Pole magnetyczne i prąd są uważane za dwie strony tej samej monety ze względu na zaangażowanie ładunków i oba pochodzą z promieniowania elektromagnetycznego lub pola.
Fala elektromagnetyczna składa się zarówno z pól elektrycznych, jak i magnetycznych. Prąd jest spowodowany polem elektrycznym. W ten sposób będzie ścisły związek między polem magnetycznym a prądem. Ten post dotyczy wyczerpującego wyjaśnienia i faktów związanych z polem magnetycznym i prądem oraz ich związkiem z polem elektromagnetycznym.
Związek między polem magnetycznym a prądem
Prąd elektryczny w przewodzie wytwarza pole magnetyczne w wyniku ruchu ładunków. Prowadzi to do wyjaśnienia związku między polem magnetycznym a prądem, co wyjaśnia prawo Biota-Savarta. Stwierdza, że „prąd I płynący w przewodzie prądowym o małej długości dl jest niczym innym jak elementarnym źródłem pola magnetycznego.
Jeśli weźmiemy pod uwagę przewód przenoszący prąd I wzdłuż długości dl w przewodzie, to pole magnetyczne wywołane prądem w punkcie obserwacji w odniesieniu do przewodu jest podane jako,
Gdzie; μ0 jest przepuszczalnością przestrzeni frère (4π×10-7N / A2), a R to odległość między punktem a przewodem.
Całkowanie powyższego równania daje pole magnetyczne spowodowane prądem płynącym przez pętlę drutu. Pole magnetyczne i prąd są od siebie współzależne. Wraz ze wzrostem natężenia przepływu prądu siła pola magnetycznego będzie większa ze względu na ruch ładunków przewodzących.
Jak pole magnetyczne wpływa na prąd?
Kiedy przewód przewodzący prąd styka się ze zmieniającym się polem magnetycznym, w przewodzie indukowany jest prąd. Ten prąd płynie z powodu linii pola magnetycznego, które wywierają pewną siłę na ładunki, powodując ich ruch.
Ponieważ pole magnetyczne i prąd są ze sobą ściśle powiązane, niewielka zmiana pola magnetycznego wytwarza siłę elektromotoryczną w przewodzie. Dzieje się tak dlatego, że zmieniające się pole magnetyczne generuje pole elektryczne, a ładunki zostają uwolnione, a tym samym indukowany jest prąd.
Pole magnetyczne jest związane z kierunkiem przepływu prądu. Jeśli zmienia się kierunek pola magnetycznego, zmienia się również przepływ prądu wewnątrz przewodnika.
Kierunek pola magnetycznego i prądu
Kierunki orientacji pola magnetycznego i prądu są względem siebie normalne. Ponieważ wiemy, że w fali elektromagnetycznej ruch pola elektrycznego i pola magnetycznego odbywa się zawsze w kierunkach prostopadłych. Prąd to nic innego jak forma energii elektrycznej niosącej swobodny przepływ elektronów.
Ogólnie rzecz biorąc, reguła prawej ręki opisuje kierunek zarówno pola magnetycznego, jak i prądu. Najpierw wykonaj gest dłonią w kształcie litery L za pomocą kciuka i palca wskazującego, a następnie skieruj środkowy palec prostopadle do obu palców. Pozostałe palce są zwinięte. Ten rodzaj gestu prawej ręki pomaga zapamiętać kierunek pola magnetycznego i prądu.
Pole magnetyczne zapewnia pewną siłę wywieraną na poruszające się ładunki. Gdy ładunki są w spoczynku, pole magnetyczne nie wpływa na ładunek. Ale gdy tylko zaczynają się poruszać, siła wytworzona przez pole popycha ładunki i prąd przepływa przez drut. Kierunek przepływu prądu nie jest zgodny z kierunkiem linii pola, lecz podąża prostopadle.
Kredytów obrazka: Wikimedia commons
Zgodnie z regułą twoja ręka przypomina przewód z prądem, a kierunek dodatniego ładunku wskazuje twoja wskazówka. Pole magnetyczne jest wskazywane przez środkowy palec, a kciuk wskazuje ruch prądu spowodowany siłą magnetyczną.
Dlaczego pole magnetyczne jest prostopadłe do prądu?
Siła magnetyczna wywierana na ładunki jest zawsze iloczynem prędkości ładunków przewodzenia prądu i pola magnetycznego. Iloczyn poprzeczny dowolnych dwóch wielkości wektorowych jest zawsze wywierany pod kątem prostym do przyłożonej siły. Zatem pole magnetyczne jest prostopadłe do prądu.
