니다. 다른 힘이 그들에게 영향을 미칠 수 없기 때문에 오직 그분만이 그들을 안식 상태에서 이끌어 낼 수 있습니다.

전기장에는 매우 빠르게 움직이는 하전 입자가 있으며 1초에 300,000km를 이동할 수 있습니다. 빛의 속도는 같습니다. 전하가 없는 자기장은 없습니다. 이것은 입자가 서로 믿을 수 없을 정도로 밀접하게 관련되어 있으며 공통 전자기장에 존재한다는 것을 의미합니다. 즉, 자기장에 변화가 있으면 전기장에도 변화가 생깁니다. 이 법칙도 역전된다.

우리는 여기에서 자기장에 대해 많이 이야기하지만 어떻게 상상할 수 있습니까? 우리 인간의 육안으로는 볼 수 없습니다. 또한 필드의 엄청나게 빠른 전파로 인해 다양한 장치의 도움으로 문제를 해결할 시간이 없습니다. 그러나 무언가를 연구하기 위해서는 최소한 그것에 대한 아이디어가 있어야 합니다. 자기장을 도표로 표현해야 하는 경우도 종종 있습니다. 이해를 돕기 위해 조건부 필드 라인을 그렸습니다. 그들은 어디에서 그들을 얻었습니까? 그들은 이유를 위해 발명되었습니다.

작은 금속 조각과 일반 자석의 도움으로 자기장을 보도록 합시다. 우리는 이 톱밥을 평평한 표면에 붓고 자기장의 작용에 도입할 것입니다. 그런 다음 패턴이나 패턴으로 이동, 회전 및 정렬되는 것을 볼 수 있습니다. 결과 이미지는 자기장에서 힘의 대략적인 효과를 보여줍니다. 모든 힘과 그에 따른 힘의 선은 이 곳에서 연속적이고 닫혀 있습니다.

자침은 나침반과 유사한 성질과 성질을 가지고 있어 힘선의 방향을 결정하는데 사용된다. 자기장의 작용 영역에 떨어지면 북극에 의해 힘의 작용 방향을 볼 수 있습니다. 그런 다음 여기에서 몇 가지 결론을 골라낼 것입니다. 힘의 선이 나오는 일반 영구 자석의 상단은 다음을 나타냅니다. 북극자석. 반면 남극은 힘이 닫힌 지점을 나타냅니다. 자, 자석 내부의 힘선은 다이어그램에서 강조 표시되지 않습니다.

자기장, 그 특성 및 특성은 많은 문제에서 고려되고 연구되어야 하기 때문에 상당히 널리 사용됩니다. 이것은 물리학에서 가장 중요한 현상입니다. 투자율 및 유도와 같은 더 복잡한 것은 불가분의 관계에 있습니다. 자기장이 나타나는 모든 이유를 설명하려면 실제 과학적 사실과 확인에 의존해야 합니다. 그렇지 않으면 더 복잡한 문제에서 잘못된 접근이 이론의 무결성을 위반할 수 있습니다.

이제 예를 들어 보겠습니다. 우리 모두는 우리의 행성을 알고 있습니다. 자기장이 없다고 하던가요? 당신이 옳을 수도 있지만 과학자들은 지구 핵 내부의 과정과 상호 작용이 수천 킬로미터에 달하는 거대한 자기장을 생성한다고 말합니다. 그러나 모든 자기장에는 극이 있어야 합니다. 그리고 그들은 지리적 극점에서 약간 떨어진 곳에 위치합니다. 우리는 그것을 어떻게 느끼는가? 예를 들어, 새는 탐색 능력을 개발했으며 특히 자기장에 의해 방향을 잡습니다. 그래서 그의 도움으로 기러기는 라플란드에 안전하게 도착합니다. 특수 내비게이션 장치도 이 현상을 사용합니다.

자기장과 그 특성

강의 계획:

자기장, 그 특성 및 특성.

자기장- 움직이는 전하를 둘러싸고 있는 물질의 존재 형태(전류가 흐르는 도체, 영구자석).

덴마크 물리학자 Hans Oersted가 1820년에 발견한 것처럼 자침에 방향 효과가 있다는 사실에서 이름을 따왔습니다. 외르스테드의 실험: 자기 바늘을 전류가 흐르는 도선 아래에 놓고 바늘 위에서 회전했습니다. 전류가 켜지면 전선에 수직으로 설치됩니다. 전류의 방향을 바꿀 때 반대 방향으로 돌았다.

