Επιδράσεις ενός ομοιόμορφου μαγνητικού πεδίου σε ένα ρεύμα σε έναν βρόχο ρεύματος

Μαγνητικό πεδίο 

Το μαγνητικό πεδίο είναι ένα διανυσματικό πεδίο παρουσία μαγνήτη, ηλεκτρικού ρεύματος ή μεταβαλλόμενου ηλεκτρικού πεδίου στο οποίο μπορούν να παρατηρηθούν μαγνητικές δυνάμεις. Τα μαγνητικά πεδία, όπως αυτά που βρίσκονται στη Γη, προκαλούν βελόνες μαγνητικής πυξίδας και άλλους μόνιμους μαγνήτες να ευθυγραμμιστούν προς την κατεύθυνση του πεδίου. Τα μαγνητικά πεδία προκαλούν τα ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια να κινούνται σε κυκλικό ή ελικοειδή μοτίβο. Η λειτουργία των ηλεκτροκινητήρων βασίζεται σε αυτή τη δύναμη, η οποία ασκείται στα ηλεκτρικά ρεύματα στα καλώδια σε ένα μαγνητικό πεδίο. Το μαγνητικό πεδίο είναι ακίνητο και αναφέρεται ως μαγνητοστατικό πεδίο όταν περιβάλλει έναν μόνιμο μαγνήτη ή ένα καλώδιο που μεταφέρει συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα προς μία κατεύθυνση. Το μέγεθος και η κατεύθυνσή του παραμένουν σταθερά σε οποιοδήποτε σημείο. Το μαγνητικό πεδίο γύρω από ένα εναλλασσόμενο ρεύμα ή ένα κυμαινόμενο συνεχές ρεύμα αλλάζει συνεχώς σε πλάτος και κατεύθυνση.

Γραμμές μαγνητικού πεδίου 

Οι γραμμές μαγνητικού πεδίου είναι μια οπτική απεικόνιση των αόρατων γραμμών δύναμης του μαγνητικού πεδίου. Οι γραμμές, κατά σύμβαση, ανιχνεύουν τη δύναμη από τον βόρειο προς τον νότιο πόλο ενός μαγνήτη. Το κενό μεταξύ των γραμμών αντιπροσωπεύει τη σχετική ένταση του μαγνητικού πεδίου. Όσο μεγαλύτερο είναι το μαγνητικό πεδίο, τόσο πιο κοντά είναι οι γραμμές. Η μορφή, η ένταση και η κατεύθυνση των γραμμών του μαγνητικού πεδίου μπορούν να εντοπιστούν χρησιμοποιώντας ρινίσματα σιδήρου και πυξίδα.

Ιδιότητες

Η εκτεταμένη έρευνα στα μαγνητικά πεδία έχει αποκαλύψει μια σειρά από απαράβατους νόμους.

• Οι γραμμές μαγνητικού πεδίου χρησιμοποιούνται για την απεικόνιση του πεδίου (οι γραμμές είναι ένα εικονογραφικό εργαλείο, όχι μια φυσική οντότητα από μόνες τους). Αυτοί οι κανόνες περιγράφουν τα χαρακτηριστικά των γραμμών μαγνητικού πεδίου:
• Η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου μπορεί να φανεί εφαπτομενικά στη γραμμή πεδίου, σε οποιοδήποτε σημείο του χώρου. Η γραμμή πεδίου θα εμφανίζεται με μια μικρή πυξίδα.
• Η ένταση του πεδίου είναι ανάλογη με την εγγύτητα των γραμμών. Είναι ανάλογο με τον αριθμό των γραμμών ανά μονάδα επιφάνειας που είναι κάθετες στις ευθείες (ονομάζεται εμβαδική πυκνότητα).
• Οι γραμμές μαγνητικού πεδίου δεν μπορούν ποτέ να διασταυρωθούν, επομένως το πεδίο είναι μοναδικό σε κάθε θέση στο διάστημα.
• Οι γραμμές μαγνητικού πεδίου είναι απείρως μεγάλες, παράγοντας κλειστούς βρόχους χωρίς αρχή ή τέλος. Πηγαίνουν από τους βόρειους προς τους νότιους πόλους.

Κανόνας του δεξιού χεριού του Φλέμινγκ

Σύμφωνα με το νόμο της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής του Faraday, κάθε φορά που ένας αγωγός ταξιδεύει μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο, ένα επαγόμενο ρεύμα ρέει μέσα από αυτό. Θα υπάρχει σχέση μεταξύ της κατεύθυνσης της ασκούμενης δύναμης, του μαγνητικού πεδίου και του ρεύματος εάν αυτός ο αγωγός ωθηθεί βίαια μέσα στο μαγνητικό πεδίο.

