지휘자의 상호작용을 처음으로 발견한 사람. 물리적 받아쓰기 “문장을 계속하세요”

F. Arago의 발견은 그의 동포인 A. Ampere(1775-1836)에게 관심을 끌었으며, 그는 전류가 있는 병렬 도체를 사용하여 실험을 수행하고 그 상호 작용을 발견했습니다(그림 참조). 앙페르는 도체에 같은 방향의 전류가 흐르면 그러한 도체가 서로 끌어당긴다는 것을 보여주었습니다(그림 왼쪽). 반대 방향의 전류의 경우 도체가 반발합니다(그림의 오른쪽). 그러한 결과를 어떻게 설명할 것인가?

첫째, 직류와 영구자석을 둘러싸는 공간에서는 자기장이라 불리는 힘의 장(force field)이 발생한다는 것을 추측할 필요가 있었다. 그래픽 표현을 위해 힘의 선이 표시됩니다. 이는 자기장에 배치된 자기 바늘이 이 선에 접하는 각 지점의 선입니다. 이 선은 자기장에서 작용하는 힘의 값에 따라 "밀도" 또는 "희박"으로 표시됩니다.

둘째, 실험을 수행하고 전류가 흐르는 직선 도체의 자력선이 동심원(공통 중심에서 분기됨)이라는 것을 이해해야 했습니다. 도체가 미세한 철가루가 뿌려진 유리를 통과하면 힘의 선이 "보일" 수 있습니다. 또한 도체의 전류 방향에 따라 전력선에 특정 방향을 "속성"시키는 것이 필요했습니다. 즉, 물리학에 "김릿 규칙" 또는 "오른손 법칙"을 도입합니다. 아래 그림을 참조하세요.

셋째, 자기장에 있는 전류가 흐르는 도체에 작용하는 힘의 방향, 자력선의 위치 및 방향을 결정하기 위해 실험을 수행하고 물리학에 "왼손 법칙"을 도입해야 했습니다. 그 중 알려져 있습니다. 그리고 그 후에야 오른손의 법칙을 두 번, 왼손의 법칙을 네 번 사용함으로써 앙페르의 실험을 설명할 수 있었습니다.

전류를 전달하는 평행 도체의 자력선은 두 번째 도체가 위치한 위치를 포함하여 각 도체 주위에서 "발산"되는 동심원입니다. 따라서 첫 번째 도체에 의해 생성된 자기장의 영향을 받고 그 반대도 마찬가지입니다. 두 번째 도체에 의해 생성된 자기장은 첫 번째 도체에 도달하여 작용합니다. 자력선의 방향은 오른손 법칙에 의해 결정되고 도체에 영향을 미치는 방향은 왼손 법칙에 의해 결정됩니다.

이전에 논의된 나머지 실험도 비슷한 방식으로 설명됩니다. 즉, 자석이나 전류가 흐르는 도체 주위에 자기장이 있으며, 자기장의 방향과 크기를 판단할 수 있는 자기장의 위치에서 도체에 어떻게 작용하는지.

경험에 따르면 전류가 흐르는 도체는 서로 상호 작용합니다. 예를 들어, 두 개의 얇은 직선형 평행 도체가 흐르는 전류의 방향이 일치하면 서로 끌어당기고, 전류의 방향이 반대이면 밀어냅니다(그림 2).

쌀. 2. 병렬 도체와 전류의 상호 작용.

도체의 단위 길이당(즉, 1m의 도체에 작용하는) 실험적으로 결정된 도체 간의 상호 작용 힘은 다음 공식으로 계산됩니다.

어디 그리고 – 도체의 전류 강도, – SI 시스템에서 그들 사이의 거리,
-소위 자기 상수 (
).

전기간의 통신 그리고 자기
상수는 다음 관계에 의해 결정됩니다.

어디 = 3·10 8 m/s – 진공에서 빛의 속도.

에 대한 경험적 공식을 기반으로
설치됨 전류의 SI 단위는 암페어(A)입니다..

암페어- 서로 1m 거리에 있는 진공 상태에서 무한한 길이와 무시할 수 있을 정도로 작은 원형 단면을 갖는 두 개의 직선 도체를 통과하는 변하지 않는 전류의 강도는 그들 사이에 2와 같은 상호 작용력을 발생시킵니다. ·길이 1m당 10-7N.

