Інформація про новину
  • Переглядів: 290
  • Дата: 2-07-2020, 04:03
2-07-2020, 04:03

10. Mágneses tér

Категорія: Tankönyvek magyar » Fizika





Попередня сторінка:  9. Elektromos áram a félvezetőkben
Наступна сторінка:   11. Ampére-féle erő

2. RÉSZ. ELEKTROMÁGNESESSÉG

 

1813-ban Hans Christian Oersted (1777-1851) dán fizikus azt írta: „Ki kellene próbálni, hogy az elektromosság... valamiképpen hat-e a mágnesre..." Végül Oersted csak 1820 telén figyelte és vizsgálta meg a mágnestű elmozdulását az áramjárta vezető közelében (10.1. ábra). Ez volt az elektromosság és mágnesesség közötti kapcsolat első kísérleti igazolása. Miért mozdult el a tű? Miért fordul el, ha megváltoztatják az áram irányát? Felidézzük.

Milyen objektumok alkotnak mágneses teret

Már tudjátok, hogy töltéssel rendelkező testek és részecskék mellett elektromos tér van jelen, amelyen keresztül elektromos kölcsönhatás jön létre közöttük; ha a töltéssel rendelkező részecskék mozognak, a körülöttük lévő mágneses téren keresztül mágneses kölcsönhatás megy végbe. A modern fizika az egységes elektromágneses kölcsönhatást vizsgálja. Ez a kölcsönhatás az elektromágneses mezón keresztül történik, ami két összetevőből (megnyilvánulási formából) áll: elektromos és mágneses tér. Megvizsgáljuk részletesebben a mágneses teret.

Két vékony, hajlékony vezetéket egymással párhuzamosan rögzítünk, majd áramot engedünk rajtuk keresztül — a vezetők vonzzák vagy taszítják egymást, függetlenül attól, hogy elektromosan semlegesek (10.2. ábra). Ezt a kísérletet elsőként 1820-ban André-Marie Ampere (1775-1836) francia matematikus és fizikus mutatta be.

Ampere a távolhatás elméletének híve volt, és úgy tartotta, hogy a vezetők közötti kölcsönhatás egy pillanat alatt megy végbe, amiben a környező tér nem vesz részt.

Michael Faraday (1791-1867) angol fizikus létrehozta a közelhatás elméletét, amely szerint a két áramjárta vezetőben irányítottan mozgó töltések a környezetükben mágneses teret hoznak létre. Az egyik vezető mágneses tere hat a másik vezetőre, és fordítva. Vagyis az áramjárta vezetők kölcsönhatása bizonyos sebességgel történik a mágneses téren keresztül.

A mágneses tér a matéria olyan alakja, amely a többi mágneses testre, mozgó töltéshordozóra (testekre), áramjárta vezetőkre kifejtett hatásában nyilvánul meg, és mágneses testek, változó elektromos tér, valamint mozgó töltéshordozók által jön létre.

A mágneses tér tulaj donságai

1. A mágneses tér anyagi - elképzelésünktől függetlenül létezik a valóságban.

2. A mágneses tér az elektromágneses tér része.

3. Mágneses teret létrehozhatnak:

• mágneses testek;

• áramjárta vezetők;

• töltéssel rendelkező mozgó részecskék és testek;

• változó elektromos erőtér.

4. A mágneses tér erőhatást gyakorol:

• a benne mozgó töltött testekre és részecskékre;

• áramjárta vezetőkre;

• mágnesezett testekre.

5. A mágneses tér elmozdítja:

• a mágnestűt;

• az áramjárta keretet.

6. A mágneses tér eltérő módon mindennemű testet mágnesez.

A mágneses tér erőhatásának jellemzője

Ha a nem mágneses anyagból készült egyenes vezetőt huzalon állandó mágnes pólusai közé helyezzük, majd áramot eresztünk át rajta, akkor a vezető kimozdul. A kimozdulás okozója a mágnes részéről az áramjárta vezetőre ható FA Ampé-re-féle erő (10.3. ábra).