Siła magnetyczna jest uważana za siłę Lorentza, która wywierana jest na ładunki i powoduje ich ruch oraz powoduje, że przewodzą prąd. Ponieważ pole magnetyczne jest wielkością wektorową, a prędkość ładunków przyczynia się do przepływu prądu jest również wielkością wektorową. Iloczyn poprzeczny tych dwóch wielkości wektorowych musi być siłą prostopadłą. Zatem pole magnetyczne i prąd są do siebie prostopadłe.
Czy pole magnetyczne jest zawsze prostopadłe do prądu?
Tak, ponieważ pole elektryczne jest zawsze zorientowane prostopadle do pola magnetycznego w fali EM, prąd wynika z pola elektrycznego. Zatem pole magnetyczne i prąd są również prostopadłe.
Rozważmy prąd płynący przez przewód, a pole magnetyczne B jest generowane, gdy w przewodzie płynie prąd. Prosta linia ze strzałką w środku wskazuje kierunek prądu w przewodzie, a okrągły pierścień wokół prądu to pole magnetyczne, którego kierunek wskazuje strzałka.
Jak pole magnetyczne jest prostopadłe do prądu?
Ogólnie rzecz biorąc, prąd przenosi poruszające się ładunki przez drut, co powoduje generowanie pola magnetycznego, które jest owinięte wokół drutu w postaci pierścienia. Prostopadła orientacja pola magnetycznego i prądu wynika z tego zjawiska zwijającego się, zilustrowanego jako druga reguła prawej ręki.
Zgodnie z tą zasadą, zginając wszystkie palce na dłoni, a kciuk skierowany w górę, zilustruj, jak pole magnetyczne jest prostopadłe do prądu. Kierunek zwijania jest prostopadły do przepływu prądu wskazywanego przez kciuk skierowany do góry.
Jeśli prąd płynie z kierunku w górę do dołu, pole magnetyczne będzie zgodne z ruchem wskazówek zegara prostopadle do wywieranej siły. A jeśli prąd płynie od dołu do góry, pole magnetyczne jest zorientowane w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara.
Kiedy pole magnetyczne jest prostopadłe do prądu?
Gdy siła wywierana na ładunki jest maksymalna, ładunki zaczynają poruszać się normalnie w kierunku linii pola. Z powodu ruchu ładunków prąd wypadkowy ma tendencję do podążania tą samą drogą prostopadle do pola magnetycznego.
Oddziaływanie siły z polem magnetycznym jest zupełnie inne. Jeśli nie ma środków siłowych, nie będzie ruchu ładunków ani pola magnetycznego. Jeśli pole magnetyczne jest równoległe do prądu, ustalenie związku między nimi jest całkiem niemożliwe.
Jaka jest zależność między kierunkiem przepływu prądu a biegunowością magnetyczną?
Kierunek prądu i biegunowości magnetycznej są skorelowane. Jeśli kierunek pola magnetycznego jest z bieguna północnego na południowy, przepływ ładunków w przewodzie przewodzącym prąd odbywa się od ładunków ujemnych do dodatnich.
Oznacza to, że jeśli zmienia się kierunek prądu, to ładuje się również kierunek linii pola magnetycznego. Załóżmy, że początkowo prąd płynie od ujemnego do dodatniego, a linie pola magnetycznego wychodzą z bieguna północnego na południowy. Odwracając kierunek przepływu prądu, możemy zaobserwować, że linie pola magnetycznego również odwracają swój kierunek z bieguna południowego na północny.
Reguła lewej ręki jest zwykle pomocna w wykazaniu wpływu na biegunowość magnetyczną ze względu na kierunek prądu. W tej regule kciuk wskazuje kierunek bieguna północnego, gdy elektrony przepływają od bieguna ujemnego do dodatniego.
Kredytów obrazka: Wikimedia commons
Jak pole magnetyczne wpływa na prąd w obwodzie magnetycznym?
Pola magnetyczne w obwodzie magnetycznym napędzają siłę magnetomotoryczną, podobną do siły elektromotorycznej napędzanej przez pole elektryczne. Siła magnetomotoryczna pola magnetycznego zależy od zwojów cewki i prądu.
Obwód magnetyczny składa się z cewki wykonanej z zamkniętej pętli strumienia magnetycznego. Jeśli zwiększymy liczbę zwojów w cewce, proporcjonalnie wzrośnie natężenie pola magnetycznego, powodując zwiększenie strumienia. Strumień indukuje większy prąd, aby ustalić maksymalną siłę magnetomotoryczną.