자기장의 주요 속성:

움직이는 전하, 전류가 흐르는 도체, 영구 자석 및 교류 전기장에 의해 생성됨;

움직이는 전하, 전류가 흐르는 도체, 자화 된 물체에 힘으로 작용합니다.

교류 자기장은 교류 전기장을 생성합니다.

자기장은 방향성이고 벡터 힘 특성을 가져야 한다는 것은 외르스테드의 경험에 따른 것입니다. 그것은 자기 유도로 지정되고 호출됩니다.

자기장은 자기력선 또는 자기유도선을 사용하여 그래픽으로 표시됩니다. 자기력 윤곽철 조각 또는 작은 자기 화살표의 축이 자기장에 위치하는 선이라고합니다. 이러한 선의 각 점에서 벡터는 접선 방향으로 향합니다.

자기 유도선은 항상 닫혀 있으며, 이는 자연에 자기 전하가 없고 자기장의 소용돌이 성질을 나타냅니다.

일반적으로 자석의 북극을 떠나 남쪽으로 들어갑니다. 선의 밀도는 자기장에 수직인 단위 면적당 선의 수가 자기 유도의 크기에 비례하도록 선택됩니다.

시간

전류가 흐르는 자기 솔레노이드

선의 방향은 오른쪽 나사의 규칙에 따라 결정됩니다. 솔레노이드 - 전류가 흐르는 코일로 권선이 서로 가깝게 위치하며 권선의 직경이 코일의 길이보다 훨씬 작습니다.

솔레노이드 내부의 자기장은 균일합니다. 벡터가 임의의 지점에서 일정하면 자기장을 균질이라고 합니다.

솔레노이드의 자기장은 막대 자석의 자기장과 유사합니다.

에서

전류가 흐르는 올레노이드는 전자석입니다.

경험에 따르면 자기장뿐만 아니라 전기장에 대해서도 중첩 원리: 여러 전류 또는 이동 전하에 의해 생성된 자기장의 유도는 각 전류 또는 전하에 의해 생성된 자기장 유도의 벡터 합과 같습니다.

벡터는 3가지 방법 중 하나로 입력됩니다.

a) 암페르의 법칙에서;

b) 전류가 흐르는 루프에 자기장이 작용하여;

c) 로렌츠 힘에 대한 식에서.

하지만 mper는 자기장에 위치한 전류 I가 있는 도체의 요소에 자기장이 작용하는 힘은 힘에 정비례한다는 것을 실험적으로 확립했습니다.

전류 I 및 길이 요소와 자기 유도의 벡터 곱:

- 암페르의 법칙

시간
벡터의 방향은 벡터 제품의 일반 규칙에 따라 찾을 수 있으며, 이 규칙에서 왼손의 법칙이 따릅니다. 손가락이 전류를 따라 향하면 구부러진 엄지 손가락이 힘의 방향을 표시합니다.

유한 길이의 와이어에 작용하는 힘은 전체 길이에 대해 적분하여 찾을 수 있습니다.

I = const, B=const, F = BIlsin

 =90 0 이면 F = BIl

자기장 유도- 자기장 선에 수직으로 위치한 단위 전류를 갖는 단위 길이의 도체에 균일한 자기장에 작용하는 힘과 수치적으로 동일한 벡터 물리량.

1Tl은 자기장 선에 수직으로 위치한 1A의 전류를 갖는 1m 길이의 도체에 1N의 힘이 작용하는 균일한 자기장의 유도이다.

지금까지 도체에 흐르는 대전류에 대해 살펴보았다. 그러나 Ampere의 가정에 따르면 모든 신체에는 원자의 전자 이동으로 인해 미세한 전류가 있습니다. 이러한 미세한 분자 전류는 자체 자기장을 생성하고 매크로 전류 필드를 전환하여 신체에 추가 자기장을 생성할 수 있습니다. 벡터는 모든 거시 및 미세 전류에 의해 생성된 결과 자기장을 특성화합니다. 동일한 대전류에 대해 다른 매체의 벡터는 다른 값을 갖습니다.

대전류의 자기장은 자기 강도 벡터로 설명됩니다.

균일한 등방성 매질의 경우

,

 0 \u003d 410 -7 H / m - 자기 상수,  0 \u003d 410 -7 N / A 2,

 - 매체의 투자율, 매체의 미세 전류 필드로 인해 매크로 전류의 자기장이 몇 번이나 변하는지 보여줍니다.

