Papalapit na ang sesyon, at oras na para lumipat tayo mula sa teorya patungo sa pagsasanay. Sa katapusan ng linggo, umupo kami at naisip na maraming mga mag-aaral ang makikinabang sa pagkakaroon ng isang koleksyon ng mga pangunahing pormula sa pisika sa kanilang mga kamay. Mga tuyong formula na may paliwanag: maikli, maigsi, walang kalabisan. Isang napaka-kapaki-pakinabang na bagay kapag nilulutas ang mga problema, alam mo. At sa panahon ng pagsusulit, kung kailan ang eksaktong isinaulo noong nakaraang araw ay maaaring "tumalon sa iyong ulo," ang gayong pagpili ay magsisilbing isang mahusay na layunin.

Ang pinakamaraming problema ay karaniwang tinatanong sa tatlong pinakasikat na seksyon ng pisika. Ito Mechanics, thermodynamics At Molekular na pisika, kuryente. Kunin natin sila!

Pangunahing mga formula sa physics dynamics, kinematics, statics

Magsimula tayo sa pinakasimpleng. Ang magandang lumang paboritong tuwid at pare-parehong paggalaw.

Mga formula ng kinematics:

Siyempre, huwag nating kalimutan ang tungkol sa paggalaw sa isang bilog, at pagkatapos ay magpapatuloy tayo sa dinamika at mga batas ni Newton.

Pagkatapos ng dynamics, oras na upang isaalang-alang ang mga kondisyon ng balanse ng mga katawan at likido, i.e. statics at hydrostatics

Ngayon ay ipinakita namin ang mga pangunahing pormula sa paksang "Trabaho at Enerhiya". Saan tayo kung wala sila?

Mga pangunahing formula ng molecular physics at thermodynamics

Tapusin natin ang seksyon ng mechanics na may mga formula para sa oscillations at waves at magpatuloy sa molecular physics at thermodynamics.

Ang kadahilanan ng kahusayan, ang batas ng Gay-Lussac, ang equation ng Clapeyron-Mendeleev - lahat ng mga formula na ito na mahal sa puso ay nakolekta sa ibaba.

Siya nga pala! Mayroon na ngayong diskwento para sa lahat ng aming mga mambabasa 10% sa .

Mga pangunahing pormula sa pisika: kuryente

Panahon na upang lumipat sa kuryente, kahit na ito ay hindi gaanong popular kaysa sa thermodynamics. Magsimula tayo sa electrostatics.

At, sa beat ng drum, nagtatapos kami sa mga formula para sa batas ng Ohm, electromagnetic induction at electromagnetic oscillations.

Iyon lang. Siyempre, ang isang buong bundok ng mga formula ay maaaring banggitin, ngunit ito ay walang silbi. Kapag napakaraming formula, madali kang malito at matunaw pa ang iyong utak. Umaasa kami na ang aming cheat sheet ng mga pangunahing formula sa pisika ay makakatulong sa iyo na malutas ang iyong mga paboritong problema nang mas mabilis at mas mahusay. At kung gusto mong linawin ang isang bagay o hindi mo nakita ang tamang formula: tanungin ang mga eksperto serbisyo ng mag-aaral. Ang aming mga may-akda ay nagpapanatili ng daan-daang mga formula sa kanilang mga ulo at nag-crack ng mga problema tulad ng mga mani. Makipag-ugnayan sa amin, at sa lalong madaling panahon ang anumang gawain ay nasa iyo.

Mga formula ng kuryente at magnetism. Ang pag-aaral ng mga pangunahing kaalaman ng electrodynamics ay tradisyonal na nagsisimula sa isang electric field sa isang vacuum. Upang kalkulahin ang puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng dalawang singil sa punto at upang kalkulahin ang lakas ng patlang ng kuryente na nilikha ng isang singil sa punto, kailangan mong mailapat ang batas ng Coulomb. Upang kalkulahin ang mga lakas ng patlang na nilikha ng mga pinalawig na singil (siningil na thread, eroplano, atbp.), ginagamit ang teorama ni Gauss. Para sa isang sistema ng mga singil sa kuryente kinakailangan na ilapat ang prinsipyo

Kapag pinag-aaralan ang paksang "Direct Current" kinakailangang isaalang-alang ang mga batas ni Ohm at Joule-Lenz sa lahat ng anyo Kapag nag-aaral ng "Magnetism" kinakailangang tandaan na ang magnetic field ay nabuo sa pamamagitan ng paglipat ng mga singil at kumikilos sa mga gumagalaw na singil. Dito dapat mong bigyang pansin ang batas ng Biot-Savart-Laplace. Ang partikular na atensyon ay dapat bayaran sa puwersa ng Lorentz at isaalang-alang ang paggalaw ng isang sisingilin na particle sa isang magnetic field.

Ang mga electrical at magnetic phenomena ay konektado sa pamamagitan ng isang espesyal na anyo ng pagkakaroon ng bagay - ang electromagnetic field. Ang batayan ng teorya ng electromagnetic field ay ang teorya ni Maxwell.

Talaan ng mga pangunahing formula ng kuryente at magnetism

Ang modernong buhay ay hindi maiisip kung walang kuryente ang ganitong uri ng enerhiya ay lubos na ginagamit ng sangkatauhan. Gayunpaman, hindi lahat ng nasa hustong gulang ay nakakaalala ng kahulugan ng electric current mula sa isang kurso sa physics ng paaralan (ito ay isang direktang daloy ng elementarya na mga particle na may singil), napakakaunting mga tao ang nakakaunawa kung ano ito.

Ano ang kuryente

Ang pagkakaroon ng kuryente bilang isang phenomenon ay ipinaliwanag ng isa sa mga pangunahing katangian ng pisikal na bagay - ang kakayahang magkaroon ng electric charge. Maaari silang maging positibo at negatibo, habang ang mga bagay na may magkasalungat na polar na mga palatandaan ay naaakit sa isa't isa, at ang mga "katumbas", sa kabaligtaran, ay nagtataboy. Ang mga gumagalaw na particle ay ang pinagmulan din ng isang magnetic field, na muling nagpapatunay ng koneksyon sa pagitan ng kuryente at magnetism.

Sa antas ng atomic, ang pagkakaroon ng kuryente ay maaaring ipaliwanag bilang mga sumusunod. Ang mga molekula na bumubuo sa lahat ng mga katawan ay naglalaman ng mga atomo na binubuo ng mga nuclei at mga electron na nagpapalipat-lipat sa kanilang paligid. Ang mga electron na ito, sa ilalim ng ilang mga kundisyon, ay maaaring humiwalay sa nuclei ng "ina" at lumipat sa ibang mga orbit. Bilang resulta, ang ilang mga atomo ay nagiging "kulang ang mga tauhan" ng mga electron, at ang ilan ay may labis sa kanila.

Dahil ang likas na katangian ng mga electron ay tulad na dumadaloy sila sa kung saan may kakulangan sa kanila, ang patuloy na paggalaw ng mga electron mula sa isang sangkap patungo sa isa pa ay bumubuo ng electric current (mula sa salitang "upang dumaloy"). Nabatid na ang kuryente ay dumadaloy mula sa minus pole hanggang sa plus pole. Samakatuwid, ang isang sangkap na may kakulangan ng mga electron ay itinuturing na positibong sisingilin, at may labis - negatibo, at ito ay tinatawag na "mga ion". Kung pinag-uusapan natin ang tungkol sa mga contact ng mga de-koryenteng wire, kung gayon ang positibong sisingilin ay tinatawag na "zero", at ang negatibong sisingilin ay tinatawag na "phase".

Sa iba't ibang mga sangkap, ang distansya sa pagitan ng mga atom ay naiiba. Kung ang mga ito ay napakaliit, ang mga shell ng elektron ay literal na magkadikit, kaya ang mga electron ay madali at mabilis na lumipat mula sa isang nucleus patungo sa isa pa at pabalik, sa gayon ay lumilikha ng paggalaw ng isang electric current. Ang mga sangkap tulad ng mga metal ay tinatawag na konduktor.

Sa iba pang mga sangkap, ang mga interatomic na distansya ay medyo malaki, kaya sila ay mga dielectric, i.e. huwag mag-conduct ng kuryente. Una sa lahat, ito ay goma.

karagdagang impormasyon. Kapag ang nuclei ng isang substance ay naglalabas ng mga electron at gumagalaw, nabubuo ang enerhiya na nagpapainit sa konduktor. Ang ari-arian ng kuryente ay tinatawag na "kapangyarihan" at sinusukat sa watts. Ang enerhiya na ito ay maaari ding ma-convert sa liwanag o ibang anyo.

Para sa tuluy-tuloy na daloy ng kuryente sa network, ang mga potensyal sa mga dulong punto ng mga konduktor (mula sa mga linya ng kuryente hanggang sa mga kable ng bahay) ay dapat na iba.

