자기장이란 무엇입니까? 자기장 정의.

우리는 여전히 학교에서 자기장에 대해 기억하지만 그것이 나타내는 것은 모든 사람의 기억 속에 '불타오르는' 것이 아닙니다. 지금까지 다룬 내용을 다시 살펴보고 새롭고 유용하며 흥미로운 내용을 알려드리겠습니다.

자기장의 결정

자기장은 움직이는 전하(입자)에 영향을 미치는 힘의 장입니다. 이 역장 덕분에 물체는 서로 끌어당깁니다. 자기장에는 두 가지 유형이 있습니다.

  1. 중력 - 기본 입자 근처에서만 형성되며 이러한 입자의 특성과 구조에 따라 강도가 달라집니다.
  2. 동적, 전하가 움직이는 물체(전류 송신기, 자화 물질)에서 생성됩니다.

자기장에 대한 지정은 1845년 M. Faraday에 의해 처음 도입되었습니다. 비록 그 의미가 약간 잘못되었지만 전기적, 자기적 영향과 상호 작용이 동일한 물질장을 기반으로 수행된다고 믿었기 때문입니다. 1873년 후반에 D. Maxwell은 이러한 개념이 분리되기 시작한 양자 이론을 "제시"했으며, 이전에 파생된 힘의 장을 전자기장이라고 불렀습니다.

자기장은 어떻게 나타나는가?

다양한 물체의 자기장은 인간의 눈으로 감지되지 않으며 특수 센서만이 이를 감지할 수 있습니다. 미세한 규모로 자기장이 나타나는 원인은 자화된(하전된) 미세 입자의 움직임이며, 이는 다음과 같습니다.

  • 이온;
  • 전자;
  • 양성자.

이들의 움직임은 각 미세입자에 존재하는 스핀 자기 모멘트로 인해 발생합니다.


자기장, 어디서 찾을 수 있나요?

아무리 이상하게 들리더라도 우리 주변의 거의 모든 물체에는 자체 자기장이 있습니다. 많은 사람들의 개념에서는 자석이라고 불리는 조약돌만이 자기장을 가지고 있어 철 물체를 끌어당깁니다. 사실, 끌어당김의 힘은 모든 물체에 존재하며, 단지 덜 원자가로 나타날 뿐입니다.

또한 자기장이라고 불리는 힘의 장(force field)은 전하나 물체가 움직일 때만 나타난다는 점도 명확히 해야 합니다.


고정 전하에는 전기력장이 있습니다(이동 전하에도 존재할 수 있음). 자기장의 원인은 다음과 같습니다.

  • 영구 자석;
  • 이사비용.

자기장- 움직이는 전하 주위에 존재하는 특별한 형태의 물질 - 전류.

자기장의 근원은 영구 자석과 전류가 흐르는 도체입니다. 자기장은 자기 바늘, 전류가 흐르는 도체, 움직이는 하전 입자에 미치는 영향을 통해 감지할 수 있습니다.

자기장을 연구하기 위해 전류가 있는 폐쇄형 평면 회로(전류가 있는 프레임)가 사용됩니다.

전류가 흐르는 도체 근처에서 자침이 회전하는 현상은 1820년 외르스테드에 의해 처음 발견되었습니다. Ampere는 전류가 흐르는 도체의 상호 작용을 관찰했습니다. 도체의 전류가 한 방향으로 흐르면 도체가 끌어 당기고 도체의 전류가 반대 방향으로 흐르면 밀어냅니다.

자기장의 특성:

  • 자기장은 물질이다.
  • 소스 및 필드 표시기 – 전류;
  • 자기장은 소용돌이입니다. 자기력선(자기유도선)은 닫혀 있습니다.
  • 필드의 크기는 필드 소스로부터의 거리에 따라 감소합니다.

중요한!
자기장은 전위가 아닙니다. 닫힌 궤도에 대한 작업은 0이 아닐 수도 있습니다.

자기 상호 작용전류가 통과할 때 전기적으로 중성인 도체의 인력 또는 반발을 호출합니다.

움직이는 전하의 자기적 상호작용은 다음과 같이 설명됩니다. 모든 움직이는 전하는 움직이는 전하 입자에 작용하는 공간에 자기장을 생성합니다.

자기장 강도 특성 - 자기 유도 벡터​\(\vec(B) \) ​. 자기 유도 벡터의 계수는 전류가 흐르는 도체의 자기장에서 작용하는 힘의 최대 값과 도체의 전류 강도 ​\(I \) ​ 및 길이 ​\(의 비율과 같습니다. l \) ​:

명칭은 \(\vec(B)\)이고, SI 단위는 테슬라(T)입니다.

1T는 1A의 전류에서 도체 길이 1미터당 최대 1N의 힘이 작용하는 자기장의 유도입니다.

자기 유도 벡터 방향자침의 남극에서 북극으로 향하는 방향(자침의 북극이 나타내는 방향)과 일치하며, 자기장 내에서 자유롭게 형성된다.

자기 유도 벡터의 방향은 다음과 같이 결정될 수 있습니다. 김릿 규칙:

송곳의 병진 이동 방향이 도체의 전류 방향과 일치하면 송곳 핸들의 회전 방향은 자기 유도 벡터의 방향과 일치합니다.

여러 필드의 자기 유도를 결정하기 위해 사용됩니다. 중첩 원리:

여러 소스에 의해 생성된 결과 필드의 자기 유도는 각 소스에 의해 개별적으로 생성된 필드의 자기 유도의 벡터 합과 같습니다.

