Seanca po afron dhe është koha që ne të kalojmë nga teoria në praktikë. Gjatë fundjavës u ulëm dhe menduam se shumë studentë do të përfitonin nga të pasurit në majë të gishtave të tyre një koleksion të formulave bazë të fizikës. Formula të thata me shpjegim: e shkurtër, koncize, asgjë e tepërt. Një gjë shumë e dobishme për zgjidhjen e problemeve, ju e dini. Dhe gjatë një provimi, kur pikërisht ajo që u mësua përmendësh një ditë më parë mund të "ju kërcejë nga koka", një përzgjedhje e tillë do t'i shërbejë një qëllimi të shkëlqyer.

Problemet më të shumta zakonisht kërkohen në tre seksionet më të njohura të fizikës. Kjo Mekanika, termodinamika Dhe Fizika molekulare, elektricitet. Le t'i marrim ato!

Formulat bazë në dinamikën e fizikës, kinematikën, statikën

Le të fillojmë me më të thjeshtat. Lëvizja e mirë e vjetër e preferuar drejt dhe uniforme.

Formulat e kinematikës:

Sigurisht, le të mos harrojmë lëvizjen në një rreth, dhe më pas do të kalojmë te dinamika dhe ligjet e Njutonit.

Pas dinamikës, është koha të shqyrtojmë kushtet e ekuilibrit të trupave dhe lëngjeve, d.m.th. statike dhe hidrostatike

Tani ne paraqesim formulat bazë në temën "Puna dhe Energjia". Ku do të ishim pa to?

Formulat themelore të fizikës molekulare dhe termodinamikës

Le të përfundojmë seksionin e mekanikës me formulat për lëkundjet dhe valët dhe të kalojmë te fizika molekulare dhe termodinamika.

Faktori i efikasitetit, ligji Gay-Lussac, ekuacioni Clapeyron-Mendeleev - të gjitha këto formula të dashura për zemrën janë mbledhur më poshtë.

Meqe ra fjala! Tani ka një zbritje për të gjithë lexuesit tanë 10% në .

Formulat bazë në fizikë: elektriciteti

Është koha për të kaluar te energjia elektrike, edhe pse ajo është më pak e popullarizuar se termodinamika. Le të fillojmë me elektrostatikën.

Dhe, me ritmin e daulles, ne përfundojmë me formula për ligjin e Ohm-it, induksionin elektromagnetik dhe lëkundjet elektromagnetike.

Kjo eshte e gjitha. Sigurisht, mund të citohej një mal i tërë formulash, por kjo nuk ka asnjë dobi. Kur ka shumë formula, lehtë mund të ngatërroheni dhe madje të shkrini trurin. Shpresojmë që fleta jonë e mashtrimit të formulave bazë të fizikës do t'ju ndihmojë të zgjidhni problemet tuaja të preferuara më shpejt dhe në mënyrë më efikase. Dhe nëse doni të sqaroni diçka ose nuk keni gjetur formulën e duhur: pyesni ekspertët shërbimi studentor. Autorët tanë mbajnë qindra formula në kokën e tyre dhe thyejnë probleme si arra. Na kontaktoni dhe së shpejti çdo detyrë do të varet nga ju.

Formulat e elektricitetit dhe magnetizmit. Studimi i bazave të elektrodinamikës tradicionalisht fillon me një fushë elektrike në vakum. Për të llogaritur forcën e ndërveprimit midis dy ngarkesave pika dhe për të llogaritur forcën e fushës elektrike të krijuar nga një ngarkesë pikësore, duhet të jeni në gjendje të zbatoni ligjin e Kulombit. Për të llogaritur forcat e fushës të krijuara nga ngarkesat e zgjatura (fije e ngarkuar, plani, etj.), përdoret teorema e Gausit. Për një sistem ngarkesash elektrike është e nevojshme të zbatohet parimi

Gjatë studimit të temës "Rryma e drejtpërdrejtë" është e nevojshme të merren parasysh ligjet e Ohm-it dhe Joule-Lenz-it në të gjitha format Gjatë studimit të "Magnetizmit" është e nevojshme të kihet parasysh se fusha magnetike krijohet nga ngarkesat lëvizëse dhe vepron në ngarkesat lëvizëse. Këtu duhet t'i kushtoni vëmendje ligjit Biot-Savart-Laplace. Vëmendje e veçantë duhet t'i kushtohet forcës së Lorencit dhe të merret parasysh lëvizja e një grimce të ngarkuar në një fushë magnetike.

Dukuritë elektrike dhe magnetike janë të lidhura me një formë të veçantë të ekzistencës së materies - fusha elektromagnetike. Baza e teorisë së fushës elektromagnetike është teoria e Maksuellit.

Tabela e formulave bazë të elektricitetit dhe magnetizmit

Jeta moderne nuk mund të imagjinohet pa energji elektrike, kjo lloj energjie përdoret më së shumti nga njerëzimi. Sidoqoftë, jo të gjithë të rriturit janë në gjendje të mbajnë mend përkufizimin e rrymës elektrike nga një kurs i fizikës shkollore (kjo është një rrjedhë e drejtuar e grimcave elementare me një ngarkesë), shumë pak njerëz e kuptojnë se çfarë është.

Çfarë është energjia elektrike

Prania e energjisë elektrike si fenomen shpjegohet me një nga vetitë kryesore të materies fizike - aftësinë për të pasur një ngarkesë elektrike. Ato mund të jenë pozitive dhe negative, ndërsa objektet me shenja polare të kundërta tërhiqen nga njëri-tjetri, dhe ato "ekuivalente", përkundrazi, zmbrapsen. Grimcat lëvizëse janë gjithashtu burimi i një fushe magnetike, e cila vërteton edhe një herë lidhjen midis elektricitetit dhe magnetizmit.

Në nivelin atomik, ekzistenca e energjisë elektrike mund të shpjegohet si më poshtë. Molekulat që përbëjnë të gjithë trupat përmbajnë atome të përbëra nga bërthama dhe elektrone që qarkullojnë rreth tyre. Këto elektrone, në kushte të caktuara, mund të shkëputen nga bërthamat "nënë" dhe të lëvizin në orbita të tjera. Si rezultat, disa atome bëhen "të paplotësuar" me elektrone dhe disa kanë një tepricë të tyre.

Meqenëse natyra e elektroneve është e tillë që ato rrjedhin atje ku ka mungesë të tyre, lëvizja e vazhdueshme e elektroneve nga një substancë në tjetrën përbën rrymë elektrike (nga fjala "të rrjedhin"). Dihet që energjia elektrike rrjedh nga poli minus në polin plus. Prandaj, një substancë me mungesë elektronesh konsiderohet të jetë e ngarkuar pozitivisht, dhe me një tepricë - negativisht, dhe quhet "jone". Nëse po flasim për kontaktet e telave elektrikë, atëherë ai i ngarkuar pozitivisht quhet "zero", dhe ai i ngarkuar negativisht quhet "fazë".

Në substanca të ndryshme, distanca midis atomeve është e ndryshme. Nëse ato janë shumë të vogla, predhat e elektroneve fjalë për fjalë prekin njëra-tjetrën, kështu që elektronet lëvizin lehtësisht dhe shpejt nga një bërthamë në tjetrën dhe mbrapa, duke krijuar kështu lëvizjen e një rryme elektrike. Substancat si metalet quhen përcjellës.

Te substancat e tjera distancat ndëratomike janë relativisht të mëdha, pra janë dielektrikë, d.m.th. mos përçoni rrymën elektrike. Para së gjithash, është gome.

informacion shtese. Kur bërthamat e një lënde lëshojnë elektrone dhe lëvizin, gjenerohet energji që ngroh përcjellësin. Kjo veti e energjisë elektrike quhet "fuqi" dhe matet në vat. Kjo energji gjithashtu mund të shndërrohet në dritë ose në një formë tjetër.

Për rrjedhën e vazhdueshme të energjisë elektrike përmes rrjetit, potencialet në pikat fundore të përcjellësve (nga linjat e energjisë elektrike te instalimet elektrike të shtëpisë) duhet të jenë të ndryshme.

Historia e zbulimit të energjisë elektrike

Çfarë është elektriciteti, nga vjen dhe karakteristikat e tjera të tij studiohen në thelb nga shkenca e termodinamikës me shkencat përkatëse: termodinamika kuantike dhe elektronika.