Kasaysayan ng pagtuklas ng kuryente

Ano ang kuryente, kung saan ito nagmula, at ang iba pang mga katangian nito ay pangunahing pinag-aaralan ng agham ng thermodynamics na may mga kaugnay na agham: quantum thermodynamics at electronics.

Ang sabihin na sinumang siyentipiko ang nag-imbento ng electric current ay mali, dahil mula pa noong sinaunang panahon maraming mga mananaliksik at siyentipiko ang nag-aaral nito. Ang terminong "elektrisidad" mismo ay ipinakilala sa paggamit ng Greek mathematician na si Thales ang ibig sabihin ng salitang ito ay "amber", dahil ito ay sa mga eksperimento sa isang amber stick at lana na si Thales ay nakabuo ng static na kuryente at naglalarawan ng hindi pangkaraniwang bagay na ito.

Pinag-aralan din ng Roman Pliny ang mga electrical properties ng resin, at si Aristotle ay nag-aral ng electric eels.

Sa ibang pagkakataon, ang unang tao na lubusang nag-aral ng mga katangian ng electric current ay si V. Gilbert, ang manggagamot ng Reyna ng Inglatera. Ang German burgomaster mula sa Magdeburg O.f. Gericke ay itinuturing na lumikha ng unang bumbilya na ginawa mula sa isang gadgad na sulfur ball. At pinatunayan ng dakilang Newton ang pagkakaroon ng static na kuryente.

Sa pinakadulo simula ng ika-18 siglo, hinati ng English physicist na si S. Gray ang mga substance sa conductors at non-conductor, at ang Dutch scientist na si Pieter van Musschenbroek ay nag-imbento ng Leyden jar na may kakayahang mag-ipon ng electric charge, ibig sabihin, ito ang unang capacitor. Ang Amerikanong siyentipiko at politiko na si B. Franklin ang unang bumuo ng teorya ng kuryente sa mga terminong siyentipiko.

Ang buong ika-18 siglo ay mayaman sa mga pagtuklas sa larangan ng kuryente: ang elektrikal na kalikasan ng kidlat ay itinatag, isang artipisyal na magnetic field ay itinayo, ang pagkakaroon ng dalawang uri ng mga singil ("plus" at "minus") at, bilang kinahinatnan. , dalawang pole ang nahayag (US naturalist R. Simmer), natuklasan ni Coulomb ang batas ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga singil sa kuryente.

Sa susunod na siglo, ang mga baterya ay naimbento (ng Italian scientist na si Volta), isang arc lamp (ng Englishman na si Davey), at isang prototype din ng unang dynamo. Ang 1820 ay itinuturing na taon ng kapanganakan ng electrodynamic science, ginawa ito ng Frenchman Ampere, kung saan ang kanyang pangalan ay itinalaga sa yunit para sa pagpahiwatig ng lakas ng electric current, at ang Scotsman Maxwell ay nag-deduce ng light theory ng electromagnetism. Inimbento ng Russian Lodygin ang isang incandescent lamp na may core ng karbon - ang ninuno ng mga modernong bombilya. Mahigit isang daang taon na ang nakalilipas, ang neon lamp ay naimbento (ng Pranses na siyentipiko na si Georges Claude).

Hanggang ngayon, ang pananaliksik at pagtuklas sa larangan ng kuryente ay nagpapatuloy, halimbawa, ang teorya ng quantum electrodynamics at ang pakikipag-ugnayan ng mahinang electric waves. Sa lahat ng mga siyentipiko na kasangkot sa pag-aaral ng kuryente, si Nikola Tesla ay mayroong isang espesyal na lugar - marami sa kanyang mga imbensyon at teorya tungkol sa kung paano gumagana ang kuryente ay hindi pa rin lubos na pinahahalagahan.

Likas na kuryente

Sa loob ng mahabang panahon ay pinaniniwalaan na ang koryente "sa pamamagitan ng sarili" ay hindi umiiral sa kalikasan. Ang maling kuru-kuro na ito ay pinawi ni B. Franklin, na nagpatunay ng elektrikal na katangian ng kidlat. Sila, ayon sa isang bersyon ng mga siyentipiko, ang nag-ambag sa synthesis ng mga unang amino acid sa Earth.

Nabubuo din ang kuryente sa loob ng mga buhay na organismo, na bumubuo ng mga nerve impulses na nagbibigay ng motor, respiratory at iba pang mahahalagang function.

Interesting. Itinuturing ng maraming siyentipiko na ang katawan ng tao ay isang autonomous electrical system na pinagkalooban ng mga self-regulatory function.

Ang mga kinatawan ng mundo ng hayop ay mayroon ding sariling kuryente. Halimbawa, ginagamit ito ng ilang lahi ng isda (eels, lamprey, stingray, anglerfish at iba pa) para sa proteksyon, pangangaso, pagkuha ng pagkain at oryentasyon sa ilalim ng dagat. Ang isang espesyal na organ sa katawan ng mga isda na ito ay bumubuo ng kuryente at iniimbak ito, tulad ng sa isang kapasitor, ang dalas nito ay daan-daang hertz, at ang boltahe nito ay 4-5 volts.

Pagkuha at paggamit ng kuryente

Ang kuryente sa ating panahon ay ang batayan ng isang komportableng buhay, kaya kailangan ng sangkatauhan ang patuloy na produksyon nito. Para sa mga layuning ito, itinatayo ang iba't ibang uri ng power plant (hydroelectric power plants, thermal, nuclear, wind, tidal at solar), na may kakayahang makabuo ng megawatts ng kuryente sa tulong ng mga generator. Ang prosesong ito ay batay sa conversion ng mekanikal (enerhiya ng bumabagsak na tubig sa hydroelectric power plants), thermal (pagkasunog ng carbon fuel - hard at brown coal, peat sa thermal power plants) o interatomic energy (atomic decay ng radioactive uranium at plutonium sa nuclear power plants) sa electrical energy.

Maraming siyentipikong pananaliksik ang nakatuon sa mga puwersang elektrikal ng Earth, na lahat ay naglalayong gamitin ang kuryente sa atmospera para sa kapakinabangan ng sangkatauhan - pagbuo ng kuryente.

Ang mga siyentipiko ay nagmungkahi ng maraming mga kagiliw-giliw na kasalukuyang mga aparato ng generator na ginagawang posible na makagawa ng kuryente mula sa isang magnet. Ginagamit nila ang kakayahan ng mga permanenteng magnet upang magsagawa ng kapaki-pakinabang na gawain sa anyo ng metalikang kuwintas. Ito ay lumitaw bilang isang resulta ng pagtanggi sa pagitan ng magkatulad na sisingilin na mga magnetic field sa stator at rotor device.

Ang elektrisidad ay mas popular kaysa sa lahat ng iba pang mga mapagkukunan ng enerhiya dahil ito ay may maraming mga pakinabang:

• madaling paggalaw sa mamimili;
• mabilis na conversion sa thermal o mekanikal na enerhiya;
• ang mga bagong lugar ng aplikasyon nito ay posible (mga de-koryenteng sasakyan);
• pagtuklas ng mga bagong katangian (superconductivity).

Ang elektrisidad ay ang paggalaw ng iba't ibang sisingilin na mga ion sa loob ng isang konduktor. Ito ay isang mahusay na regalo mula sa kalikasan, na kinikilala ng mga tao mula pa noong sinaunang panahon, at ang prosesong ito ay hindi pa nakumpleto, bagaman natutunan na ng sangkatauhan na kunin ito sa napakalaking dami. Malaki ang papel ng kuryente sa pag-unlad ng modernong lipunan. Masasabi nating kung wala ito, hihinto lang ang buhay ng karamihan sa ating mga kapanahon, dahil hindi naman sa wala na kapag namatay ang kuryente, sinasabi ng mga tao na "pinatay nila ang mga ilaw."

Video

Lakas ng electric field

Ang lakas ng patlang ng kuryente ay isang katangian ng vector ng patlang, isang puwersang kumikilos sa isang yunit ng singil ng kuryente sa pamamahinga sa isang ibinigay na reference frame.

Ang pag-igting ay tinutukoy ng formula:

$E↖(→)=(F↖(→))/(q)$

kung saan ang $E↖(→)$ ay ang lakas ng field; Ang $F↖(→)$ ay ang puwersang kumikilos sa singil na $q$ na inilagay sa isang partikular na punto sa field. Ang direksyon ng vector $E↖(→)$ ay tumutugma sa direksyon ng puwersang kumikilos sa positibong singil at kabaligtaran sa direksyon ng puwersang kumikilos sa negatibong singil.

Ang SI unit ng boltahe ay volt per meter (V/m).

Lakas ng field ng isang point charge. Ayon sa batas ng Coulomb, ang isang point charge $q_0$ ay kumikilos sa isa pang charge $q$ na may puwersa na katumbas ng

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

Ang modulus ng field strength ng isang point charge $q_0$ sa layo na $r$ mula dito ay katumbas ng

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

Ang intensity vector sa anumang punto ng electric field ay nakadirekta sa tuwid na linya na nagkokonekta sa puntong ito at sa singil.

