A föld mágneses mező vízszintes összetevőjének absztrakt meghatározása - a kivonatok, esszék,
Kísérletileg megállapítást nyert, hogy azok a vezetők, amelyek mentén ugyanazon irányba áramlanak, vonzódnak, ellentétes irányúak. Az olyan áramvezetékek kölcsönhatásának leírása, amelyeken áramok áramlanak, mágneses mezőt használtunk - egy olyan speciális anyagmintát, amelyet elektromos áramok vagy váltakozó elektromos áram okozott, és amely ezen a területen áramellátás hatására nyilvánul meg. 1820-ban nyitotta meg a mágneses mezőt, a dán fizikus H.K. Oe. A mágneses mező leírja a következő mágneses kölcsönhatásokat: a) két áram között; b) a jelenlegi és a mozgó díjak között; c) két mozgó díj között.
A mágneses mező irányított karakterrel rendelkezik, és vektormennyiséggel kell jellemezni. A mágneses mező fő erősségét mágneses indukciónak nevezték, amit általában B betű jelez.
Megint megfigyeljük az áram mágneses működését. Az állványon rögzítjük a drótot, amelynek végei az aktuális forráshoz csatlakoztathatók. A vezeték mellett helyezze a mágneses tűt az iránytűről, tegye rá a tűre. Miközben az áram nincs bekapcsolva, helyezze a hangszereket úgy, hogy a nyíl a vezetékre mutasson. Amikor a huzal végét egy egyenfeszültséghez csatlakoztatja, a nyíl "elfordul" a vezetéktől. Vegyünk néhány mágneses nyilat és gondoskodjunk a vezeték körül. Megállapítottam, hogy az áram bekapcsolásakor a nyilak bizonyos értelemben kibontakoznak.
Ha a mágneses nyilak eltérnek az eredeti iránytól, akkor bizonyos erők hatnak ezeken a helyeken. Más szavakkal, a vezetékes áramkörön lévő térben erőhatás van. Mivel az áram mágneses működését tekintettük, azt mondjuk, hogy van egy mágneses mező a vezetõ körüli térben árammal.
Az erővonalak módszere. felhasználható mind az elektromos mezők leírására, mind a mágneses mezők mezőinek leírására. Engedjük meg, hogy mágneses erővonalakat hívjunk meg olyan képzeletbeli vonalaknak, amelyek mentén az e mezőbe helyezett mágneses nyilak találhatók. Például az ábrán „D” akkor láthatjuk, hogy a mágneses tű elhelyezett egyenlő távolságra a közvetlen vezetőt, és vannak elrendezve egy kört. Abból kell kiindulni, hogy egy másik távolság a vezető mágneses erővonalak is körökben.
Ellenőrizzük ezt a tapasztalat alapján.
Folytatjuk a kísérleteket a közvetlen vezető mágneses mezőjével. Átmegyünk egy nyíláson egy kartonlapon, és rögzítjük egy állványon. Használjunk 5-10 A teljesítményű vezetéket a huzalon, majd óvatosan öntsünk kis vasfűrészport a kartonra. Meg fogjuk látni, hogy kör alakúak lesznek, amelyek "késztetik" a karmestert. Következésképpen a feltételezésünk megerősítést nyert: a közvetlen vezeték mágneses mezőjének ereje egy árammal koncentrikus körökkel határolja a vezetőt.
Az ilyen vonalak azért alakulnak ki, mert a fűrészpor mágneses és viselkedik, mint a kis mágneses nyilak. Vonzó ellentétes végeikkel, bontakoznak ki, "láncokat" alkotva, gyűrű alakú vonalak formájában.
Általában a mágneses mező vonalait egy bizonyos irányba - a mágneses tű északi végének jelzett irányba - tulajdonítják. Például a "d" ábrán az északi végek elhelyezkedése jelzi, hogy az erővonalak az óramutató járásával ellentétes irányba mutatnak. Ha az áramforrás polaritása megváltozik, a nyilakat 180 ° -kal elforgatják, és a mező vonalakat az óramutató járásával megegyező irányban kell irányítani (az alábbi ábra). Más szavakkal, a vezeték mágneses mezőjének erővonalainak iránya az áramvezető irányától függ.
Történelmileg történt, hogy a vezetõ iránya az irányhoz kötõdik: az aktuális forrás "+" termináljától a "-" terminálig. Például a "d" ábrán az áramlat átadja nekünk a könyve lapjának síkját, amelyet feltételesen a karmester szekcióját jelző kör belsejében lévő pont jelez. Ugyanabban az ábrában az áramlás ellentétes irányba megy: a lapon lefelé (ezt egy kereszt mutatja). Ezért megváltozott a nyilak iránya.