Të thuash se çdo shkencëtar shpiku rrymën elektrike do të ishte gabim, sepse që nga kohërat e lashta shumë studiues dhe shkencëtarë e kanë studiuar atë. Vetë termi "energji elektrike" u fut në përdorim nga matematikani grek Thales, kjo fjalë do të thotë "qelibar", pasi ishte në eksperimentet me një shkop dhe lesh qelibar që Thales ishte në gjendje të gjeneronte elektricitet statik dhe të përshkruante këtë fenomen.

Plini romak gjithashtu studioi vetitë elektrike të rrëshirës dhe Aristoteli studioi ngjalat elektrike.

Në një kohë të mëvonshme, personi i parë që studioi tërësisht vetitë e rrymës elektrike ishte V. Gilbert, mjeku i Mbretëreshës së Anglisë. Burgomasti gjerman nga Magdeburgu O.f Gericke konsiderohet si krijuesi i llambës së parë të bërë nga një top squfuri i grirë. Dhe Njutoni i madh vërtetoi ekzistencën e elektricitetit statik.

Në fillim të shekullit të 18-të, fizikani anglez S. Grey ndau substancat në përçues dhe jopërçues, dhe shkencëtari holandez Pieter van Musschenbroek shpiku një kavanoz Leyden të aftë për të grumbulluar një ngarkesë elektrike, d.m.th. ishte kondensatori i parë. Shkencëtari dhe politikani amerikan B. Franklin ishte i pari që zhvilloi teorinë e elektricitetit në terma shkencorë.

I gjithë shekulli i 18-të ishte i pasur me zbulime në fushën e energjisë elektrike: u krijua natyra elektrike e rrufesë, u ndërtua një fushë magnetike artificiale, ekzistenca e dy llojeve të ngarkesave ("plus" dhe "minus") dhe, si pasojë. , u zbuluan dy pole (natyralisti amerikan R. Simmer) , Kulomb zbuloi ligjin e ndërveprimit ndërmjet ngarkesave elektrike pika.

Në shekullin e ardhshëm, bateritë u shpikën (nga shkencëtari italian Volta), një llambë harku (nga anglezi Davey), dhe gjithashtu një prototip i dinamos së parë. 1820 konsiderohet viti i lindjes së shkencës elektrodinamike, francezi Ampere e bëri këtë, për të cilin emri i tij u caktua në njësinë për të treguar forcën e rrymës elektrike, dhe skocezi Maxwell nxori teorinë e dritës së elektromagnetizmit. Lodygin rus shpiku një llambë inkandeshente me një bërthamë qymyri - paraardhësi i llambave moderne. Pak më shumë se njëqind vjet më parë, llamba neoni u shpik (nga shkencëtari francez Georges Claude).

Deri më sot, kërkimet dhe zbulimet në fushën e energjisë elektrike vazhdojnë, për shembull, teoria e elektrodinamikës kuantike dhe ndërveprimi i valëve të dobëta elektrike. Midis të gjithë shkencëtarëve të përfshirë në studimin e energjisë elektrike, Nikola Tesla zë një vend të veçantë - shumë nga shpikjet dhe teoritë e tij se si funksionon energjia elektrike ende nuk janë vlerësuar plotësisht.

Energji elektrike natyrale

Për një kohë të gjatë besohej se energjia elektrike "në vetvete" nuk ekziston në natyrë. Ky keqkuptim u shpërnda nga B. Franklin, i cili vërtetoi natyrën elektrike të rrufesë. Ishin ata, sipas një versioni të shkencëtarëve, që kontribuan në sintezën e aminoacideve të para në Tokë.

Energjia elektrike gjenerohet gjithashtu brenda organizmave të gjallë, e cila gjeneron impulse nervore që ofrojnë funksione motorike, të frymëmarrjes dhe funksione të tjera jetësore.

Interesante. Shumë shkencëtarë e konsiderojnë trupin e njeriut si një sistem elektrik autonom që është i pajisur me funksione vetërregulluese.

Përfaqësuesit e botës shtazore kanë gjithashtu energjinë e tyre elektrike. Për shembull, disa raca peshqish (ngjalat, llambat, stingrays, peshka peshku dhe të tjerët) e përdorin atë për mbrojtje, gjueti, marrjen e ushqimit dhe orientimin në hapësirën nënujore. Një organ i veçantë në trupin e këtyre peshqve gjeneron energji elektrike dhe e ruan atë, si në një kondensator, frekuenca e tij është qindra herc, dhe voltazhi i tij është 4-5 volt.

Marrja dhe përdorimi i energjisë elektrike

Energjia elektrike në kohën tonë është baza e një jete komode, ndaj njerëzimi ka nevojë për prodhimin e saj të vazhdueshëm. Për këto qëllime po ndërtohen lloje të ndryshme të termocentraleve (hidrocentrale, termocentrale, bërthamore, me erë, baticë dhe diellore), të aftë për të gjeneruar megavat energji elektrike me ndihmën e gjeneratorëve. Ky proces bazohet në shndërrimin e energjisë mekanike (energjisë së ujit në rënie në hidrocentralet), termike (djegia e karburantit të karbonit - qymyri i fortë dhe i murrmë, torfe në termocentralet) ose energjia ndëratomike (prishja atomike e uraniumit radioaktiv dhe plutoniumit në centralet bërthamore) në energji elektrike.

Shumë kërkime shkencore i kushtohen forcave elektrike të Tokës, të cilat të gjitha synojnë të shfrytëzojnë energjinë elektrike atmosferike për të mirën e njerëzimit - duke gjeneruar energji elektrike.

Shkencëtarët kanë propozuar shumë pajisje interesante të gjeneruesit të rrymës që bëjnë të mundur prodhimin e energjisë elektrike nga një magnet. Ata përdorin aftësinë e magnetëve të përhershëm për të kryer punë të dobishme në formën e çift rrotullues. Ajo lind si rezultat i zmbrapsjes midis fushave magnetike të ngarkuara në mënyrë të ngjashme në pajisjet e statorit dhe rotorit.

Energjia elektrike është më e popullarizuar se të gjitha burimet e tjera të energjisë sepse ka shumë përparësi:

• lëvizje e lehtë për konsumatorin;
• shndërrimi i shpejtë në energji termike ose mekanike;
• fusha të reja të aplikimit të tij janë të mundshme (automjetet elektrike);
• zbulimi i vetive të reja (superpërçueshmëria).

Energjia elektrike është lëvizja e joneve të ngarkuara ndryshe brenda një përcjellësi. Kjo është një dhuratë e madhe nga natyra, të cilën njerëzit e kanë njohur që nga kohërat e lashta, dhe ky proces nuk ka përfunduar ende, megjithëse njerëzimi tashmë ka mësuar ta nxjerrë atë në sasi të mëdha. Energjia elektrike luan një rol të madh në zhvillimin e shoqërisë moderne. Mund të themi se pa të, jeta e shumicës së bashkëkohësve tanë thjesht do të ndalet, sepse nuk është më kot që kur fiket energjia elektrike, njerëzit thonë se "fikën dritat".

Video

Forca e fushës elektrike

Forca e fushës elektrike është një karakteristikë vektoriale e fushës, një forcë që vepron në një ngarkesë elektrike njësi në pushim në një kornizë të caktuar referimi.

Tensioni përcaktohet nga formula:

$E↖(→)=(F↖(→))/(q)$

ku $E↖(→)$ është forca e fushës; $F↖(→)$ është forca që vepron në ngarkesën $q$ të vendosur në një pikë të caktuar të fushës. Drejtimi i vektorit $E↖(→)$ përkon me drejtimin e forcës që vepron në ngarkesën pozitive dhe është i kundërt me drejtimin e forcës që vepron në ngarkesën negative.

Njësia SI e tensionit është volt për metër (V/m).

Forca e fushës së një ngarkese pikë. Sipas ligjit të Kulombit, një ngarkesë pikë $q_0$ vepron mbi një ngarkesë tjetër $q$ me një forcë të barabartë me

$F=k(|q_0||q|)/(r^2)$

Moduli i fuqisë së fushës së një ngarkese pika $q_0$ në një distancë $r$ prej saj është e barabartë me

$E=(F)/(q)=k(|q_0|)/(r^2)$

Vektori i intensitetit në çdo pikë të fushës elektrike drejtohet përgjatë vijës së drejtë që lidh këtë pikë dhe ngarkesën.