Mga linya ng electric field

Ang electric field sa espasyo ay karaniwang kinakatawan ng mga linya ng puwersa. Ang konsepto ng mga linya ng puwersa ay ipinakilala ni M. Faraday habang nag-aaral ng magnetism. Ang konseptong ito ay binuo noon ni J. Maxwell sa kanyang pananaliksik sa electromagnetism.

Ang linya ng puwersa, o linya ng lakas ng patlang ng kuryente, ay isang linya na ang padaplis sa bawat punto ay tumutugma sa direksyon ng puwersa na kumikilos sa isang positibong singil sa punto na matatagpuan sa puntong iyon sa patlang.

Mga linya ng pag-igting ng isang bola na may positibong charge;

Mga linya ng pag-igting ng dalawang bola na magkasalungat na sinisingil;

Mga linya ng pag-igting ng dalawang magkaparehong sisingilin na bola

Mga linya ng pag-igting ng dalawang plato na sinisingil ng mga singil ng magkakaibang mga palatandaan, ngunit katumbas ng ganap na halaga.

Ang mga linya ng pag-igting sa huling figure ay halos magkatulad sa espasyo sa pagitan ng mga plato, at ang kanilang density ay pareho. Ito ay nagpapahiwatig na ang patlang sa rehiyong ito ng espasyo ay pare-pareho. Ang isang electric field ay tinatawag na homogenous kung ang lakas nito ay pareho sa lahat ng mga punto sa espasyo.

Sa isang electrostatic na patlang, ang mga linya ng puwersa ay hindi sarado palagi; Ang mga ito ay hindi nagsa-intersect kahit saan; Mas malaki ang density ng mga linya ng field malapit sa mga naka-charge na katawan, kung saan mas malaki ang lakas ng field.

Patlang ng isang sisingilin na bola. Ang lakas ng field ng isang naka-charge na conducting ball sa layo mula sa gitna ng bola na lumalampas sa radius nito $r≥R$ ay tinutukoy ng parehong formula bilang mga field ng isang point charge. Ito ay pinatunayan ng pamamahagi ng mga linya ng field, katulad ng pamamahagi ng mga linya ng intensity ng isang singil sa punto.

Ang singil ng bola ay ibinahagi nang pantay-pantay sa ibabaw nito. Sa loob ng conducting ball, zero ang lakas ng field.

Isang magnetic field. Pakikipag-ugnayan ng magneto

Ang kababalaghan ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga permanenteng magnet (ang pagtatatag ng isang magnetic na karayom ​​sa kahabaan ng magnetic meridian ng Earth, ang pagkahumaling ng hindi katulad na mga pole, ang pagtataboy ng mga katulad na mga pole) ay kilala mula noong sinaunang panahon at sistematikong pinag-aralan ni W. Gilbert (ang mga resulta ay inilathala noong 1600 sa kanyang treatise na "On the Magnet, Magnetic Bodies and the Great Magnet - Earth").

Natural (natural) na mga magnet

Ang magnetic properties ng ilang natural na mineral ay kilala na noong sinaunang panahon. Kaya, mayroong nakasulat na katibayan mula sa higit sa 2000 taon na ang nakalilipas tungkol sa paggamit ng mga natural na permanenteng magnet bilang mga compass sa China. Ang pagkahumaling at pagtanggi ng mga magnet at ang magnetization ng mga iron filing sa kanila ay binanggit sa mga gawa ng sinaunang Greek at Roman scientist (halimbawa, sa tula na "On the Nature of Things" ni Lucretius Cara).

Ang mga natural na magnet ay mga piraso ng magnetic iron ore (magnetite), na binubuo ng $FeO$ (31%) at $Fe_2O$ (69%). Kung ang gayong piraso ng mineral ay inilapit sa maliliit na bagay na bakal - mga kuko, sup, isang manipis na talim, atbp., Maaakit sila dito.

Mga artipisyal na permanenteng magnet

Permanenteng magnet- ito ay isang produktong gawa sa isang materyal na isang autonomous (independiyente, nakahiwalay) na pinagmumulan ng patuloy na magnetic field.

Ang mga artipisyal na permanenteng magnet ay ginawa mula sa mga espesyal na haluang metal, na kinabibilangan ng iron, nickel, cobalt, atbp. Ang mga metal na ito ay nakakakuha ng magnetic properties (magnetize) kung sila ay inilapit sa mga permanenteng magnet. Samakatuwid, upang makagawa ng mga permanenteng magnet mula sa kanila, sila ay espesyal na pinananatili sa malakas na mga magnetic field, pagkatapos kung saan sila mismo ay nagiging mga mapagkukunan ng isang pare-pareho ang magnetic field at maaaring mapanatili ang mga magnetic na katangian sa loob ng mahabang panahon.

Ang figure ay nagpapakita ng isang arc at strip magnet.

Sa Fig. Ang mga larawan ng magnetic field ng mga magnet na ito ay ibinibigay, na nakuha sa paraang unang ginamit ni M. Faraday sa kanyang pananaliksik: sa tulong ng mga iron filings na nakakalat sa isang sheet ng papel kung saan ang magnet ay namamalagi. Ang bawat magnet ay may dalawang pole - ito ang mga lugar na may pinakamalaking konsentrasyon ng mga linya ng magnetic field (tinatawag din silang mga linya ng magnetic field, o mga linya ng magnetic induction field). Ito ang mga lugar na pinakanaaakit sa mga paghahain ng bakal. Ang isa sa mga poste ay karaniwang tinatawag hilaga($N$), iba pa - timog($S$). Kung maglalapit ka ng dalawang magnet sa isa't isa na may katulad na mga poste, makikita mo na nagtataboy ang mga ito, at kung mayroon silang magkasalungat na mga poste, nakakaakit sila.

Sa Fig. malinaw na nakikita na ang mga magnetic lines ng magnet ay mga saradong linya. Ang mga linya ng magnetic field ng dalawang magnet na nakaharap sa isa't isa na may katulad at hindi katulad na mga pole ay ipinapakita. Ang gitnang bahagi ng mga kuwadro na ito ay kahawig ng mga pattern ng mga electric field ng dalawang singil (kabaligtaran at katulad). Gayunpaman, ang isang makabuluhang pagkakaiba sa pagitan ng mga electric at magnetic field ay ang mga linya ng electric field ay nagsisimula at nagtatapos sa mga singil. Ang mga magnetic charge ay hindi umiiral sa kalikasan. Ang mga linya ng magnetic field ay umalis sa hilagang poste ng magnet at pumasok sa timog ang mga ito sa katawan ng magnet, ibig sabihin, tulad ng nabanggit sa itaas, sila ay mga saradong linya. Tinatawag ang mga field na sarado ang mga linya ng field puyo ng tubig. Ang magnetic field ay isang vortex field (ito ang pagkakaiba nito sa electric).

Paglalapat ng mga magnet

Ang pinaka sinaunang magnetic device ay ang kilalang compass. Sa modernong teknolohiya, ang mga magnet ay ginagamit nang napakalawak: sa mga de-koryenteng motor, sa engineering ng radyo, sa mga kagamitan sa pagsukat ng elektrikal, atbp.

Magnetic field ng Earth

Ang globo ay isang magnet. Tulad ng anumang magnet, mayroon itong sariling magnetic field at sariling magnetic pole. Iyon ang dahilan kung bakit ang compass needle ay nakatuon sa isang tiyak na direksyon. Malinaw kung saan dapat ituro ang north pole ng magnetic needle, dahil kabaligtaran pole umaakit. Samakatuwid, ang north pole ng magnetic needle ay tumuturo sa south magnetic pole ng Earth. Ang poste na ito ay matatagpuan sa hilaga ng globo, medyo malayo sa north geographic pole (sa Prince of Wales Island - humigit-kumulang $75°$ north latitude at $99°$ west longitude, sa layo na humigit-kumulang $2100$ km mula sa north geographic poste).

Kapag papalapit sa north geographic pole, ang mga linya ng puwersa ng magnetic field ng Earth ay lalong tumagilid patungo sa abot-tanaw sa isang mas malaking anggulo, at sa rehiyon ng south magnetic pole sila ay nagiging patayo.

Ang north magnetic pole ng Earth ay matatagpuan malapit sa south geographic pole, na nasa $66.5°$ southern latitude at $140°$ east longitude. Dito lumalabas ang mga linya ng magnetic field sa Earth.

Sa madaling salita, ang mga magnetic pole ng Earth ay hindi nag-tutugma sa mga geographic pole nito. Samakatuwid, ang direksyon ng magnetic needle ay hindi nag-tutugma sa direksyon ng geographic meridian, at ang magnetic needle ng compass ay humigit-kumulang lamang na nagpapakita ng direksyon sa hilaga.