따라서 전류가 도체를 통해 흐를 때 주변 공간에 일부 변화가 발생하여 전류가 있는 도체가 상호 작용하고 전류가 있는 도체 근처의 자침이 회전하게 됩니다. 따라서 우리는 자석, 도체 및 전류 사이, 전류가 있는 도체 사이의 상호 작용이 다음과 같은 물질 매체를 통해 수행된다는 결론에 도달했습니다. 자기장. Oersted의 실험에 따르면 자기장은 다음과 같습니다. 방향성 문자, 화살표의 회전 각도는 흐르는 전류의 크기와 방향에 따라 달라지기 때문입니다. 이는 도체와 전류의 상호 작용에 대한 실험에서도 확인됩니다.

1.3. 자기장 유도

전류가 흐르는 직선 도체와 말굽 자석의 자기장 사이의 상호 작용을 생각해 보십시오. 전류의 방향에 따라 도체가 자석 밖으로 당겨지거나 밀려납니다(그림 3).

쌀. 3. 말굽 자석의 자기장과 전류와 직선 도체의 상호 작용.

우리는 자기장에 있는 전류가 흐르는 도체에 힘이 작용한다는 결론에 도달했습니다. 더욱이 이 힘은 도체의 길이, 도체를 통해 흐르는 전류의 크기, 공간에서의 방향에 따라 달라집니다. 이 힘이 작용할 때 자기장에서 도체의 위치를 찾을 수 있습니다. ~ 할 것이다 최고.이를 통해 우리는 자기장의 힘 특성 개념을 도입할 수 있습니다.

자기장의 강도 특성은 물리량으로, 이 경우 다음과 같이 정의됩니다.

그녀는 이름을 얻었다 자기장 유도. 여기
- 자기장에서 전류가 흐르는 도체에 작용하는 최대 힘, - 도체의 길이, - 현재의 강점.

테슬라
.

1T는 1A의 전류가 도체를 통해 흐를 때 자기장의 방향에 수직으로 위치한 직선 도체의 길이 1m당 1N의 힘으로 작용하는 자기장의 유도입니다.

1T=1N/(A·m).

자기장 유도는 벡터량입니다. 방향 자기 유도 벡터 우리의 경우에는 방향과 관련이 있습니다. 그리고 왼손 법칙(그림 4):

뻗은 손가락이 도체의 전류 방향으로 향하고 자기장 선이 손바닥에 들어가면 구부러진 엄지 손가락이 힘의 방향을 나타냅니다. , 자기장에서 전류가 흐르는 도체에 작용합니다.

쌀. 4. 왼손 법칙

벡터의 수치 자기장의 전류로 프레임에 작용하는 힘의 순간을 통해 결정될 수도 있습니다.

- 자기장에 전류가 흐르는 프레임에 작용하는 최대 토크, - 프레임 영역, - 현재의 강점.

벡터의 방향에 대해

자기 유도 벡터의 측정 단위는 다음과 같습니다. 테슬라
.

벡터의 방향에 대해 이 경우(그림 5) 법선 방향이 취해집니다. 코일의 평면으로, 다음을 바라보면서 선택됩니다. , 전류는 회전을 따라 시계 반대 방향으로 흐릅니다.

쌀. 5. 전류 전달 프레임에 대한 자기장의 방향 효과.

자기장선 (자기장선 )는 선이며, 각 점에서 벡터가 그들에게 접선 방향으로 향합니다.

자기 유도 모듈은 자력선의 밀도에 비례합니다. 이 선에 수직인 단위 면적의 표면과 교차하는 선의 수입니다.

표 1은 다양한 자기장에 대한 자력선의 패턴을 보여줍니다.

예를 들어 전류가 흐르는 직선의 자기 유도선 방향은 다음과 같이 결정됩니다. 김릿 규칙(또는 "오른쪽 나사"):

송곳의 병진 이동 방향이 도체의 전류 방향과 일치하면 송곳 핸들의 회전 방향은 자기 유도 벡터의 방향과 일치합니다.

따라서 전류가 흐르는 무한 직선 도체의 자기장선은 도체에 수직인 평면에 놓인 동심원입니다. 반경이 증가함에 따라 아르 자형 원, 자기장 유도 벡터의 크기가 감소합니다.

영구 자석의 경우 자기력선의 방향은 자석 N의 북극에서 남쪽 S를 향하는 방향으로 간주됩니다.

솔레노이드의 자기력선 패턴은 영구 자석의 자기력선 패턴과 매우 유사합니다. 이는 자석 내부에 전류를 전달하는 작은 회로가 많이 있음을 시사합니다. 솔레노이드는 또한 이러한 회로로 구성됩니다. 따라서 자기장의 유사성.

