Šiame straipsnyje nagrinėjama solenoide tekančios elektros srovės kuriamo magnetinio lauko indukcijos B priklausomybė nuo srovės stiprio I ir nuo atstumo r išilgai ašies. Svarbiausia magnetinio lauko charakteristika yra magnetinė indukcija.
Dešinės rankos taisyklė, iliustruojanti srovės kryptį ir magnetinio lauko susidarymą aplink laidininką.
Ji skaitine verte lygi jėgai, kuria vienalytis magnetinis laukas veikia 1 m ilgio tiesų laidą, statmeną magnetinės indukcijos linijoms, kai juo teka 1 A stiprio srovė. Magnetinės indukcijos SI vienetas yra tesla (T). Laidu ar vakuume judančios elektringosios dalelės kuriamas elektrinis laukas kinta laike, ir dėl to laido aplinkoje srovė kuria magnetinį lauką.
Teorinis pasirengimas
- Magnetinės indukcijos apibrėžimas.
- Bio ir Savaro dėsnis.
- Įvairios formos laidais tekančios elektros srovės magnetinio lauko indukcija ir jos linijos.
Ampero jėga
Magnetinis laukas veikia laidininką, kuriuo teka srove, tam tikra jėga, vadinama Ampero jėga. Nustatyta, kad Ampero jėgos vektoriaus F modulis proporcingas laidininko, kuriuo teka srovė, ilgiui l ir priklauso nuo to laidininko padėties magnetiniame lauke. Jeigu laidininko, kuriuo teka srovė, padėtis nuolatiniame magnetiniame lauke nekinta, tai srovės stiprumas I nusakomas kaip fizikinis dydis, kuriam proporcinga tą laidininka veikianti Ampero jėga: F~I.
Didžiausias Ampero jėgos modulis, veikiančios magnetiniame lauke, kurio indukcija vektorius B, esantį tiesiam laidininkui, kai juo teka srovė: Fmax=IBl, čia l - laid. ilgis, I - srovės stiprumas. Nustatyta, kad kai laidininkas, kuriuo teka srovė, sudaro kampą alfa su magnetinės indukcijos vektoriumi B, Ampero jėgos modulis randamas pagal formulę.
Taip pat skaitykite: Pratimai gyvenimo kokybei gerinti
Aparatūra ir darbo metodas
Įvesti laidininko kilpą tarp elektromagneto judamųjų dalių. Užtvirtinti jėgos jutiklį bet kuriame aukštyje. Įjungti maitinimo šaltinius. Prieš tai įsitikinti, kad įtampos ir srovės reguliavimo rankenėlės nustatytos į nulinę padėtį. Įjungti CASSY sensoriaus maitinimą (įkišti maitinimo šaltinio kištuką į lizdą). Suderinkite viršutinį kanalą: reikia nusistatyti matavimo diapazoną (Meas. Range) nuo 0 iki 300mN ir nulinį tašką (Zero Point) į kairę (left). Atlikti kalibravimą, mygtukų / pagalbą. Uždaryti suderinimo langą.
Magnetinio lauko formavimasis aplink laidininką, kuriuo teka elektros srovė.
Lorenco jėga
Jėga, kuria magnetinis laukas veikia judančią elektringąją dalelę, vadinama Lorenco jėga. Čia α- kampas, kurį sudaro greičio vektorius su magnetinės indukcijos vektoriumi. Kadangi Lorenco jėga statmena dalelės greičiui, tai darbo ji neatlieka. Lorenco jėga nekeičia dalelės kinetinės energijos, vadinasi ir jos greičio modulio. Panagrinėkime, kaip juda dalelė turinti krūvį q vienalyčiame magnetiniame lauke B, kurio kryptis statmena dalelės pradiniam greičiui v. Lorenco jėga statmena dalelės greičiui, vadinasi ji suteikia dalelei įcentrinį pagreitį.
Pastovaus modulio greičiu judančios dalelės įcentrinio pagreičio modulis nekinta. Tai reiškia, kad ji juda tolygiai r spindulio apskritimu. Magnetinio lauko poveikis plačiai taikomas technikoje. Pvz.: televizorių kineskopuose. Kita magnetinio lauko pritaikymo sritis - prietaisai, kurie elektringąsias daleles suskirsto pagal specifinius krūvius: pagal dalelės krūvio ir masės santykį.
Vakuuminė šio prietaiso kamera yra magnetiniame lauke. Skriedamos lauku dalelės atsimuša į fotoplokštelę ir palieka pėdsaką joje.
Taip pat skaitykite: Socialinio darbo metodai priklausomybėms įveikti
Elektromagnetinė indukcija
Elektros srovės atsiradimas uždarame laidžiame kontūre, kintant skaičiui magnetinės indukcijos linijų, kertančių jo ribojamą plotą, vadinamas elektromagnetine indukcija. Kai laidus kontūras yra kintamame magnetiniame lauke, tai kontūre atsiranda indukcinė elektros srovė. Vadinasi jame atsiranda ir indukcinis elektrinis laukas. Jo jėgų linijos uždaros, todėl jis vadinamas sūkuriniu elektriniu lauku. Šio lauko jėgų darbas, perkeliant krūvį uždara grandine lygus indukcinei evj.
Indukcinė evj atsiranda ir tuomet, kai magnetinis laukas pastovus, o jį kertantis magnetinis srautas kinta dėl kontūro laidininkų judėjimo magnetiniame lauke. Magnetiniame lauke judančiame laidininke elektros krūvį q veikia Lorenco jėga.