Linjat e fushës elektrike

Fusha elektrike në hapësirë ​​zakonisht përfaqësohet nga linjat e forcës. Koncepti i linjave të forcës u prezantua nga M. Faraday gjatë studimit të magnetizmit. Ky koncept u zhvillua më pas nga J. Maxwell në kërkimin e tij mbi elektromagnetizmin.

Një linjë e forcës, ose linja e forcës së fushës elektrike, është një vijë tangjenta e së cilës në çdo pikë përkon me drejtimin e forcës që vepron në një ngarkesë pikë pozitive të vendosur në atë pikë të fushës.

Linjat e tensionit të një topi të ngarkuar pozitivisht;

Linjat e tensionit të dy topave me ngarkesë të kundërt;

Linjat e tensionit të dy topave të ngarkuar në mënyrë të ngjashme

Linjat e tensionit të dy pllakave të ngarkuara me ngarkesa të shenjave të ndryshme, por të barabarta në vlerë absolute.

Linjat e tensionit në figurën e fundit janë pothuajse paralele në hapësirën midis pllakave dhe dendësia e tyre është e njëjtë. Kjo sugjeron që fusha në këtë rajon të hapësirës është uniforme. Një fushë elektrike quhet homogjene nëse forca e saj është e njëjtë në të gjitha pikat e hapësirës.

Në një fushë elektrostatike, linjat e forcës nuk janë të mbyllura, ato gjithmonë fillojnë me ngarkesa pozitive dhe përfundojnë me ngarkesa negative. Ata nuk kryqëzohen askund, kryqëzimi i vijave të fushës do të tregonte pasigurinë e drejtimit të forcës së fushës në pikën e kryqëzimit. Dendësia e vijave të fushës është më e madhe pranë trupave të ngarkuar, ku forca e fushës është më e madhe.

Fusha e një topi të ngarkuar. Fuqia e fushës së një topi përcjellës të ngarkuar në një distancë nga qendra e topit që tejkalon rrezen e tij $r≥R$ përcaktohet nga e njëjta formulë si fushat e një ngarkese pika. Kjo dëshmohet nga shpërndarja e vijave fushore, e ngjashme me shpërndarjen e vijave të intensitetit të një ngarkese pikë.

Ngarkesa e topit shpërndahet në mënyrë të barabartë në sipërfaqen e tij. Brenda topit përcjellës, forca e fushës është zero.

Një fushë magnetike. Ndërveprimi i magnetit

Fenomeni i ndërveprimit midis magneteve të përhershëm (vendosja e një gjilpëre magnetike përgjatë meridianit magnetik të Tokës, tërheqja e poleve të ndryshme, zmbrapsja e poleve të ngjashme) ka qenë i njohur që nga kohërat e lashta dhe është studiuar sistematikisht nga W. Gilbert (rezultatet ishin botuar në 1600 në traktatin e tij "Mbi magnetin, trupat magnetikë dhe magnetin e madh - Toka").

Magnet natyralë (natyrorë).

Vetitë magnetike të disa mineraleve natyrore ishin të njohura tashmë në kohët e lashta. Kështu, ka prova të shkruara nga më shumë se 2000 vjet më parë për përdorimin e magnetëve të përhershëm natyrorë si busulla në Kinë. Tërheqja dhe zmbrapsja e magneteve dhe magnetizimi i fijeve të hekurit prej tyre përmendet në veprat e shkencëtarëve të lashtë grekë dhe romakë (për shembull, në poezinë "Për natyrën e gjërave" nga Lucretius Cara).

Magnetët natyrorë janë pjesë të mineralit magnetik të hekurit (magnetit), të përbërë nga $FeO$ (31%) dhe $Fe_2O$ (69%). Nëse një pjesë e tillë minerali afrohet me objekte të vogla hekuri - gozhdë, tallash, një teh të hollë, etj., Ata do të tërhiqen prej saj.

Magnet artificial të përhershëm

Magnet i përhershëm- ky është një produkt i bërë nga një material që është një burim autonom (i pavarur, i izoluar) i një fushe magnetike konstante.

Magnetët artificialë të përhershëm janë bërë nga lidhje të veçanta, të cilat përfshijnë hekur, nikel, kobalt, etj. Këto metale fitojnë veti magnetike (magnetizohen) nëse afrohen me magnet të përhershëm. Prandaj, për të bërë magnet të përhershëm prej tyre, ato mbahen posaçërisht në fusha të forta magnetike, pas së cilës ata vetë bëhen burime të një fushe magnetike konstante dhe janë në gjendje të ruajnë vetitë magnetike për një kohë të gjatë.

Figura tregon një hark dhe magnet me shirit.

Në Fig. jepen pamjet e fushave magnetike të këtyre magneteve, të marra me metodën që M. Faradei e përdori për herë të parë në kërkimin e tij: me ndihmën e tallash hekuri të shpërndara në një fletë letre në të cilën shtrihet magneti. Çdo magnet ka dy pole - këto janë vendet e përqendrimit më të madh të linjave të fushës magnetike (ato quhen gjithashtu linjat e fushës magnetike, ose linjat e fushës së induksionit magnetik). Këto janë vendet që tërhiqen më shumë tallash hekuri. Një nga polet zakonisht quhet veriore(($N$), të tjera - jugore($S$). Nëse afroni dy magnete afër njëri-tjetrit me pole të ngjashme, mund të shihni se ata zmbrapsen, dhe nëse kanë pole të kundërt, ata tërheqin.

Në Fig. shihet qartë se vijat magnetike të magnetit janë linjat e mbyllura. Tregohen linjat e fushës magnetike të dy magneteve përballë njëri-tjetrit me pole të ngjashëm dhe të ndryshëm. Pjesa qendrore e këtyre pikturave i ngjan modeleve të fushave elektrike me dy ngarkesa (të kundërta dhe të ngjashme). Sidoqoftë, një ndryshim domethënës midis fushave elektrike dhe magnetike është se linjat e fushës elektrike fillojnë dhe përfundojnë me ngarkesa. Ngarkesat magnetike nuk ekzistojnë në natyrë. Linjat e fushës magnetike lënë polin verior të magnetit dhe hyjnë në jug, ato vazhdojnë në trupin e magnetit, d.m.th., siç u përmend më lart, ato janë vija të mbyllura. Fushat, vijat e fushës së të cilave janë të mbyllura quhen vorbull. Një fushë magnetike është një fushë vorbull (ky është ndryshimi i saj nga ajo elektrike).

Aplikimi i magneteve

Pajisja magnetike më e lashtë është busulla e njohur. Në teknologjinë moderne, magnetët përdoren shumë gjerësisht: në motorët elektrikë, në inxhinierinë radio, në pajisjet matëse elektrike, etj.

Fusha magnetike e Tokës

Globi është një magnet. Si çdo magnet, ai ka fushën e vet magnetike dhe polet e veta magnetike. Kjo është arsyeja pse gjilpëra e busullës është e orientuar në një drejtim të caktuar. Është e qartë se ku duhet të drejtohet saktësisht poli verior i gjilpërës magnetike, sepse polet e kundërta tërhiqen. Prandaj, poli verior i gjilpërës magnetike tregon polin magnetik jugor të Tokës. Ky pol ndodhet në veri të globit, disi larg polit gjeografik verior (në ishullin e Princit të Uellsit - rreth 75°$ gjerësi veriore dhe 99°$ gjatësi perëndimore, në një distancë prej afërsisht 2100$ km nga veriu gjeografik shtyllë).

Kur i afrohemi polit gjeografik verior, linjat e forcës së fushës magnetike të Tokës anojnë gjithnjë e më shumë drejt horizontit në një kënd më të madh, dhe në rajonin e polit magnetik jugor ato bëhen vertikale.

Poli magnetik verior i Tokës ndodhet pranë polit gjeografik jugor, përkatësisht në 66,5$$ gjerësi gjeografike jugore dhe 140°$$ gjatësi gjeografike lindore. Këtu linjat e fushës magnetike dalin nga Toka.