1 번 테이블

자기장선

표 1 (계속)

벡터의 중첩 원리 : 특정 지점에서 결과 필드 유도는 개별 필드 유도의 벡터 합과 같습니다.

자기유도선의 중요한 특징은 시작도 끝도 없다는 것입니다. 자기유도선은 항상 닫혀 있다. 이것이 자기장이 정전기장과 다른 점입니다. 그 힘의 선에는 근원이 있습니다. 그것은 양전하에서 시작하여 음전하에서 끝납니다.

닫힌 필드 라인이 있는 필드를 호출합니다. 와동. 자기장 - 소용돌이 장. 자기유도선이 닫히는 것은 자기장의 기본 특성이다. 그것은 사실이다 자연에는 자기 전하가 없습니다.. 자기장의 근원은 다음과 같다. 이동 전기 요금.

금속 와이어로 만든 두 개의 동일한 코일을 가져다가 회로에 포함될 수 있도록 걸어 놓고 축이 동일한 직선에 위치하도록 합시다(그림 1). 코일을 통해 같은 방향의 전류를 통과시키면 코일이 서로 끌어당기는 것을 알 수 있습니다(그림 1, ㅏ). 반대 방향의 전류가 코일에 생성되면 반발합니다(그림 1, 비). 이러한 상호 작용은 평행하게 위치한 직선 도체 사이에서도 발생합니다.

그림 1. ㅏ) 같은 방향의 전류를 가진 도체는 끌어 당깁니다. 비) 전류가 반대 방향으로 흐르는 도체는 밀어냅니다.

따라서 같은 방향의 전류는 끌어당기고, 반대 방향의 전류는 밀어냅니다.

결과적으로, 전류가 흐르는 도체들이 서로 일정한 거리에 있을 때, 도체들 사이에 전류가 흐를 때 실질적으로 중립을 유지하기 때문에 그들 사이의 전기장의 존재로 설명할 수 없는 상호 작용이 있습니다. 이는 전류가 흐르는 도체 주변에는 고정 전하에 작용하지 않기 때문에 전기장 이외의 다른 필드가 있음을 의미합니다.

멀리서 상호작용이 일어나는 장을 이라고 부르는 데 동의합시다.

경험에 따르면 자기장은 이동하는 전하 또는 교류 전기장에 의해 생성되며 이동하는 전하에만 작용하는 것으로 나타났습니다.

따라서 공간의 어떤 영역에서든 자기장을 감지하려면 전류나 다른 이동 전하가 있는 도체를 이 영역에 도입해야 합니다. 전류가 흐르는 도체 주변의 자기장은 1820년 덴마크 물리학자 한스 외르스테드(Hans Oersted)에 의해 처음으로 실험적으로 발견되었습니다.

서로 다른 전류의 자기장이 중첩되면 서로 강화되거나 약화될 수 있습니다. 이것을 실험적으로 보여드리겠습니다. 두 개의 동일한 코일을 함께 묶고 반대 방향으로 전류를 생성하면(그림 2, ㅏ왼쪽), 공통 필드가 너무 약해져서 전류가 있는 세 번째 코일에 눈에 띄는 영향을 미치지 않습니다. 이는 전류가 반대 방향으로 흐르는 두 개의 와이어로 구성된 코드 주위에 자기장이 없는 이유를 설명합니다. 연결된 코일에 동일한 방향의 전류가 생성되면 세 번째 코일에 미치는 영향이 눈에 띄게 향상됩니다(그림 2, 비) 위에서 설명한 경험과 비교됩니다. 따라서, 같은 방향의 전류 자기장을 중첩함으로써 자기장의 강화를 얻을 수 있고, 반대 방향의 전류 자기장을 중첩함으로써 자기장을 약화시킬 수 있습니다.

그림 2. ㅏ) 반대 방향의 전류 자기장은 서로 약화됩니다. 비) 같은 방향의 전류의 자기장은 서로 강화됩니다.

실험 시작 전에 코일의 축이 동일한 직선에 있지 않도록 코일을 배치한 경우 전류가 켜지면 코일 자체가 회전하여 전류가 같은 방향으로 흐르게 됩니다. 그런 다음 서로를 끌어당깁니다. 결과적으로 주변 공간의 자기장이 증가합니다.

동영상 1. 전류로 회전 및 감아주기

이사 비용의 상호 작용. 서로에 대한 이동 전하(전류)의 작용은 고정 전하의 쿨롱 상호 작용과 다릅니다.
움직이는 전하의 상호작용을 자기라고 합니다.