각 지점에서 자기유도 벡터의 크기와 방향이 동일한 장을 장이라 한다. 동종의.

자기장은 자기선이나 자기유도선의 형태로 시각적으로 표현됩니다. 자기유도선자기 유도 벡터가 접선 방향으로 향하는 임의의 지점에서 가상의 선입니다.

자력선의 특성:

  • 자기선은 연속적입니다.
  • 자기선은 닫혀 있습니다(즉, 자연적으로 전하와 유사한 자기 전하는 없습니다).
  • 자기선은 전류의 방향과 관련된 방향을 가지고 있습니다.

배열의 밀도를 통해 필드의 크기를 판단할 수 있습니다. 선의 밀도가 높을수록 필드가 더 강해집니다.

균일한 자기장에 전류가 흐르는 편평한 폐쇄 회로는 힘의 순간 ​\(M\) ​에 의해 작용합니다.

여기서 ​\(I \) ​ – 도체의 전류 세기, ​\(S \) ​ – 회로가 덮는 표면적, ​\(B \) ​ – 자기 유도 벡터의 크기, ​\(\alpha \) ​ – 윤곽 평면에 대한 수직선과 자기 유도 벡터 사이의 각도입니다.

그런 다음 자기 유도 벡터 모듈에 대해 다음 공식을 작성할 수 있습니다.

여기서 힘의 최대 모멘트는 각도 ​\(\alpha \) ​ = 90°에 해당합니다.

이 경우 자기 유도 선이 프레임 평면에 놓이고 평형 위치가 불안정합니다. 프레임 평면이 자기 유도 선에 수직인 경우 전류가 있는 프레임 위치가 안정적입니다.

영구자석-오랫동안 자화를 유지하는 몸체, 즉 자기장을 생성하는 몸체입니다.

자석의 주요 특성은 철이나 그 합금(예: 강철)으로 만들어진 물체를 끌어당기는 것입니다. 자석은 천연(자성 철광석으로 만들어짐)이거나 인공(자화된 철 스트립)일 수 있습니다. 자기 특성이 가장 두드러지는 자석의 영역을 극이라고 합니다. 자석에는 두 개의 극이 있습니다: 북쪽 ​\(N\) ​ 및 남쪽 ​\(S \) ​.

중요한!
자석 외부의 자기선은 북극에서 나와 남극으로 들어갑니다.

자석의 극을 분리하는 것은 불가능합니다.

영구 자석 암페어에 자기장의 존재를 설명했습니다. 그의 가설에 따르면, 자석을 구성하는 분자 내부에는 기본 전류가 순환합니다. 이러한 전류의 방향이 특정 방식으로 지정되면 해당 전류의 작용이 합산되어 신체가 자기 특성을 나타냅니다. 이러한 전류가 무작위로 위치하면 그 작용이 상호 보상되고 신체는 자기 특성을 나타내지 않습니다.

자석은 서로 상호작용합니다. 자석은 끌어당기는 것과는 달리 밀어내는 것과 같습니다.

전류가 흐르는 도체의 자기장

전류가 흐르는 도체를 통해 흐르는 전류는 주변 공간에 자기장을 생성합니다. 도체를 통과하는 전류가 클수록 주변에서 발생하는 자기장이 더 강해집니다.

이 자기장의 자력선은 전류가 흐르는 도체가 중앙에 있는 동심원에 위치합니다.

전류가 흐르는 도체 주변의 자기력선 방향은 항상 도체를 통과하는 전류의 방향과 정확하게 일치합니다.

자기력선의 방향을 결정할 수 있다 김렛 규칙에 따르면: 송곳니(1)의 병진 운동이 도체의 전류 방향(2)과 일치하는 경우 손잡이를 회전하면 도체 주위의 자기장 선(4)의 방향이 표시됩니다.

전류의 방향이 바뀌면 자기력선의 방향도 바뀐다.

도체에서 멀어질수록 자기장 선의 빈도가 줄어듭니다. 결과적으로 자기장 유도가 감소합니다.

도체의 전류 방향은 일반적으로 전류가 우리쪽으로 향하면 점으로 표시되고 전류가 우리에게서 멀어지면 십자형으로 표시됩니다.

낮은 전류에서 강한 자기장을 얻기 위해 일반적으로 전류가 흐르는 도체의 수를 늘려 일련의 권선 형태로 만듭니다. 이러한 장치를 코일이라고 합니다.

코일 형태로 구부러진 도체에서 이 도체의 모든 부분에 의해 생성된 자기장은 코일 내부에서 동일한 방향을 갖습니다. 따라서 코일 내부의 자기장의 강도는 직선 도체 주변의 자기장 강도보다 더 큽니다. 회전이 코일로 결합되면 개별 회전에 의해 생성된 자기장이 합산됩니다. 이 경우 코일 내부의 자력선 농도가 증가합니다. 즉, 코일 내부의 자기장이 강화됩니다.

코일을 통과하는 전류가 클수록, 코일에 감긴 횟수가 많을수록 코일에 의해 생성되는 자기장은 더 강해집니다. 코일 외부의 자기장도 개별 회전의 자기장으로 구성되지만 자기장 선이 너무 조밀하게 위치하지 않아 결과적으로 자기장의 강도가 코일 내부만큼 크지 않습니다.

