Magnetische inductie

Magnetische inductie is een vectorhoeveelheid die de sterkte en richting van het magnetisch veld op een plaats in de ruimte kenmerkt. Je zag het waarschijnlijk op de foto's over de lessen van de natuurkunde: turbulentie in de vorm van planetaire meridianen die samenkomen in de polen van een rood en blauw hoefijzer. De eerste beelden van het magnetisch veld werden geprobeerd te worden gebouwd in de 17e eeuw. Blijkbaar met behulp van metalen vijlsel. De grootte van de magnetische inductie wordt bepaald door de parameters van het medium.

Magnetisch veld en magnetisme

Magnetische inductie beschrijft een veld veel nauwkeuriger dan andere methoden. Verstrikte termen interfereren met begrip. Inductie wordt verward met spanning. Beide termen zijn vector, beschrijven een veld. Spanning is niet afhankelijk van de kenmerken van de omgeving, hierin verschillend. Magnetisme is al sinds de oudheid bekend. Wetenschappers zijn machteloos om de datum vast te stellen toen het veld van de aarde begon te worden gebruikt voor navigatie door matrozen, historici hebben de volgende merkwaardige feiten onthuld:

1. Olmec( een oude Indiase stam) gebruikte gemagnetiseerde naalden in 1500 voor Christus. Er is geen nauwkeurig bewijs met betrekking tot het doel van de structuur. Er wordt aangenomen dat, met behulp van magnetisme, de oude mensen de richting bepaalden.
2. In China verwijzen de eerste schriftelijke vermeldingen naar de IIe eeuw voor Christus. Magnetische naalden werden gebruikt voor voorspellingen over de aard van het terrein van het aardoppervlak, voor het doel van het regelen van woningen volgens Feng Shui-technieken.

Historische feiten worden de eerste moderne beschaving genoemd, die navigatie begonnen te oefenen met oriëntatie door het magnetisch veld van de aarde, China. X - XI eeuw na Christus. Het ontwerp wordt zorgvuldig genegeerd door geschreven bronnen. We nemen het risico te veronderstellen dat het kompas de prestaties van de waarzeggers herhaalde:

• Het einde van een metalen naald is gemagnetiseerd met ijzer.
• Het product is opgehangen aan een zijden draad, wax fungeert als een fixeermiddel voor het bevestigingspunt.

Apparaten die op deze manier zijn gemaakt, kijken naar het zuiden en vervolgens naar het noorden. Afhankelijk van de omstandigheden van magnetisatie van de naald. Europa leerde het kompas enkele eeuwen later. De eerste bron die het ontwerp van dergelijke apparaten beschrijft, samen met astrolabium, is een eenvoudige letter( 1269 AD), geschetst door Petrus "Peregrinus"( pelgrim) aan een bepaalde landeigenaar in de dagen van de belegering van de Italiaanse Lucera. Blijkbaar geeft de bijnaam van de auteur aan dat de auteur goed bekend is met het onderwerp. De astrolabie hielp om de lokale tijd te bepalen, in combinatie met het kompas werd het mogelijk om de geografische coördinaten te berekenen. Beide apparaten vereenvoudigen de navigatie( natuurlijk wordt voorrang verleend aan reizen over zee).

Het magnetisch veld van de aarde wordt al lang door reizigers gebruikt om het oppervlak van de planeet te bereiken. Samen met exotische apparaten: kristallen, splitsend zonlicht en dus om de locatie van de hoofdster in de lucht te bepalen. De astrolabe heeft een stereografische projectie( van een bol op een vlak) van alle lichamen toegevoegd. Het toestaan ​​van berekeningen in het donker. Het is voldoende om met alidade( de pijl van de achterkant van de astrolabe) de hoogte van de ster boven de horizon te meten.

Er was een minus: voor elke breedtegraad was het noodzakelijk om een ​​kaart te maken op het timpaan( roterende tab van de astrolabe-kast).Een zeeman, die de noodzakelijke schijf gebruikte, loste het probleem op elke breedtegraad op. Natuurlijk moet ik van tevoren oppassen om de nodige tympanische kaarten te bemachtigen. Anders werden de metingen onnauwkeurig, onjuist. Je ziet hoeveel ontberingen de reizigers moesten doorstaan, laat ons terugkeren naar het magnetische veld van de aarde. Het fenomeen beschrijft inductie. Er ging een gerucht: Tesla gebruikte de kennis van de magnitude van het aardmagneetveld en koos de parameters van elektrische apparaten. Het riekt echter naar fantasieën, buitenaardse wezens uit de sterrenwereld, de Tweede Wereldoorlog.

