Forza del campo magnetico, sue caratteristiche di base. Esempi di compiti

Probabilmente, tutti abbiamo affrontato nell'infanzia le meravigliose proprietà dei normali magneti. Un piccolo pezzo di metallo attirava alcuni pezzi di ferro a sé stesso e respingeva gli altri. Le straordinarie proprietà del magnete non si limitano a questo. Ad esempio, un magnete sospeso da una corda si trova sempre nello spazio in un certo modo - questa proprietà ha costituito la base dell'invenzione della bussola. I punti finali del magnete sono i più forti. Sono chiamati "poli". Le proprietà specifiche di un magnete sono dovute ai suoi campi magnetici, che non sono una sostanza, ma si comportano in modo molto tangibile. Una delle caratteristiche più importanti è la forza del campo magnetico.

Caratteristiche del campo magnetico

Qualsiasi campo magnetico ha energia che si manifesta quando interagisce con altri corpi. Sotto l'influenza di forze magnetiche, le particelle in movimento cambiano la direzione del loro flusso. Il campo magnetico appare solo attorno a quelli cariche elettriche che sono in movimento. Qualsiasi cambiamento nel campo elettrico comporta la comparsa di campi magnetici. Il contrario è anche vero: un cambiamento nel campo magnetico è un prerequisito per l'aspetto di uno elettrico. Tale stretta interazione ha portato alla creazione della teoria delle forze elettromagnetiche, con l'aiuto di cui oggi vengono spiegati con successo vari fenomeni fisici.

Immagine del campo magnetico

Il campo magnetico può essere disegnato su un foglio di carta con l'aiuto di linee di forza. Sono disegnati in modo tale che la direzione reale delle forze di campo in ciascun punto coincida con quelle disegnate. Le direzioni dei campi di forza possono essere determinate con un ago della bussola, il cui polo nord è sempre diretto tangenzialmente alla linea di forza. Il polo nord è solitamente indicato dal punto in cui provengono le linee del campo magnetico e dal polo sud dal punto in cui entrano. Va ricordato che questa separazione è molto condizionale e viene presa in considerazione solo per la sua chiarezza.

Cos'è l'intensità magnetica

I depositi di ferro allineati lungo i campi magnetici dimostrano che il campo magnetico ha due importanti indicatori: magnitudine e direzione. In qualsiasi punto dello spazio, il campo magnetico si propaga ad una velocità pari alla velocità della luce nel vuoto - 300.000 chilometri al secondo. Per definire le caratteristiche del campo magnetico, gli scienziati hanno introdotto il valore di "intensità". Questa è una quantità vettoriale che indica la direzione del campo magnetico e il numero delle sue linee di forza. Secondo le sue caratteristiche, il campo magnetico è simile al concetto di "forza" nella meccanica. Questo indicatore non dipende dai parametri dell'ambiente in cui vengono eseguiti gli esperimenti, ma solo dalla forza del flusso magnetico e dalla distanza dalla sorgente che produce il campo. In vari casi, una tale sorgente può essere un singolo magnete, una bobina magnetica, un filo elettrico. In ognuno di questi casi, un campo magnetico si presenta con determinate caratteristiche.

Forza del campo elettromagnetico negli esperimenti

Considera un singolo filo che si muove corrente elettrica. Quando questo filo si muove attorno ad esso, sorge un campo magnetico. Le sue caratteristiche possono essere espresse in termini di intensità, che è determinata dalla misura dell'effetto del campo magnetico sul corpo in esame.

Puoi esplorare il campo magnetico all'interno della bobina. In questo caso, l'intensità dipenderà direttamente dal numero di spire della bobina e dalla distanza tra esso e il corpo in esame. Combinando queste due conclusioni, possiamo riassumere: il campo magnetico in qualsiasi punto dello spazio è inversamente proporzionale alla lunghezza della linea magnetica e direttamente proporzionale al prodotto del numero di spire della bobina e della corrente.