Ang compass needle ay maaari ding maimpluwensyahan ng ilang natural na phenomena, halimbawa, magnetikong bagyo, na mga pansamantalang pagbabago sa magnetic field ng Earth na nauugnay sa aktibidad ng solar. Ang aktibidad ng solar ay sinamahan ng paglabas ng mga daloy ng mga sisingilin na particle, sa partikular na mga electron at proton, mula sa ibabaw ng Araw. Ang mga batis na ito, na kumikilos nang napakabilis, ay lumilikha ng sarili nilang magnetic field na nakikipag-ugnayan sa magnetic field ng Earth.

Sa globo (maliban sa mga panandaliang pagbabago sa magnetic field) may mga lugar kung saan mayroong patuloy na paglihis sa direksyon ng magnetic needle mula sa direksyon ng magnetic line ng Earth. Ito ang mga lugar magnetic anomalya(mula sa Greek anomalia - paglihis, abnormalidad). Ang isa sa pinakamalaking naturang mga lugar ay ang Kursk magnetic anomaly. Ang mga anomalya ay sanhi ng malalaking deposito ng iron ore sa medyo mababaw na lalim.

Ang magnetic field ng Earth ay mapagkakatiwalaang pinoprotektahan ang ibabaw ng Earth mula sa cosmic radiation, ang epekto nito sa mga buhay na organismo ay mapanira.

Ang mga paglipad ng mga interplanetary space station at mga barko ay naging posible upang matukoy na ang Buwan at ang planetang Venus ay walang magnetic field, habang ang planetang Mars ay may napakahina.

Mga eksperimento ni Oerstedai ​​​​Ampere. Magnetic field induction

Noong 1820, natuklasan ng Danish na siyentipiko na si G. H. Oersted na ang isang magnetic needle na inilagay malapit sa isang conductor kung saan umiikot ang kasalukuyang daloy, na malamang na patayo sa conductor.

Ang diagram ng eksperimento ni G. H. Oersted ay ipinapakita sa figure. Ang konduktor na kasama sa kasalukuyang source circuit ay matatagpuan sa itaas ng magnetic needle parallel sa axis nito. Kapag ang circuit ay sarado, ang magnetic needle ay lumihis mula sa orihinal na posisyon nito. Kapag binuksan ang circuit, bumalik ang magnetic needle sa orihinal nitong posisyon. Kasunod nito na ang kasalukuyang nagdadala ng conductor at ang magnetic needle ay nakikipag-ugnayan sa isa't isa. Batay sa eksperimentong ito, maaari nating tapusin na mayroong isang magnetic field na nauugnay sa daloy ng kasalukuyang sa isang konduktor at ang likas na puyo ng tubig ng larangang ito. Ang inilarawang eksperimento at ang mga resulta nito ay ang pinakamahalagang tagumpay ng siyensya ni Oersted.

Sa parehong taon, natuklasan ng French physicist na si Ampere, na interesado sa mga eksperimento ni Oersted, ang pakikipag-ugnayan ng dalawang tuwid na konduktor sa kasalukuyang. Ito ay lumabas na kung ang mga alon sa mga konduktor ay dumadaloy sa isang direksyon, ibig sabihin, sila ay magkatulad, kung gayon ang mga konduktor ay umaakit, kung sa kabaligtaran ng mga direksyon (i.e., sila ay antiparallel), pagkatapos ay itataboy nila.

Ang mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga conductor na nagdadala ng kasalukuyang, ibig sabihin, ang mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga gumagalaw na singil ng kuryente, ay tinatawag na magnetic, at ang mga puwersa kung saan kumikilos ang mga conductor na nagdadala ng kasalukuyang sa isa't isa ay tinatawag na magnetic forces.

Ayon sa teorya ng short-range na aksyon, na sinunod ni M. Faraday, ang kasalukuyang sa isa sa mga konduktor ay hindi maaaring direktang makakaapekto sa kasalukuyang sa iba pang konduktor. Katulad ng kaso na may nakatigil na mga singil sa kuryente sa paligid kung saan mayroong isang electric field, napagpasyahan na sa espasyong nakapalibot sa mga agos, mayroong magnetic field, na kumikilos nang may ilang puwersa sa isa pang konduktor na nagdadala ng kasalukuyang inilagay sa larangang ito, o sa isang permanenteng magnet. Kaugnay nito, ang magnetic field na nilikha ng pangalawang konduktor na nagdadala ng kasalukuyang ay kumikilos sa kasalukuyang nasa unang konduktor.

Kung paanong ang isang electric field ay natukoy sa pamamagitan ng epekto nito sa isang test charge na ipinakilala sa field na ito, ang isang magnetic field ay maaaring makita sa pamamagitan ng orienting effect ng isang magnetic field sa isang frame na may maliit na agos (kumpara sa mga distansya kung saan ang magnetic field. kapansin-pansing nagbabago ang patlang) mga sukat.

Ang mga wire na nagbibigay ng kasalukuyang sa frame ay dapat na magkakaugnay (o ilagay malapit sa isa't isa), pagkatapos ay ang nagresultang puwersa na ibinibigay ng magnetic field sa mga wire na ito ay magiging zero. Ang mga puwersang kumikilos sa naturang frame na nagdadala ng kasalukuyang ay paikutin ito upang ang eroplano nito ay maging patayo sa mga linya ng induction ng magnetic field. Sa halimbawa, ang frame ay iikot upang ang kasalukuyang nagdadala ng conductor ay nasa eroplano ng frame. Kapag nagbago ang direksyon ng kasalukuyang sa konduktor, iikot ang frame ng $180°$. Sa patlang sa pagitan ng mga pole ng isang permanenteng magnet, ang frame ay liliko na may isang eroplanong patayo sa mga magnetic na linya ng puwersa ng magnet.

Magnetic induction

Ang magnetic induction ($B↖(→)$) ay isang vector physical quantity na nagpapakilala sa magnetic field.

Ang direksyon ng magnetic induction vector $B↖(→)$ ay kinuha na:

1) ang direksyon mula sa south pole $S$ hanggang sa north pole $N$ ng magnetic needle na malayang nakaposisyon sa magnetic field, o

2) ang direksyon ng positibong normal sa isang closed circuit na may kasalukuyang sa isang flexible suspension, malayang naka-install sa isang magnetic field. Ang normal na nakadirekta patungo sa paggalaw ng dulo ng gimlet (na may kanang-kamay na sinulid), ang hawakan nito ay pinaikot sa direksyon ng kasalukuyang nasa frame, ay itinuturing na positibo.

Malinaw na ang mga direksyon 1) at 2) ay nag-tutugma, na itinatag ng mga eksperimento ni Ampere.

Tungkol sa magnitude ng magnetic induction (i.e., modulus nito) $B$, na maaaring magpakilala sa lakas ng field, naitatag ng mga eksperimento na ang maximum na puwersa na $F$ kung saan kumikilos ang field sa isang conductor na nagdadala ng kasalukuyang (nakalagay patayo sa mga linya ng induction magnetic field), depende sa kasalukuyang $I$ sa konduktor at sa haba nito $∆l$ (proporsyonal sa kanila). Gayunpaman, ang puwersa na kumikilos sa isang kasalukuyang elemento (ng haba ng yunit at kasalukuyang lakas) ay nakasalalay lamang sa mismong field, ibig sabihin, ang ratio na $(F)/(I∆l)$ para sa isang ibinigay na field ay isang pare-parehong halaga (katulad ng ratio ng puwersa sa singilin para sa electric field). Ang halagang ito ay tinutukoy bilang magnetic induction.

Ang magnetic field induction sa isang naibigay na punto ay katumbas ng ratio ng maximum na puwersa na kumikilos sa isang kasalukuyang nagdadala ng konduktor sa haba ng konduktor at ang kasalukuyang lakas sa konduktor na inilagay sa puntong ito.

Kung mas malaki ang magnetic induction sa isang partikular na punto sa field, mas malaki ang puwersa ng field sa puntong iyon ay kumilos sa isang magnetic needle o isang gumagalaw na electric charge.

Ang SI unit ng magnetic induction ay tesla(Tl), ipinangalan sa Serbian electrical engineer na si Nikola Tesla. Tulad ng makikita mula sa formula, $1$ T $=l(H)/(A m)$

Kung mayroong maraming iba't ibang mga mapagkukunan ng magnetic field, ang mga induction vector na sa isang naibigay na punto sa espasyo ay katumbas ng $(В_1)↖(→), (В_2)↖(→), (В_3)↖(→),. ..$, pagkatapos, ayon sa ang prinsipyo ng field superposition, ang magnetic field induction sa puntong ito ay katumbas ng kabuuan ng magnetic field induction vectors na nilikha bawat pinagmulan.

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

Mga linya ng magnetic induction

Upang mailarawan ang magnetic field, ipinakilala ni M. Faraday ang konsepto magnetic na linya ng puwersa, na paulit-ulit niyang ipinakita sa kanyang mga eksperimento. Ang isang larawan ng mga linya ng patlang ay madaling makuha gamit ang mga iron filing na iwinisik sa karton. Ipinapakita ng figure: mga linya ng magnetic induction ng direktang kasalukuyang, solenoid, pabilog na kasalukuyang, direktang magnet.

Mga linya ng magnetic induction, o magnetic na mga linya ng puwersa, o simple lang magnetic lines ay tinatawag na mga linya na ang mga tangent sa anumang punto ay tumutugma sa direksyon ng magnetic induction vector $B↖(→)$ sa puntong ito sa field.

Kung, sa halip na mga pag-file ng bakal, ang mga maliliit na magnetic needle ay inilalagay sa paligid ng isang mahabang tuwid na konduktor na nagdadala ng kasalukuyang, pagkatapos ay makikita mo hindi lamang ang pagsasaayos ng mga linya ng field (concentric na bilog), kundi pati na rin ang direksyon ng mga linya ng field (ang north pole ng ang magnetic needle ay nagpapahiwatig ng direksyon ng induction vector sa isang naibigay na punto).

Ang direksyon ng pasulong na kasalukuyang magnetic field ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng tamang gimlet rule.

Kung paikutin mo ang hawakan ng gimlet upang ang paggalaw ng pagsasalin ng dulo ng gimlet ay nagpapahiwatig ng direksyon ng kasalukuyang, kung gayon ang direksyon ng pag-ikot ng hawakan ng gimlet ay magsasaad ng direksyon ng mga linya ng magnetic field ng kasalukuyang.

Ang direksyon ng pasulong na kasalukuyang magnetic field ay maaari ding matukoy gamit unang tuntunin ng kanang kamay.

Kung hahawakan mo ang konduktor gamit ang iyong kanang kamay, itinuturo ang nakatungo na hinlalaki sa direksyon ng kasalukuyang, pagkatapos ay ang mga dulo ng natitirang mga daliri sa bawat punto ay magpapakita ng direksyon ng induction vector sa puntong iyon.

Vortex field

Ang mga linya ng magnetic induction ay sarado, na nagpapahiwatig na walang mga magnetic charge sa kalikasan. Ang mga field na ang mga linya ng field ay sarado ay tinatawag na vortex field. Iyon ay, ang magnetic field ay isang vortex field. Ito ay naiiba sa electric field na nilikha ng mga singil.

Solenoid

Ang solenoid ay isang coil ng wire na nagdadala ng kasalukuyang.

Ang solenoid ay nailalarawan sa pamamagitan ng bilang ng mga pagliko sa bawat yunit ng haba $n$, haba $l$ at diameter $d$. Ang kapal ng wire sa solenoid at ang pitch ng helix (helical line) ay maliit kumpara sa diameter nito $d$ at haba $l$. Ang terminong "solenoid" ay ginagamit din sa isang mas malawak na kahulugan - ito ang pangalang ibinigay sa mga coils na may arbitrary na cross-section (square solenoid, rectangular solenoid), at hindi kinakailangang cylindrical ang hugis (toroidal solenoid). Mayroong mahabang solenoid ($l>>d$) at maikli ($l

Ang solenoid ay naimbento noong 1820 ni A. Ampere upang mapahusay ang magnetic action ng kasalukuyang natuklasan ni X. Oersted at ginamit ni D. Arago sa mga eksperimento sa magnetization ng steel rods. Ang mga magnetic na katangian ng isang solenoid ay eksperimentong pinag-aralan ng Ampere noong 1822 (kasabay nito ay ipinakilala niya ang terminong "solenoid"). Ang pagkakapareho ng solenoid sa mga permanenteng natural na magnet ay itinatag, na isang kumpirmasyon ng electrodynamic theory ng Ampere, na nagpapaliwanag ng magnetism sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan ng mga ring molekular na alon na nakatago sa mga katawan.

Ang mga linya ng magnetic field ng solenoid ay ipinapakita sa figure. Natutukoy ang direksyon ng mga linyang ito gamit ang pangalawang tuntunin ng kanang kamay.

Kung hahawakan mo ang solenoid gamit ang palad ng iyong kanang kamay, na idinidirekta ang apat na daliri sa kahabaan ng agos sa mga pagliko, pagkatapos ay ipahiwatig ng pinalawak na hinlalaki ang direksyon ng mga magnetic na linya sa loob ng solenoid.

Ang paghahambing ng magnetic field ng isang solenoid sa field ng isang permanenteng magnet, makikita mo na halos magkapareho sila. Tulad ng magnet, ang solenoid ay may dalawang pole - hilaga ($N$) at timog ($S$). Ang North Pole ay ang isa kung saan lumabas ang mga magnetic lines; ang south pole ang pinapasok nila. Ang north pole ng solenoid ay laging matatagpuan sa gilid kung saan itinuturo ng hinlalaki ng palad kapag ito ay nakaposisyon alinsunod sa pangalawang panuntunan ng kanang kamay.

Ang isang solenoid sa anyo ng isang coil na may malaking bilang ng mga liko ay ginagamit bilang isang magnet.

Ang mga pag-aaral ng magnetic field ng isang solenoid ay nagpapakita na ang magnetic effect ng isang solenoid ay tumataas sa pagtaas ng kasalukuyang at ang bilang ng mga pagliko sa solenoid. Bilang karagdagan, ang magnetic action ng isang solenoid o current-carrying coil ay pinahusay sa pamamagitan ng pagpasok ng isang bakal na pamalo dito, na tinatawag na core.

Mga electromagnet

Ang isang solenoid na may isang bakal na core sa loob ay tinatawag electromagnet.

Ang mga electromagnet ay maaaring maglaman ng hindi isa, ngunit ilang mga coils (windings) at may mga core ng iba't ibang mga hugis.

Ang nasabing electromagnet ay unang itinayo ng English inventor na si W. Sturgeon noong 1825. Sa isang mass na $0.2$ kg, ang electromagnet ni W. Sturgeon ay may hawak na load na tumitimbang ng $36$ N. Sa parehong taon, pinataas ni J. Joule ang puwersa ng pag-angat ng electromagnet sa $200$ N, at makalipas ang anim na taon ang American scientist na si J. Henry ay nagtayo ng electromagnet na tumitimbang ng $300$ kg, na may kakayahang humawak ng load na tumitimbang ng $1$ t!

Ang mga modernong electromagnet ay maaaring magbuhat ng mga kargada na tumitimbang ng ilang sampu-sampung tonelada. Ginagamit ang mga ito sa mga pabrika kapag naglilipat ng mga produktong bakal at bakal. Ginagamit din ang mga electromagnet sa agrikultura upang linisin ang mga butil ng ilang mga halaman mula sa mga damo at sa iba pang mga industriya.

Kapangyarihan ng ampere

Ang isang tuwid na seksyon ng konduktor na $∆l$, kung saan dumadaloy ang kasalukuyang $I$, ay ginagampanan ng puwersang $F$ sa isang magnetic field na may induction na $B$.

Upang kalkulahin ang puwersang ito, gamitin ang expression:

$F=B|I|∆lsinα$

kung saan ang $α$ ay ang anggulo sa pagitan ng vector $B↖(→)$ at ang direksyon ng segment ng conductor na may kasalukuyang (kasalukuyang elemento); Ang direksyon ng kasalukuyang elemento ay itinuturing na direksyon kung saan ang kasalukuyang dumadaloy sa konduktor. Tinatawag ang puwersang $F$ Lakas ng ampere bilang parangal sa French physicist na si A. M. Ampere, na siyang unang nakatuklas ng epekto ng magnetic field sa isang conductor na nagdadala ng kasalukuyang. (Sa katunayan, si Ampere ay nagtatag ng batas para sa puwersa ng pakikipag-ugnayan sa pagitan ng dalawang elemento ng kasalukuyang nagdadala ng mga conductor. Siya ay isang tagapagtaguyod ng teorya ng long-range na aksyon at hindi gumamit ng konsepto ng larangan.

Gayunpaman, ayon sa tradisyon at sa memorya ng mga merito ng siyentipiko, ang pagpapahayag para sa puwersa na kumikilos sa isang kasalukuyang nagdadala ng conductor mula sa isang magnetic field ay tinatawag ding batas ng Ampere.)

Natutukoy ang direksyon ng puwersa ng Ampere gamit ang left-hand rule.

Kung iposisyon mo ang palad ng iyong kaliwang kamay upang ang mga linya ng magnetic field ay pumasok dito patayo, at ang apat na pinalawak na mga daliri ay nagpapahiwatig ng direksyon ng kasalukuyang sa konduktor, kung gayon ang nakaunat na hinlalaki ay nagpapahiwatig ng direksyon ng puwersa na kumikilos sa kasalukuyang- may dalang konduktor. Kaya, ang puwersa ng Ampere ay palaging patayo sa parehong magnetic field induction vector at ang direksyon ng kasalukuyang sa konduktor, ibig sabihin, patayo sa eroplano kung saan nakahiga ang dalawang vector na ito.

Ang kinahinatnan ng puwersa ng Ampere ay ang pag-ikot ng kasalukuyang nagdadala ng frame sa isang pare-parehong magnetic field. Nakahanap ito ng praktikal na aplikasyon sa maraming device, hal. mga instrumento sa pagsukat ng kuryente- galvanometers, ammeters, kung saan ang isang movable frame na may kasalukuyang umiikot sa field ng isang permanenteng magnet at sa pamamagitan ng anggulo ng pagpapalihis ng isang pointer na nakakonekta sa frame, maaaring hatulan ng isa ang dami ng kasalukuyang dumadaloy sa circuit.

Salamat sa umiikot na epekto ng magnetic field sa kasalukuyang dala-dala na frame, naging posible rin ang paglikha at paggamit mga de-kuryenteng motor- mga makina kung saan ang elektrikal na enerhiya ay na-convert sa mekanikal na enerhiya.

Lorentz force

Ang puwersa ng Lorentz ay isang puwersang kumikilos sa isang gumagalaw na puntong electric charge sa isang panlabas na magnetic field.

Ang Dutch physicist na si H. A. Lorenz sa pagtatapos ng ika-19 na siglo. itinatag na ang puwersa na ibinibigay ng isang magnetic field sa isang gumagalaw na sisingilin na particle ay palaging patayo sa direksyon ng paggalaw ng particle at ang mga linya ng puwersa ng magnetic field kung saan gumagalaw ang particle na ito.

Ang direksyon ng puwersa ng Lorentz ay maaaring matukoy gamit ang left-hand rule.

Kung iposisyon mo ang palad ng iyong kaliwang kamay upang ang apat na pinalawak na mga daliri ay nagpapahiwatig ng direksyon ng paggalaw ng singil, at ang vector ng magnetic induction field ay pumasok sa palad, kung gayon ang pinalawak na hinlalaki ay magsasaad ng direksyon ng puwersa ng Lorentz na kumikilos sa ang positibong singil.

Kung negatibo ang singil ng particle, ang puwersa ng Lorentz ay ididirekta sa kabaligtaran na direksyon.

Ang modulus ng puwersa ng Lorentz ay madaling matukoy mula sa batas ng Ampere at ay:

kung saan ang $q$ ay ang singil ng particle, ang $υ$ ay ang bilis ng paggalaw nito, ang $α$ ay ang anggulo sa pagitan ng velocity at magnetic field induction vectors.

Kung, bilang karagdagan sa magnetic field, mayroon ding electric field na kumikilos sa charge na may puwersa $(F_(el))↖(→)=qE↖(→)$, kung gayon ang kabuuang puwersa na kumikilos sa charge ay katumbas ng:

$F↖(→)=(F_(el))↖(→)+(F_l)↖(→)$

Kadalasan ang kabuuang puwersang ito ay tinatawag na Lorentz force, at ang puwersang ipinahayag ng formula na $F=|q|υBsinα$ ay tinatawag magnetic na bahagi ng puwersa ng Lorentz.

Dahil ang puwersa ng Lorentz ay patayo sa direksyon ng paggalaw ng butil, hindi nito mababago ang bilis nito (hindi ito gumagana), ngunit maaari lamang baguhin ang direksyon ng paggalaw nito, ibig sabihin, baluktot ang tilapon.

Ang curvature na ito ng trajectory ng mga electron sa isang TV picture tube ay madaling obserbahan kung magdadala ka ng permanenteng magnet sa screen nito: ang imahe ay madidistort.

Ang paggalaw ng isang sisingilin na particle sa isang pare-parehong magnetic field. Hayaang lumipad ang isang naka-charge na particle nang may bilis na $υ$ papunta sa isang pare-parehong magnetic field na patayo sa mga linya ng pag-igting. Ang puwersang ibinibigay ng magnetic field sa particle ay magdudulot ng pantay na pag-ikot nito sa isang bilog na radius r, na madaling mahanap gamit ang pangalawang batas ni Newton, ang expression para sa centripetal acceleration at ang formula na $F=|q|υBsinα$:

$(mυ^2)/(r)=|q|υB$

Mula dito nakukuha natin

$r=(mυ)/(|q|B)$

kung saan ang $m$ ay ang particle mass.

Paglalapat ng puwersa ng Lorentz. Ang pagkilos ng isang magnetic field sa mga gumagalaw na singil ay ginagamit, halimbawa, sa mass spectrographs, na ginagawang posible na paghiwalayin ang mga sisingilin na particle sa pamamagitan ng kanilang mga tiyak na singil, ibig sabihin, sa pamamagitan ng ratio ng singil ng isang particle sa masa nito, at mula sa mga resulta na nakuha upang tumpak na matukoy ang mga masa ng mga particle.

Ang vacuum chamber ng device ay inilalagay sa isang field (ang induction vector $B↖(→)$ ay patayo sa figure). Ang mga naka-charge na particle (mga electron o ions) na pinabilis ng electric field, na inilarawan ang isang arko, ay nahuhulog sa photographic plate, kung saan nag-iiwan sila ng bakas na nagpapahintulot sa radius ng trajectory na $r$ na masukat nang may mahusay na katumpakan. Tinutukoy ng radius na ito ang tiyak na singil ng ion. Alam ang singil ng isang ion, madaling kalkulahin ang masa nito.

Magnetic na katangian ng mga sangkap

Upang maipaliwanag ang pagkakaroon ng magnetic field ng mga permanenteng magnet, iminungkahi ni Ampere na ang mga microscopic circular currents ay umiiral sa isang substance na may magnetic properties (tinawag silang molekular). Ang ideyang ito ay kasunod, pagkatapos ng pagtuklas ng electron at ang istraktura ng atom, napakatalino na nakumpirma: ang mga alon na ito ay nilikha ng paggalaw ng mga electron sa paligid ng nucleus at, na nakatuon sa parehong paraan, sa kabuuan ay lumikha ng isang patlang sa paligid at loob. ang magnet.

Sa Fig. ang mga eroplano kung saan matatagpuan ang mga elementarya na electric current ay random na nakatuon dahil sa magulong thermal motion ng mga atomo, at ang substance ay hindi nagpapakita ng magnetic properties. Sa isang magnetized na estado (sa ilalim ng impluwensya, halimbawa, ng isang panlabas na magnetic field), ang mga eroplanong ito ay magkakaparehong nakatuon, at ang kanilang mga aksyon ay nagdaragdag.

Magnetic permeability. Ang reaksyon ng medium sa impluwensya ng isang panlabas na magnetic field na may induction $B_0$ (field sa isang vacuum) ay tinutukoy ng magnetic susceptibility $μ$:

kung saan ang $B$ ay ang magnetic field induction sa substance. Ang magnetic permeability ay katulad ng dielectric constant na $ε$.

Batay sa kanilang mga magnetic na katangian, ang mga sangkap ay nahahati sa Diamagnets, paramagnets at ferromagnets. Para sa mga diamagnetic na materyales, ang coefficient na $μ$, na nagpapakilala sa mga magnetic na katangian ng medium, ay mas mababa sa $1$ (halimbawa, para sa bismuth $μ = 0.999824$); para sa mga paramagnet $μ > 1$ (para sa platinum $μ = 1.00036$); para sa ferromagnets $μ >> 1$ (iron, nickel, cobalt).

Ang mga diamagnet ay tinataboy ng isang magnet, ang mga paramagnetic na materyales ay naaakit. Sa pamamagitan ng mga katangiang ito maaari silang makilala sa bawat isa. Para sa karamihan ng mga sangkap, ang magnetic permeability ay halos hindi naiiba sa pagkakaisa, para lamang sa mga ferromagnets na ito ay lubos na lumampas dito, na umaabot sa ilang sampu-sampung libong mga yunit.

Ferromagnets. Ang mga ferromagnets ay nagpapakita ng pinakamalakas na magnetic properties. Ang mga magnetic field na nilikha ng mga ferromagnets ay mas malakas kaysa sa panlabas na magnetizing field. Totoo, ang mga magnetic field ng ferromagnets ay hindi nilikha bilang isang resulta ng pag-ikot ng mga electron sa paligid ng nuclei - orbital magnetic moment, at dahil sa sariling pag-ikot ng elektron - ang sarili nitong magnetic moment, na tinatawag paikutin.

Ang temperatura ng Curie ($T_c$) ay ang temperatura sa itaas kung saan ang mga ferromagnetic na materyales ay nawawala ang kanilang mga magnetic na katangian. Ito ay naiiba para sa bawat ferromagnet. Halimbawa, para sa iron $Т_с = 753°$С, para sa nickel $Т_с = 365°$С, para sa cobalt $Т_с = 1000°$ С May mga ferromagnetic alloy na may $Т_с

Ang unang detalyadong pag-aaral ng magnetic properties ng ferromagnets ay isinagawa ng natitirang Russian physicist na si A. G. Stoletov (1839-1896).