전류가 흐르는 코일의 자기장은 직선 영구 자석의 자기장과 같은 모양을 갖습니다. 즉, 자기력선이 코일의 한쪽 끝에서 나와 다른 쪽 끝으로 들어갑니다. 그러므로 전류가 흐르는 코일은 인공 전기자석이다. 일반적으로 자기장을 강화하기 위해 강철 코어가 코일 내부에 삽입됩니다. 그러한 코일을 호출합니다. 전자석.

전류가 흐르는 코일의 자기 유도선의 방향은 다음과 같이 구합니다. 오른손 법칙:

네 손가락이 차례로 전류의 방향을 나타내도록 오른손 손바닥으로 전류 코일을 정신적으로 꽉 쥐면 엄지 손가락이 자기 유도 벡터의 방향을 나타냅니다.

회전이나 ​​코일에 의해 생성된 자기력선의 방향을 결정하려면 다음을 사용할 수도 있습니다. 김릿 규칙:

코일이나 코일의 전류 방향으로 김렛의 핸들을 회전시키면 김렛의 병진 이동이 자기 유도 벡터의 방향을 나타냅니다.

전자석은 기술 분야에서 매우 광범위하게 적용되었습니다. 전자석의 극성(자기장의 방향)은 오른손 법칙을 사용하여 결정할 수도 있습니다.

암페어 전력

암페어 전력– 자기장에 있는 전류가 흐르는 도체에 작용하는 힘.

앙페르의 법칙:유도 ​\(\vec(B) \) ​에 의해 길이 ​\(l \) ​의 전류 ​\(I \) ​를 갖는 도체는 다음과 같은 힘에 의해 작용합니다. 모듈러스는 다음과 같습니다:

여기서 ​\(\alpha \) ​는 전류가 흐르는 도체와 자기 유도 벡터 ​\(\vec(B) \) ​ 사이의 각도입니다.

암페어 힘의 방향이 결정됩니다. 왼손 법칙에 따르면: 도체에 수직인 자기 유도 벡터 ​\(B_\perp\)의 성분이 손바닥에 들어가도록 왼손 손바닥을 위치시키고 확장된 네 개의 손가락이 도체의 전류 방향을 나타내는 경우 엄지손가락을 90° 구부리면 암페어 힘의 방향이 표시됩니다.

앙페르의 힘은 중심이 아닙니다. 자기 유도 선에 수직으로 향합니다.

암페어 전력이 널리 사용됩니다. 기술 장치에서는 전류가 흐르는 도체를 사용하여 자기장이 생성됩니다. 전자석은 전기 회로, 자기 크레인, 컴퓨터 하드 드라이브, VCR 녹화 헤드, TV 브라운관 및 컴퓨터 모니터를 원격으로 끄기 위한 전기 기계 릴레이에 사용됩니다. 전기 모터는 일상 생활, 운송 및 산업 분야에서 널리 사용됩니다. 전자석과 영구자석장의 상호작용을 통해 전기 측정 장비(전류계, 전압계)를 만들 수 있었습니다.

전기 모터의 가장 간단한 모델은 영구 자석의 자기장에 배치된 전류 전달 프레임입니다. 실제 전동기에는 영구자석 대신 전자석을 사용하고, 프레임 대신 전선의 감은 횟수가 많은 권선을 사용한다.

전기 모터 효율:

여기서 ​\(N\) ​은 엔진에 의해 발생된 기계적 동력입니다.

전기 모터의 효율은 매우 높습니다.

전류가 흐르는 도체에 대한 자기장의 작용에 관한 문제를 해결하기 위한 알고리즘:

  • 전류와 자기력선의 방향이 있는 도체나 회로를 나타내는 개략도를 만듭니다.
  • 필드 방향과 개별 윤곽 요소 사이의 각도를 표시합니다.
  • 왼손 법칙을 사용하여 전류가 흐르는 도체 또는 회로의 각 요소에 작용하는 암페어 힘의 방향을 결정하고 이러한 힘을 그림에 표시합니다.
  • 도체 또는 회로에 작용하는 다른 모든 힘을 나타냅니다.
  • 문제에서 언급된 나머지 힘에 대한 공식을 적어보세요. 힘이 의존하는 양으로 힘을 표현합니다. 도체가 평형 상태에 있으면 평형 상태를 기록해야 합니다(힘의 합과 힘의 모멘트가 0임).
  • 벡터 형식과 투영법으로 뉴턴의 제2법칙을 적습니다.
  • 해결책을 확인하세요.

로렌츠 힘

로렌츠 힘– 자기장으로부터 움직이는 하전 입자에 작용하는 힘.

로렌츠 힘을 찾는 공식:

여기서 ​\(q \) ​ – 입자 전하, ​\(v \) ​ – 입자 속도, ​\(B \) ​ – 자기 유도 벡터의 크기, ​\(\alpha \) ​ – 입자 사이의 각도 입자 속도 벡터와 자기 유도 벡터.

로렌츠 힘의 방향이 결정됩니다. 왼손 법칙에 따르면: 도체에 수직인 자기 유도 벡터 ​\(B_\perp\)의 성분이 손바닥으로 들어가도록 왼손 손바닥을 위치시키고, 뻗은 네 개의 손가락이 양전하 입자의 속도 방향을 나타내는 경우 , 엄지손가락을 90° 구부리면 로렌츠 힘의 방향이 표시됩니다.

입자의 전하가 음수이면 힘의 방향이 반대가 됩니다.

중요한!
속도 벡터가 자기 유도 벡터와 같은 방향으로 지정되면 입자는 균일하고 직선으로 움직입니다.

균일한 자기장에서 로렌츠 힘은 입자의 궤적을 구부립니다.