Induzione magnetica

La determinazione della forza del campo magnetico sarebbe incompleta senza il concetto di "induzione magnetica". Questo valore spiega che tipo di lavoro può fare un determinato campo magnetico. Più forte è il campo magnetico, più lavoro può produrre, maggiore è il valore della sua induzione magnetica.

In fisica, l'induzione magnetica è denotata da. Può essere rappresentato visivamente sotto forma di densità di linee di campo magnetico per unità di superficie, che è perpendicolare al campo magnetico misurato. attualmente, induzione magnetica misurato in teslah.

Flusso magnetico

Un altro valore, che caratterizza capacitivamente il campo magnetico. Il flusso magnetico determina quante linee di forza permeano una certa unità di area. In un campo magnetico uniforme, il valore del flusso magnetico sarà calcolato dalla formula:

F = Ḇ / S, dove:

Ф - flusso magnetico;

Ḇ - valore dell'induzione magnetica;

S è l'area attraverso la quale passano le linee del campo magnetico.

Nel sistema di unità SI, il flusso magnetico viene misurato in Weber.

Formula di tensione

Il significato fisico di questa quantità può essere espresso dalla formula: H = I × ω / L, dove:

H è la forza del campo magnetico;

L è la distanza tra il corpo e la fonte del campo magnetico;

ω è il numero di giri della bobina;

I è la corrente nel circuito elettrico.

Da questa equazione, possiamo concludere che l'intensità è misurata in [A / m], perché le spire nella bobina sono una quantità.

Forza di magnetizzazione

Il prodotto H × I in questa formula non è altro che un'analogia della tensione del campo elettrico. Se questo parametro viene applicato all'intera lunghezza della linea di induzione magnetica, il prodotto risultante sarà chiamato forza di magnetizzazione (ns). Questa grandezza fisica è misurata in ampere, ma gli esperti preferiscono il termine "ampere-turn", sottolineando la diretta dipendenza della forza dal numero di giri della bobina.

Regola del Gimlet

Per determinare la direzione del campo magnetico della bobina o del filo, gli esperti applicano la regola del succhiello. Se il movimento di "torsione" di un succhiello immaginario è parallelo alla direzione della corrente nel circuito, allora la "presa" del succhiello mostra come le linee del campo magnetico saranno localizzate.

Esempi di determinazione del campo magnetico

Esempio 1. C'è una bobina con il numero di giri 100 e con una lunghezza di 10 cm È necessario fornire il valore specificato dell'intensità del campo magnetico in 5000 A / m. Qual è la forza della corrente che scorre attraverso la bobina?

Soluzione: secondo la definizione, la forza di magnetizzazione della bobina è H = I × ω / L. E il prodotto H × I dà una forza di magnetizzazione. Da qui puoi ricavare il valore della forza attuale, che è pari a: 5000 A / m * 0.1m = forza attuale * numero di giri. Risolvendo una semplice proporzione, scopriamo che la forza attuale in questo problema dovrebbe essere pari a 5A.

Esempio 2. Nella bobina 2000 giri, attraverso di essa scorre una corrente di 5 Amp. Qual è la forza magnetizzante della bobina?

Soluzione: una semplice formula dà la risposta: ns = I × ω. Quindi, ns = 2000 × 5 = 10.000 ampere.

Esempio 3

Come determinare il campo magnetico di un filo elettrico diretto ad una distanza di 5 cm? La corrente che scorre attraverso il filo è di 30 A.

In questo esempio, abbiamo anche bisogno della formula

H ∙ l = I ∙ ω.

Nel caso di un filo diretto, il numero di spire della bobina sarà 1 e la lunghezza l = 2 π r.

Da qui possiamo dedurre quello

H = 30 / (2 * 3,14 * 0,02) = 238,85 A / m.

Questi e altri problemi simili possono essere facilmente risolti con l'aiuto di un corso base di fisica scolastica. La soluzione di esempi così semplici aiuterà a comprendere l'essenza qualitativa dei processi elettromagnetici nella natura che ci circonda.