A mágneses mezők, mint az elektromosak, grafikusan ábrázolhatók a mágneses indukciókkal. Indukciós vonalak (vagy vonalak B vektor) nevezzük érintő vonal, hogy a célzott ugyanaz, mint a vektor egy adott ponton a területen. Nyilvánvaló, hogy egy indukciós vonal húzható a mágneses mező minden egyes pontján. Mivel az indukált tér bármely pontján egy bizonyos irányba, majd az irányt a vonal az indukciós minden pontjában ezen a területen is csak egyetlen, és így a mágneses erővonalak, valamint az elektromos erővonalak a mágneses mező indukció vezethető ilyen sűrűségű, hogy a sorok száma áthaladó egyik felületének erre merőleges, egyenlő (vagy arányos) a mágneses mező az adott helyen. Ezért ábrázoló indukciós vonalakat lehet láthatóvá tenni a változás a térben indukció és így a mágneses térerősség nagysága és iránya.
1.3. A mágneses mező örvényessége.
A mágneses indukció sorai folyamatosak. nincsenek sem kezdetük, sem vége. Ez a helyzet minden áramkör által okozott bármely mágneses mezőre. A folyamatos vonalakkal rendelkező vektor mezőket vortex mezőnek nevezik. Látjuk, hogy a mágneses mező egy örvény mező. Ez a lényeges különbség a mágneses mező és az elektrosztatikus mező között.
Tekintsük az előremenő áram mezõ indukciós vonalát. A H (és ezáltal B) intenzitás mindig merőleges a vezetőt tartalmazó síkra és a vizsgált terület pontjára. Ezért az indukciós vezetékek ebben az esetben olyan koncentrikus körök, amelyek központja az aktuális tengelyen helyezkedik el.
Az indukciós vonal alakja kísérletileg elérhető. Ehhez használja azt a tényt, hogy a mozgó mágneses tűt mindig a tengelye határozza meg a mágneses mező vonala felé, azaz indukciós vonalak.
Még kényelmesebb a vasfestékek használata. A mágneses mezőben lévő vaspelletek mágnesezik és mágneses nyilakká válnak. A kísérletek gyakorlati megvalósítása során az árammal bevizsgált vezetéket vízszintes üveglapon (vagy kartonlapon) vezetik át, amelyen kis mennyiségű vaslemezt öntünk. A lemez enyhe rázásával (megütés) a fűrészpor részecskék olyan láncokat alkotnak, amelyek alakja szorosan illeszkedik a vizsgált mágneses mező vonalához.
A kör alakú áram mágneses mezője a következő formájú zárt folytonos vonal:
A mágneses mezőre, mint az elektromos térre, érvényes a szuperpozíciós elv:
a több mozgó töltés (áram) által létrehozott mező megegyezik a BI mezők vektorösszegével, amelyet külön-külön külön töltenek (áram):
azaz hogy megtalálja az erőt a térben lévő ponton, hozzá kell adnia a rajta ható erőket, amint az az ábrán látható.
A körfolyó mágneses mezője egy bizonyos nyolc, a gyűrűnek a gyűrű közepén történő elválasztásával, amelyen az áram folyik. Az ő rendszerét az alábbi ábra mutatja:
Elektromos és mágneses mezők összehasonlítása.
II. A FÖLD MÁGNES TERÜLETÉNEK ÁLTALÁNOS JELLEMZŐI.
A föld egésze hatalmas golyó mágnes. Az emberiség sokáig alkalmazta a Föld mágneses mezőjét. Már a XII-XIII. Század elején. széles körben használják a navigációs iránytűben. Azonban abban az időben azt hitték, hogy az iránytű nyílja a Polaris és a mágnesessége irányába mutat. A földi mágneses mező létezésének feltevését először 1600-ban az angol naturalista Hilbert fejezte ki.
A Föld körül elhelyezkedő tér bármely pontján és a felszínén a mágneses erők hatása ki van téve. Más szavakkal, a Földet körülvevő térben mágneses mezőt hoznak létre, amelynek erõs vonalai a 3. ábrán láthatóak.
