Αγωγός ρεύματος μαγνητικού πεδίου

Μαγνητικό πεδίο

Το μαγνητικό πεδίο είναι ένα διανυσματικό πεδίο που περιγράφει τη μαγνητική επίδραση στα κινούμενα ηλεκτρικά φορτία, τα ηλεκτρικά ρεύματα και τα μαγνητικά ουσίες. Ένα φορτίο κινητού σε ένα μαγνητικό πεδίο υπόκειται σε μια δύναμη που είναι κάθετη τόσο στην κίνηση του φορτίου κινητού όσο και στο μαγνητικό πεδίο.

Το μαγνητικό πεδίο ενός μόνιμου μαγνήτη έλκει ή απωθεί διάφορους μαγνήτες και σιδηρομαγνητικές ουσίες. Ένα μαγνητικό πεδίο με μεταβαλλόμενη περιοχή θα ασκήσει επίσης μια δύναμη σε έναν αριθμό μη μαγνητικών ουσιών αλλάζοντας την κίνηση των εξωτερικών ατομικών ηλεκτρονίων τους. Τα μαγνητικά πεδία περιβάλλουν τις μαγνητισμένες ουσίες και δημιουργούνται από ηλεκτρικά ρεύματα μαζί με αυτά που χρησιμοποιούνται στους ηλεκτρομαγνήτες και από πεδία με ηλεκτρική ενέργεια που ποικίλλουν χρονικά.

Μονάδες μαγνητικού πεδίου

Το Tesla (T) είναι η μονάδα SI για τα μαγνητικά πεδία. Παράγεται από το μαγνητικό τμήμα του νόμου της δύναμης Lorentz.

F_{μαγνητικό} =qvB 

q=χρέωση

v=ταχύτητα φόρτισης

B=μαγνητικό πεδίο

Το μαγνητικό πεδίο συμβολίζεται με "B".

Κανόνας του αριστερού χεριού του Fleming

Όταν ένας αγωγός που μεταφέρει ρεύμα τοποθετείται σε ένα μαγνητικό πεδίο, εμφανίζεται μια δύναμη στον αγωγό σε διαδρομή που είναι κάθετη και στις γραμμές του ρεύματος και του μαγνητικού πεδίου.

Ας υποθέσουμε ότι ένα τμήμα ενός αγωγού μήκους "L" είναι κατακόρυφα τοποθετημένο σε ένα ομοιόμορφο οριζόντιο μαγνητικό πεδίο έντασης «B», που δημιουργείται από τους μαγνητικούς πόλους N και S. Εάν το ρεύμα «I» ρέει μέσω αυτού του αγωγού, η δύναμη που βιώνει ο αγωγός είναι ίση με:

F=BIL 

Απλώστε το αριστερό σας χέρι με τον δείκτη, το 2ο δάχτυλο και τον αντίχειρα στη σωστή γωνία μεταξύ τους. Εάν η διαδρομή του μαγνητικού πεδίου αντιπροσωπεύεται από τον δείκτη και η διαδρομή του ρεύματος με το δεύτερο δάχτυλο, η διαδρομή της δύναμης αντιπροσωπεύεται από τον αντίχειρα.

Όταν το ρεύμα διατρέχει έναν αγωγό, σχηματίζεται ένα μαγνητικό πεδίο γύρω του. Το μαγνητικό πεδίο μπορεί να απεικονιστεί μετρώντας τον αριθμό των κλειστών μαγνητικών γραμμών δύναμης που διέρχονται από τον αγωγό.

Η διαδρομή των μαγνητικών γραμμών δύναμης μπορεί να αποφασιστεί μέσω του κανόνων τιρμπουσόν του Maxwell ή της λαβής δεξιά κανόνας. Εάν το ρεύμα ρέει μακριά από τον παρατηρητή, δηλαδή εάν η διαδρομή του ρεύματος κατά μήκος του αγωγού είναι προς τα μέσα από το επίπεδο αναφοράς, οι μαγνητικές γραμμές δύναμης (ή παραμορφώσεις ροής) θα ταξιδεύουν δεξιόστροφα.

Τώρα εάν ένα οριζόντιο μαγνητικό πεδίο εκτελείται εξωτερικά στον αγωγό, αυτά τα μαγνητικά πεδία, π.χ. αγωγός λόγω του ρεύματος που διέρχεται και του εξωτερικά εκτελούμενου πεδίου θα έχουν αλληλεπίδραση μεταξύ τους.

Flux

Στη φυσική, το Flux περιγράφεται ως οποιαδήποτε πρόσκρουση που φαίνεται να περάσει ή να ταξιδέψει (είτε είναι ειλικρινά είτε όχι κινείται ή όχι) μέσω μιας επιφάνειας ή ουσίας. Η ροή μπορεί να θεωρηθεί ως φανταστικές γραμμές μέσω των οποίων μπορεί να ταξιδέψει ένα φυσικό ποσό. Η ροή είναι μια έννοια στον εφαρμοσμένο αριθμητικό και διανυσματικό λογισμό με πολλές φυσικές εφαρμογές. Η ροή είναι μια διανυσματική ποσότητα που περιγράφει την τιμή και τη διαδρομή της ροής μιας ιδιότητας ή ουσίας κατά την παράδοση.