Megváltoztatva az áram I erősségét a vezetőben vagy a vezető aktív szakaszának hosszát (a vezető mágneses térben lévő részét), a vezető és a mágneses erővonalak közötti szöget, meggyőződhetünk róla, hogy:

1) az Ampére-féle erő egyenesen arányos az I áramerősséggel és az aktív rész l hosszával, tehát egyenesen arányos azok szorzatával is: F ~ II;

2) az Ampére-féle erő maximális, ha a vezető merőleges a mágneses tér erővonalaira.

Mivel FAmax ~ II, ezért a mágneses tér adott

szakaszára az

arány nem függ sem a vezetőben lévő áramerősségtől, sem a vezető hosz-szától, hanem kizárólag a mágneses tér

tulajdonságaitól. Ezért ezt az arányt választották ki a mágneses tér erőhatásának jellemzőjeként, és mágneses indukciónak nevezték el.

А В mágneses indukció fizikai vektormennyiség, a mágneses tér erőhatásának jellemzője, amely egyenlő a mágneses térbe helyezett áramjárta vezetőre a tér részéről ható maximális erőnek és az áramerősség, valamint a vezető aktív hossza szorzatának az arányával:

Fizika számokban

A legerősebb mágnesek Az általunk ismert legerősebb mágneses tér -1 -1011 T - forrása a Világmindenségben a magnetárok (mágneses neutroncsillagok). Összehasonlításul: a Nap mágneses terének indukciója csak 5 mT, a Földé 100-szor kisebb.

1918 augusztusában japán fizikusok generálták helyiségben a legerősebb mesterséges mágneses teret: 1200 T. Összehasonlításul: a Nagy Handronütköztető szupravezető elektromágnesei mágneses terének indukciója: 8,3 T.

A mágneses indukció mértékegysége a Sí rendszerben - tesla (Nikola Tesla (1856—1943) szerb fizikus tiszteletére):

1 T annak a homogén mágneses térnek az indukciója, amely maximális 1 N erővel hat az 1 m hosszúságú vezetőre, amelyben 1 A erősségű áram folyik.

A mágneses tér a 10 cm hosszú vezetőre 5 mN erővel hat. Határozzátok meg a mágneses indukciót, ha a vezetőben az áramerősség 2 A!

Mivel a mágneses indukció vektormennyiség, ezért irányának és értékének megadásával egyértelműen meghatározható. A mágneses indukcióvektor irányának az adott pontban azt az irányt fogadták el, amerre az adott pontba helyezett mágnestű északi vége mutat (10.4. a ábra).

Az áramjárta vezető mágneses tere indukcióvektorának iránya a dugóhúzó vagy a jobb-kéz-szabály segítségével határozható meg:

Ha jobb kezünk kinyújtott hüvelykujját úgy helyezzük el, hogy az áram irányát mutassa a vezetőben, akkor négy behajlított ujjunk mutatja az indukcióvektor irányát (10.4. b ábra).

Ha jobb kezünk négy behajlított ujja az áram irányát mutatja a tekercsben, akkor a derékszögben kinyújtott hüvelykujjunk a tekercs belsejében lévő indukcióvektor irányát mutatja (10.5. ábra).

Mágneses indukcióvonalak

A mágneses teret az ember érzékszerveivel nem érzékeli. A mágneses tér láthatóvá tételét Faraday mágneses indukcióvonalak segítségével tette lehetővé.

A mágneses indukcióvonalak olyan képzelt vonalak, amelyek bármely pontjába húzott érintő megegyezik a mágneses indukcióvektor irányával.

A mágneses indukcióvonalakat úgy ábrázolják, hogy sűrűségük tükrözze a mágneses tér indukciójának abszolút értékét: minél nagyobb az érték, annál sűrűbben rajzolják a vonalakat.

Jegyezzétek meg! A mágneses indukcióvonalak mindig zártak: a mágneses tér — örvénytér.

Ha egy bizonyos szakaszon a mágneses indukcióvonalak párhuzamosak és egyenlő távolságra vannak egymástól, az ilyen mágneses tér homogén (10.6. ábra).

A mágneses tér homogén, ha a mágneses indukcióvektorok minden pontjában abszolút értéküket és irányukat tekintve is azonosak.