Me fjalë të tjera, polet magnetike të Tokës nuk përkojnë me polet e saj gjeografike. Prandaj, drejtimi i gjilpërës magnetike nuk përkon me drejtimin e meridianit gjeografik, dhe gjilpëra magnetike e busullës tregon vetëm afërsisht drejtimin në veri.

Gjilpëra e busullës mund të ndikohet edhe nga disa fenomene natyrore, për shembull, stuhi magnetike, të cilat janë ndryshime të përkohshme në fushën magnetike të Tokës që lidhen me aktivitetin diellor. Aktiviteti diellor shoqërohet nga emetimi i rrymave të grimcave të ngarkuara, veçanërisht elektroneve dhe protoneve, nga sipërfaqja e Diellit. Këto rryma, duke lëvizur me shpejtësi të madhe, krijojnë fushën e tyre magnetike që ndërvepron me fushën magnetike të Tokës.

Në glob (përveç ndryshimeve afatshkurtra në fushën magnetike) ka zona në të cilat ka një devijim të vazhdueshëm në drejtimin e gjilpërës magnetike nga drejtimi i vijës magnetike të Tokës. Këto janë zonat anomali magnetike(nga greqishtja anomalia - devijim, anomali). Një nga zonat më të mëdha të tilla është anomalia magnetike e Kurskut. Anomalitë shkaktohen nga depozitat e mëdha të mineralit të hekurit në një thellësi relativisht të cekët.

Fusha magnetike e Tokës mbron në mënyrë të besueshme sipërfaqen e Tokës nga rrezatimi kozmik, efekti i të cilit në organizmat e gjallë është shkatërrues.

Fluturimet e stacioneve hapësinore dhe anijeve ndërplanetare kanë bërë të mundur të vërtetohet se Hëna dhe planeti Venus nuk kanë fushë magnetike, ndërsa planeti Mars ka një fushë shumë të dobët.

Eksperimentet nga Oerstedai ​​​​Ampere. Induksioni i fushës magnetike

Në vitin 1820, shkencëtari danez G. H. Oersted zbuloi se një gjilpërë magnetike e vendosur pranë një përcjellësi përmes të cilit rrjedh rryma rrotullohet, duke u prirur të jetë pingul me përcjellësin.

Diagrami i eksperimentit të G. H. Oersted është paraqitur në figurë. Përçuesi i përfshirë në qarkun e burimit aktual ndodhet mbi gjilpërën magnetike paralelisht me boshtin e saj. Kur qarku është i mbyllur, gjilpëra magnetike devijon nga pozicioni i saj origjinal. Kur qarku hapet, gjilpëra magnetike kthehet në pozicionin e saj origjinal. Nga kjo rrjedh se përçuesi me rrymë dhe gjilpëra magnetike ndërveprojnë me njëri-tjetrin. Bazuar në këtë eksperiment, mund të konkludojmë se ekziston një fushë magnetike e lidhur me rrjedhën e rrymës në një përcjellës dhe natyrën vorbull të kësaj fushe. Eksperimenti i përshkruar dhe rezultatet e tij ishin arritja më e rëndësishme shkencore e Oersted.

Në të njëjtin vit, fizikani francez Ampere, i cili ishte i interesuar për eksperimentet e Oersted, zbuloi ndërveprimin e dy përçuesve të drejtë me rrymën. Doli se nëse rrymat në përcjellës rrjedhin në një drejtim, d.m.th., ato janë paralele, atëherë përçuesit tërhiqen, nëse në drejtime të kundërta (d.m.th., ato janë antiparalele), atëherë ato zmbrapsen.

Ndërveprimet ndërmjet përcjellësve me rrymë, d.m.th., ndërveprimet ndërmjet ngarkesave elektrike në lëvizje, quhen magnetike, dhe forcat me të cilat përçuesit që mbartin rrymën veprojnë mbi njëri-tjetrin quhen forca magnetike.

Sipas teorisë së veprimit me rreze të shkurtër, të cilës i është përmbajtur M. Faraday, rryma në njërin nga përcjellësit nuk mund të ndikojë drejtpërdrejt në rrymën në përcjellësin tjetër. Ngjashëm me rastin e ngarkesave elektrike stacionare rreth të cilave ka një fushë elektrike, u konstatua se në hapësirën që rrethon rrymat, ekziston një fushë magnetike, i cili vepron me njëfarë force në një përcjellës tjetër rrymë-bartës të vendosur në këtë fushë, ose në një magnet të përhershëm. Nga ana tjetër, fusha magnetike e krijuar nga përcjellësi i dytë me rrymë vepron në rrymën në përcjellësin e parë.

Ashtu si një fushë elektrike zbulohet nga efekti i saj në një ngarkesë testuese të futur në këtë fushë, një fushë magnetike mund të zbulohet nga efekti orientues i një fushe magnetike në një kornizë me një rrymë të vogël (krahasuar me distancat në të cilat magnetike fusha ndryshon dukshëm) dimensionet.

Telat që furnizojnë rrymë në kornizë duhet të ndërthuren (ose të vendosen afër njëri-tjetrit), atëherë forca rezultuese e ushtruar nga fusha magnetike në këto tela do të jetë zero. Forcat që veprojnë në një kornizë të tillë që mbart rrymë do ta rrotullojnë atë në mënyrë që rrafshi i tij të bëhet pingul me linjat e induksionit të fushës magnetike. Në shembull, korniza do të rrotullohet në mënyrë që përcjellësi që mbart rrymë të jetë në rrafshin e kornizës. Kur drejtimi i rrymës në përcjellës ndryshon, korniza do të rrotullohet $180°$. Në fushën midis poleve të një magneti të përhershëm, korniza do të kthehet me një plan pingul me linjat magnetike të forcës së magnetit.

Induksioni magnetik

Induksioni magnetik ($B↖(→)$) është një sasi fizike vektoriale që karakterizon fushën magnetike.

Drejtimi i vektorit të induksionit magnetik $B↖(→)$ merret si:

1) drejtimi nga poli jugor $S$ në polin verior $N$ të një gjilpëre magnetike të pozicionuar lirisht në një fushë magnetike, ose

2) drejtimi i normales pozitive në një qark të mbyllur me rrymë në një pezullim fleksibël, të instaluar lirisht në një fushë magnetike. Normalja e drejtuar drejt lëvizjes së majës së gjilpërës (me një fije të djathtë), doreza e së cilës rrotullohet në drejtim të rrymës në kornizë, konsiderohet pozitive.

Është e qartë se drejtimet 1) dhe 2) përkojnë, gjë që u krijua nga eksperimentet e Amperit.

Sa i përket madhësisë së induksionit magnetik (d.m.th., modulit të tij) $B$, i cili mund të karakterizojë forcën e fushës, eksperimentet kanë vërtetuar se forca maksimale $F$ me të cilën fusha vepron në një përcjellës me rrymë (i vendosur pingul te linjat e induksionit fusha magnetike), varet nga rryma $I$ në përcjellës dhe nga gjatësia e saj $∆l$ (proporcionale me to). Megjithatë, forca që vepron në një element aktual (të gjatësisë së njësisë dhe fuqisë aktuale) varet vetëm nga vetë fusha, d.m.th., raporti $(F)/(I∆l)$ për një fushë të caktuar është një vlerë konstante (e ngjashme me raporti i forcës ndaj ngarkesës për fushën elektrike). Kjo vlerë përcaktohet si induksioni magnetik.

Induksioni i fushës magnetike në një pikë të caktuar është i barabartë me raportin e forcës maksimale që vepron në një përcjellës me rrymë me gjatësinë e përcjellësit dhe forcën e rrymës në përcjellësin e vendosur në këtë pikë.

Sa më i madh të jetë induksioni magnetik në një pikë të caktuar të fushës, aq më e madhe është forca që fusha në atë pikë do të veprojë në një gjilpërë magnetike ose një ngarkesë elektrike lëvizëse.

Njësia SI e induksionit magnetik është tesla(Tl), emëruar pas inxhinierit elektroenergjetik serb Nikola Tesla. Siç mund të shihet nga formula, $1$ T $=l(H)/(A m)$

Nëse ka disa burime të ndryshme të fushës magnetike, vektorët e induksionit të të cilave në një pikë të caktuar të hapësirës janë të barabartë me $(В_1)↖(→), (В_2)↖(→), (В_3)↖(→),. ..$, atëherë, sipas parimi i mbivendosjes së fushës, induksioni i fushës magnetike në këtë pikë është i barabartë me shumën e vektorëve të induksionit të fushës magnetike të krijuar çdo burim.