A Föld mágneses és földrajzi oszlopai nem egyeznek egymással. Az észak-nyugati mágneses pólus N a déli féltekén helyezkedik el, az An-taktida partja mentén, és a S déli mágneses pólusa az északi féltekén található, a Victoria-sziget északi partjának közelében, Kanadában. Mindkét pólus folyamatosan mozog (sodródás) a föld felszínén, körülbelül 5 éves sebességgel a mágneses mezőt generáló folyamatok változékonysága miatt. Ráadásul a mágneses mező tengelye nem halad át a Föld középpontján, de 430 km-rel elmarad. A Föld mágneses mezője nem szimmetrikus. Mivel a mágneses mező tengelye 11,5 fokos szögben halad a bolygó forgástengelyéhez képest, használhatjuk az iránytűt.
A Föld mágneses mezőjének fő része a modern nézetek szerint belső eredetű. A Föld mágneses mezőjét magja hozza létre. A Föld külső magja folyékony és fémes. A fém vezetőképes anyag, és ha folyékony magban állandó áramok vannak, akkor a megfelelő elektromos áram mágneses mezőt hoz létre. A Föld forgásának köszönhetően ilyen áramok léteznek a magban, mivel A föld megközelítőleg egy mágneses dipólus; Egyfajta mágnes két pólussal: délre és észre.
A mágneses mező (kb. 1%) jelentéktelen része földönkívüli eredetű. Ennek a résznek a megjelenését az áramlatok, amelyek az ionoszféra vezető rétegeiben és a Föld felszínén vannak jelen. A Föld mágneses mezőjének ezen része alig változik az idővel, amelyet szekuláris variációnak neveznek. Az elektromos áram létezésének okai világi változatokban ismeretlenek.
Egy ideális hipotetikus feltételezés, és amelyben a Föld lenne egyedül a külső térben, a mágneses erővonalak a bolygó rendezett azonos módon, mint az erővonalai a hagyományos mágnes iskola tankönyv fizika, azaz Szimmetrikus ívek formájában, amelyek a déli pólustól az északi pólusig terjednek. A vonalak sűrűsége (a mágneses mező intenzitása) a bolygó távolságával esne. Valójában a Föld mágneses mezője kölcsönhatásban van a Nap mágneses mezőivel, bolygókkal és áramlik a felhalmozott részecskék által a Napban. Ha a befolyása a Nap és a bolygók, a több, mert a távolság lehet hanyagolni, a részecske áramlás, különben - a napszél, így nem megy. A napsugár egy 500 km / s sebességgel ható részecskék áramlata, amelyet a napenergia légkör bocsát ki. Pillanataiban napkitörések, és időszakok a kialakulását a nap csoport nagy foltok élesen megnöveli a szabad elektronok, amelyek bombázzák a Föld légkörébe. Ez a Föld ionoszférájában lévő aktuális áramok perturbációjához vezet, és ennek következtében a Föld mágneses mezője megváltozik. Vannak mágneses viharok. Az ilyen áramlások erős mágneses mezőt hoznak létre, amely kölcsönhatásban van a Föld mezőjével, nagymértékben deformálva. Mivel a mágneses mező, a Föld tartja az úgynevezett sugárzási övek készített napszél részecskék, amelyek megakadályozzák, hogy halad át a Föld légkörébe, és minél több a felszínre. A napsugár részecskéi nagyon károsak lesznek minden élőlényre. Amikor kölcsönható említett területeken határ van kialakítva az egyik oldalon, amely zavart (változásoknak tesszük ki, külső hatások miatt) a mágneses mező a napszél részecskék, a másik - perturbált területén a föld. Ezt a határt a Föld közelségének határa, a magnetoszféra és a légkör határának kell tekinteni. E határokon kívül a külső mágneses mezők befolyása dominál. A Nap irányába a Föld magnetoszférája a napszél kezdete alatt laposodik, és csak a bolygó mindössze 10 sugarára terjed ki. Az ellenkező irányba a Föld legfeljebb 1000 sugárnyílása nyúl.
A Föld mágneses mezőjének fő része a földfelszín különböző területein tapasztalható anomáliákat mutat. Ezek az anomáliák nyilvánvalóan a ferromágneses masszák földkéregében vagy a kőzetek mágneses tulajdonságainak különbségéből adódnak. Ezért a mágneses anomáliák vizsgálata gyakorlati jelentőséggel bír az ásványok vizsgálatában.
A mágneses mezőnek a föld bármely pontján létezhet egy mágneses tű segítségével. Ha lógott mágneses NS nyíl fonalból L (2. ábra) úgy, hogy a felfüggesztési pont egybeesik a súlypont a nyíl, a nyíl székhelye képest érintőleges irányban a erővonal a mágneses mező a Föld.