A gyakorlatban a mágneses tér nem homogén, az indukcióvektorai nem egyenlők és nem egyirányúak. A mágneses indukcióvonalak ebben az esetben íveltek és változó a sűrűségük.

A szolenoid és mágnesrúd mágneses tere

A szolenoid olyan henger formájú tekercs, amelynek hossza jelentősen nagyobb az átmérőjénél. A szolenoid és mágnesrúd mágneses terei azonos formájúak.

• A szolenoid és a mágnesrúd is két pólussal rendelkezik - N északival és S délivel. A mágneses tér a pólusokon a legerősebb, ezért a mágneses indukcióvonalak itt a legsűrűbbek.

• A szolenoid és a mágnesrúd mágneses indukcióvonalai az északi pólusból indulnak ki és a déli pólusba érkeznek.

• A mágneses tér a szolenoidban és a mágnesrúdban is majdnem homogén: a mágneses indukcióvonalak párhuzamosak és egyenlő távolságokra helyezkednek el.

Összegezés

A mágneses tér a matéria olyan alakja (az elektromágneses tér része), amely a többi mágneses testre, mozgó töltéshordozókra (testekre), áramjárta vezetődre kifejtett hatásában nyilvánul meg, és mágneses testek, változó elektromos tér, valamint mozgó töltéshordozók által jön létre.

А В mágneses indukció fizikai vektormennyiség, a mágneses tér erőhatásának jellemzője, amely egyenlő a mágneses térbe helyezett áramjárta vezetőre a tér részéről ható maximális erőnek és az áramerősség, valamint a

vezető aktív hossza szorzatának az arányával:

A mágneses indukció

mértékegysége a Sí rendszerben a tesla.

Az áramjárta vezető mágneses tere indukcióvektorának iránya a dugóhúzó, illetve a jobbkéz-szabály segítségével határozható meg, és megegyezik a mágnestű északi karjának irányával.

A mágneses indukcióvonalak olyan képzelt vonalak, amelyek bármely pontjába húzott érintő megegyezik a mágneses indukcióvektor irányával. A mágneses indukcióvonalak mindig zártak: a mágneses tér — örvénytér.

Ellenőrző kérdések

1. írjátok le Oersted és Ampere kísérleteit! 2. Mit nevezünk mágneses térnek? Milyen tulajdonságai vannak? 3. Jellemezzétek a mágneses indukciót mint fizikai mennyiséget! 4. Hogyan határozható meg a mágneses indukcióvektor iránya? 5. Mit neveznek mágneses indukcióvonalaknak? 6. Hasonlítsátok össze a szo-lenoid és a mágnesrúd mágneses terét! Mi bennük a közös? 7. Milyen mágneses teret neveznek homogénnek?

10. gyakorlat

1. Az 1. ábrán két szolenoid által létrehozott mágneses tér erővonalai láthatók!

1) Milyen a mágneses indukcióvektor iránya а В pontban? C pontban?

2) Melyik pontban a legnagyobb a tér mágneses indukciója: А, В vagy C?

3) Léteznek-e az adott mágneses térben homogén szakaszok?

4) Határozzátok meg a szolenoid áramforrásának pólusait!

2. Hogyan állapodik meg a mágnestű az áramkör zárása után (2. ábra)? Jelöljétek meg a mágneses indukcióvektor irányát az adott pontokban (3. ábra)!

A táblázatban látható adatok alapján állítsatok össze feladatokat, és oldjátok meg őket!

5. Van-e a mágneses indukcióvonalaknak kezdetük? végük? metszhetik-e egymást? érintkezhetnek-e egymással? megszakadhatnak-e? Válaszaitokat magyarázzátok meg!

6. Kiegészítő' forrásanyag felhasználásával tudjátok meg, hogy a tudósok mivel magyarázzák a Föld mágneses terének létezését (4. ábra)!

 

 

Fizika tankönyv 11. osztályosok szerzők Dovgy, Baryakhtar, Loktev

 



Попередня сторінка:  9. Elektromos áram a félvezetőkben
Наступна сторінка:   11. Ampére-féle erő



^