Manyetik alanlar doğada ortaya çıkar ve yapay olarak oluşturulabilir. Kişi, günlük yaşamda uygulamayı öğrendiği yararlı özelliklerini fark etti. Manyetik alanın kaynağı nedir?

Manyetik alan teorisi nasıl gelişti?

Bazı maddelerin manyetik özellikleri antik çağda fark edildi, ancak gerçek çalışmaları ortaçağ Avrupa'sında başladı. Fransa Peregrine'den bir bilim adamı, küçük çelik iğneler kullanarak, manyetik kuvvet çizgilerinin belirli noktalarda - kutuplarda kesiştiğini keşfetti. Sadece üç yüzyıl sonra, bu keşifle yönlendirilen Gilbert, çalışmasına devam etti ve ardından Dünya'nın kendi manyetik alanına sahip olduğu hipotezini savundu.

Manyetizma teorisinin hızlı gelişimi, Ampere'nin bir elektrik alanının manyetik alanın oluşumu üzerindeki etkisini keşfettiği ve tanımladığı 19. yüzyılın başlarından itibaren başladı ve Faraday'ın elektromanyetik indüksiyon keşfi de ters bir ilişki kurdu.

manyetik alan nedir

Manyetik alan, hareket halindeki elektrik yükleri veya manyetik momenti olan cisimler üzerinde güçlü bir etkiyle kendini gösterir.

1. Elektrik akımının aktığı iletkenler;
2. Kalıcı mıknatıslar;
3. Değişen elektrik alanı.

Bir manyetik alanın ortaya çıkmasının temel nedeni, tüm kaynaklar için aynıdır: elektrik mikro yükleri - elektronlar, iyonlar veya protonlar kendi manyetik momentlerine sahiptir veya yönlü hareket halindedir.

Önemli! Elektrik ve manyetik alanlar zamanla değişerek karşılıklı olarak birbirini oluşturur. Bu ilişki Maxwell denklemleri tarafından belirlenir.

Manyetik alan özellikleri

Manyetik alanın özellikleri şunlardır:

1. Manyetik akı, bir manyetik alanın belirli bir kesitten kaç tane kuvvet çizgisi geçtiğini belirleyen skaler bir miktar. F harfi ile gösterilir. Formül ile hesaplanır:

F = B x S x cos α,

B manyetik indüksiyon vektörüdür, S kesittir, α vektörün kesit düzlemine çizilen dikeye olan eğim açısıdır. Ölçüm birimi - weber (Wb);

1. Manyetik indüksiyon vektörü (B), yük taşıyıcılara etki eden kuvveti gösterir. Her zamanki manyetik iğnenin işaret ettiği kuzey kutbuna doğru yönlendirilir. Nicel olarak, manyetik indüksiyon teslas (T) cinsinden ölçülür;
2. Gerilim MP (N). Çeşitli ortamların manyetik geçirgenliği ile belirlenir. Bir boşlukta, geçirgenlik birlik olarak alınır. Gerilim vektörünün yönü, manyetik indüksiyonun yönü ile çakışmaktadır. Ölçü birimi A / m'dir.

Bir manyetik alan nasıl hayal edilir

Kalıcı bir mıknatıs örneğinde bir manyetik alanın tezahürünü görmek kolaydır. İki kutbu vardır ve oryantasyona bağlı olarak iki mıknatıs çeker veya iter. Manyetik alan, bu durumda meydana gelen süreçleri karakterize eder:

1. MP matematiksel olarak bir vektör alanı olarak tanımlanır. Her biri pusula iğnesinin kuzey kutbuna doğru yönlendirilmiş ve manyetik kuvvete bağlı bir uzunluğa sahip olan birçok manyetik indüksiyon B vektörü vasıtasıyla oluşturulabilir;
2. Bunu temsil etmenin alternatif bir yolu da ley çizgilerini kullanmaktır. Bu çizgiler asla kesişmez, hiçbir yerde başlamaz veya durmaz, kapalı döngüler oluşturur. MF çizgileri, manyetik alanın en güçlü olduğu daha sık alanlarda birleşir.

Önemli! Kuvvet çizgilerinin yoğunluğu, manyetik alanın gücünü gösterir.

MP gerçekte görülmese de, MP'ye demir talaşları yerleştirerek kuvvet çizgileri gerçek dünyada kolayca görselleştirilebilir. Her parçacık, kuzey ve güney kutbuna sahip küçük bir mıknatıs gibi davranır. Sonuç, kuvvet çizgilerine benzer bir modeldir. Bir kişi MP'nin etkisini hissedemez.

Manyetik alan ölçümü

Bu bir vektör miktarı olduğundan, MF'yi ölçmek için iki parametre vardır: kuvvet ve yön. Tarlaya bağlı bir pusula ile yönü ölçmek kolaydır. Bir örnek, dünyanın manyetik alanına yerleştirilmiş bir pusuladır.

Diğer özellikleri ölçmek çok daha zordur. Pratik manyetometreler ancak 19. yüzyılda ortaya çıktı. Çoğu, elektronun MP boyunca hareket ederken algıladığı kuvveti kullanarak çalışır.

Düşük manyetik alanların çok hassas ölçümü, 1988'de katmanlı malzemelerde dev manyeto direncin keşfinden bu yana mümkün hale geldi. Temel fizikteki bu keşif, bilgisayarlarda veri depolamak için hızlı bir şekilde manyetik sabit disk teknolojisine uygulandı ve sadece birkaç yıl içinde depolama kapasitesinde bin kat artış sağladı.

Geleneksel ölçüm sistemlerinde MF, testlerde (T) veya gauss (G) cinsinden ölçülür. 1 T = 10000 G. Gauss, Tesla çok büyük bir alan olduğu için sıklıkla kullanılır.

İlginç. Buzdolabının üzerindeki küçük bir mıknatıs, 0.001 T'ye eşit bir MF oluşturur ve Dünya'nın manyetik alanı ortalama olarak 0.00005 T'dir.

Manyetik alanın oluşumunun doğası

Manyetizma ve manyetik alanlar elektromanyetik kuvvetin tezahürleridir. Hareket halindeki enerji yükünü ve dolayısıyla manyetik alanı düzenlemenin iki olası yolu vardır.

Birincisi, teli bir akım kaynağına bağlamaktır, etrafında bir MF oluşur.

Önemli! Akım (hareket halindeki yük sayısı) arttıkça, MF orantılı olarak artar. Telden uzaklaştıkça alan mesafeye bağlı olarak azalır. Bu Ampere yasası ile açıklanır.

Daha yüksek manyetik geçirgenliğe sahip bazı malzemeler, manyetik alanları yoğunlaştırma yeteneğine sahiptir.

Manyetik alan bir vektör olduğu için yönünün belirlenmesi gerekir. Düz bir telden akan normal bir akım için yön sağ el kuralı ile bulunabilir.

Kuralı kullanmak için, telin sağ elle sarıldığını ve başparmağın akımın yönünü gösterdiğini hayal etmek gerekir. Daha sonra diğer dört parmak, iletken etrafındaki manyetik indüksiyon vektörünün yönünü gösterecektir.

Manyetik alan yaratmanın ikinci yolu, bazı maddelerde kendi manyetik momentine sahip elektronların görünmesi gerçeğini kullanmaktır. Kalıcı mıknatıslar şu şekilde çalışır:

1. Atomların çoğu zaman birçok elektronu olmasına rağmen, genellikle çiftin toplam manyetik alanı iptal edilecek şekilde bağlanırlar. Bu şekilde eşleştirilmiş iki elektronun zıt spinli olduğu söylenir. Bu nedenle, bir şeyi manyetize etmek için aynı dönüşe sahip bir veya daha fazla elektrona sahip atomlara ihtiyacınız vardır. Örneğin, demirin böyle dört elektronu vardır ve mıknatıs yapmak için uygundur;
2. Atomlardaki milyarlarca elektron rastgele yönlendirilebilir ve malzemede kaç tane eşleşmemiş elektron olursa olsun toplam MF olmayacaktır. Elektronların genel olarak tercih edilen bir yönelimini sağlamak için düşük sıcaklıklarda kararlı olmalıdır. Yüksek manyetik geçirgenlik, MF'nin etkisi dışında belirli koşullar altında bu tür maddelerin manyetizasyonunu belirler. Bunlar ferromıknatıslardır;
3. Diğer malzemeler, harici bir MF varlığında manyetik özellikler sergileyebilir. Dış alan, MF'nin çıkarılmasından sonra kaybolan tüm elektron dönüşlerini hizalamaya hizmet eder. Bu maddeler paramagnetlerdir. Buzdolabı kapısı metali bir paramagnet örneğidir.

Dünya, yükü zıt işarete sahip olan kapasitör plakaları şeklinde temsil edilebilir: "eksi" - dünyanın yüzeyinde ve "artı" - iyonosferde. Aralarında bir yalıtım pedi olarak atmosferik hava bulunur. Dev kapasitör, Dünya'nın MF'sinin etkisi nedeniyle sabit bir şarj sağlar. Bu bilgiyi kullanarak, Dünyanın manyetik alanından elektrik enerjisi elde etmek için bir şema oluşturabilirsiniz. Doğru, sonuç düşük voltaj değerleri olacaktır.

Almak zorunda:

• topraklama cihazı;
• tel;
• Tesla'nın yüksek frekanslı salınımlar üretebilen ve havayı iyonize eden bir korona deşarjı oluşturabilen transformatörü.

Tesla'nın bobini bir elektron yayıcı görevi görecek. Tüm yapı birbirine bağlıdır ve yeterli bir potansiyel farkı sağlamak için transformatör önemli bir yüksekliğe yükseltilmelidir. Böylece içinden küçük bir akımın geçeceği bir elektrik devresi oluşturulacaktır. Bu cihazı kullanarak büyük miktarda elektrik elde etmek imkansızdır.

Elektrik ve manyetizma, insanların etrafındaki birçok dünyaya hükmediyor: doğadaki en temel süreçlerden son teknoloji elektronik cihazlara kadar.

Video

Bu siteye yer işareti koy

elektriğin tarihi

Elektrik, elektrik yüklü cisimlerin veya parçacıkların varlığı, hareketi ve etkileşiminden kaynaklanan bir olaylar dizisidir. Elektrik yüklerinin etkileşimi, bir elektromanyetik alan kullanılarak gerçekleştirilir (sabit elektrik yükleri durumunda - bir elektrostatik alan).

Hareketli yükler (elektrik akımı), elektrikle birlikte bir manyetik alanı uyarır, yani elektromanyetik etkileşimin gerçekleştirildiği bir elektromanyetik alan oluştururlar (manyetizma doktrini, genel elektrik doktrininin ayrılmaz bir parçasıdır). Elektromanyetik olaylar, Maxwell denklemlerine dayanan klasik elektrodinamik ile tanımlanır.

Klasik elektrik teorisinin yasaları, çok sayıda elektromanyetik süreci kapsar. Doğada var olan 4 etkileşim türü (elektromanyetik, yerçekimi, güçlü ve zayıf) arasında, tezahürlerin genişliği ve çeşitliliği açısından elektromanyetik olanlar ilk sırada yer almaktadır. Bunun nedeni, tüm cisimlerin, bir yandan, aralarındaki etkileşimlerin, yerçekimi ve zayıf olanlardan çok daha yoğun olduğu ve diğer yandan, uzun süreli olduğu, elektrik yüklü zıt işaretli parçacıklardan yapılmış olmasıdır. -Aralık, güçlü etkileşimlerin aksine. Atom kabuklarının yapısı, atomların moleküller halinde kohezyonu (kimyasal kuvvetler) ve yoğun maddenin oluşumu elektromanyetik etkileşim ile belirlenir.

En basit elektriksel ve manyetik olaylar eski zamanlardan beri bilinmektedir. Demir parçalarını çeken mineraller bulundu ve ayrıca yüne sürtünen kehribarın (Yunanca elektron, elektron, dolayısıyla elektrik terimi) hafif nesneleri (sürtünme ile elektriklenme) çektiği keşfedildi. Ancak, W. Hilbert'in elektriksel ve manyetik fenomenler arasındaki ayrımı ilk kez ortaya koyması 1600 yılına kadar değildi. Manyetik kutupların varlığını ve birbirinden ayrılamazlığını keşfetti ve ayrıca dünyanın dev bir mıknatıs olduğunu ortaya koydu.

18. yüzyılın 17. - 1. yarısında. elektrikli cisimlerle sayısız deney yapıldı, sürtünme ile elektriklenmeye dayalı ilk elektrostatik makineler yapıldı, iki tür elektrik yükünün varlığı belirlendi (C. Dufay) ve metallerin elektriksel iletkenliği keşfedildi (İngiliz bilim adamı S. . Gri). İlk kapasitörün, Leyden kavanozunun (1745) icadıyla, büyük elektrik yüklerini biriktirmek mümkün oldu. 1747-53'te Franklin, elektriksel olayların ilk tutarlı teorisini açıkladı, sonunda yıldırımın elektriksel doğasını belirledi ve bir paratoner icat etti.

18. yüzyılın 2. yarısında. elektriksel ve manyetik olayların nicel bir çalışması başladı. İlk ölçüm aletleri ortaya çıktı - çeşitli tasarımların elektroskopları, elektrometreler. G. Cavendish (1773) ve C. Coulomb (1785), sabit nokta elektrik yüklerinin etkileşim yasasını deneysel olarak oluşturdu (Cavendish'in çalışmaları sadece 1879'da yayınlandı).

Bu temel elektrostatik yasası (Coulomb yasası) ilk kez, aralarındaki etkileşim kuvvetleriyle elektrik yüklerini ölçmek için bir yöntem oluşturmayı mümkün kıldı. Coulomb ayrıca uzun mıknatısların kutupları arasındaki etkileşim yasasını oluşturdu ve mıknatısların uçlarında yoğunlaşan manyetik yükler kavramını ortaya koydu.

Elektrik biliminin gelişimindeki bir sonraki aşama, 18. yüzyılın sonundaki keşifle ilişkilidir. L. Galvani "hayvan elektriği" ve işleri A. Volta, ilk elektrik akımı kaynağını icat eden - uzun süre sürekli (sabit) bir akım oluşturan bir galvanik hücre (volt sütunu, 1800). 1802'de, çok daha yüksek güçte bir galvanik hücre inşa eden V.V. Petrov, bir elektrik arkı keşfetti, özelliklerini araştırdı ve aydınlatmanın yanı sıra metalleri eritmek ve kaynaklamak için kullanma olasılığına dikkat çekti. G. Davy (1807) önceden bilinmeyen metaller sodyum ve potasyumu alkalilerin sulu çözeltilerinin elektrolizi ile elde etti. J., P. Joule (1841), bir iletkende bir elektrik akımı tarafından salınan ısı miktarının akımın karesiyle orantılı olduğunu tespit etti; bu yasa (1842) E.H. Lenz'in (Joule-Lenz yasası) kesin deneyleriyle doğrulanmıştır.

G. Ohm, elektrik akımının devredeki gerilime nicel bağımlılığını belirledi (1826). CF Gauss, elektrostatiklerin ana teoremini formüle etti (1830).

En temel keşif 1820'de H. Oersted tarafından yapılmıştır; elektrik akımının manyetik bir iğne üzerindeki etkisini keşfetti - elektrik ve manyetizma arasındaki bağlantıyı gösteren bir fenomen. Bunu takiben, aynı yıl, A.M. Ampere, elektrik akımlarının etkileşimi yasasını (Amper yasası) kurdu. Ayrıca, kalıcı mıknatısların özelliklerinin, mıknatıslanmış cisimlerin moleküllerinde sabit elektrik akımlarının (moleküler akımların) dolaştığı varsayımı temelinde açıklanabileceğini gösterdi. Böylece, Ampere'ye göre, tüm manyetik fenomenler, akımların etkileşimlerine indirgenirken, manyetik yükler yoktur. Oersted ve Ampere'nin keşiflerinden bu yana, manyetizma doktrini, elektrik doktrininin ayrılmaz bir parçası haline geldi.

XIX yüzyılın 2. çeyreğinden itibaren. elektriğin teknolojiye hızlı girişi başladı. 20'li yıllarda. ilk elektromıknatıslar ortaya çıktı. Elektriğin ilk uygulamalarından biri 30'lu ve 40'lı yıllarda telgraftı. elektrik motorları ve akım jeneratörleri inşa edildi ve 40'larda - elektrikli aydınlatma cihazları vb. Gelecekte elektriğin pratik kullanımı giderek arttı ve bu da elektrik teorisi üzerinde önemli bir etkiye sahipti.

30-40'larda. XIX yüzyıl. M. Faraday, elektrik biliminin gelişimine büyük katkı yaptı - tüm elektriksel ve manyetik fenomenlerin tek bir bakış açısıyla ele alındığı genel elektromanyetik fenomen doktrininin yaratıcısı. Deneylerin yardımıyla, elektrik yüklerinin ve akımlarının eylemlerinin üretim yöntemine bağlı olmadığını kanıtladı [Faraday'dan önce, "sıradan" (sürtünme ile elektrifikasyonla elde edildi), atmosferik, "galvanik", manyetik arasında ayrım yaptılar. , termoelektrik, "hayvan" ve diğer E türleri. ].

Arago'nun deneyi ("dönme manyetizması").

1831'de Faraday, elektromanyetik indüksiyonu keşfetti - alternatif bir manyetik alanda bulunan bir devrede bir elektrik akımının uyarılması. Bu fenomen (1832'de J. Henry tarafından da gözlemlenmiştir) elektrik mühendisliğinin temelidir. 1833-34'te Faraday elektroliz yasalarını oluşturdu; bu çalışmaları elektrokimyanın temellerini attı. Daha sonra, elektriksel ve manyetik fenomenler ile optik fenomenler arasındaki ilişkiyi bulmaya çalışırken, dielektriklerin polarizasyonunu (1837), paramanyetizma ve diamanyetizma fenomenlerini (1845), ışığın polarizasyon düzleminin manyetik dönüşünü (1845), keşfetti. vb.

Faraday, elektrik ve manyetik alan kavramını ilk tanıtan kişiydi. Destekçileri, bedenlerin doğrudan (boşluk yoluyla) birbirlerine uzaktan etki ettiğine inanan, uzaktan eylem kavramını reddetti.

Faraday'ın fikirlerine göre, yükler ve akımlar arasındaki etkileşim ara ajanlar aracılığıyla gerçekleştirilir: yükler ve akımlar, çevreleyen alanda elektrik veya (sırasıyla) manyetik alanlar yaratır ve bunların yardımıyla etkileşim noktadan noktaya iletilir (kavram kavramı). kısa menzilli eylem). Elektrik ve manyetik alanlar hakkındaki fikirlerinin merkezinde, varsayımsal bir ortamdaki mekanik oluşumlar olarak kabul ettiği kuvvet çizgileri kavramı vardı - gerilmiş elastik iplere veya kordonlara benzer eter.

Faraday'ın elektromanyetik alanın gerçekliği hakkındaki fikirleri hemen fark edilmedi. Elektromanyetik indüksiyon yasalarının ilk matematiksel formülasyonu F. Neumann, 1845'te uzun menzilli eylem kavramının dilinde.

Akımların öz ve karşılıklı indüksiyon katsayılarının önemli kavramlarını da tanıttı. Bu kavramların anlamı daha sonra, W. Thomson (Lord Kelvin) (1853) bir kapasitör (elektrik kapasitesi) ve bir bobinden (indüktans) oluşan bir devrede elektriksel salınımlar teorisini geliştirdiğinde tam olarak ortaya çıktı.
Gauss ve W. Weber tarafından oluşturulan birleşik bir elektriksel ve manyetik ölçüm birimleri sisteminin yanı sıra yeni cihazların ve elektriksel ölçüm yöntemlerinin oluşturulması, elektrik teorisinin gelişimi için büyük önem taşıyordu.

1846'da Weber, bir iletkendeki akım gücü ile elektrik yüklerinin yoğunluğu ve düzenli hareketlerinin hızı arasındaki ilişkiye dikkat çekti. Ayrıca, elektrostatik ve elektromanyetik yük birimlerinin oranı olan ve hız boyutuna sahip yeni bir evrensel elektrodinamik sabit içeren hareketli nokta yüklerin etkileşim yasasını da kurdu.

Deneysel belirlemede (Weber ve F. Kohlrausch, 1856) bu sabit ışık hızına yakın bir değer elde edildi; bu, elektromanyetik ve optik fenomenler arasındaki bağlantının kesin bir göstergesiydi.

1861-73'te J.C. Maxwell'in çalışmalarında elektrik teorisi geliştirildi ve tamamlandı. Elektromanyetik olayların ampirik yasalarına dayanarak ve alternatif bir elektrik alanı tarafından bir manyetik alan üretilmesi hipotezini ortaya koyan Maxwell, kendi adını taşıyan klasik elektrodinamiğin temel denklemlerini formüle etti. Aynı zamanda, Faraday gibi, elektromanyetik fenomenleri eterdeki bir tür mekanik süreç olarak değerlendirdi.

Bu denklemlerden doğan başlıca yeni sonuç, ışık hızında yayılan elektromanyetik dalgaların varlığıdır. Maxwell denklemleri ışığın elektromanyetik teorisinin temelini oluşturdu. Maxwell'in teorisi, 1886-89'da Hertz'in elektromanyetik dalgaların varlığını deneysel olarak ortaya koyduğunda kesin bir doğrulama buldu. Keşfedilmesinden sonra, elektromanyetik dalgalar kullanarak iletişim kurma girişimleri, radyonun yaratılmasıyla doruğa ulaştı ve radyo mühendisliği alanında yoğun araştırmalar başladı.

XIX'in sonlarında - XX yüzyılın başlarında. elektrik teorisinin gelişiminde yeni bir aşama başladı. Elektrik deşarjlarının araştırılması, J.J. Thomson tarafından elektrik yüklerinin ayrıklığının keşfiyle taçlandırıldı. 1897'de elektron yükünün kütlesine oranını ölçtü ve 1898'de elektron yükünün mutlak değerini belirledi. H. Lorentz, Thomson'ın keşfine ve moleküler kinetik teorinin sonuçlarına dayanarak, maddenin yapısının elektronik teorisinin temellerini attı. Klasik elektronik teorisinde madde, hareketi klasik mekanik yasalarına tabi olan elektrik yüklü parçacıkların bir toplamı olarak kabul edilir. Maxwell denklemleri, istatistiksel ortalama alma yoluyla elektronik teori denklemlerinden elde edilir.

Klasik elektrodinamik yasalarını hareketli ortamdaki elektromanyetik süreçlerin çalışmasına uygulama girişimleri önemli zorluklarla karşılaştı. Bunları çözmek için A. Einstein (1905) teorinin göreliliğine geldi. Bu teori nihayet mekanik özelliklere sahip eterin varlığı fikrini çürüttü. İzafiyet teorisinin yaratılmasından sonra, elektrodinamik yasalarının klasik mekanik yasalarına indirgenemeyeceği anlaşıldı.

Küçük uzay-zaman aralıklarında, elektromanyetik alanın klasik elektrik teorisi tarafından dikkate alınmayan kuantum özellikleri önemli hale gelir. Elektromanyetik süreçlerin kuantum teorisi - kuantum elektrodinamiği - XX yüzyılın ikinci çeyreğinde yaratıldı. Madde ve alanın kuantum teorisi zaten elektrik teorisinin ötesine geçiyor, temel parçacıkların hareket yasaları ve yapıları ile ilgili daha temel sorunları inceliyor.

Yeni gerçeklerin keşfi ve yeni teorilerin yaratılmasıyla, klasik elektrik doktrininin önemi azalmamış, sadece klasik elektrodinamiğin uygulanabilirliğinin sınırları belirlenmiştir. Bu sınırlar içinde, Maxwell denklemleri ve klasik elektronik teorisi, modern elektrik teorisinin temeli olarak geçerliliğini korumaktadır.

Klasik elektrodinamik, elektrik mühendisliği, radyo mühendisliği, elektronik ve optiğin (kuantum elektroniği hariç) çoğu bölümünün temelini oluşturur. Denklemlerinin yardımıyla çok sayıda teorik ve uygulamalı problem çözüldü. Özellikle, laboratuvar koşullarında ve uzayda çok sayıda plazma davranışı sorunu Maxwell denklemleri kullanılarak çözülür.

Manyetik alanın ilk çizimlerinden biri (René Descartes, 1644). Mıknatıslar ve manyetizma çok daha önceden bilinmesine rağmen, manyetik alan çalışması 1269'da Fransız bilim adamı Peter Peregrine'in (Mericourt şövalyesi Pierre) çelik iğneler kullanarak küresel bir mıknatısın yüzeyindeki manyetik alanı fark etmesi ve sonuçta ortaya çıkan manyetik alanı belirlemesiyle başladı. manyetik alan çizgileri, Dünya'nın kutuplarına benzeterek "kutuplar" olarak adlandırdığı iki noktada kesişir. Yaklaşık üç yüzyıl sonra, William Gilbert Colchester, Peter Peregrin'in çalışmalarını kullandı ve ilk kez Dünya'nın kendisinin bir mıknatıs olduğunu kesin olarak ilan etti. 1600 yayınlandı, Gilbert'in eseri "De Magnet", bir bilim olarak manyetizmanın temellerini attı.

1750'de John Michell, manyetik kutupların ters kare yasasına göre çektiğini ve ittiğini belirtti. Charles-Augustin de Coulomb bu iddiayı 1785 yılında deneysel olarak test etmiş ve Kuzey ve Güney Kutuplarının birbirinden ayrılamayacağını açıkça belirtmiştir. Kutuplar arasındaki bu kuvvete dayanarak, Simeon Denis Poisson (1781-1840), 1824'te sunduğu ilk başarılı manyetik alan modelini yarattı. Bu modelde, manyetik H-alanı manyetik kutuplar tarafından üretilir ve manyetizma, birkaç çift (kuzey/güney) manyetik kutup (dipol) nedeniyle oluşur.

Arka arkaya üç keşif, bu "manyetizmanın temeline" meydan okudu. İlk olarak, 1819'da Hans Christian Oersted, bir elektrik akımının kendi etrafında bir manyetik alan oluşturduğunu keşfetti. Daha sonra 1820'de André-Marie Ampere, aynı yönde akım taşıyan paralel tellerin birbirini çektiğini gösterdi. Son olarak, Jean-Baptiste Biot ve Felix Savard 1820'de Biot-Savard-Laplace yasası adı verilen ve enerji verilmiş herhangi bir telin etrafındaki manyetik alanı doğru bir şekilde tahmin eden bir yasa keşfettiler.

Bu deneyleri genişleten Ampere, 1825'te kendi başarılı manyetizma modelini yayınladı. İçinde, mıknatıslardaki elektrik akımının eşdeğerini gösterdi ve Poisson modelinin manyetik yük dipolleri yerine, manyetizmanın sürekli akan akım döngüleriyle ilişkili olduğu fikrini önerdi. Bu fikir, bir manyetik yükün neden izole edilemediğini açıkladı. Buna ek olarak, Ampere, Bio-Savart-Laplace yasası gibi, doğru akım tarafından oluşturulan manyetik alanı doğru bir şekilde tanımlayan ve aynı zamanda manyetik alanın dolaşımına ilişkin teoremi ortaya koyan kendi adını taşıyan bir yasa çıkardı. Ayrıca bu çalışmada Ampere, elektrik ve manyetizma arasındaki ilişkiyi tanımlamak için "elektrodinamik" terimini tanıttı. 1831'de Michael Faraday, alternatif bir manyetik alanın elektrik ürettiğini keşfettiğinde elektromanyetik indüksiyonu keşfetti. Faraday'ın elektromanyetik indüksiyon yasası olarak bilinen bu fenomenin bir tanımını yarattı. Daha sonra Franz Ernst Neumann, manyetik alanda hareket eden bir iletken için indüksiyonun Ampere yasasının etkisinin bir sonucu olduğunu kanıtladı. Aynı zamanda, daha sonra gösterildiği gibi, Faraday tarafından önerilen temel mekanizmaya eşdeğer olan elektromanyetik alanın vektör potansiyelini tanıttı. 1850'de, daha sonra William Thomson olarak bilinen Lord Kelvin, iki manyetik alan arasındaki farkı alan olarak belirledi. H ve B... Birincisi Poisson modeline, ikincisi Ampere indüksiyon modeline uygulanabilirdi. Ayrıca, o olarak çıkardı H ve B birbirine bağlı. 1861 ve 1865 yılları arasında James Clerk Maxwell, klasik fizikte elektrik ve manyetizmayı açıklayan ve birleştiren Maxwell denklemlerini geliştirdi ve yayınladı. Bu denklemlerin ilk derlemesi 1861'de başlıklı bir makalede yayınlandı. "Fiziksel Kuvvet Hatları Üzerine"... Bu denklemler eksik de olsa geçerli bulundu. Maxwell denklemlerini 1865'teki sonraki çalışmasında tamamladı. "Elektromanyetik alanın dinamik teorisi" ve ışığın elektromanyetik dalgalar olduğunu belirledi. Heinrich Hertz, bu gerçeği 1887'de deneysel olarak doğruladı. Ampere yasasında ima edilen hareketli bir elektrik yükünün manyetik alan kuvveti açıkça belirtilmemiş olsa da, 1892'de Hendrik Lorentz bunu Maxwell denklemlerinden elde etti. Bu durumda, klasik elektrodinamik teorisi temel olarak tamamlandı.

Yirminci yüzyıl, görelilik teorisi ve kuantum mekaniğinin ortaya çıkması sayesinde elektrodinamik hakkındaki görüşleri genişletti. Albert Einstein, görelilik teorisinin doğrulandığı 1905 tarihli makalesinde, elektrik ve manyetik alanların aynı fenomenin parçası olduğunu, farklı referans çerçevelerinde ele alındığını gösterdi - sonuçta Einstein'ın özel görelilik teorisi geliştirmesine yardımcı olan bir düşünce deneyi. .. Son olarak, kuantum mekaniği, kuantum elektrodinamiği (QED) oluşturmak için elektrodinamik ile birleştirildi.

Manyetik alan Manyetik fenomen ilk olarak en az 2500 yıl önce gözlemlendi Pusula - yaklaşık 4500 yıl önce

Mıknatıslar Mıknatıslanmamış bir demir parçasına kalıcı (doğal) bir mıknatıs getirirseniz, demirin de manyetize olduğu fark edildi. Mıknatısı çıkardıktan sonra, etkisi altında manyetize olan bir demir veya çelik parçası, manyetik özelliklerinin önemli bir bölümünü kaybeder, ancak yine de az çok manyetize kalır. Böylece doğal bir mıknatısla aynı özellikleri taşıyan yapay bir mıknatısa dönüşür.

Manyetik alan S N N FF Bilim adamları, bir mıknatısın kutuplarına benzer bir kuzey ve güney yükü gibi bir manyetik yük kavramını tanıtmayı önerdiler. Bununla birlikte, deneysel olarak, manyetik monopol olarak adlandırılan izole edilmiş manyetik yüklerin varlığına dair hiçbir kanıt yoktu. F F S S N N S N S S N N S S N S F F

Oersted'in 19. yüzyıldaki N E W S deneyimi, elektrik ve manyetizma arasındaki bağlantıyı keşfetti. n Oersted'in deneyleri. n Bu deneylerden, akımı olan bir iletkenin yakınında bulunan manyetik bir iğneye, oku N E W S döndürme eğiliminde olan kuvvetlerin etki ettiği sonucu çıktı.

Bölüm II MANYETİZMA, DALGA VE KUANTUM OPTİK, ATOM VE NÜKLEER FİZİK Manyetik alan ve özellikleri Manyetik alanın en önemli özelliği, yalnızca bu alanda hareket eden elektrik yüklerine etki etmesidir. Manyetik alanın akım üzerindeki etkisinin doğası, içinden akımın geçtiği iletkenin şekline, iletkenin konumuna ve içindeki akımın yönüne bağlı olarak farklıdır. Sağ vida kuralı ile akımla ilişkilendirilen yön, normalin pozitif yönü olarak alınır.

(33. 1) (33. 2) Düzgün manyetik alanın belirli bir noktasındaki manyetik indüksiyon B, çerçevenin normali n olduğunda, birliğe eşit bir manyetik moment pm ile çerçeveye etki eden maksimum tork Mmax tarafından belirlenir. alanın yönüne diktir. (33.3)

Amper kuvveti (1/2) Akımların manyetik etkileşiminin önemli örneklerinden biri paralel akımların etkileşimidir. bu fenomenler Ampere tarafından deneysel olarak kurulmuştur. Elektrik akımları iki paralel iletken boyunca aynı yönde akarsa, iletkenlerin karşılıklı çekimi gözlenir. Akımlar zıt yönlerde aktığında iletkenler itilir.

§ 37 Manyetik alanın hareketli bir yük üzerindeki etkisi Manyetik alanda v hızıyla hareket eden bir q elektrik yüküne etki eden kuvvete Lorentz kuvveti denir ve (37.1) formülüyle ifade edilir. kuvvet sol el kuralı ile belirlenir. (37.2) - Lorentz formülü

Yüklü parçacıkların manyetik alanda hareketi 3. - parçacık, B vektörü boyunca düz bir çizgide hareket eder Lorentz kuvvetinin işi sıfırdır.