Obwody magnetyczne są analogiczne do obwodu elektrycznego. Ale różnica jest w obwodzie elektrycznym, ruch ładunków powoduje pole magnetyczne, a w obwodzie magnetycznym pole magnetyczne indukuje prąd w obwodzie.
Wykres pola magnetycznego i prądu
Ponieważ pole magnetyczne i prąd są ze sobą skorelowane, wykres pola magnetycznego i prądu zmienia się liniowo względem siebie. Wykres pola magnetycznego w funkcji prądu daje linię prostą rosnącą liniowo względem siebie.
Liniowy wzrost pola magnetycznego wynika z tego, że wraz ze wzrostem prądu w pętli drucianej zwiększa się również ruch ładunków, co powoduje generowanie większego pola magnetycznego w pętli.
Nachylenie wykresu daje stałą fizyczną, która reprezentuje liczbę zwojów pętli drutu.
Rozwiązane problemy dotyczące pola magnetycznego i prądu
Oblicz pole magnetyczne spowodowane przewodem przewodzącym prąd o długości jednostkowej, który przewodzi prądem 5A w odległości 3m.
Rozwiązanie:
Biorąc pod uwagę – prąd w przewodzie, I= 5 amperów
Odległość między drutem r= 3m
Pole magnetyczne B w punkcie r wynosi
Wartość μ0 to 4π×10-7 N / A2; podstawiając wartości w powyższym równaniu, otrzymujemy
B=3.33×10-7T.
Dwa przewody przewodzące prąd o tej samej długości są umieszczone równolegle do siebie w odległości 2m. Jeden przewód przenosi prąd 12 amperów, a drugi prąd 15 amperów. Oblicz pole magnetyczne powstające z obu równoległych przewodów w odległości 5m.
Rozwiązanie:
Biorąc pod uwagę – prąd niesiony przez jeden przewód I1= 12 amperów
Drut prowadzony przez inny drut I2=15 amperów
Odległość r1= 5 m.
Odległość r2= 7 m.
Przepuszczalność wolnej przestrzeni μ0=4π×10-7 N / A2
Pole magnetyczne od obu przewodów jest podane przez
B=B1+B2
B=4.8+4.28
B=9.085×10-7T
Oblicz pole magnetyczne w odległości 8m od przewodu o natężeniu 14A.
Rozwiązanie:
Biorąc pod uwagę – punkt w odległości od przewodu r=8m
Przewód przewodzący prąd I=14 amperów.
Przepuszczalność wolnej przestrzeni μ0=4π×10-7 N / A2
Podstawiając podane wartości w powyższym równaniu
B=3.5×10-7T.
Wnioski
Z tego postu rozumiemy związek między polem magnetycznym a prądem i dowiedzieliśmy się, że pole magnetyczne i prąd są wielkością wektorową zorientowaną normalnie do płaszczyzny fali elektromagnetycznej. Zachowanie ładunków w polu magnetycznym daje prąd. Za pole magnetyczne odpowiada szybki ruch ładunków w przewodzie przewodzącym prąd. w ten sposób powiązane są pola magnetyczne i prąd.
- Jak działa odpowietrznik mikrofalowy: nauka za nim
- Jak działa czujnik mikrofalowy: nauka za nim
- Jak działają reaktory termojądrowe? 5 faktów, które powinieneś znać!
- Kiedy zaczyna się synteza jądrowa? 7 faktów, które powinieneś znać!
- 9 przykładów węglowodorów nasyconych: fakty, które powinieneś znać!
- 13 przykładów płynnych węglowodorów: fakty, które powinieneś znać!
Przeczytaj także:
- Zachowanie przepuszczalności histerezy magnetycznej
- Czy cynk jest magnetyczny
- Strumień magnetyczny w solenoidzie
- Strumień magnetyczny w przewodzie
- Czy kevlar jest magnetyczny
- Przykład strumienia magnetycznego
- Strumień magnetyczny i gęstość strumienia magnetycznego
- Czy ołów jest magnetyczny
- Czy gal jest magnetyczny
- Strumień magnetyczny w cewce
Nazywam się Keerthi K Murthy, ukończyłem studia podyplomowe z fizyki ze specjalizacją w dziedzinie fizyki ciała stałego. Zawsze uważałem fizykę za przedmiot podstawowy, który jest powiązany z naszym codziennym życiem. Jako student przedmiotów ścisłych lubię odkrywać nowe rzeczy w fizyce. Jako pisarz moim celem jest dotarcie do czytelników w uproszczony sposób poprzez moje artykuły.