$↖(→)=(В_1)↖(→)+(В_2)↖(→)+(В_3)↖(→)+...$

Linjat e induksionit magnetik

Për të vizualizuar fushën magnetike, M. Faraday prezantoi konceptin linjat magnetike të forcës, të cilën ai e demonstroi vazhdimisht në eksperimentet e tij. Një fotografi e linjave të fushës mund të merret lehtësisht duke përdorur fletë hekuri të spërkatura në karton. Figura tregon: linjat e induksionit magnetik të rrymës së vazhduar, solenoid, rrymë rrethore, magnet direkt.

Linjat e induksionit magnetik, ose linjat magnetike të forcës, ose thjesht vijat magnetike quhen drejtëza, tangjentet e të cilave në çdo pikë përputhen me drejtimin e vektorit të induksionit magnetik $B↖(→)$ në këtë pikë të fushës.

Nëse, në vend të fijeve të hekurit, gjilpëra të vogla magnetike vendosen rreth një përcjellësi të gjatë të drejtë që mban rrymë, atëherë mund të shihni jo vetëm konfigurimin e linjave të fushës (rrathët koncentrikë), por edhe drejtimin e linjave të fushës (poli verior i gjilpëra magnetike tregon drejtimin e vektorit të induksionit në një pikë të caktuar).

Drejtimi i fushës magnetike të rrymës së përparme mund të përcaktohet nga rregulli i gimletit të drejtë.

Nëse rrotulloni dorezën e gjilpërës në mënyrë që lëvizja përkthimore e majës së gjilpërës të tregojë drejtimin e rrymës, atëherë drejtimi i rrotullimit të dorezës së gjilpërës do të tregojë drejtimin e vijave të fushës magnetike të rrymës.

Drejtimi i fushës magnetike të rrymës së përparme mund të përcaktohet gjithashtu duke përdorur rregulli i parë i dorës së djathtë.

Nëse e kapni përcjellësin me dorën tuaj të djathtë, duke drejtuar gishtin e madh të përkulur në drejtim të rrymës, atëherë majat e gishtave të mbetur në secilën pikë do të tregojnë drejtimin e vektorit të induksionit në atë pikë.

Fusha e vorbullës

Linjat e induksionit magnetik janë të mbyllura, gjë që tregon se nuk ka ngarkesa magnetike në natyrë. Fushat, vijat e fushës së të cilave janë të mbyllura quhen fusha vorbullash. Kjo do të thotë, fusha magnetike është një fushë vorbullash. Kjo ndryshon nga fusha elektrike e krijuar nga ngarkesat.

Solenoid

Një solenoid është një spirale e telit që mban rrymë.

Solenoidi karakterizohet nga numri i rrotullimeve për njësi gjatësi $n$, gjatësi $l$ dhe diametër $d$. Trashësia e telit në solenoid dhe hapi i spirales (vija spirale) janë të vogla në krahasim me diametrin e tij $d$ dhe gjatësinë $l$. Termi "solenoid" përdoret gjithashtu në një kuptim më të gjerë - ky është emri që u jepet mbështjelljeve me një seksion kryq arbitrar (solenoid katror, ​​solenoid drejtkëndor), dhe jo domosdoshmërisht në formë cilindrike (solenoid toroidal). Ekziston një solenoid i gjatë ($l>>d$) dhe një i shkurtër ($l

Solenoidi u shpik në 1820 nga A. Ampere për të rritur veprimin magnetik të rrymës, i zbuluar nga X. Oersted dhe i përdorur nga D. Arago në eksperimentet mbi magnetizimin e shufrave të çelikut. Vetitë magnetike të një solenoidi u studiuan eksperimentalisht nga Ampere në 1822 (në të njëjtën kohë ai prezantoi termin "solenoid"). U krijua ekuivalenca e solenoidit me magnetët natyrorë të përhershëm, që ishte një konfirmim i teorisë elektrodinamike të Amperit, e cila shpjegoi magnetizmin me ndërveprimin e rrymave molekulare unazore të fshehura në trupa.

Linjat e fushës magnetike të solenoidit janë paraqitur në figurë. Drejtimi i këtyre linjave përcaktohet duke përdorur rregulli i dytë i dorës së djathtë.

Nëse e lidhni solenoidin me pëllëmbën e dorës tuaj të djathtë, duke drejtuar katër gishta përgjatë rrymës në kthesa, atëherë gishti i madh i zgjatur do të tregojë drejtimin e linjave magnetike brenda solenoidit.

Duke krahasuar fushën magnetike të një solenoidi me fushën e një magneti të përhershëm, mund të shihni se ato janë shumë të ngjashme. Ashtu si një magnet, një solenoid ka dy pole - veri ($N$) dhe jug ($S$). Poli i Veriut është ai nga i cili dalin linjat magnetike; poli i jugut është ai ku hyjnë. Poli verior i solenoidit ndodhet gjithmonë në anën ku tregon gishti i madh i pëllëmbës kur pozicionohet në përputhje me rregullin e dytë të dorës së djathtë.

Një solenoid në formën e një spirale me një numër të madh kthesash përdoret si magnet.

Studimet e fushës magnetike të një solenoidi tregojnë se efekti magnetik i solenoidit rritet me rritjen e rrymës dhe numrin e rrotullimeve në solenoid. Për më tepër, veprimi magnetik i një solenoidi ose spirale me rrymë rritet duke futur një shufër hekuri në të, e cila quhet bërthamë.

Elektromagnetët

Një solenoid me një bërthamë hekuri brenda quhet elektromagnet.

Elektromagnetët mund të përmbajnë jo një, por disa mbështjellje (mbështjellje) dhe të kenë bërthama të formave të ndryshme.

Një elektromagnet i tillë u ndërtua për herë të parë nga shpikësi anglez W. Sturgeon në 1825. Me një masë prej 0,2 $ kg, elektromagneti i W. Sturgeon mbajti një ngarkesë me peshë 36 $ N. Në të njëjtin vit, J. Joule rriti forcën ngritëse të elektromagnet në 200$ N, dhe gjashtë vjet më vonë shkencëtari amerikan J. Henry ndërtoi një elektromagnet me peshë 300$ kg, i aftë për të mbajtur një ngarkesë që peshon $1$ t!

Elektromagnetët modernë mund të ngrenë ngarkesa që peshojnë disa dhjetëra tonë. Ato përdoren në fabrika kur lëvizin produkte të rënda hekuri dhe çeliku. Elektromagnetët përdoren gjithashtu në bujqësi për të pastruar kokrrat e një numri bimësh nga barërat e këqija dhe në industri të tjera.

Fuqia e amperit

Një seksion i drejtë i përcjellësit $∆l$, përmes të cilit rrjedh rryma $I$, vepron nga një forcë $F$ në një fushë magnetike me induksion $B$.

Për të llogaritur këtë forcë, përdorni shprehjen:

$F=B|I|∆lsinα$

ku $α$ është këndi ndërmjet vektorit $B↖(→)$ dhe drejtimit të segmentit të përcjellësit me rrymë (elementi aktual); Drejtimi i elementit aktual merret si drejtimi në të cilin rryma rrjedh nëpër përcjellës. Forca $F$ quhet Forca e amperit për nder të fizikanit francez A. M. Ampere, i cili ishte i pari që zbuloi efektin e një fushe magnetike në një përcjellës rrymë. (Në fakt, Ampere vendosi një ligj për forcën e ndërveprimit midis dy elementeve të përcjellësve me rrymë. Ai ishte ithtar i teorisë së veprimit me rreze të gjatë dhe nuk përdori konceptin e fushës.

Sidoqoftë, sipas traditës dhe në kujtim të meritave të shkencëtarit, shprehja për forcën që vepron në një përcjellës që mbart rrymë nga një fushë magnetike quhet gjithashtu ligji i Amperit.)

Drejtimi i forcës së Amperit përcaktohet duke përdorur rregullin e dorës së majtë.