Az északi féltekén - a déli véget a Földre kell billenteni, és a nyíl együtt a horizontal a dőlésszög (61521; (a mágneses egyenlítőn, a dőlésszöggel # 61521; egyenlő nullával). A függőleges síkot, amelyben a nyíl található, a mágneses meridián síkjának nevezzük. A mágneses meridiánok síkjai egy NS egyenes vonal mentén metszenek. és a mágneses meridiánok nyomai a földfelszínen konvergálnak N és S mágneses pólusain. Mivel a mágneses pólusok nem egyeznek meg a földrajzi oszlopokkal, a nyíl a földrajzi meridiántól eltér. A szög, amely a nyílon (vagyis a mágneses meridiánon) átmenő függőleges síkot képez, földrajzi meridiánnal, a mágneses deklinációnak nevezik (61537; # 61472; (2. ábra). A Föld mágneses térének vektorterülete két összetevőre bontható: vízszintes és függőleges (3. ábra). A dőlésszög és a deklináció szögének értéke, valamint a vízszintes komponens lehetővé teszi a Föld mágneses mező teljes intenzitásának és irányának meghatározását egy adott ponton. Ha a mágneses tű szabadon foroghat csak egy függőleges tengely körül, akkor lehet telepíteni az intézkedés alapján a vízszintes összetevője a Föld mágneses mezőjének a mágneses meridián síkja. Vízszintes alkatrész, mágneses deklináció # 61537; és súlyosbodás # 61521; a földi mágnesességnek nevezik. A földmágnes minden eleme idővel változik.
Tekintsünk olyan kör alakú kanyarokat, amelyek egymáshoz közel helyezkednek el, függőlegesen a mágneses meridián síkjában. A vezető közepén tegyen egy mágneses tűt, amely a függőleges tengely körül forog. Ha a tekercs áthalad az I. áramról akkor H mágneses mező alakul ki. A tekercs síkjára merőleges irány. így A nyílra két egymásra merőleges mező fog működni: a Föld mágneses mezője és az áram mágneses mezője. A két mező intenzitása merőleges egymásra. Az 1. ábrán. 4. A tekercs keresztmetszete vízszintes sík. Itt van a mező térerő intenzitásának vektorája, a föld mágneses mező vízszintes összetevője. A nyíl az eredő irányába van beállítva, azaz diagonális párhuzamot, amelynek oldala a körfolyó mágneses térerősségének vektora lesz, és a 4. ábrán a következőket kapjuk:
másrészt. A mágneses tér intenzitása a tangens-galvanométer tekercs közepén:
ahol r a forradalom sugara. majd:
A Föld adott helyére és egy adott eszközre az érték
állandó tangens - galvanométer, akkor:
Az (1) képlet átírható a formában
Így egy mágneses nyíllal ellátott kör alakú vezeték használható az áramkörön áthaladó áram mérésére. A fent leírt elv alapján a készüléket tangens-galvanométernek nevezik.
Az ebben a munkában használt érintő-galvanométer egy tekercsből áll, amelynek közepén egy függőleges tengelyen egy mágneses tű található. A nyíl szabadon forgatható egy kerek dobozban egy átlátszó borítóval (iránytűvel). A doboz alján egy kör alakú skála van jelölve, szögtartományban végzett.
Szerelje össze a laboratóriumi berendezés áramkörét a séma szerint. A feszültség forrása az egyenirányító VS-24 MS. A K kapcsolóval a tg # 61553 tangens galvanométeren átfolyó áram iránya megváltozik; .
Tg # 61553; úgyhogy a tekercs fordulatának síkja egybeesik a mágneses meridián síkjával, azaz a mágneses meridián síkjával. úgyhogy a mágneses tű a tekercs fordulatainak síkjában helyezkedik el, ebben az esetben C és S jelzi.
Állítsa az egyenirányító panel R feszültségszabályozóját a bal szélső helyzetbe. Kapcsolja be az egyenirányítót, és tegye a K kapcsolót balra vagy jobbra. Az R feszültségszabályozóval állítsa be az áramot az oktató által jelzett áramkörbe (például: I = 0.5A). Zárja le a mágneses tű eltolódási szögét. Nyomja a K kulcsot az ellenkező helyzetbe, és rögzítse a nyíl eltérítési szögét is. Ez azért szükséges, mert a mágneses tű eltolódási szögének számtani átlagértéke megtalálható Mindig van pontatlanság a tg # 61553 fordulatok létrehozásában; # 61472; a mágneses meridián síkjában.
Végezze el a 3. lépést az oktató által megadott aktuális értékeken.
Jegyezze fel a mérések eredményeit a táblázatban: