מהי אינדוקציה מגנטית
במאמר זה ננסה להבין מהי אינדוקציה מגנטית, כיצד היא קשורה לשדה מגנטי, מה הקשר של אינדוקציה מגנטית לזרם וכיצד היא משפיעה על הזרם. הבה נזכור את הכללים הבסיסיים הקובעים את כיוון קווי האינדוקציה, ונציין גם כמה נוסחאות שיעזרו בפתרון בעיות המגנטוסטטיקה.
החוזק האופייני של השדה המגנטי בנקודה נבחרת בחלל הוא האינדוקציה המגנטית B. כמות וקטור זו קובעת את הכוח שבו פועל השדה המגנטי על חלקיק טעון שנע בו. אם המטען של החלקיק הוא q, מהירותו היא v והאינדוקציה של השדה המגנטי בנקודה נתונה בחלל היא B, אז פועל על החלקיק בנקודה זו כוח מהצד של השדה המגנטי:
לפיכך, B הוא וקטור שגודלו וכיוונו הם כאלה שכוח לורנץ הפועל על מטען נע בצד השדה המגנטי שווה ל:
כאן, אלפא היא הזווית בין וקטור המהירות לווקטור האינדוקציה המגנטי. וקטור כוח לורנץ F מאונך לווקטור המהירות ולווקטור האינדוקציה המגנטי.הכיוון שלו נקבע למקרה של תנועה של חלקיק טעון חיובי בשדה מגנטי אחיד שלטון יד שמאל:
«אם יד שמאל ממוקמת כך שווקטור האינדוקציה המגנטית נכנס לכף היד, וארבע אצבעות מושטות מכוונות לכיוון התנועה של החלקיק הטעון חיובי, אז האגודל, כפוף ב-90 מעלות, יראה את כיוון כוח לורנץ.»
מכיוון שהזרם במוליך הוא תנועה של חלקיקים טעונים, ניתן להגדיר את האינדוקציה המגנטית גם כיחס בין המומנט המכני המרבי הפועל על המסגרת עם שדה מגנטי אחיד למכפלת הזרם בפריים לפי שטח של המסגרת:
אינדוקציה מגנטית היא מאפיין בסיסי של שדה מגנטי, בדומה לעוצמתו של שדה חשמלי... במערכת SI, אינדוקציה מגנטית נמדדת בטסלה (T), במערכת CGS בגאוס (G). 1 טסלה = 10,000 גאוס. 1 T הוא אינדוקציה של שדה מגנטי אחיד שכזה שבו מומנט מכאני מסתובב מרבי של כוחות השווה ל-1 N • m פועל על מסגרת של שטח של 1 m2 שדרכה זורם זרם של 1 A.
אגב, אינדוקציה של השדה המגנטי של כדור הארץ בקו רוחב של 50 מעלות היא בממוצע 0.00005 T, ובקו המשווה - 0.000031 T. וקטור האינדוקציה המגנטי מכוון תמיד למשיק לקו השדה המגנטי.
הלולאה הממוקמת בשדה מגנטי אחיד נחדרת על ידי השטף המגנטי Ф, - השטף של וקטור האינדוקציה המגנטי. גודל השטף המגנטי F תלוי בכיוון וקטור האינדוקציה המגנטי ביחס לקו המתאר, גודלו ושטח המתאר המנוקב בקווי האינדוקציה המגנטית.אם הווקטור B מאונך לאזור הלולאה, השטף המגנטי F חודר לולאה יהיה מקסימלי.
המונח אינדוקציה עצמו מגיע מהמילה הלטינית "אינדוקציה", שפירושה "הדרכה" (למשל להציע מחשבה - כלומר לגרום למחשבה). מילים נרדפות: הדרכה, רקע, השכלה. אין להתבלבל עם תופעת האינדוקציה האלקטרומגנטית.
החוט החי יש סביבו שדה מגנטי… השדה המגנטי של זרם חשמלי התגלה בשנת 1820 על ידי הפיזיקאי הדני הנס כריסטיאן אורסטד. כדי לקבוע את כיוון קווי הכוח של אינדוקציה של השדה המגנטי B של הזרם החשמלי I הזורם לאורך חוט ישר, השתמש בבורג הימני או בכלל הגימבל:
"כיוון הסיבוב של ידית הגימבל מציין את כיוון קווי האינדוקציה המגנטית B, והתנועה המתקדמת של הגימבל מתאימה לכיוון הזרם במוליך."
במקרה זה, ניתן למצוא את הערך של האינדוקציה המגנטית B במרחק R ממוליך עם זרם I על ידי הנוסחה:
איפה הקבוע המגנטי:
אם קווי העוצמה של השדה האלקטרוסטטי E, החל ממטענים חיוביים, מסתיימים בשליליים, אז קווי האינדוקציה המגנטית B תמיד סגורים. שלא כמו מטענים חשמליים, מטענים מגנטיים שיצרו קטבים כמו מטענים חשמליים לא נמצאו בטבע.
עכשיו כמה מילים לגבי מגנטים קבועים... בתחילת המאה ה-19, החוקר הצרפתי ופיזיקאי הטבע אנדרה-מארי אמפר הציע השערה לגבי זרמים מולקולריים. לפי אמפר, תנועת האלקטרונים סביב גרעיני אטום יוצרת זרמים אלמנטריים, שבתורם יוצרים שדות מגנטיים אלמנטריים סביבם.ואם חתיכת פרומגנט ממוקמת בשדה מגנטי חיצוני, אז המגנטים המיקרוסקופיים הללו יכוונו את עצמם בשדה החיצוני וחתיכת הפרומגנט תהפוך למגנט.
חומרים בעלי ערך מגנטיזציה שיורי גבוה, כמו סגסוגת הנאודימיום-ברזל-בורון, מאפשרים היום להשיג מגנטים קבועים רבי עוצמה. מגנטים ניאודימיום לא מאבדים יותר מ-1-2% מהמגנטיות שלהם תוך 10 שנים. אבל ניתן לבטל אותם בקלות על ידי חימום לטמפרטורה של + 70 מעלות צלזיוס או יותר.
אנו מקווים שמאמר זה עזר לך לקבל מושג כללי על מהי אינדוקציה מגנטית ומאיפה היא מגיעה.