Nëse vendosni pëllëmbën e dorës tuaj të majtë në mënyrë që linjat e fushës magnetike të hyjnë në të pingul, dhe katër gishtat e zgjatur tregojnë drejtimin e rrymës në përcjellës, atëherë gishti i madh i shtrirë do të tregojë drejtimin e forcës që vepron në rrymë- përcjellës mbajtës. Kështu, forca e Amperit është gjithmonë pingul me vektorin e induksionit të fushës magnetike dhe drejtimin e rrymës në përcjellës, d.m.th., pingul me rrafshin në të cilin shtrihen këta dy vektorë.

Pasoja e forcës së Amperit është rrotullimi i kornizës së rrymës në një fushë magnetike konstante. Kjo gjen zbatim praktik në shumë pajisje, p.sh. instrumente matëse elektrike- galvanometra, ampermetra, ku një kornizë e lëvizshme me rrymë rrotullohet në fushën e një magneti të përhershëm dhe nga këndi i devijimit të një treguesi të lidhur fiksisht me kornizën, mund të gjykohet sasia e rrymës që rrjedh në qark.

Falë efektit rrotullues të fushës magnetike në kornizën e rrymës, u bë gjithashtu e mundur krijimi dhe përdorimi motorët elektrikë- makinat në të cilat energjia elektrike shndërrohet në energji mekanike.

Forca e Lorencit

Forca e Lorencit është një forcë që vepron në një ngarkesë elektrike me pikë lëvizëse në një fushë magnetike të jashtme.

Fizikani holandez H. A. Lorenz në fund të shekullit të 19-të. vërtetoi se forca e ushtruar nga një fushë magnetike në një grimcë të ngarkuar në lëvizje është gjithmonë pingul me drejtimin e lëvizjes së grimcës dhe linjat e forcës së fushës magnetike në të cilën lëviz kjo grimcë.

Drejtimi i forcës së Lorencit mund të përcaktohet duke përdorur rregullin e dorës së majtë.

Nëse vendosni pëllëmbën e dorës tuaj të majtë në mënyrë që katër gishtat e zgjatur të tregojnë drejtimin e lëvizjes së ngarkesës dhe vektori i fushës së induksionit magnetik të hyjë në pëllëmbë, atëherë gishti i madh i zgjatur do të tregojë drejtimin e forcës së Lorencit që vepron në ngarkesën pozitive.

Nëse ngarkesa e grimcës është negative, atëherë forca e Lorencit do të drejtohet në drejtim të kundërt.

Moduli i forcës së Lorencit përcaktohet lehtësisht nga ligji i Amperit dhe është:

ku $q$ është ngarkesa e grimcës, $υ$ është shpejtësia e lëvizjes së saj, $α$ është këndi ndërmjet vektorëve të induksionit të shpejtësisë dhe fushës magnetike.

Nëse, përveç fushës magnetike, ekziston edhe një fushë elektrike që vepron në ngarkesë me një forcë $(F_(el))↖(→)=qE↖(→)$, atëherë forca totale që vepron në ngarkesë është e barabartë me:

$F↖(→)=(F_(el))↖(→)+(F_l)↖(→)$

Shpesh kjo forcë totale quhet forca e Lorencit dhe forca e shprehur me formulën $F=|q|υBsinα$ quhet pjesë magnetike e forcës së Lorencit.

Meqenëse forca e Lorencit është pingul me drejtimin e lëvizjes së grimcës, ajo nuk mund të ndryshojë shpejtësinë e saj (nuk bën punë), por mund të ndryshojë vetëm drejtimin e lëvizjes së saj, d.m.th., të përkulë trajektoren.

Kjo lakim i trajektores së elektroneve në një tub fotografik televiziv është i lehtë për t'u vëzhguar nëse sjell një magnet të përhershëm në ekranin e tij: imazhi do të shtrembërohet.

Lëvizja e një grimce të ngarkuar në një fushë magnetike uniforme. Lëreni një grimcë të ngarkuar të fluturojë me një shpejtësi $υ$ në një fushë magnetike uniforme pingul me vijat e tensionit. Forca e ushtruar nga fusha magnetike në grimcë do të bëjë që ajo të rrotullohet në mënyrë të njëtrajtshme në një rreth me rreze r, e cila është e lehtë të gjendet duke përdorur ligjin e dytë të Njutonit, shprehjen për nxitimin centripetal dhe formulën $F=|q|υBsinα$:

$(mυ^2)/(r)=|q|υB$

Nga këtu marrim

$r=(mυ)/(|q|B)$

ku $m$ është masa e grimcave.

Zbatimi i forcës së Lorencit. Veprimi i një fushe magnetike në ngarkesat lëvizëse përdoret, për shembull, në spektrografët e masës, të cilat bëjnë të mundur ndarjen e grimcave të ngarkuara sipas ngarkesave të tyre specifike, d.m.th., nga raporti i ngarkesës së një grimce me masën e saj, dhe nga rezultatet e marra për të përcaktuar me saktësi masat e grimcave.

Dhoma e vakumit të pajisjes vendoset në një fushë (vektori i induksionit $B↖(→)$ është pingul me figurën). Grimcat e ngarkuara (elektrone ose jone) të përshpejtuara nga fusha elektrike, pasi kanë përshkruar një hark, bien në pllakën fotografike, ku lënë një gjurmë që lejon që rrezja e trajektores $r$ të matet me saktësi të madhe. Kjo rreze përcakton ngarkesën specifike të jonit. Duke ditur ngarkesën e një joni, është e lehtë të llogaritet masa e tij.

Vetitë magnetike të substancave

Për të shpjeguar ekzistencën e fushës magnetike të magnetëve të përhershëm, Ampere sugjeroi që rrymat rrethore mikroskopike ekzistojnë në një substancë me veti magnetike (ato quheshin molekulare). Kjo ide më pas, pas zbulimit të elektronit dhe strukturës së atomit, u konfirmua shkëlqyeshëm: këto rryma krijohen nga lëvizja e elektroneve rreth bërthamës dhe, duke u orientuar në të njëjtën mënyrë, në total krijojnë një fushë rreth dhe brenda. magnetin.

Në Fig. planet në të cilat ndodhen rrymat elektrike elementare janë të orientuara rastësisht për shkak të lëvizjes kaotike termike të atomeve dhe substanca nuk shfaq veti magnetike. Në një gjendje të magnetizuar (nën ndikimin, për shembull, të një fushe magnetike të jashtme), këto plane janë të orientuara në mënyrë identike dhe veprimet e tyre mblidhen.

Përshkueshmëria magnetike. Reagimi i mediumit ndaj ndikimit të një fushe magnetike të jashtme me induksion $B_0$ (fushë në vakum) përcaktohet nga ndjeshmëria magnetike $μ$:

ku $B$ është induksioni i fushës magnetike në substancë. Përshkueshmëria magnetike është e ngjashme me konstanten dielektrike $ε$.

Në bazë të vetive të tyre magnetike, substancat ndahen në Diamagnet, paramagnet dhe feromagnet. Për materialet diamagnetike, koeficienti $μ$, i cili karakterizon vetitë magnetike të mediumit, është më pak se $1$ (për shembull, për bismut $μ = 0,999824$); për paramagnet $μ > 1$ (për platinin $μ = 1,00036$); për ferromagnetet $μ >> 1$ (hekur, nikel, kobalt).

Diamagnetët zmbrapsen nga një magnet, materialet paramagnetike tërhiqen. Nga këto karakteristika ato mund të dallohen nga njëri-tjetri. Për shumicën e substancave, përshkueshmëria magnetike praktikisht nuk ndryshon nga uniteti, vetëm për ferromagnetet e tejkalon shumë atë, duke arritur në disa dhjetëra mijëra njësi.

Ferromagnetët. Ferromagnetët shfaqin vetitë magnetike më të forta. Fushat magnetike të krijuara nga feromagnetet janë shumë më të forta se fusha magnetizuese e jashtme. Vërtetë, fushat magnetike të feromagneteve nuk krijohen si rezultat i rrotullimit të elektroneve rreth bërthamave - momenti magnetik i orbitës, dhe për shkak të rrotullimit të vetë elektronit - momenti i tij magnetik, i quajtur rrotullim.

Temperatura Curie ($T_c$) është temperatura mbi të cilën materialet ferromagnetike humbasin vetitë e tyre magnetike. Është e ndryshme për çdo ferromagnet. Për shembull, për hekurin $Т_с = 753°$С, për nikelin $Т_с = 365°$С, për kobaltin $Т_с = 1000°$ С Ka lidhje ferromagnetike me $Т_с

Studimet e para të detajuara të vetive magnetike të ferromagneteve u kryen nga fizikani i shquar rus A. G. Stoletov (1839-1896).

Ferromagnetët përdoren shumë gjerësisht: si magnet të përhershëm (në instrumente matëse elektrike, altoparlantë, telefona etj.), bërthama çeliku në transformatorë, gjeneratorë, motorë elektrikë (për të rritur fushën magnetike dhe për të kursyer energjinë elektrike). Shiritat magnetikë të prodhuar nga materiale feromagnetike regjistrojnë tinguj dhe imazhe për magnetofon dhe videoregjistrues. Informacioni regjistrohet në filma të hollë magnetikë për pajisjet e ruajtjes në kompjuterët elektronikë.

Rregulli i Lenz-it

Rregulli i Lenz-it (ligji i Lenz-it) u vendos nga E. H. Lenz në 1834. Ai përpunon ligjin e induksionit elektromagnetik, i zbuluar në 1831 nga M. Faraday. Rregulli i Lenz-it përcakton drejtimin e rrymës së induktuar në një lak të mbyllur ndërsa lëviz në një fushë magnetike të jashtme.

Drejtimi i rrymës së induksionit është gjithmonë i tillë që forcat që ajo përjeton nga fusha magnetike kundërshtojnë lëvizjen e qarkut dhe fluksi magnetik $Ф_1$ i krijuar nga kjo rrymë tenton të kompensojë ndryshimet në fluksin magnetik të jashtëm $Ф_e$.

Ligji i Lenz-it është shprehje e ligjit të ruajtjes së energjisë për dukuritë elektromagnetike. Në të vërtetë, kur një lak i mbyllur lëviz në një fushë magnetike për shkak të forcave të jashtme, është e nevojshme të kryhet njëfarë pune kundër forcave që lindin si rezultat i ndërveprimit të rrymës së induktuar me fushën magnetike dhe të drejtuara në drejtim të kundërt me lëvizjen. .

Rregulli i Lenz-it është ilustruar në figurë. Nëse një magnet i përhershëm zhvendoset në një spirale të mbyllur për një galvanometër, rryma e induktuar në spirale do të ketë një drejtim që do të krijojë një fushë magnetike me vektor $B"$ të drejtuar përballë vektorit të induksionit të fushës së magnetit $B$, dmth do ta shtyjë magnetin nga spiralja ose do të parandalojë lëvizjen e tij Kur një magnet tërhiqet nga spiralja, përkundrazi, fusha e krijuar nga rryma e induksionit do ta tërheqë spiralen, d.m.th., do të parandalojë përsëri lëvizjen e saj.

Për të zbatuar rregullin e Lenz-it për të përcaktuar drejtimin e rrymës së induktuar $I_e$ në qark, duhet të ndiqni këto rekomandime.

1. Vendosni drejtimin e vijave të induksionit magnetik $B↖(→)$ të fushës magnetike të jashtme.
2. Zbuloni nëse fluksi i induksionit magnetik i kësaj fushe përmes sipërfaqes së kufizuar nga kontura ($∆Φ > 0$) rritet apo zvogëlohet ($∆Φ
3. Cakto drejtimin e vijave të induksionit magnetik $В"↖(→)$ të fushës magnetike të rrymës së induktuar $I_i$. Këto vija duhet të drejtohen, sipas rregullit të Lenz-it, përballë vijave $В↖(→)$ , nëse $∆Φ > 0$, dhe kanë të njëjtin drejtim si ato nëse $∆Φ
4. Duke ditur drejtimin e vijave të induksionit magnetik $B"↖(→)$, përcaktoni drejtimin e rrymës së induksionit $I_i$ duke përdorur rregull gimlet.

Fizika e elektricitetit është diçka me të cilën duhet të merret secili prej nesh. Në këtë artikull do të shqyrtojmë konceptet themelore që lidhen me të.

Çfarë është energjia elektrike? Për ata që nuk janë iniciuar, ajo shoqërohet me një rrufe ose me energjinë që fuqizon një televizor dhe lavatriçe. Ai e di që përdoren trenat elektrikë, çfarë tjetër mund t'ju thotë? Linjat e energjisë i kujtojnë atij varësinë tonë nga energjia elektrike. Dikush mund të japë disa shembuj të tjerë.

Megjithatë, ka shumë fenomene të tjera, jo aq të dukshme, por të përditshme që lidhen me energjinë elektrike. Fizika na prezanton me të gjitha ato. Ne fillojmë të studiojmë energjinë elektrike (probleme, përkufizime dhe formula) në shkollë. Dhe ne mësojmë shumë gjëra interesante. Rezulton se një zemër që rreh, një atlet vrapues, një fëmijë që fle dhe një peshk që noton të gjitha prodhojnë energji elektrike.

Elektrone dhe protone

Le të përcaktojmë konceptet bazë. Nga këndvështrimi i një shkencëtari, fizika e elektricitetit ka të bëjë me lëvizjen e elektroneve dhe grimcave të tjera të ngarkuara në substanca të ndryshme. Prandaj, kuptimi shkencor i natyrës së fenomenit që na intereson varet nga niveli i njohurive rreth atomeve dhe grimcave subatomike të tyre përbërëse. Çelësi i këtij kuptimi është elektroni i vogël. Atomet e çdo substance përmbajnë një ose më shumë elektrone, që lëvizin në orbita të ndryshme rreth bërthamës, ashtu si planetët rrotullohen rreth Diellit. Zakonisht është i barabartë me numrin e protoneve në bërthamën e një atomi. Megjithatë, protonet, duke qenë shumë më të rëndë se elektronet, mund të konsiderohen sikur të fiksohen në qendër të atomit. Ky model jashtëzakonisht i thjeshtuar i atomit është mjaft i mjaftueshëm për të shpjeguar bazat e një fenomeni të tillë si fizika e elektricitetit.

Çfarë tjetër duhet të dini? Elektronet dhe protonet kanë të njëjtën madhësi (por shenja të ndryshme), kështu që ata tërheqin njëri-tjetrin. Ngarkesa e një protoni është pozitive dhe ajo e një elektroni është negative. Një atom që ka më shumë ose më pak elektrone se normalja quhet jon. Nëse nuk ka mjaft prej tyre në një atom, atëherë ai quhet jon pozitiv. Nëse përmban një tepricë të tyre, atëherë quhet jon negativ.

Kur një elektron largohet nga një atom, ai fiton një ngarkesë pozitive. Një elektron, i privuar nga e kundërta e tij, një proton, ose lëviz në një atom tjetër ose kthehet në atë të mëparshëm.

Pse elektronet largohen nga atomet?

Kjo është për shkak të disa arsyeve. Më e përgjithshme është se nën ndikimin e një impulsi drite ose ndonjë elektroni të jashtëm, një elektron që lëviz në një atom mund të rrëzohet nga orbita e tij. Nxehtësia bën që atomet të dridhen më shpejt. Kjo do të thotë që elektronet mund të ikin nga atomi i tyre. Gjatë reaksioneve kimike ato lëvizin edhe nga atomi në atom.

Një shembull i mirë i marrëdhënies midis aktivitetit kimik dhe elektrik është dhënë nga muskujt. Fijet e tyre kontraktohen kur ekspozohen ndaj një sinjali elektrik që vjen nga sistemi nervor. Rryma elektrike stimulon reaksionet kimike. Ato çojnë në tkurrje të muskujve. Sinjalet e jashtme elektrike përdoren shpesh për të stimuluar artificialisht aktivitetin e muskujve.

Përçueshmëria

Në disa substanca, elektronet lëvizin më lirshëm nën ndikimin e një fushe elektrike të jashtme sesa në të tjerat. Substanca të tilla thuhet se kanë përçueshmëri të mirë. Ata quhen përcjellës. Këto përfshijnë shumicën e metaleve, gazeve të nxehta dhe disa lëngjeve. Ajri, goma, vaji, polietileni dhe qelqi janë përçues të dobët të energjisë elektrike. Ata quhen dielektrikë dhe përdoren për të izoluar përcjellësit e mirë. Nuk ka izolatorë idealë (rrymë absolutisht jopërçuese). Në kushte të caktuara, elektronet mund të hiqen nga çdo atom. Megjithatë, këto kushte janë zakonisht aq të vështira për t'u plotësuar saqë, nga pikëpamja praktike, substanca të tilla mund të konsiderohen jopërçuese.