Μαγνητική ροή

Ο αριθμός των γραμμών μαγνητικού πεδίου που διασχίζουν μια κλειστή επιφάνεια αναφέρεται ως μαγνητική ροή. Η μονάδα SI του είναι – Weber.

Μαγνητική δύναμη στην παραγωγή αγωγού μεταφοράς ρεύματος

Μπορούμε να επεκτείνουμε την αξιολόγηση της δύναμης για ένα μόνο φορτίο μετάδοσης σε μια ευθεία ράβδο που φέρει ρεύμα λόγω του μαγνητικού πεδίο. Θεωρήστε μια ράβδο με μήκος l και ομοιόμορφο εμβαδόν διατομής Α. Θα προβλέψουμε ένα είδος κινητών φορέων όπως σε έναν αγωγό (ακριβώς εδώ ηλεκτρόνια). Θεωρήστε ότι το n αντιπροσωπεύει την αριθμητική πυκνότητα αυτών των φορέων φορτίου κυψέλης. Στη συνέχεια, υπάρχουν nlA συνολικά φορείς φόρτισης κινητής τηλεφωνίας σε αυτό. Μπορεί επίσης να περιμένουμε ότι κάθε κινητός φορέας θα έχει μέση ταχύτητα μετατόπισης vd για σταθερό ρεύμα I σε αυτήν τη αγώγιμη ράβδο.

Παρουσία εξωτερικού μαγνητικού πεδίου Β, η δύναμη σε αυτούς τους φορείς θα είναι,

Εδώ, l  είναι ένα διάνυσμα μήκους τιμής, δηλαδή το μήκος της ράβδου, με κατεύθυνση παρόμοιο με το τρέχον I.

Η εξίσωση (1) ισχύει για μια ευθεία ράβδο. B είναι το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο σε αυτή την εξίσωση. Δεν είναι το πεδίο που δημιουργήθηκε με τη βοήθεια μιας ράβδου μεταφοράς ρεύματος. Εάν το σύρμα έχει αυθαίρετο σχήμα, θα υπολογίσουμε τη δύναμη Lorentz σε αυτό θεωρώντας το ως ομάδα γραμμικών λωρίδων dlj και αθροίζοντας

Η παραπάνω άθροιση μπορεί να μετατραπεί σε ολοκλήρωμα σε πολλές περιπτώσεις.

Μαγνητικό πεδίο λόγω ευθύγραμμου αγωγού ρεύματος

Τα μαγνητικά πεδία επηρεάζουν τους αγωγούς που μεταφέρουν ρεύμα, όπως όλοι γνωρίζουμε. Οποιαδήποτε μάζα παράγει ένα βαρυτικό πεδίο, με το οποίο μπορεί επίσης να αλληλεπιδράσει. Το φορτίο δημιουργεί και αλληλεπιδρά με ένα ηλεκτρικό πεδίο. Θα μπορούσαμε να υποθέσουμε ότι επειδή το κινούμενο φορτίο αλληλεπιδρά με ένα μαγνητικό πεδίο, δημιουργεί επίσης ένα.

Σκεφτείτε έναν ευθύ αγωγό AB που φέρει ένα ρεύμα (I) και τον προσδιορισμό της έντασης του μαγνητικού πεδίου στο σημείο P.

Έστω AB ο αγωγός μέσω του οποίου ρέει το ρεύμα I. Θεωρήστε ένα σημείο P, τοποθετημένο σε μια ορισμένη απόσταση από το μέσο του αγωγού. Θεωρήστε το μικρό στοιχείο μεταφοράς ρεύματος dl που βρίσκεται στο σημείο Ε. Βρίσκεται σε απόσταση r από το σημείο p l υποδηλώνει την απόσταση μεταξύ του κέντρου του πηνίου και το dl δηλώνει το μήκος. Χρησιμοποιώντας τον νόμο Biot-Savart, το μαγνητικό πεδίο στο σημείο P λόγω του στοιχείου μεταφοράς ρεύματος dl είναι

Επομένως,

Συμπέρασμα

Όλα τα γνωστά μαγνητικά πεδία προκαλούνται από τρέχοντα φορτία (ή κινούμενα φορτία). Επειδή τα φορτία κινούνται μέσα στον αγωγό, ένα σύρμα που μεταφέρει ρεύμα παράγει μαγνητικό πεδίο. Ένα απλό πείραμα διατήρησης μιας μαγνητικής πυξίδας κοντά σε οποιοδήποτε καλώδιο μεταφοράς ρεύματος μπορεί επίσης να το επαληθεύσει.

Οι αγωγοί που μεταφέρουν ρεύμα διατίθενται σε διάφορες μορφές και μεγέθη. Το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από έναν αγωγό επηρεάζεται από τη μορφή του. Είναι απαραίτητο να ορίσουμε τη θεωρία πίσω από αυτές τις έννοιες προκειμένου να κατανοήσουμε καλύτερα τη φύση και τη συμπεριφορά του μαγνητικού πεδίου που δημιουργείται από αυτούς τους αγωγούς.