Inductie op het magnetisch veld van de aarde is aanwezig, iedereen zal een elektronische kaart vinden, als er een behoefte is. Magnetische palen vallen niet samen met de waarheid. Een magnetische inductiekaart heeft meridianen die verschillen van ruimtelijke indelingen. Halverwege de breedtegraad verhindert dit niet dat de navigators navigeren met behulp van een kompas.

De opkomst van het concept van magnetische inductie

Aan het begin van het tijdperk van de ontwikkeling van elektriciteit, begonnen mensen gerelateerde verschijnselen te verkennen. Zo ontdekte Hans Oersted in 1819: een geleider met een stroom creëert een rond magnetisch veld, André-Marie Amper toonde aan dat als de richting van beweging van de ladingen samenvalt, de aangrenzende geleiders elkaar aantrekken. Een einde aan de controverse zet de oprichting van de wet van Bio-Savar( binnenlandse bronnen voegen Laplace toe), die de magnitude beschrijft, richting van magnetische inductie op een plaats in de ruimte. Bronnen laten een clausule toe met betrekking tot het onderzoek dat wordt uitgevoerd door gelijkstroom.

Integratie( zie afbeelding) volgt een circuit met een stroom. In de formule impliceert r het elementaire middelpunt van het huidige segment, r0 is de plaats van de ruimte waarvoor de magnetische inductie wordt berekend. Merk op dat in de noemer van de breuk voor de integraal twee vectoren worden vermenigvuldigd. Het resultaat is een waarde waarvan de richting wordt bepaald door de regel van een ringel( linker of rechter hand).De integratie vindt plaats over het contourelement dr, r - het middelpunt van de kleine snede over de volle lengte. Identieke verschillen in de teller en de noemer die we reduceren, blijven aan de bovenkant van de eenheidsvector, die de richting van het resultaat bepaalt.

Formula laat zien hoe je een veld kunt vinden voor contouren van welke vorm dan ook, waarbij je puntenintegratie uitvoert. Moderne numerieke methoden liggen ten grondslag aan de werking van computertoepassingen( zoals Maxwell 3D) om het overeenkomstige probleem op te lossen. De vergelijking is consistent met de wetten van Gauss( magnetische inductie) en Ampere( circulatie van het magnetische veld).Georg Ohm gebruikte kennis van het kompas en leidde een bekende afhankelijkheid af. De vorm van de veldlijnen wordt verkregen met behulp van magnetische pijlen en de kracht om de richting ongewijzigd te laten( zie de opmerking over de wet van Ohm voor het kettinggedeelte).Dit zal een beeld zijn van magnetische inductie in de ruimte, die experimenteel de wet van Bio-Savart-Laplace bevestigt.

Toegestaan ​​door Ampère in 1825 om te laten zien: elektrische stroom is in sommige gevallen een analoog van een permanente magneet. Er was een nieuw model dat meer in overeenstemming was met de werkelijkheid dan het Poisson dipoolschema. Een dergelijke abstractie verklaarde de afwezigheid van geïsoleerde magnetische polen in de natuur. Volgens moderne concepten wordt een stuk staal gemagnetiseerd, omdat dipolen van elementaire deeltjes en moleculen ordelijkheid krijgen. De demagnetisatieketens van transformatorkernen zijn hierop gebaseerd, die vóór het uitschakelen van de stroom, gedempte stroomoscillaties veroorzaken. Als gevolg hiervan is het effect van de volgorde wazig, de uitgesproken eigenschappen verdwijnen.

De aanwezigheid van een magnetisch moment wordt verklaard door het bestaan ​​van spins( het concept geïntroduceerd in de jaren 1920) - het impulsmoment van de deeltjes van de microwereld. Echte, niet abstracte dingen, het bestaan ​​wordt experimenteel bevestigd( Stern-Gerlach).Spin is een vectorhoeveelheid die hetzelfde is voor alle deeltjes van hetzelfde type( bijvoorbeeld elektronen) en wordt beschreven met een speciaal kwantumnummer. In SI is de maateenheid js, evenals voor het andere impulsmoment( constante Planck).Soms wordt een vereenvoudigde dimensieloze opname gebruikt. Constant Planck wordt verlaagd. Het spinnummer wordt eenvoudigweg aangegeven( s, ms).