Ang mga ferromagnets ay napakalawak na ginagamit: bilang mga permanenteng magnet (sa mga instrumento sa pagsukat ng elektrikal, mga loudspeaker, mga telepono, atbp.), Mga core ng bakal sa mga transformer, generator, mga de-koryenteng motor (upang mapahusay ang magnetic field at makatipid ng kuryente). Ang mga magnetic tape na gawa sa ferromagnetic na materyales ay nagtatala ng tunog at mga imahe para sa mga tape recorder at video recorder. Ang impormasyon ay naitala sa mga manipis na magnetic film para sa mga storage device sa mga electronic computer.

Ang tuntunin ni Lenz

Ang panuntunan ni Lenz (batas ni Lenz) ay itinatag ni E. H. Lenz noong 1834. Pinipino nito ang batas ng electromagnetic induction, na natuklasan noong 1831 ni M. Faraday. Tinutukoy ng panuntunan ni Lenz ang direksyon ng sapilitan na kasalukuyang sa isang closed loop habang ito ay gumagalaw sa isang panlabas na magnetic field.

Ang direksyon ng induction current ay palaging tulad na ang mga puwersa na nararanasan nito mula sa magnetic field ay humahadlang sa paggalaw ng circuit, at ang magnetic flux na $Ф_1$ na nilikha ng kasalukuyang ito ay may posibilidad na magbayad para sa mga pagbabago sa panlabas na magnetic flux $Ф_e$.

Ang batas ni Lenz ay isang pagpapahayag ng batas ng konserbasyon ng enerhiya para sa mga electromagnetic phenomena. Sa katunayan, kapag ang isang saradong loop ay gumagalaw sa isang magnetic field dahil sa mga panlabas na puwersa, kinakailangan na magsagawa ng ilang trabaho laban sa mga puwersa na nagmumula bilang isang resulta ng pakikipag-ugnayan ng sapilitan na kasalukuyang sa magnetic field at nakadirekta sa direksyon na kabaligtaran ng paggalaw. .

Ang panuntunan ni Lenz ay inilalarawan sa figure. Kung ang isang permanenteng magnet ay inilipat sa isang coil na nakasara sa isang galvanometer, ang sapilitan na kasalukuyang sa coil ay magkakaroon ng direksyon na lilikha ng isang magnetic field na may vector na $B"$ na nakadirekta sa tapat ng induction vector ng field ng magnet na $B$, ibig sabihin, itutulak nito ang magnet sa labas ng coil o pipigilan ang paggalaw nito Kapag ang isang magnet ay nakuha sa labas ng coil, sa kabaligtaran, ang patlang na nilikha ng induction current ay aakitin ang coil, ibig sabihin, muling mapipigilan ang paggalaw nito.

Upang mailapat ang panuntunan ni Lenz upang matukoy ang direksyon ng sapilitan na kasalukuyang $I_e$ sa circuit, dapat mong sundin ang mga rekomendasyong ito.

1. Itakda ang direksyon ng magnetic induction lines $B↖(→)$ ng external magnetic field.
2. Alamin kung ang flux ng magnetic induction ng field na ito sa pamamagitan ng surface na nililimitahan ng contour ($∆Ф > 0$) ay tumataas o bumababa ($∆Ф
3. Itakda ang direksyon ng magnetic induction lines $В"↖(→)$ ng magnetic field ng induced current $I_i$. Ang mga linyang ito ay dapat idirekta, ayon sa panuntunan ni Lenz, sa tapat ng mga linyang $В↖(→)$ , kung $∆Ф > 0$, at may parehong direksyon gaya ng mga ito kung $∆Ф
4. Pag-alam sa direksyon ng magnetic induction lines $B"↖(→)$, tukuyin ang direksyon ng induction current $I_i$ gamit ang panuntunan ng gimlet.

Ang pisika ng kuryente ay isang bagay na dapat harapin ng bawat isa sa atin. Sa artikulong ito ay titingnan natin ang mga pangunahing konsepto na nauugnay dito.

Ano ang kuryente? Para sa mga hindi pa nakakaalam, nauugnay ito sa isang flash ng kidlat o sa enerhiya na nagpapagana ng TV at washing machine. Alam niyang ginagamit ang mga de-kuryenteng tren. Ano pa ang masasabi niya sa iyo? Ang mga linya ng kuryente ay nagpapaalala sa kanya ng ating pag-asa sa kuryente. Ang isang tao ay maaaring magbigay ng ilang iba pang mga halimbawa.

Gayunpaman, marami pang iba, hindi masyadong halata, ngunit pang-araw-araw na phenomena na nauugnay sa kuryente. Ang pisika ay nagpapakilala sa atin sa lahat ng mga ito. Nagsisimula kaming mag-aral ng kuryente (mga problema, mga kahulugan at mga formula) sa paaralan. At marami kaming natutunan na mga kawili-wiling bagay. Lumalabas na ang isang tumitibok na puso, isang tumatakbong atleta, isang natutulog na bata at isang lumalangoy na isda ay gumagawa ng elektrikal na enerhiya.

Mga electron at proton

Tukuyin natin ang mga pangunahing konsepto. Mula sa pananaw ng isang siyentipiko, ang pisika ng kuryente ay nababahala sa paggalaw ng mga electron at iba pang mga sisingilin na particle sa iba't ibang mga sangkap. Samakatuwid, ang pang-agham na pag-unawa sa likas na katangian ng hindi pangkaraniwang bagay na interesado sa atin ay nakasalalay sa antas ng kaalaman tungkol sa mga atomo at ang kanilang mga bumubuo ng mga subatomic na particle. Ang susi sa pag-unawa na ito ay ang maliit na elektron. Ang mga atom ng anumang substance ay naglalaman ng isa o higit pang mga electron, na gumagalaw sa iba't ibang orbit sa paligid ng nucleus, tulad ng pag-ikot ng mga planeta sa Araw. Karaniwang katumbas ng bilang ng mga proton sa nucleus sa isang atom. Gayunpaman, ang mga proton, na mas mabigat kaysa sa mga electron, ay maaaring ituring na parang naayos sa gitna ng atom. Ang napakasimpleng modelo ng atom na ito ay sapat na upang ipaliwanag ang mga pangunahing kaalaman ng naturang kababalaghan gaya ng pisika ng kuryente.

Ano pa ang kailangan mong malaman? Ang mga electron at proton ay may parehong laki (ngunit magkaibang mga palatandaan), kaya sila ay umaakit sa isa't isa. Ang singil ng isang proton ay positibo at ang singil ng isang elektron ay negatibo. Ang isang atom na may higit o mas kaunting mga electron kaysa sa normal ay tinatawag na isang ion. Kung hindi sapat ang mga ito sa isang atom, kung gayon ito ay tinatawag na positibong ion. Kung naglalaman ito ng labis sa kanila, kung gayon ito ay tinatawag na negatibong ion.

Kapag ang isang elektron ay umalis sa isang atom, nakakakuha ito ng ilang positibong singil. Ang isang elektron, na pinagkaitan ng kabaligtaran nito, isang proton, ay maaaring lumipat sa isa pang atom o bumalik sa nauna.

Bakit iniiwan ng mga electron ang mga atomo?

Ito ay dahil sa ilang kadahilanan. Ang pinaka-pangkalahatan ay na sa ilalim ng impluwensya ng isang pulso ng liwanag o ilang panlabas na elektron, ang isang elektron na gumagalaw sa isang atom ay maaaring ma-knock out sa orbit nito. Ang init ay nagdudulot ng mas mabilis na pag-vibrate ng mga atomo. Nangangahulugan ito na ang mga electron ay maaaring makatakas mula sa kanilang atom. Sa panahon ng mga reaksiyong kemikal, lumilipat din sila mula sa atom patungo sa atom.

Ang isang magandang halimbawa ng ugnayan sa pagitan ng kemikal at elektrikal na aktibidad ay ibinibigay ng mga kalamnan. Ang kanilang mga hibla ay kumukontra kapag nalantad sa isang de-koryenteng signal na nagmumula sa nervous system. Pinasisigla ng electric current ang mga reaksiyong kemikal. Sila ay humantong sa pag-urong ng kalamnan. Ang mga panlabas na signal ng kuryente ay kadalasang ginagamit upang artipisyal na pasiglahin ang aktibidad ng kalamnan.

Konduktibidad

Sa ilang mga sangkap, ang mga electron ay gumagalaw nang mas malaya sa ilalim ng impluwensya ng isang panlabas na electric field kaysa sa iba. Ang mga naturang substance ay sinasabing may magandang conductivity. Tinatawag silang mga konduktor. Kabilang dito ang karamihan sa mga metal, pinainit na gas at ilang likido. Ang hangin, goma, langis, polyethylene at salamin ay hindi magandang konduktor ng kuryente. Ang mga ito ay tinatawag na dielectrics at ginagamit upang i-insulate ang magagandang conductor. Walang perpektong insulator (ganap na hindi nagsasagawa ng kasalukuyang). Sa ilalim ng ilang mga kundisyon, ang mga electron ay maaaring alisin mula sa anumang atom. Gayunpaman, ang mga kundisyong ito ay kadalasang napakahirap matugunan na, mula sa praktikal na pananaw, ang mga naturang sangkap ay maaaring ituring na hindi gumagana.