자기 상호 작용의 징후 예:

* 전류에 의한 두 개의 평행 도체의 인력 또는 반발;
* 영구 자석을 만드는 자성 철광석과 같은 특정 물질의 자성; 전류가 흐르는 도체 근처에서 자성체로 만든 가벼운 화살표를 돌리는 것
* 자기장 내 전류에 의한 프레임 회전.
*

자기 상호 작용은 자기장을 통해 수행됩니다.
자기장은 물질 존재의 특별한 형태입니다.
자기장 속성:

* 이동하는 전하(전류) 또는 교류 전기장에 의해 생성됩니다.
*전류나 자침에 미치는 영향으로 감지됩니다.

자기 유도 벡터. 실험에 따르면 자기장은 전류 전달 회로와 자기 바늘에 방향 지정 효과를 생성하여 특정 방향으로 정렬되도록 합니다. 따라서 자기장을 특성화하려면 양을 사용해야 하며 그 방향은 자기장에서 전류 전달 루프 또는 자기 바늘의 방향과 관련됩니다. 이 양을 자기 유도 벡터 B라고 합니다.
자기 유도 벡터의 방향은 다음과 같습니다.

* 전류가 흐르는 회로 평면에 대한 양의 법선 방향,
* 자기장에 놓인 자침의 북극 방향.

벡터 B의 모듈은 필드의 특정 지점에서 전류가 흐르는 프레임에 작용하는 최대 토크와 전류 강도 I 및 회로 S의 곱의 비율과 같습니다.
B = Mmax/(I·S). (1)

토크 M은 필드의 특성에 따라 달라지며 제품 I·S에 의해 결정됩니다.

공식 (1)에 의해 결정되는 자기 유도 벡터의 값은 자기장의 특성에만 의존합니다.
측정 단위 B는 1테슬라입니다.

자기장의 그래픽 표현. 자기유도선(자기장선)은 자기장을 그래픽으로 표현하는 데 사용됩니다. 자기유도선은 자기유도 벡터가 접선 방향으로 향하는 각 지점의 선입니다.
자기 유도 라인은 닫힌 라인입니다.

자기장의 예:
1. 전류가 흐르는 직선 도체
자기유도선은 도체를 중심으로 한 동심원이다.

2. 순환 전류
자기 유도 벡터의 방향은 오른쪽 나사의 법칙에 따라 회로의 전류 방향과 관련됩니다.

3. 전류가 흐르는 솔레노이드
전류가 흐르는 긴 솔레노이드 내부에서는 자기장이 균일하고 자기유도선이 서로 평행합니다. 방향 B와 솔레노이드 회전의 전류 방향은 오른쪽 나사의 법칙에 따라 관련됩니다.

필드 중첩의 원리. 공간의 어떤 영역에 여러 자기장이 중첩되어 있으면 결과 필드의 자기 유도 벡터는 개별 필드 유도의 벡터 합과 같습니다.
B = SBi

전기와 자기 현상은 고대부터 인류에게 알려져 왔으며 결국 번개가 보였고 많은 고대인들은 특정 금속을 끌어당기는 자석에 대해 알고 있었습니다. 4000년 전에 발명된 바그다드 배터리는 인류가 전기를 사용했고 그것이 어떻게 작동하는지 분명히 알고 있었다는 증거 중 하나입니다. 그러나 19세기 초까지 전기와 자기는 항상 서로 별개로 간주되어 관련 없는 현상으로 받아들여졌으며 물리학의 다른 분야에 속했다고 믿어졌습니다.

자기장에 대한 연구는 1269년 프랑스 과학자 피터 페레그린(메리코의 기사 피에르)이 강철 바늘을 사용하여 구형 자석 표면에 자기장을 표시하고 결과적인 자기장 선이 두 지점에서 교차한다는 것을 확인하면서 시작되었습니다. 그는 지구의 극과 유사하게 "극"이라고 불렀습니다.

Oersted는 그의 실험에서 1819년에야 전류가 흐르는 도체 근처에 있는 나침반 바늘의 편향을 발견했으며 과학자는 전기 현상과 자기 현상 사이에 어떤 종류의 관계가 있다고 결론지었습니다.

5년 후인 1824년에 앙페르는 전류가 흐르는 도체와 자석의 상호 작용은 물론 도체들 간의 상호 작용을 수학적으로 설명할 수 있었습니다. 따라서 다음과 같이 나타났습니다. 균일한 자기장에 배치된 전류의 세기는 도체의 길이, 전류 세기, 자기 유도 벡터와 도체 사이의 각도 사인에 비례합니다.”