속도 벡터가 자기 유도 벡터에 수직이면 입자는 반경이 다음과 같은 원에서 이동합니다.

여기서 ​\(m \) ​는 입자의 질량, ​\(v \) ​는 입자의 속도, ​\(B \) ​는 자기 유도 벡터의 크기, ​\(q \ ) ​는 입자의 전하이다.

이 경우 로렌츠 힘은 구심력의 역할을 하며 그 일은 0이다. 입자의 회전 주기(주파수)는 원의 반경과 입자의 속도에 의존하지 않습니다. 입자의 회전 주기를 계산하는 공식:

하전입자의 각속도:

중요한!
로렌츠 힘은 입자의 운동 에너지와 속도 계수를 변경하지 않습니다. 로렌츠 힘의 영향으로 입자 속도의 방향이 변경됩니다..

속도 벡터가 각도 ​\(\alpha \) ​ (0°)를 향하는 경우< \(\alpha \) < 90°) к вектору магнитной индукции, то частица движется по винтовой линии.

이 경우 입자 속도 벡터는 두 개의 속도 벡터의 합으로 표현될 수 있으며, 그 중 하나인 ​\(\vec(v)_2 \) 는 벡터 \(\vec(B) \)와 평행합니다. , 다른 하나는 \(\vec (v)_1 \) , –에 수직입니다. 벡터 \(\vec(v)_1 \)는 크기나 방향이 변하지 않습니다. 벡터 \(\vec(v)_2\)의 방향이 변경됩니다. 로렌츠 힘은 속도 벡터 \(\vec(v)_1\) 에 수직으로 움직이는 입자에 가속도를 부여합니다. 입자가 원을 그리며 움직일 것입니다. 원 안의 입자의 회전 주기는 ​\(T\) ​입니다.

따라서 유도선을 따른 등속 운동은 벡터 \(\vec(B)\) 에 수직인 평면의 원 운동과 중첩됩니다. 입자는 ​\(h=v_2T \) ​단계로 나선형 선을 따라 이동합니다.

중요한!
입자가 전기장과 자기장에서 움직이는 경우 총 로렌츠 힘은 다음과 같습니다.

자기장에서 하전 입자의 이동 특성은 질량 분석기-하전 입자의 질량을 측정하는 장치에 사용됩니다. 입자 가속기; Tokamak 설비의 플라즈마 단열용.

하전입자의 자기장(및 전기) 작용에 관한 문제를 해결하기 위한 알고리즘:

  • 그림을 그리고 자기장(전기장) 선을 표시하고 입자의 초기 속도 벡터를 그리고 전하의 부호를 기록합니다.
  • 하전입자에 작용하는 힘을 묘사합니다.
  • 입자 궤적의 유형을 결정합니다.
  • 자기장의 방향을 따라 그리고 자기장의 수직 방향으로 하전 입자에 작용하는 힘을 확장합니다.
  • 각 힘 분포 방향에 대한 재료 점의 동역학에 대한 기본 방정식을 작성합니다.
  • 힘이 의존하는 양을 통해 힘을 표현합니다.
  • 알려지지 않은 양에 대한 결과 방정식 시스템을 푼다.
  • 해결책을 확인하세요.

"자기장"섹션의 기본 공식

"자기장"이라는 용어는 일반적으로 자기 상호 작용의 힘이 나타나는 특정 에너지 공간을 의미합니다. 영향은 다음과 같습니다.

    개별 물질: 상태에 관계없이 페리자성체(금속 - 주로 주철, 철 및 그 합금) 및 페라이트 등급;

    전기 요금을 이동합니다.

전자 또는 기타 입자의 전체 자기 모멘트를 갖는 물리적 몸체를 호출합니다. 영구 자석. 그들의 상호 작용은 그림에 표시됩니다 자력선.


철가루가 균일하게 깔린 판지 시트 뒷면에 영구 자석을 가져온 후 형성되었습니다. 그림은 방향을 기준으로 필드 라인의 방향과 함께 북극(N) 및 남극(S) 극의 명확한 표시를 보여줍니다. 즉, 북극에서 나가고 남쪽으로 들어가는 것입니다.

자기장은 어떻게 생성됩니까?

자기장의 소스는 다음과 같습니다.

    영구 자석;

    이사 비용;

    시간에 따라 변하는 전기장.


모든 유치원 어린이는 영구 자석의 작용에 익숙합니다. 결국 그는 이미 모든 종류의 진미가 담긴 패키지에서 가져온 냉장고에 자석 그림을 조각해야했습니다.

움직이는 전하는 일반적으로 보다 훨씬 더 큰 자기장 에너지를 갖습니다. 그것은 또한 힘의 선에 의해 지정됩니다. 전류 I를 갖는 직선 도체를 그리는 규칙을 살펴보겠습니다.


자기장선은 전류의 이동에 수직인 평면에 그려져 각 지점에서 자기 바늘의 북극에 작용하는 힘이 이 선에 접선 방향으로 향하게 됩니다. 이는 움직이는 전하 주위에 동심원을 만듭니다.

이러한 힘의 방향은 오른쪽으로 나사를 감는 나사 또는 송곳의 잘 알려진 규칙에 의해 결정됩니다.

김렛 규칙


김렛을 현재 벡터와 동축으로 배치하고 김렛의 병진 이동이 방향과 일치하도록 핸들을 회전시키는 것이 필요합니다. 그런 다음 핸들을 회전하면 자기장 선의 방향이 표시됩니다.

