Nuolatiniai magnetai
Apie elektros srovės tekėjimą laidais galima spręsti ne tik iš šiluminio, bet ir iš magnetinio jos veikimo. Norint suprasti elektros srovės magnetinį veikimą teks prisiminti, ką išsiaiškinote apie magnetus žemesnėse klasėse. Jau žinote, kad kūnai, kurie ilgai neišsimagnetina, vadinami nuolatiniais magnetais. Žodis „magnetas“, išverstas iš graikų kalbos, reiškia akmenį iš Magnezijos (Magnezija – istorinis miestas dabartinėje Turkijoje). Teigiama, kad būtent čia buvo aptikta magnetitų – akmenų, traukiančių geležinius daiktus. Stipriausiai juos veikia magneto galai, vadinami magneto poliais, o silpniausiai – vidurinė magneto dalis (4.5.1 pav.). Žemesnėse klasėse sužinojote, kad vienavardžiai magneto poliai vienas kitą stumia (4.5.2 pav., a), o įvairiavardžiai traukia (4.5.2 pav., b).
Pailgas magnetėlis, įtvirtintas ant smailios ašies, vadinamas magnetine rodykle (4.5.3 pav.). Jeigu arti magnetinės rodyklės nėra kitų laukų, ji pasisuka taip, kad vienas jos galas rodo šiaurę, o kitas – pietus. Į šiaurę pasisukantis galas vadinamas šiaurės magnetiniu poliumi ir žymimas N, o pasisukantis į pietus – pietų magnetiniu poliumi ir žymimas S. Magnetinė rodyklė, pagaminta iš nedidelio magneto, yra pagrindinė kompaso detalė (4.5.3 pav.).
Elektros srovės magnetinio veikimo atradimas
Magnetinis elektros srovės veikimas buvo pastebėtas XIX a. pradžioje. 1820 m. Kopenhagos universiteto profesorius Hansas Kristianas Erstedas (Hans Kristian Øersted, 1777–1851) atliko bandymus su tiesiu laidu tekančia elektros srove ir kompasu (4.5.4 pav.). Kai elektros srovė laidu netekėjo, kompaso magnetinė rodyklė rodė šiaurės ir pietų kryptis (4.5.4 pav., a). Laidu pradėjus tekėti elektros srovei kompaso rodyklė pasisuko tam tikru kampu pradinės padėties atžvilgiu (4.5.4 pav., b). Išjungus elektros srovę kompaso rodyklė grįžo į pradinę padėtį (4.5.4 pav., a). Vadinasi, laidu tekant elektros srovei išryškėja jos magnetinės savybės. H. K. Erstedo bandymas atskleidė ryšį tarp elektros srovės ir magnetinio lauko ir davė pradžią naujai fizikos mokslo šakai – elektromagnetizmui.
Magnetinis laukas
Iš H. K. Erstedo bandymų (4.5.4 pav.) paaiškėjo, kad aplink laidininku tekančią elektros srovę atsiranda ypatinga materija. Ji veikia magnetinę rodyklę ir ją pasuka tam tikru kampu. Ypatingą materiją, kurios žmogus nejunta (negali matyti, paliesti), fizikos moksle įprasta vadinti lauku. Aplink elektros srovę atsiranda magnetinis laukas. Tam tikros formos materija, atsirandanti aplink bet kurį laidininką, kuriuo teka elektros srovė, vadinama magnetiniu lauku. Kuo stipresnė elektros srovė, tuo stipresnis jos sukurtas magnetinis laukas. Jau žinote, kad elektros srovė yra kryptingas elektringųjų dalelių judėjimas. Vadinasi, magnetinio lauko šaltinis – judančios elektringosios dalelės. Magnetinis laukas veikia judančius elektros krūvius – laidininką, kuriuo teka elektros srovė.
Magnetinio lauko poveikį judantiems elektros krūviams patvirtina bandymas (4.5.5 pav.). Du lankstūs laidininkai įtvirtinami vertikaliai (4.5.5 pav., a). Jų galai prijungiami prie elektros srovės šaltinio polių. Elektros srovei tekant priešingomis kryptimis laidininkai vienas kitą stumia (4.5.5 pav., b). Tačiau, kai elektros srovė teka ta pačia kryptimi, laidininkai vienas kitą traukia (4.5.5 pav., c). Šis bandymas paaiškinamas taip: vienu laidininku (1) tekanti elektros srovė sukuria aplink save magnetinį lauką, kuris veikia kitu laidininku (2) judančius elektros krūvius (elektros srovę). Antru laidininku tekanti elektros srovė sukuria magnetinį lauką, veikiantį pirmu laidininku tekančią elektros srovę.