자속. 자속에 대한 가우스의 정리.

벡터 흐름(자속) 패드를 통한 DS다음과 같은 스칼라 값이라고 합니다.

위치에 대한 법선 방향에 대한 투영은 어디에 있습니까?

 - 벡터와 .

방향성 표면 요소,

벡터 플럭스는 대수적 양이며,

만약에 - 표면을 떠날 때;

만약에 - 표면 입구에서.

임의의 표면 S를 통한 자기 유도 벡터의 자속은 다음과 같습니다.

균일한 자기장의 경우 = const,

1 Wb - 유도가 1T와 동일한 균일한 자기장에 수직으로 위치한 1m 2의 평평한 표면을 통과하는 자속.

표면 S를 통한 자속은 주어진 표면을 가로지르는 자력선의 수와 수치적으로 같습니다.

자기 유도선은 항상 닫혀 있기 때문에 닫힌 표면의 경우 표면에 들어가는 선의 수(Ф 0)이므로 닫힌 표면을 통한 자기 유도의 총 자속은 0입니다.

- 가우스 정리: 닫힌 표면을 통한 자기 유도 벡터의 자속은 0입니다.

이 정리는 자연에서 자기 유도선이 시작되거나 끝나는 자기 전하가 없다는 사실을 수학적으로 표현한 것입니다.

Biot-Savart-Laplace 법칙 및 자기장 계산에 대한 적용.

다양한 모양의 직류 자기장은 fr. 과학자 Biot와 Savart. 그들은 모든 경우에 임의의 지점에서의 자기 유도가 전류의 강도에 비례하고 도체의 모양, 치수, 도체 및 매체에 대한 이 지점의 위치에 따라 다르다는 것을 발견했습니다.

이 실험의 결과는 fr에 의해 요약되었습니다. 자기 유도의 벡터 특성을 고려하고 각 지점에서의 유도는 중첩의 원리에 따라 이 도체의 각 섹션에 의해 생성된 기본 자기장의 유도 벡터 합이라고 가정한 수학자 Laplace.

1820년 Laplace는 Biot-Savart-Laplace 법칙이라고 하는 법칙을 공식화했습니다. 전류가 흐르는 도체의 각 요소는 자기장을 생성하며, 임의의 지점 K에서 유도 벡터는 다음 공식에 의해 결정됩니다.

- 비오-사바르-라플라스 법칙.

Biot-Sovar-Laplace 법칙에 따르면 벡터의 방향은 외적의 방향과 일치합니다. 오른쪽 나사(김렛)의 법칙에 따라 같은 방향이 주어집니다.

을 고려하면 ,

전류와 같은 방향의 도체 요소;

점 K와 연결하는 반경 벡터;

Biot-Savart-Laplace 법칙은 실용적으로 중요합니다. 유한한 크기와 임의의 모양의 도체를 통해 흐르는 전류의 자기장 유도를 공간의 주어진 지점에서 찾을 수 있습니다.

임의의 전류에 대해 이러한 계산은 복잡한 수학적 문제입니다. 그러나 전류 분포가 일정한 대칭성을 갖는다면 중첩 원리를 Biot-Savart-Laplace 법칙과 함께 적용하면 상대적으로 간단하게 특정 자기장을 계산할 수 있습니다.

몇 가지 예를 살펴보겠습니다.

A. 전류가 흐르는 직선 도체의 자기장.

유한 길이의 도체의 경우:

무한 길이의 도체:  1 = 0,  2 = 

B. 원형 전류 중심의 자기장:

=90 0 , sin=1,

1820년에 외르스테드(Oersted)는 실험적으로 대전류 시스템을 둘러싼 폐쇄 회로의 순환이 이러한 전류의 대수적 합에 비례한다는 것을 발견했습니다. 비례 계수는 단위 시스템의 선택에 따라 달라지며 SI에서 1과 같습니다.

씨
벡터의 순환을 폐회로 적분이라고 합니다.

이 공식을 순환 정리 또는 총 전류 법칙:

임의의 폐쇄 회로를 따라 자기장 강도 벡터의 순환은 이 회로에 포함된 대수적 전류(또는 총 전류)의 대수적 합과 같습니다. 그의 형질전류와 영구자석을 둘러싸고 있는 공간에는 필드~라고 불리는 자기. 유효성 자기 필드나타나다...