Door de aanwezigheid van een spin verkrijgt een elementair deeltje een magnetisch moment berekend met de formule: in de teller, het product van het spinimpulsmoment van de deeltjeslading en de g-factor( constanten gegeven in verschillende mappen voor bepaalde elementaire deeltjes);in de noemer - verdubbel de massa van het elementaire deeltje. Zoals je kunt zien, kan het worden geteld, de maximale magnetisatie van het materiaal onder bepaalde omstandigheden kan van tevoren worden berekend. De echte triomf van de kwantumelektrodynamica was de voorspelling van g-factoren voor sommige elementaire deeltjes.

De ontdekking door Michael Faraday in 1831 van de opwekking van een cirkelvormig elektrisch veld door een cirkelvormig elektrisch veld toonde aan dat twee verschijnselen nauw met elkaar verbonden zijn, wat een vereiste was voor het creëren van( vier) Maxwell-vergelijkingen, een speciaal geval waarvan de meeste formules op dit gebied zijn, gezien de hierboven genoemde. Onderzoek ging gewoon door, maar op enigszins verschillende manieren. De integratie werd gemaakt door Lord Kelvin, bekend als William Thompson, die de aanwezigheid van H( intensiteit) en B magnetische inductie liet zien, de eerste kenmerkt het Poisson-model, de tweede - Ampere.

B en H magnetische inductie

Magnetische inductie B wordt gemeten met Tesla( SI), T is gelijk aan N s / Cl m. N is newton, meeteenheid voor kracht;s is de seconde van tijd;CL - hanger, elektrische lading;m - meter afstand. GHS voor hetzelfde doel is van toepassing op gauss( G = √ g / s √ cm), g - gram massa;s is de seconde van tijd;cm - centimeter afstand. H magnetische inductie wordt gemeten in ampère per meter( SI) of Oersteds( GHS).Russisch-talige literatuur verwijst naar H veldsterkte.

De Tesla-eenheid werd in 1960 geïntroduceerd door de Internationale Conferentie over gewichten en maatregelen ter ere van de overleden Nikola Tesla. In feite sinds het begin van de SI.Hoe leefden wetenschappers daarvoor? In 1948 werd het idee geboren om de SI te introduceren, de GHS bestond al. De oorsprong van deze laatste werd gelegd in 1832 door Karl Friedrich Gauss, die op zoek was naar een enkele basis voor de takken van de natuurkunde, zodat het eenvoudiger was om heterogene wetten te relateren. De wetenschapper vroeg drie basiseenheden: millimeter, milligram, seconde.

Gauss stierf kort na de introductie van het concept van magnetische inductie en het verdelen van de magnitude in B en H, maar in 1874, James Maxwell, vulde Lord Kelvin de lijst aan met nieuwe hoeveelheden. Magnetische inductie is vernoemd naar de oprichter, op hetzelfde moment dat het systeem de GHS werd genoemd( voorheen Gaussiaans genoemd).Wat SI betreft, kan Tesla op verschillende manieren worden weergegeven via basiseenheden of afgeleide eenheden. Weber, per vierkante meter.

In vacuüm zijn twee soorten inductie( H en B) verbonden via constante stromen. Om de een van de ander te onderscheiden, wordt H de magneetveldintensiteitsvector genoemd. Het is duidelijk dat de betekenis niet erg verschilt van B. In de formule:

1. μ is de magnetische permeabiliteit van het medium.
2. μ0 is de magnetische constante( vacuümdoorlaatbaarheid).In het systeem is de GHS gelijk aan 1, in vacuüm zijn B en H hetzelfde. De SI is 1,257 micronewton per vierkante ampère.

Constanten worden specifiek geïntroduceerd om H- en B-magnetische veldkenmerken te relateren. Trouwens, er zijn veel versies waarom Lord Kelvin vectoren op deze manier noemde( letters H en B).Geïnteresseerden worden aangemoedigd om vertrouwd te raken met de volgende concepten: relatieve magnetische permeabiliteit( verhouding van absolute μ tot constante μ0), magnetische susceptibiliteit( relatieve magnetische permeabiliteit verhoogd met 1).Het zal helpen om de formules van literaire bronnen beter te begrijpen, waar de relatie tussen B en H van een andere soort is die in de recensie wordt gegeven.

Je kunt veel wetten vinden, formules met betrekking tot magnetische inductie, die laten zien hoe belangrijk een parameter in theorie is. Het is de auteurs niet bekend of Nikola Tesla soortgelijke hoeveelheden gebruikte bij het ontwikkelen van een meerfasige asynchrone motor, maar het was niet zonder reden dat ze de naam aan de grote wetenschapper gaven!