Duke u njohur me një shkencë të tillë si "Elektriciteti"), mësojmë se ekziston një grup i veçantë substancash. Këta janë gjysmëpërçues. Ata sillen pjesërisht si dielektrikë dhe pjesërisht si përçues. Këto përfshijnë, në veçanti: germanium, silic, oksid bakri. Për shkak të vetive të tij, gjysmëpërçuesit kanë shumë aplikime. Për shembull, mund të shërbejë si një valvul elektrike: si valvula në një gomë biçiklete, lejon që ngarkesat të lëvizin vetëm në një drejtim. Pajisjet e tilla quhen ndreqës. Ato përdoren si në radio miniaturë ashtu edhe në termocentrale të mëdha për të kthyer rrymën alternative në rrymë direkte.

Nxehtësia është një formë kaotike e lëvizjes së molekulave ose atomeve, dhe temperatura është një masë e intensitetit të kësaj lëvizjeje (për shumicën e metaleve, me uljen e temperaturës, lëvizja e elektroneve bëhet më e lirë). Kjo do të thotë se rezistenca ndaj lëvizjes së lirë të elektroneve zvogëlohet me uljen e temperaturës. Me fjalë të tjera, përçueshmëria e metaleve rritet.

Superpërcjellshmëri

Në disa substanca në temperatura shumë të ulëta, rezistenca ndaj rrjedhës së elektroneve zhduket plotësisht, dhe elektronet, pasi kanë filluar të lëvizin, vazhdojnë të lëvizin pafundësisht. Ky fenomen quhet superpërçueshmëri. Në temperatura disa gradë mbi zero absolute (-273 °C) vërehet në metale si kallaji, plumbi, alumini dhe niobiumi.

Gjeneratorë Van de Graaff

Kurrikula shkollore përfshin eksperimente të ndryshme me energjinë elektrike. Ka shumë lloje të gjeneratorëve, një prej të cilëve do të donim të flasim më në detaje. Gjeneratori Van de Graaff përdoret për të prodhuar tensione ultra të larta. Nëse një objekt që përmban një tepricë të joneve pozitive vendoset brenda një ene, atëherë elektronet do të shfaqen në sipërfaqen e brendshme të kësaj të fundit dhe i njëjti numër jonesh pozitivë do të shfaqen në sipërfaqen e jashtme. Nëse tani prekni sipërfaqen e brendshme me një objekt të ngarkuar, atëherë të gjitha elektronet e lira do të transferohen në të. Nga jashtë, ngarkesat pozitive do të mbeten.

Jonet pozitive nga burimi aplikohen në një rrip transportieri që kalon brenda një sfere metalike. Shiriti është i lidhur me sipërfaqen e brendshme të sferës duke përdorur një përcjellës në formën e një kreshtë. Elektronet rrjedhin nga sipërfaqja e brendshme e sferës. Në anën e jashtme të saj shfaqen jonet pozitive. Efekti mund të rritet duke përdorur dy gjeneratorë.

Elektricitet

Kursi i fizikës shkollore përfshin gjithashtu një koncept të tillë si rryma elektrike. Çfarë është ajo? Rryma elektrike shkaktohet nga lëvizja e ngarkesave elektrike. Kur një llambë elektrike e lidhur me një bateri ndizet, rryma rrjedh përmes një teli nga një pol i baterisë në llambë, pastaj përmes flokëve, duke bërë që ajo të shkëlqejë dhe përsëri përmes telit të dytë në polin tjetër të baterisë. . Nëse e ktheni çelësin, qarku hapet - rryma ndalon dhe llamba fiket.

Lëvizja e elektroneve

Rryma në shumicën e rasteve është lëvizja e urdhëruar e elektroneve në një metal që shërben si përcjellës. Në të gjithë përçuesit dhe disa substanca të tjera, gjithmonë ndodhin disa lëvizje të rastësishme, edhe nëse nuk rrjedh rrymë. Elektronet në një substancë mund të jenë relativisht të lira ose të lidhura fort. Përçuesit e mirë kanë elektrone të lira që mund të lëvizin përreth. Por në përçuesit ose izoluesit e dobët, shumica e këtyre grimcave janë mjaft të lidhura ngushtë me atomet, gjë që pengon lëvizjen e tyre.

Ndonjëherë, natyrshëm ose artificialisht, një lëvizje e elektroneve në një përcjellës krijohet në një drejtim të caktuar. Kjo rrjedhë quhet rrymë elektrike. Ajo matet në amper (A). Bartës të rrymës mund të jenë gjithashtu jonet (në gazra ose tretësira) dhe "vrima" (mungesa e elektroneve në disa lloje gjysmëpërçuesish. Këta të fundit sillen si bartës të rrymës elektrike të ngarkuar pozitivisht. Për t'i bërë elektronet të lëvizin në një drejtim ose në një tjetër, një forcë e caktuar është Në natyrë, burimet e tij mund të jenë: ekspozimi ndaj dritës së diellit, efektet magnetike dhe reaksionet kimike Reaksionet kimike, përdoren për këtë qëllim, duke krijuar forcën e elektroneve për të lëvizur në një drejtim përgjatë qarkut. Madhësia e emf-it matet në volt (V).

Madhësia e EMF dhe forca e rrymës janë të lidhura me njëra-tjetrën, si presioni dhe rrjedha në një lëng. Tubat e ujit mbushen gjithmonë me ujë me një presion të caktuar, por uji fillon të rrjedhë vetëm kur hapet rubineti.

Në mënyrë të ngjashme, ai mund të lidhet me një burim emf, por rryma nuk do të rrjedhë në të derisa të krijohet një rrugë përgjatë së cilës elektronet mund të lëvizin. Mund të jetë, le të themi, një llambë elektrike ose një fshesë me korrent, çelësi këtu luan rolin e një rubineti, duke "lëshuar" rrymën.

Marrëdhënia midis rrymës dhe tensionit

Me rritjen e tensionit në qark, rritet edhe rryma. Gjatë studimit të një kursi të fizikës, mësojmë se qarqet elektrike përbëhen nga disa seksione të ndryshme: zakonisht një ndërprerës, përçues dhe një pajisje që konsumon energji elektrike. Të gjitha, të lidhura së bashku, krijojnë rezistencë ndaj rrymës elektrike, e cila (duke supozuar temperaturë konstante) për këta përbërës nuk ndryshon me kalimin e kohës, por është e ndryshme për secilin prej tyre. Prandaj, nëse i njëjti tension aplikohet në një llambë dhe në një hekur, atëherë rrjedha e elektroneve në secilën prej pajisjeve do të jetë e ndryshme, pasi rezistenca e tyre është e ndryshme. Rrjedhimisht, forca e rrymës që rrjedh nëpër një seksion të caktuar të qarkut përcaktohet jo vetëm nga voltazhi, por edhe nga rezistenca e përçuesve dhe pajisjeve.

Ligji i Ohmit

Sasia e rezistencës elektrike matet në ohmë (ohmë) në shkencën e fizikës. Energjia elektrike (formula, përkufizime, eksperimente) është një temë e gjerë. Ne nuk do të nxjerrim formula komplekse. Për njohjen e parë me temën mjafton ajo që u tha më sipër. Megjithatë, një formulë ia vlen të nxirret ende. Nuk është aspak e komplikuar. Për çdo përcjellës ose sistem përcjellësish dhe pajisjesh, marrëdhënia ndërmjet tensionit, rrymës dhe rezistencës jepet me formulën: tension = rrymë x rezistencë. Kjo është një shprehje matematikore e ligjit të Ohm-it, i quajtur sipas Georg Ohm (1787-1854), i cili ishte i pari që vendosi marrëdhëniet midis këtyre tre parametrave.

Fizika e energjisë elektrike është një degë shumë interesante e shkencës. Ne kemi shqyrtuar vetëm konceptet themelore që lidhen me të. Mësuat se çfarë është elektriciteti dhe si formohet. Shpresojmë që ky informacion t'ju duket i dobishëm.