Kütle spektrometresi kütle spektrometreleri, çeşitli atomların iyonları veya çekirdekleri gibi yüklü parçacıkların kütlelerini ölçmek için kullanılabilen cihazlardır.

Yüklü Parçacık Hızlandırıcılar Yüklü parçacık hızlandırıcıları, yüksek enerjili yüklü parçacıklardan oluşan ışınların üretildiği ve elektrik ve manyetik alanlar tarafından kontrol edildiği cihazlardır. Hızlandırıcılar, etki süresi açısından sürekli ve dürtüseldir. Yörüngenin şekline ve parçacık hızlanma mekanizmasına göre, hızlandırıcılar doğrusal, döngüsel ve indüksiyona ayrılır. 1. Lineer hızlandırıcı:, elektrik alanı - sabit 2. Lineer-rezonans:, elektrik alanı - değişken 3. Siklotron:, göreli etki ile sınırlamalar

4. Phazotron: E - değişiklikler, 5. Synchrotron:, - değişiklikler, 6. Synchrophasotron: ve - değişiklik, 7. Betatron: - girdap,

Hall etkisi, bir manyetik alana yerleştirilmiş akım yoğunluğuna sahip metallerde (veya yarı iletkenlerde), ve'ye dik yönde bir elektrik alanının görünümüdür.

§ 41 Bir vakumda manyetik alan için manyetik endüksiyon vektörünün dolaşımı Belirli bir kontur boyunca manyetik endüksiyon vektörünün dolaşımı integral olarak adlandırılır Toplam akım yasası: manyetik endüksiyon vektörünün keyfi bir kapalı devre boyunca dolaşımı eşittir manyetik sabit 0'ın bu devre tarafından kapsanan akımların cebirsel toplamı ile çarpımı (41.1) Manyetik indüksiyon vektörünün dolaşımı sıfır değildir, bu nedenle manyetik alan girdap olacaktır.

Solenoid ve toroidin manyetik alanı AB ve CD bölümlerinde Solenoidin dışındaki bölümde (42.1) (42.2)

Manyetik indüksiyon vektörünün akışı. Manyetik alan için Gauss teoremi Manyetik indüksiyon vektörünün (manyetik akı) d alanından akışı. S, (43.1)'e eşit bir skaler fiziksel nicelik olarak adlandırılır.

Manyetik alan için Gauss teoremi: Manyetik indüksiyon vektörünün herhangi bir kapalı yüzeyden akışı sıfırdır. (43.3) Doğada manyetik yük yoktur

Manyetik alandaki bir iletkeni ve akımı olan bir devreyi hareket ettirmeye çalışmak (44. 1) Akımı olan bir iletkeni manyetik bir alanda hareket ettirmeye çalışmak, akım kuvvetinin ve hareketli iletkenin geçtiği manyetik akının ürününe eşittir .

(44, 2) (44, 3) (44, 4) (44, 5) (44, 6) Kapalı bir döngüyü bir manyetik alanda akımla hareket ettirme işi, döngüdeki akımın ürününe eşittir ve döngüye bağlı manyetik akıdaki değişiklik.

Elektromanyetik indüksiyon fenomeni 1831'de M. Faraday elektromanyetik indüksiyon fenomenini keşfetti 1. Mıknatısı itme ve çekme anında okun sapma yönleri zıttır. 2. Galvanometre iğnesinin sapmaları ne kadar büyükse, mıknatısın bobine göre hızı o kadar büyük olur. 3. Mıknatıs Deney No. 1'in kutuplarını değiştirirken, okun sapma yönü değişir. Kapalı bir iletken devrede, bu devrenin kapsadığı manyetik indüksiyon akısı değiştiğinde, indüksiyon adı verilen bir elektrik akımı ortaya çıkar.

Deney No. 2 1. Galvanometre iğnesinin sapmaları, akımın açıldığı veya kapatıldığı anda, arttığı veya azaldığı anda veya bobinler birbirine göre hareket ettiğinde gözlenir. 2. Akımı açarken veya kapatırken, arttırırken veya azaltırken, bobinlere yaklaşırken ve çıkarırken galvanometre okunun sapma yönleri de zıttır.

Sonuç No. 1: Devreye bağlı manyetik endüksiyon akısında bir değişiklik olduğunda endüksiyon akımı meydana gelir (örneğin, iletken bir devre düzgün bir manyetik alanda döndürüldüğünde). Sonuç No. 2: İndüksiyon akımının değeri, manyetik indüksiyon akısını değiştirme yöntemine hiç bağlı değildir, ancak yalnızca değişim hızı ile belirlenir. Faraday'ın keşfinin değerleri 1. Manyetik alan kullanarak elektrik akımı elde etme olasılığı kanıtlanmıştır. 2. Elektromanyetik alan teorisinin gelişimi için daha fazla itici güç olarak hizmet eden elektriksel ve manyetik olaylar arasındaki ilişki kuruldu.

Faraday yasası Faraday elektromanyetik indüksiyon yasası: devrede ortaya çıkan kapalı bir iletken döngü tarafından kapsanan manyetik indüksiyon akısındaki değişimin nedenleri ne olursa olsun, ED C eşittir (46.1) Faraday yasası: ED C devredeki elektromanyetik indüksiyon bu kontur tarafından sınırlanan yüzey boyunca manyetik akının değişim hızının işareti olarak sayısal olarak eşit ve zıttır.

Lenz kuralı: Devredeki endüksiyon akımı her zaman öyle bir yöne sahiptir ki oluşturduğu manyetik alan bu endüksiyon akımına neden olan manyetik akıdaki değişimi engeller.