링 도체에서 핸들의 회전 운동은 전류의 방향과 일치하고 병진 운동은 유도 방향을 나타냅니다.


자기력선은 항상 북극을 떠나 남극으로 들어갑니다. 자석 내부에 계속 남아 있으며 결코 열리지 않습니다.

자기장의 상호 작용 규칙

서로 다른 소스의 자기장이 서로 더해져서 결과적인 자기장을 형성합니다.


이 경우 반대극(N-S)을 갖는 자석은 서로 끌어당기고, 같은 극(N-N, S-S)을 갖는 자석은 밀어냅니다. 극 사이의 상호 작용력은 극 사이의 거리에 따라 달라집니다. 극이 더 가까울수록 생성되는 힘은 더 커집니다.

자기장의 기본 특성

여기에는 다음이 포함됩니다.

    자기 유도 벡터(B);

    자속(F);

    자속 결합(Ψ).

전계 충격의 강도 또는 강도는 값으로 추정됩니다. 자기 유도 벡터. 이는 길이 "l"의 도체를 통과하는 전류 "I"에 의해 생성된 힘 "F"의 값에 의해 결정됩니다. В =F/(I·l)

SI 시스템에서 자기 유도 측정 단위는 Tesla입니다(이러한 현상을 연구하고 수학적 방법을 사용하여 기술한 물리학자를 기념하여). 러시아 기술 문헌에서는 "Tl"로 지정되어 있으며 국제 문서에서는 "T" 기호가 채택됩니다.

1T는 1암페어의 전류가 이 도체를 통과할 때 자기장의 방향에 수직인 직선 도체의 길이 1m당 1뉴턴의 힘으로 작용하는 균일한 자속의 유도입니다.

1T=1∙N/(A∙m)

벡터 B의 방향은 다음과 같이 결정됩니다. 왼손 법칙.


북극의 힘선이 손바닥에 직각으로 들어가도록 왼손 손바닥을 자기장에 놓고 네 손가락을 도체의 전류 방향으로 놓으면 튀어 나온 엄지 손가락이 이 도체에 작용하는 힘의 방향을 표시하시오.

전류가 흐르는 도체가 자력선과 직각으로 위치하지 않는 경우, 이에 작용하는 힘은 흐르는 전류의 크기와 도체 길이의 투영 구성 요소에 비례합니다. 수직 방향에 위치한 평면에 전류가 흐릅니다.

전류에 작용하는 힘은 도체를 만드는 재료와 단면적에 의존하지 않습니다. 이 도체가 전혀 존재하지 않고 이동 전하가 자극 사이의 다른 매체에서 이동하기 시작하더라도 이 힘은 어떤 식으로든 변하지 않습니다.

모든 지점의 자기장 내부에서 벡터 B의 방향과 크기가 동일한 경우 해당 자기장은 균일한 것으로 간주됩니다.

가 있는 모든 환경은 유도 벡터 B의 값에 영향을 미칩니다.

자속(F)

특정 영역 S를 통한 자기 유도의 통과를 고려하면 한계에 의해 제한되는 유도를 자속이라고 합니다.


영역이 자기 유도 방향에 대해 어떤 각도 α만큼 기울어지면 자속은 영역의 경사각의 코사인만큼 감소합니다. 영역이 관통 유도에 수직일 때 최대값이 생성됩니다. Ф=В·S

자속 측정 단위는 1웨버이며, 이는 1평방미터의 면적을 통해 1테슬라의 유도 통과로 정의됩니다.

플럭스 결합

이 용어는 자석의 극 사이에 위치한 특정 수의 전류 운반 도체에서 생성된 자속의 총량을 얻는 데 사용됩니다.

동일한 전류 I가 감은 횟수 n으로 코일 권선을 통과하는 경우 모든 감은 총(연결된) 자속을 쇄교자속 Ψ라고 합니다.


Ψ=n·Ф . 자속결합의 단위는 1웨버이다.

교류 전기로 인해 자기장이 어떻게 형성됩니까?

전하 및 자기 모멘트가 있는 물체와 상호 작용하는 전자기장은 두 가지 필드의 조합입니다.

    전기 같은;

    자기.

그것들은 서로 연결되어 있고, 서로의 조합을 나타내며, 시간이 지남에 따라 하나가 변경되면 다른 하나에도 특정 편차가 발생합니다. 예를 들어, 3상 발전기에 교류 정현파 전기장이 생성되면 유사한 교류 고조파 특성을 갖는 동일한 자기장이 동시에 형성됩니다.

물질의 자기적 성질

외부 자기장과의 상호 작용과 관련하여 물질은 다음과 같이 나뉩니다.

    반강자성체균형 잡힌 자기 모멘트로 인해 신체의 매우 낮은 자화가 생성됩니다.

    외부 자기장에 대항하여 내부 자기장을 자화시키는 특성을 지닌 반자성체. 외부 필드가 없으면 자기 특성이 나타나지 않습니다.

    낮은 정도를 갖는 외부 자기장의 방향으로 내부 자기장의 자화 특성을 갖는 상자성 물질;

    퀴리점 이하의 온도에서 외부 장을 가하지 않고도 자기 특성을 갖는 강자성체;

    크기와 방향이 불균형한 자기 모멘트를 갖는 페리자성체.

물질의 이러한 모든 특성은 현대 기술에서 다양한 응용을 발견했습니다.

자기 회로

모든 변압기, 인덕터, 전기 기계 및 기타 여러 장치는 이를 기반으로 작동합니다.