Magnetinio lauko jėgų linijos
Nors magnetinio lauko negalima pamatyti tiesiogiai, jį galima aptikti smulkiomis geležies drožlėmis. Magnetiniame lauke pabėrę geležies drožlių galime nustatyti, kaip išsidėsčiusios magnetinės linijos (4.5.6 pav., a). Geležies gabalėliai, atsidūrę magnetiniame lauke, įsimagnetina. Jie virsta magnetinėmis rodyklėmis, kurios išsidėsto apskritimais ant popieriaus lapo aplink tiesiu laidininku tekančią elektros srovę. Tiesiu laidininku tekančios elektros srovės sukurto magnetinio lauko jėgų linijos statmenoje laidininkui plokštumoje išsidėsto koncentriniais (turinčiais bendrą centrą) apskritimais (4.5.6 pav., a).
Magnetinį lauką aplink tiesiu laidininku tekančią elektros srovę rodo daug mažų magnetinių rodyklių (4.5.6 pav., b). Įvairiuose plokštumos taškuose jos pasisuka skirtingai. Linijos, išilgai kurių magnetiniame lauke išsidėsto magnetinės rodyklės, vadinamos magnetinio lauko jėgų linijomis, arba magnetinėmis linijomis. Magnetinio lauko jėgų linijų kryptimi sutarta laikyti kryptį, kurią rodo magnetinės rodyklės šiaurės polius. Magnetinio lauko jėgų linijos yra uždaros, tai yra neturi nei pradžios, nei pabaigos, ir apjuosia laidininką, kuriuo teka elektros srovė (4.5.7 pav.). Kyla klausimas: kaip be kompaso nustatyti magnetinių linijų kryptį?
Magnetinių linijų kryptį galima nustatyti pagal vadinamąją dešinės rankos taisyklę: jei laidininką, kuriuo teka elektros srovė, apimsime dešine ranka taip, kad ištiestas nykštys rodytų srovės kryptį, tai kiti keturi pirštai rodys magnetinių linijų kryptį (4.5.7 pav.). Šios taisyklės esmę vaizduojantis piešinys labai panašus į socialiniuose tinkluose įprastą simbolį „patinka“ (angl. like), kuriuo išreiškiamas pritarimas.
Laidininką galime vaizduoti brėžinio plokštumoje (4.5.6 pav.) arba jai statmenoje plokštumoje (4.5.8 pav.). Šiuo atveju, norėdami parodyti laidininku tekančios elektros srovės kryptį, laikomės tam tikro susitarimo. Jei srovė teka į mus, rašome ženklą , jei nuo mūsų – ženklą (4.5.8 pav.). Kai laidininkas statmenas brėžinio plokštumai, magnetinių linijų kryptis taip pat nustatoma pagal dešinės rankos taisyklę (4.5.8 pav.).
Klausimai ir užduotys
- Kas būdinga nuolatiniams magnetams?
- Išvardykite kelis nuolatinius magnetus savo aplinkoje.
- Prisiminkite H. K. Erstedo bandymą (4.5.4 pav.) ir paaiškinkite, kodėl pasisuko kompaso rodyklė, kai laidininku pradėjo tekėti elektros srovė.
- Kodėl tiriant magnetinį lauką naudojamos geležies drožlės?
- Ką vadiname magnetinėmis linijomis? Nuo ko priklauso jų kryptis?
- 4.5.9 paveiksle pavaizduoti laidininkai ir jais tekančių elektros srovių kryptys. Persibraižykite laidininkus į sąsiuvinį ir pažymėkite magnetinių linijų kryptis.
- 4.5.10 paveiksle pavaizduoti du laidininkai ir magnetinių linijų kryptys. Kuriuo laidininku elektros srovė teka į mus, kuriuo – nuo mūsų?
- Paslaugą teikia UAB "Biznio mašinų kompanija" ir "Star Cloud OÜ"