Ο κανόνας του δεξιού χεριού του Fleming καθορίζει τη σχέση μεταξύ αυτών των τριών κατευθύνσεων.

Σύμφωνα με αυτόν τον κανόνα, «Απλώστε το δεξί χέρι με το πρώτο, το δεύτερο και τον αντίχειρα σε ορθή γωνία μεταξύ τους». Εάν ο δείκτης υποδεικνύει την κατεύθυνση της γραμμής δύναμης, ο αντίχειρας αντιπροσωπεύει την κατεύθυνση της κίνησης ή της ασκούμενης δύναμης και το δεύτερο δάκτυλο αντιπροσωπεύει την κατεύθυνση του επαγόμενου ρεύματος."

Μαγνητικό λόγω ροής ρεύματος μέσω κυκλικού βρόχου

Ας υποθέσουμε ότι αυτό το ευθύ σύρμα είναι λυγισμένο.

Ένα ρεύμα στέλνεται μέσω αυτού σε σχήμα κυκλικού βρόχου. Η μαγνητική επαγωγή συμβαίνει όταν η ηλεκτρική ενέργεια ρέει σε ένα καλώδιο. Η περιφέρεια ενός κύκλου σχηματίζεται από γραμμές πεδίου. Είναι καλά κατανοητό ότι το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από μια ευθεία που μεταφέρει ρεύμα. Το μήκος ενός σύρματος είναι ανάλογο με την απόστασή του από αυτό. Στην περίπτωση ενός σύρματος λυγισμένο σε κυκλικό βρόχο. Οι ομόκεντροι δακτύλιοι που υποδεικνύουν το μαγνητικό πεδίο γύρω από έναν κυκλικό βρόχο που μεταφέρει ρεύμα θα γίνονταν όλο και μεγαλύτεροι. Το μέγεθος αυξάνεται καθώς απομακρυνόμαστε από το σύρμα.

Μέχρι να φτάσουμε στο κέντρο του κυκλικού, η ακτίνα καμπυλότητας των γραμμών κυκλικού μαγνητικού πεδίου συνεχίζει να αυξάνεται στον βρόχο. Ως αποτέλεσμα, κοντά στο κέντρο του κύκλου, τα τόξα αυτών των μεγάλων κύκλων θα αντιπροσωπεύονται από ευθείες γραμμές. Το μαγνητικό πεδίο θα παράγεται σε κάθε σημείο του καλωδίου που μεταφέρει ηλεκτρική ενέργεια, εμφανιζόμενο ως ευθείες γραμμές στο κέντρο του βρόχου χρησιμοποιώντας τον κανόνα του δεξιού χεριού. είναι απλό να βεβαιωθείτε ότι κάθε μέρος είναι πλήρες. Εντός του βρόχου, το καλώδιο συμβάλλει στις γραμμές του μαγνητικού πεδίου προς την ίδια κατεύθυνση.

Το μέγεθος του μαγνητικού πεδίου Β στο κέντρο του κυκλικού βρόχου δίνεται ως:

B =( μ0 I ) / ( 2 R ) 

Όπου μ0 δηλώνει διαπερατότητα μαγνητικού πεδίου, I υποδηλώνει ρεύμα και R υποδηλώνει ακτίνα βρόχου.

Συμπέρασμα 

Το μαγνητικό πεδίο είναι ένα διανυσματικό πεδίο παρουσία μαγνήτη, ηλεκτρικού ρεύματος ή μεταβαλλόμενου ηλεκτρικού πεδίου στο οποίο μπορούν να παρατηρηθούν μαγνητικές δυνάμεις. Οι γραμμές μαγνητικού πεδίου είναι μια οπτική απεικόνιση των αόρατων γραμμών δύναμης του μαγνητικού πεδίου. Όσο μεγαλύτερο είναι το μαγνητικό πεδίο, τόσο πιο κοντά είναι οι γραμμές. Οι γραμμές μαγνητικού πεδίου χρησιμοποιούνται για την απεικόνιση του πεδίου. Αυτοί οι κανόνες περιγράφουν τα χαρακτηριστικά των γραμμών μαγνητικού πεδίου:Η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου μπορεί να φανεί εφαπτομενικά στη γραμμή πεδίου, σε οποιοδήποτε σημείο του χώρου. Η ένταση του πεδίου είναι ανάλογη με την εγγύτητα των γραμμών.