예를 들어, 작동하는 전자석에서 자속은 강자성 강철과 뚜렷한 비강자성 특성을 갖는 공기로 만들어진 자기 코어를 통과합니다. 이들 요소의 조합은 자기 회로를 구성합니다.

대부분의 전기 장치에는 설계에 자기 회로가 있습니다. 이 기사에서 이에 대해 자세히 알아보십시오.

자기장의 특성을 이해하려면 많은 현상을 정의해야 합니다. 동시에 그것이 어떻게, 왜 나타나는지 미리 기억해야 합니다. 역장이 무엇인지 알아보세요. 그러한 자기장은 자석에서만 발생할 수 있는 것이 아니라는 것이 중요합니다. 이와 관련하여 지구 자기장의 특성을 언급하는 것은 나쁠 것이 없습니다.

분야의 출현

먼저 우리는 현장의 출현을 설명해야 합니다. 그러면 자기장과 그 특성을 설명할 수 있습니다. 하전 입자가 움직이는 동안 나타납니다. 특히 라이브 지휘자에게 영향을 미칠 수 있습니다. 자기장과 이동 전하 또는 전류가 흐르는 도체 사이의 상호 작용은 전자기라고 불리는 힘으로 인해 발생합니다.

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

필드의 그래픽 표현

자기장과 그 특성은 유도선을 이용하여 그래픽 형태로 표현할 수 있습니다. 이 정의는 임의의 지점에서의 접선이 자기 유도 벡터의 방향과 일치하는 선을 나타냅니다.

이 선은 자기장의 특성에 포함되며 방향과 강도를 결정하는 데 사용됩니다. 자기장의 강도가 높을수록 이러한 선이 더 많이 그려집니다.

자기선이란 무엇입니까?

전류가 흐르는 직선 도체의 자기선은 동심원 모양을 가지며 그 중심은 주어진 도체의 축에 위치합니다. 전류가 흐르는 도체 근처의 자력선 방향은 김렛 규칙에 의해 결정됩니다. 이는 다음과 같습니다. 전류 방향으로 도체에 나사로 고정되도록 김렛을 배치하면 핸들의 회전 방향이 일치합니다. 자기선 방향으로.

전류가 흐르는 코일에서는 자기장의 방향도 김렛 법칙에 의해 결정됩니다. 솔레노이드 회전에서 전류 방향으로 핸들을 회전시키는 것도 필요합니다. 자기 유도선의 방향은 송곳의 병진 이동 방향과 일치합니다.

이것이 자기장의 주요 특성이다.

동일한 조건에서 단일 전류에 의해 생성된 필드는 이러한 물질의 자기 특성이 다르기 때문에 매체에 따라 강도가 달라집니다. 매체의 자기 특성은 절대 투자율을 특징으로 합니다. 미터당 헨리(g/m) 단위로 측정됩니다.

자기장의 특성에는 자기 상수라고 불리는 진공의 절대 투자율이 포함됩니다. 매질의 절대 투자율이 상수와 몇 배나 달라지는지 결정하는 값을 상대 투자율이라고 합니다.

물질의 자기 투자율

이것은 무차원 수량입니다. 투자율 값이 1보다 작은 물질을 반자성이라고 합니다. 이러한 물질에서는 자기장이 진공 상태보다 약합니다. 이러한 특성은 수소, 물, 석영, 은 등에 존재합니다.

투자율이 1을 초과하는 매체를 상자성이라고 합니다. 이러한 물질에서는 자기장이 진공 상태보다 더 강합니다. 이러한 환경과 물질에는 공기, 알루미늄, 산소 및 백금이 포함됩니다.

상자성 및 반자성 물질의 경우 투자율 값은 외부 자화장의 전압에 의존하지 않습니다. 이는 특정 물질의 양이 일정하다는 것을 의미합니다.

특수 그룹에는 강자성체가 포함됩니다. 이러한 물질의 경우 투자율은 수천 이상에 도달합니다. 자성을 띠고 자기장을 강화하는 성질을 갖고 있는 이들 물질은 전기공학에서 널리 사용된다.

전계 강도

자기장의 특성을 결정하기 위해 자기 유도 벡터와 함께 자기장 강도라는 값을 사용할 수 있습니다. 이 항은 외부 자기장의 강도를 결정합니다. 모든 방향에서 동일한 특성을 갖는 매체의 자기장의 방향, 강도 벡터는 자기장 지점의 자기 유도 벡터와 일치합니다.

강자성체의 강한 자기 특성은 작은 자석의 형태로 표현될 수 있는 임의로 자화된 작은 부품의 존재로 설명됩니다.

자기장이 없으면 강자성 물질은 뚜렷한 자기 특성을 갖지 않을 수 있습니다. 도메인의 필드가 서로 다른 방향을 얻고 전체 자기장이 0이기 때문입니다.

자기장의 주요 특성에 따르면, 강자성체가 외부 자기장, 예를 들어 전류가 흐르는 코일에 배치되면 외부 자기장의 영향으로 도메인이 외부 자기장의 방향으로 회전합니다. 더욱이 코일의 자기장이 증가하고 자기 유도가 증가합니다. 외부 자기장이 충분히 약하면 모든 영역의 일부만 뒤집어지며 그 자기장은 외부 자기장의 방향에 가깝습니다. 외부 자기장의 세기가 증가할수록 회전하는 영역의 수가 증가하고, 외부 자기장 전압의 특정 값에서 거의 모든 부분이 회전하여 자기장이 외부 자기장의 방향으로 위치하게 됩니다. 이 상태를 자기 포화라고 합니다.