전류에 대한 자석의 영향과 관련하여 Ampere는 영구 자석 내부에 미세한 폐쇄 전류가 있으며, 이는 전류 전달 도체의 자기장과 상호 작용하는 자석의 자기장을 생성한다고 제안했습니다.

예를 들어, 영구 자석을 도체 근처로 이동하면 그 안에 맥동 전류를 얻을 수 있고, 두 번째 코일이 위치한 공통 철심의 코일 중 하나에 맥동 전류를 가하면 맥동 전류가 발생합니다. 두 번째 코일에도 나타납니다.

33년 후인 1864년에 맥스웰은 이미 알려진 전기 및 자기 현상을 수학적으로 일반화할 수 있었습니다. 전자기장 이론, 이에 따르면 전자기장은 상호 연결된 전기장과 자기장을 포함합니다. 따라서 Maxwell 덕분에 전기 역학에 대한 이전 실험 결과의 과학적인 수학적 통합이 가능해졌습니다.

Maxwell의 이러한 중요한 결론의 결과는 원칙적으로 전자기장의 모든 변화가 자기 및 유전 상수에 따라 특정 유한 속도로 공간과 유전체 매체에서 전파되는 전자기파를 발생시켜야 한다는 그의 예측이었습니다. 파동 전파 매체의.

진공의 경우 이 속도는 빛의 속도와 같은 것으로 밝혀졌으므로 Maxwell은 빛도 전자기파라고 제안했으며 이 가정은 나중에 확인되었습니다(Oersted의 실험 훨씬 전에 Jung은 빛의 파동 특성을 지적했지만). .

맥스웰은 전자기학의 수학적 기초를 창안했으며, 1884년에 유명한 맥스웰 방정식이 현대적인 형태로 나타났습니다. 1887년에 Hertz는 수신기가 송신기에서 보낸 전자기파를 기록한다는 Maxwell의 이론을 확인했습니다.

고전전기역학은 전자기장을 연구합니다. 양자 전기역학의 틀 내에서 전자기 복사는 전자기 상호 작용이 캐리어 입자(광자), 전자기장의 기본 양자 여기로 표현될 수 있는 질량 없는 벡터 보존에 의해 전달되는 광자의 흐름으로 간주됩니다. 따라서 광자는 양자 전기 역학의 관점에서 전자기장의 양자입니다.

전자기장 상호작용은 오늘날 물리학의 기본 상호작용 중 하나로 여겨지며, 전자기장은 중력장, 페르미온장과 함께 기본 물리장 중 하나이다.

전자기장의 물리적 특성

우주에 전기장이나 자기장 또는 둘 다의 존재 여부는 하전 입자나 전류에 전자기장이 가하는 힘의 작용으로 판단할 수 있습니다.

전기장은 주어진 시간에 공간의 주어진 지점에서의 전기장 강도와 테스트 전하 q의 값에 따라 특정 힘으로 이동 및 정지 전하에 작용합니다.

전기장이 테스트 전하에 작용하는 힘(크기와 방향)을 알고 전하의 크기를 알면 공간의 특정 지점에서 전기장 강도 E를 찾을 수 있습니다.

전기장은 전하에 의해 생성되며, 그 힘의 선은 양전하에서 시작하고(조건부로 흘러들어옴) 음전하로 끝납니다(조건부로 흘러들어감). 따라서 전하는 전기장의 원천이 됩니다. 전기장의 또 다른 원인은 수학적으로 나타낸 바와 같이 변화하는 자기장입니다. 맥스웰 방정식.

전기장에서 전하에 작용하는 힘은 전자기장에서 주어진 전하에 작용하는 힘의 일부입니다.

자기장은 이동하는 전하(전류) 또는 시간에 따라 변하는 전기장(맥스웰 방정식에서 알 수 있음)에 의해 생성되며 이동하는 전하에만 작용합니다.

움직이는 전하에 대한 자기장의 힘은 자기장 유도, 움직이는 전하의 크기, 이동 속도 및 자기장 유도 벡터 B와 속도 방향 사이의 각도 사인에 비례합니다. 요금. 이 힘은 흔히 로렌츠 힘이라고 불리지만 이는 단지 "자기" 부분일 뿐입니다.

실제로 로렌츠 힘에는 전기적 요소와 자기적 요소가 포함됩니다. 자기장은 전하(전류)의 이동에 의해 생성되며, 자기력선은 항상 닫혀 있고 전류를 둘러싸고 있습니다.