Çerçevenin manyetik alanda dönüşü (47.1) (47.2) Çerçeve düzgün bir manyetik alanda düzgün bir şekilde dönüyorsa, o zaman içinde harmonik bir yasaya göre değişen değişken bir EDS ortaya çıkar.

Girdap akımları (Foucault akımları) Masif katı iletkenlerde ortaya çıkan ve iletken kalınlığında kapalı olan akımlara girdap akımları veya Foucault akımları denir. Çeşitli cihazların hareketli parçalarını sakinleştirme (sönümleme)

Foucault akımları tarafından üretilen Joule ısısı, indüksiyon metalurji fırınlarında kullanılır. Cilt etkisi Metallerin yüzey sertleştirme yöntemi

Devre endüktansı. Kendinden endüksiyon (49. 1) (49. 2) İletken bir devrede, akım gücü değiştiğinde EDS endüksiyonunun ortaya çıkmasına öz endüksiyon denir. (49.3)

Açma ve kapama akımları (50.1) Gevşeme süresi, fiziksel bir miktarın e faktörü kadar azaldığı zamandır.

Karşılıklı indüksiyon (51.1) Diğerinde akım gücü değiştiğinde devrelerden birinde EDS'nin ortaya çıkması olgusuna karşılıklı indüksiyon denir. (51.2)

Transformatörler AC voltajı artırmak veya azaltmak için kullanılan transformatörlerin çalışma prensibi, karşılıklı endüksiyon olgusuna dayanmaktadır. (52.1) (52.2) (52.3) - dönüşüm oranı

Maddelerin manyetik özellikleri Elektronların ve atomların manyetik momentleri (54.1) (54.2) (54.3) (54.4)

Paramagnetler ve diamagnetler Bağımlılığa uyan hemen hemen tüm maddeler iki sınıfa ayrılabilir: - - maddenin manyetizasyonunun toplam manyetik alanı arttırdığı paramagnetler; , güçlü homojen olmayan bir manyetik alan bölgesine çekilirler. - manyetizasyonun toplam alanı azalttığı diamagnetler; diamagnetler güçlü bir homojen olmayan alanın dışına itilir.

§ 56 Manyetizasyon. Maddedeki manyetik alan Mıknatıslanma, maddenin birim hacmi başına manyetik momentin büyüklüğüdür (56.1) (56.2) (56.3)

(56,4) (56,5) (56,6) (56,7) (56,8) Paramagnets μ = 1, 000072 Diamagnets μ = 0, 9999967 Ferromagnets μ >> 1

(56. 9) (56. 10) Formül (56. 10) manyetik alan şiddeti vektörünün dolaşımı üzerine bir teoremdir.

Ferromıknatıslar ve özellikleri Ferromıknatıslar, kendiliğinden mıknatıslanan, yani harici bir manyetik alan yokluğunda bile mıknatıslanan maddelerdir. 1. Ferromıknatıslar oldukça manyetik maddelerdir.

4. Histerezis doyma noktası artık indüksiyon zorlayıcı kuvvet doyma noktası 5. Curie noktası - üzerinde ferromanyetik özelliklerin kaybolduğu ve maddenin bir paramagnet haline geldiği sıcaklık.

Demir için bu Curie sıcaklığı 768 C ve nikel için - 365 C'dir. Ferromanyetlerin paramanyetik duruma geçişi, ikinci dereceden bir faz geçişidir. 6. Ferromıknatısların manyetizasyon sürecine, lineer boyutlarında ve hacminde bir değişiklik eşlik eder. Bu fenomene manyetostriksiyon denir.

Ferromanyetizmanın doğası. P. Weiss'in ferromanyetizma teorisi Curie noktasının altındaki ferromıknatıslar çok sayıda küçük mikroskobik bölgeye ayrılır - doygunluğa kendiliğinden manyetize olan alanlar. Domainlerin lineer boyutları 10 -4 10 -2 cm'dir.

Elektromanyetik titreşimler ve dalgalar Bir salınım devresinde serbest harmonik titreşimler Bir salınım devresi, endüktans L olan bobinler, kapasitans C olan bir kapasitör ve direnç R olan bir dirençten oluşan bir devredir.

Elektromanyetik dalgaların deneysel üretimi Dalga frekansı, Hz Radyasyon kaynağı 103 - 10–4 3 105 - 3 1012 Salınım devresi Hertz vibratör Kütle yayıcı Lamba üreteci Işık dalgaları: Kızılötesi radyasyon 5 10–4 - 8 10–7 6 1011 - 3, 75 1014 Görünür ışık 8 10–7 - 4 10–7 3, 75 1014 - 7, 5 1014 4 10– 7 - 10–9 7, 5 1014 - 3 1017 2 10–9 - 6 10–12 1, 5 1017 - 5 1019 Radyasyon tipi Radyo dalgaları Ultraviyole radyasyon X-ışını radyasyonu - radyasyon Dalga boyu, m 5 ∙ 1019 Lambalar Lazerler X-ışını tüpü Kozmik ışınlar Radyoaktif bozunma Nükleer süreçler Uzay süreçleri

Maxwell denklemlerinden, alternatif manyetik alanın her zaman onun ürettiği elektrik alanıyla ilişkili olduğu ve alternatif elektrik alanının her zaman onun ürettiği manyetik alanla ilişkili olduğu sonucu çıkar; yani, elektrik ve manyetik alanlar birbiriyle ayrılmaz bir şekilde bağlantılıdır - tek bir elektromanyetik alan oluştururlar. Maxwell'in teorisi, elektromanyetik dalgaların - uzayda sonlu bir hızla yayılan alternatif bir elektromanyetik alan - varlığını tahmin etmeyi mümkün kıldı.