자기유도와 장력의 관계

강자성체의 자기유도와 외부 자기장의 세기 사이의 관계는 자화곡선이라는 그래프를 사용하여 묘사할 수 있습니다. 곡선 그래프가 구부러지는 지점에서는 자기유도 증가율이 감소합니다. 굽힌 후 장력이 일정 값에 도달하면 포화가 발생하고 곡선이 약간 상승하여 점차 직선 형태를 취합니다. 이 영역에서는 유도가 여전히 증가하고 있지만 외부 전계 강도의 증가로 인해 다소 천천히 증가하고 있습니다.

표시기 데이터의 그래픽 의존성은 직접적이지 않습니다. 즉, 해당 비율이 일정하지 않으며 재료의 투자율이 일정한 표시기가 아니라 외부 필드에 따라 달라집니다.

재료의 자기 특성 변화

전류 강도를 강자성 코어가 있는 코일에서 완전히 포화될 때까지 증가시킨 다음 감소시키면 자화 곡선은 감자 곡선과 일치하지 않습니다. 강도가 0이면 자기 유도는 동일한 값을 갖지 않지만 잔류 자기 유도라는 특정 지표를 얻습니다. 자기 유도가 자화력보다 뒤처지는 상황을 히스테리시스라고 합니다.

코일의 강자성 코어를 완전히 자기화하려면 역전류를 흘려 필요한 전압을 생성해야 합니다. 다른 강자성 물질에는 다른 길이의 조각이 필요합니다. 크기가 클수록 감자에 필요한 에너지의 양이 늘어납니다. 재료의 완전한 감자가 발생하는 값을 보자력이라고 합니다.

코일의 전류가 더 증가하면 유도는 다시 포화 상태로 증가하지만 자력선의 방향은 달라집니다. 반대 방향으로 자기를 제거하면 잔류 유도가 얻어집니다. 잔류 자성 현상은 잔류 자성 지수가 높은 물질로 영구 자석을 만들 때 사용됩니다. 전기 기계 및 장치의 코어는 재자화 능력이 있는 물질로 만들어집니다.

왼손 법칙

전류가 흐르는 도체에 영향을 미치는 힘의 방향은 왼손 법칙에 따라 결정됩니다. 즉, 처녀 손바닥을 자기선이 들어가도록 위치시키고 네 손가락을 전류 방향으로 뻗었을 때입니다. 도체에서는 구부러진 엄지 손가락이 힘의 방향을 나타냅니다. 이 힘은 유도 벡터 및 전류에 수직입니다.

자기장 내에서 움직이는 전류 운반 도체는 전기 에너지를 기계 에너지로 바꾸는 전기 모터의 프로토타입으로 간주됩니다.

오른손 법칙

도체가 자기장 내에서 움직일 때 기전력이 그 내부에 유도되며, 이는 자기 유도, 관련된 도체의 길이 및 이동 속도에 비례하는 값을 갖습니다. 이러한 의존성을 전자기 유도라고 합니다. 도체에서 유도 된 EMF의 방향을 결정할 때 오른손의 규칙이 사용됩니다. 오른손이 왼쪽 예와 같은 위치에 있으면 자기선이 손바닥에 들어가고 엄지 손가락이 나타납니다. 도체의 이동 방향, 확장된 손가락은 유도된 EMF의 방향을 나타냅니다. 외부 기계적 힘의 영향을 받아 자속 속에서 움직이는 도체는 기계적 에너지가 전기 에너지로 변환되는 발전기의 가장 간단한 예입니다.

이는 다르게 공식화될 수 있습니다. 즉, 폐루프에서 EMF가 유도됩니다. 이 루프에 포함된 자속의 변화에 ​​따라 루프의 EMF는 이 루프에 적용되는 자속의 변화율과 수치적으로 동일합니다.

이 양식은 평균 EMF 표시기를 제공하고 자속이 아닌 변화율에 대한 EMF의 의존성을 나타냅니다.

렌츠의 법칙

또한 렌츠의 법칙을 기억해야 합니다. 회로를 통과하는 자기장이 변할 때 유도되는 전류는 자기장이 이러한 변화를 방지합니다. 코일의 회전이 서로 다른 크기의 자속으로 침투되면 전체 코일에 유도된 EMF는 서로 다른 회전의 EDE의 합과 같습니다. 코일의 서로 다른 회전에 따른 자속의 합을 자속쇄교라고 합니다. 이 양과 자속의 측정 단위는 Weber입니다.

회로의 전류가 변하면 생성되는 자속도 변합니다. 이 경우 전자기 유도 법칙에 따라 도체 내부에 EMF가 유도됩니다. 이는 도체의 전류 변화와 관련하여 나타나므로 이 현상을 자기 유도라고 하며, 도체에 유도된 EMF를 자기 유도 EMF라고 합니다.

쇄교자속과 자속은 전류강도뿐 아니라 주어진 도체의 크기와 모양, 주변 물질의 투자율에도 영향을 받습니다.

도체 인덕턴스

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

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

자기장이 무엇인지 함께 이해합시다. 결국 많은 사람들이 평생 이 분야에 살면서 그것에 대해 생각조차 하지 않습니다. 이제 문제를 해결할 시간입니다!

자기장

자기장- 특별한 유형의 물질. 이는 자체 자기 모멘트(영구 자석)를 갖는 전하 및 물체를 움직이는 작용에서 나타납니다.