Ang pagkilala sa isang agham tulad ng "Elektrisidad"), nalaman namin na mayroong isang espesyal na grupo ng mga sangkap. Ito ay mga semiconductor. Bahagyang kumikilos sila bilang mga dielectric at bahagyang bilang mga konduktor. Kabilang dito, sa partikular: germanium, silikon, tansong oksido. Dahil sa mga katangian nito, ang mga semiconductor ay may maraming mga aplikasyon. Halimbawa, maaari itong magsilbi bilang isang de-koryenteng balbula: tulad ng balbula ng gulong ng bisikleta, pinapayagan nitong lumipat ang mga singil sa isang direksyon lamang. Ang ganitong mga aparato ay tinatawag na mga rectifier. Ginagamit ang mga ito sa parehong mga miniature na radyo at malalaking power plant upang i-convert ang alternating current sa direct current.

Ang init ay isang magulong anyo ng paggalaw ng mga molekula o mga atomo, at ang temperatura ay isang sukatan ng intensity ng paggalaw na ito (para sa karamihan ng mga metal, habang bumababa ang temperatura, ang paggalaw ng mga electron ay nagiging mas libre). Nangangahulugan ito na ang paglaban sa libreng paggalaw ng mga electron ay bumababa sa pagbaba ng temperatura. Sa madaling salita, ang kondaktibiti ng mga metal ay tumataas.

Superconductivity

Sa ilang mga sangkap sa napakababang temperatura, ang paglaban sa daloy ng mga electron ay ganap na nawawala, at ang mga electron, na nagsimulang lumipat, ay patuloy na gumagalaw nang walang katiyakan. Ang kababalaghang ito ay tinatawag na superconductivity. Sa mga temperaturang ilang degrees sa itaas ng absolute zero (-273 °C) ito ay sinusunod sa mga metal tulad ng lata, tingga, aluminyo at niobium.

Mga generator ng Van de Graaff

Kasama sa kurikulum ng paaralan ang iba't ibang mga eksperimento sa kuryente. Mayroong maraming mga uri ng mga generator, ang isa ay nais naming pag-usapan nang mas detalyado. Ang generator ng Van de Graaff ay ginagamit upang makabuo ng mga napakataas na boltahe. Kung ang isang bagay na naglalaman ng labis na mga positibong ion ay inilagay sa loob ng isang lalagyan, ang mga electron ay lilitaw sa panloob na ibabaw ng huli, at ang parehong bilang ng mga positibong ion ay lilitaw sa panlabas na ibabaw. Kung hinawakan mo ngayon ang panloob na ibabaw gamit ang isang naka-charge na bagay, ang lahat ng mga libreng electron ay ililipat dito. Sa labas, mananatili ang mga positibong singil.

Ang mga positibong ion mula sa pinagmulan ay inilalapat sa isang conveyor belt na tumatakbo sa loob ng isang metal na globo. Ang tape ay konektado sa panloob na ibabaw ng globo gamit ang isang konduktor sa anyo ng isang suklay. Ang mga electron ay dumadaloy mula sa panloob na ibabaw ng globo. Lumilitaw ang mga positibong ion sa panlabas na bahagi nito. Ang epekto ay maaaring mapahusay sa pamamagitan ng paggamit ng dalawang generator.

Kuryente

Kasama rin sa kursong pisika ng paaralan ang naturang konsepto bilang electric current. Ano ito? Ang electric current ay sanhi ng paggalaw ng mga electric charge. Kapag ang isang electric lamp na nakakonekta sa isang baterya ay naka-on, ang kasalukuyang dumadaloy sa isang wire mula sa isang poste ng baterya patungo sa lampara, pagkatapos ay sa pamamagitan ng buhok, na nagiging sanhi ng pagkinang nito, at pabalik sa pangalawang wire sa kabilang poste ng baterya. . Kung i-on mo ang switch, magbubukas ang circuit - ang kasalukuyang daloy ay hihinto at ang lampara ay mawawala.

Paggalaw ng elektron

Kasalukuyan sa karamihan ng mga kaso ay ang iniutos na paggalaw ng mga electron sa isang metal na nagsisilbing konduktor. Sa lahat ng conductor at ilang iba pang substance, palaging nangyayari ang ilang random na paggalaw, kahit na walang kasalukuyang dumadaloy. Ang mga electron sa isang substance ay maaaring medyo libre o malakas na nakagapos. Ang magagandang konduktor ay may mga libreng electron na maaaring gumalaw sa paligid. Ngunit sa mga mahihirap na konduktor, o mga insulator, karamihan sa mga particle na ito ay medyo mahigpit na nakagapos sa mga atomo, na pumipigil sa kanilang paggalaw.

Minsan, natural o artipisyal, ang isang paggalaw ng mga electron sa isang konduktor ay nilikha sa isang tiyak na direksyon. Ang daloy na ito ay tinatawag na electric current. Ito ay sinusukat sa amperes (A). Ang mga kasalukuyang carrier ay maaari ding maging mga ions (sa mga gas o solusyon) at "mga butas" (kakulangan ng mga electron sa ilang uri ng semiconductors. Ang huli ay kumikilos tulad ng mga positibong sisingilin na electric current carrier. Upang gawin ang mga electron na lumipat sa isang direksyon o iba pa, ang isang tiyak na puwersa ay kailangan ang mga reaksiyong kemikal, ay ginagamit para sa layuning ito, na lumilikha ng mga electron ng puwersa upang lumipat sa isang direksyon sa kahabaan ng circuit Ang magnitude ng emf ay sinusukat sa volts (V).

Ang magnitude ng EMF at ang lakas ng kasalukuyang ay nauugnay sa isa't isa, tulad ng presyon at daloy sa isang likido. Ang mga tubo ng tubig ay palaging puno ng tubig sa isang tiyak na presyon, ngunit ang tubig ay nagsisimula lamang na dumaloy kapag ang gripo ay binuksan.

Katulad nito, maaari itong ikonekta sa isang pinagmumulan ng emf, ngunit ang kasalukuyang ay hindi dadaloy dito hanggang sa isang landas ay nilikha kung saan ang mga electron ay maaaring gumalaw. Maaaring ito ay, sabihin nating, isang electric lamp o isang vacuum cleaner;

Relasyon sa pagitan ng kasalukuyang at boltahe

Habang tumataas ang boltahe sa circuit, tumataas din ang kasalukuyang. Habang nag-aaral ng kursong pisika, nalaman namin na ang mga de-koryenteng circuit ay binubuo ng iba't ibang seksyon: karaniwang switch, konduktor, at device na kumukonsumo ng kuryente. Ang lahat ng mga ito, na magkakaugnay, ay lumikha ng paglaban sa electric current, na (ipagpalagay na pare-pareho ang temperatura) para sa mga sangkap na ito ay hindi nagbabago sa paglipas ng panahon, ngunit naiiba para sa bawat isa sa kanila. Samakatuwid, kung ang parehong boltahe ay inilapat sa isang bombilya at sa isang bakal, kung gayon ang daloy ng mga electron sa bawat isa sa mga aparato ay magkakaiba, dahil ang kanilang mga resistensya ay iba. Dahil dito, ang lakas ng kasalukuyang dumadaloy sa isang tiyak na seksyon ng circuit ay tinutukoy hindi lamang ng boltahe, kundi pati na rin ng paglaban ng mga conductor at device.

Batas ni Ohm

Ang dami ng electrical resistance ay sinusukat sa ohms (ohms) sa agham ng pisika. Ang kuryente (mga formula, kahulugan, eksperimento) ay isang malawak na paksa. Hindi kami kukuha ng mga kumplikadong formula. Para sa unang kakilala sa paksa, sapat na ang sinabi sa itaas. Gayunpaman, ang isang formula ay nagkakahalaga pa rin ng pagbabawas. Ito ay hindi kumplikado sa lahat. Para sa anumang konduktor o sistema ng mga konduktor at aparato, ang ugnayan sa pagitan ng boltahe, kasalukuyang at paglaban ay ibinibigay ng formula: boltahe = kasalukuyang x paglaban. Ito ay isang matematikal na pagpapahayag ng batas ng Ohm, na pinangalanan kay Georg Ohm (1787-1854), na siyang unang nagtaguyod ng ugnayan sa pagitan ng tatlong parameter na ito.

Ang pisika ng kuryente ay isang napaka-kagiliw-giliw na sangay ng agham. Isinaalang-alang lamang namin ang mga pangunahing konsepto na nauugnay dito. Natutunan mo kung ano ang kuryente at kung paano ito nabuo. Inaasahan namin na kapaki-pakinabang ang impormasyong ito.