Elektromagnetinės indukcijos reiškinį galima stebėti bandymais, jei dešiniąją ranką laikysime taip, kad magnetinės linijos eitų į delną, o 900 kampu ištiestas nykštys rodytų laidininko judėjimo kryptį, tai ištiesti kiti keturi pirštai rodys indukuotosios srovės kryptį. Elektromagnetinės indukcijos dėsnis formuluojamas evj, o nne srovės stiprumui.
Saviindukcija
Kintant laidžiu uždaru kontūru (pavyzdžiui, rite) tekančios elektros srovės stipriui, kinta ir šios srovės sukurtas magnetinis laukas, o tuo pačiu ir magnetinis srautas, kuris veria tą kontūrą. Kintamas magnetinis laukas tame pačiame uždarame kontūre indukuota savo evj. Indukcinės evj atsiradimas elektros srovės grandinėje, kai kinta ja tekančios srovės stipris, vadinamas saviindukcija. Saviindukcija yra atskiras elektromagnetinės indukcijos atvejis.
Savosios grandinės laiduose kintamo magnetinio lauko indukuotoji evj vadinama saviindukcine evj, o saviindukcinės evj sukelta srovė - saviindukcine srove. Saviindukcinės elektros srovė visada priešinasi ją sukėlusio elektros srovės kitimui. Jos kryptis nustatoma remiantis Lenco taisykle. Pagal Lenco taisyklę saviindukcijos evj priešinasi srovės stiprėjimui, sujungus elektros grandinę, srovės silpnėjimui - išjungus grandinę.
Taip pat skaitykite: Kaip atpažinti priklausomybę nuo muzikos
Įjungimo metu savindukcinė srovė teka pirminei srovei priešinga kryptimi ir ją slopina (mažina jos stiprį), o išjungimo metu savindukcinė srovė teka ta pačia kryptimi ir pirminę srovę palaiko. Saviindukcijos reiškinį galima stebėtis sujungus elektrinę grandinę, kurią sudaro dvi vienodos lygiagrečiai sujungtos elektros lemputės, varžos rezistorius, ritė su geležine šerdimi, srovės šaltinis ir jungiklis.
Prie vienos lemputės nuosekliai jai prijungiame rezistorių, o prie kitos - ritę. Rezistoriaus varža turi būti lygi varžai laido, iš kurio pagaminta ritė. Jungikliu įjungiant elektros grandinę, pastebėsime, kad elektros lemputė, sujungta nuosekliai su rezistoriumi, įsižiebia akimirksniu, o lemputė, sujungta nuosekliai su rite, įsižiebia ne iš karto, o palaipsniui. Tai paaiškinama tuo, kad sujungus grandinę ritėje atsiranda saviindukcijos evj, kuri pagal Lenco taisyklę trukdo greitam srovės stiprio didėjimui grandinėje, t.y. srovės stipris ne iš karto pasiekia tam tikrą maksimalią vertę Imax, o palaipsniui.
Jungikliu elektrinę grandinę išjungus, lemputė, sujungta nuosekliai su rezistoriumi, užgęsta iš karto, o lemputė, sujungta nuosekliai su rite, užgęsta ne iš karto, o palaipsniui. Tai paaiškinama tuo, kad išjungus elektrinę grandinę, magnetinis srautas, kertantis ritę, silpnėja ir ritėje atsiranda saviindukcijos evj, o tuo pačiu ir saviindukcinė srovė. Šiuo atveju saviindukcinė srovė rite teka ta pačia kryptimi, kaip ir pirminė srovė. Taigi elektros srovė grandinę išjungus, saviindukcinė srovė dar kurį laiką palaiko pirminę srovę - srovė silpnėja tolydžiai.
Galima sakyti, kad tada ritė trumpam laikui tampa energijos šaltiniu, kuris palaiko srovę lempoje. Išjungus grandinę atsiradusi indukcinė evj gali daug kartų viršyti srovės šaltinio evj. Todėl lempa grandinės išjungimo momentu gali ryškiai įsižiebti ir netgi perdegti.
Uždaru laidžiu kontūru tekanti elektros srovė sukuria aplink jį magnetinį lauką. Jeigu uždaras laidus kontūras yra ritė (arba solenoidas), tai šiuo atveju dydis L yra ritės (arba solenoido) induktyvumas. Kontūro induktyvumas yra jo elektrinė charakteristika.
Induktyvumo vienetas yra henris. Šis vienetas taip vadinamas pagerbiant amerikiečių mokslininką Dž. Henrį (1797 - 1878).
Darbo rezultatai (pavyzdys):
Išmatuotos jėgos, kuriomis vienalytis magnetinis laukas veikia laidą su srove, priklausomybę nuo srovės stiprio, kai I=0A F=00,1mN, I=2A F=1,8mN , I=4A F=3,5mN, I=6A F=5,1N, I=8A F=6,8mN, I=10A F=8,4mN, I=12A F=10,1mN, I=14A F=11,7mN, I=16A F=13,4mN.
| Srovės stipris I (A) | Jėga F (mN) |
|---|---|
| 0 | 0.1 |
| 2 | 1.8 |
| 4 | 3.5 |
| 6 | 5.1 |
| 8 | 6.8 |
| 10 | 8.4 |
| 12 | 10.1 |
| 14 | 11.7 |
| 16 | 13.4 |