중요: 자기장은 고정 전하에 영향을 미치지 않습니다! 자기장은 또한 전하의 이동, 시간에 따라 변하는 전기장, 원자 내 전자의 자기 모멘트에 의해 생성됩니다. 즉, 전류가 흐르는 모든 전선도 자석이 됩니다!

자체 자기장을 갖고 있는 신체입니다.

자석에는 북쪽과 남쪽이라는 극이 있습니다. "북쪽"과 "남쪽"이라는 명칭은 단지 편의를 위해 주어진 것입니다(전기의 "플러스"와 "마이너스"처럼).

자기장은 다음과 같이 표현된다. 자기 전력선. 힘의 선은 연속적이고 닫혀 있으며 그 방향은 항상 현장 힘의 작용 방향과 일치합니다. 금속 부스러기가 영구 자석 주위에 흩어져 있으면 금속 입자는 북극에서 나와 남극으로 들어가는 자기장 선의 선명한 그림을 보여줍니다. 자기장의 그래픽 특성 - 힘의 선.

자기장의 특성

자기장의 주요 특징은 다음과 같습니다. 자기 유도, 자속그리고 투자율. 하지만 모든 것을 순서대로 이야기합시다.

모든 측정 단위가 시스템에 제공된다는 점을 즉시 알아두겠습니다. 시.

자기 유도 비 – 자기장의 주요 힘 특성인 벡터 물리량. 문자로 표시 비 . 자기 유도 측정 단위 – 테슬라(T).

자기 유도는 전하에 가하는 힘을 결정하여 자기장이 얼마나 강한지를 보여줍니다. 이 힘을 로렌츠 힘.

여기 큐 - 요금, V - 자기장에서의 속도, 비 - 유도, 에프 - 필드가 전하에 작용하는 로렌츠 힘.

에프– 회로 면적과 유도 벡터와 자속이 통과하는 회로 평면의 법선 사이의 코사인에 의한 자기 유도의 곱과 동일한 물리량. 자속은 자기장의 스칼라 특성입니다.

자속은 단위 면적을 관통하는 자기 유도선의 수를 특징으로한다고 말할 수 있습니다. 자속은 다음과 같이 측정됩니다. 베베라흐(Wb).

자기 투자율– 매체의 자기 특성을 결정하는 계수. 자기장의 자기 유도가 좌우되는 매개변수 중 하나는 투자율입니다.

우리 행성은 수십억 년 동안 거대한 자석이었습니다. 지구 자기장의 유도는 좌표에 따라 달라집니다. 적도에서는 대략 3.1 곱하기 10의 테슬라 마이너스 5제곱입니다. 또한 자기장의 값과 방향이 주변 지역과 크게 다른 자기 이상이 있습니다. 지구상에서 가장 큰 자기 이상 현상 중 일부 - 쿠르스크그리고 브라질 자기 이상 현상.

지구 자기장의 기원은 아직도 과학자들에게 미스터리로 남아 있습니다. 자기장의 근원은 지구의 액체 금속 핵이라고 가정됩니다. 코어가 움직인다는 것은 용융된 철-니켈 합금이 움직이는 것을 의미하며, 하전입자의 움직임이 자기장을 생성하는 전류이다. 문제는 이 이론이 ( 지구다이나모) 필드가 안정적으로 유지되는 방법을 설명하지 않습니다.

지구는 거대한 자기 쌍극자이다.자극은 가깝지만 지리적 자극과 일치하지 않습니다. 더욱이 지구의 자극은 움직입니다. 그들의 이동은 1885년부터 기록되었습니다. 예를 들어, 지난 100년 동안 남반구의 자극은 거의 900km 이동하여 현재 남빙양에 위치합니다. 북극 반구의 극은 북극해를 거쳐 동시베리아 자기 이상 현상으로 이동하고 있으며, 이동 속도(2004년 데이터 기준)는 연간 약 60km였습니다. 이제 극의 움직임이 가속화됩니다. 평균적으로 속도는 연간 3km 씩 증가합니다.

지구 자기장은 우리에게 어떤 의미가 있나요?우선, 지구 자기장은 우주선과 태양풍으로부터 지구를 보호합니다. 깊은 우주에서 온 대전 입자는 땅에 직접 떨어지지 않고 거대한 자석에 의해 편향되어 자력선을 따라 움직입니다. 따라서 모든 생명체는 유해한 방사선으로부터 보호됩니다.

지구 역사 동안 여러 가지 사건이 일어났습니다. 반전(변화) 자극의. 극 반전- 장소를 바꿀 때입니다. 이 현상이 마지막으로 발생한 것은 약 80만 년 전이었고 지구 역사상 총 400회 이상의 지자기 반전이 있었습니다. 일부 과학자들은 관찰된 자극 움직임의 가속을 고려할 때 다음 극이 다음 극이 될 것이라고 믿습니다. 역전은 앞으로 2,000년 후에 예상됩니다.

다행히도 우리 세기에는 극 변화가 아직 예상되지 않습니다. 이는 자기장의 기본 특성과 특성을 고려하여 지구의 좋은 옛 상수장에서 즐거운 생각을 하고 삶을 즐길 수 있다는 것을 의미합니다. 그리고 당신이 이것을 할 수 있도록, 당신이 자신있게 교육 문제의 일부를 자신있게 맡길 수있는 우리 저자가 있습니다! 링크를 사용하여 주문할 수 있는 기타 유형의 작업도 있습니다.



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