Вижте също: Портал: Физика

Магнитното поле може да бъде създадено от тока на заредени частици и/или от магнитните моменти на електроните в атомите (и от магнитните моменти на други частици, макар и в много по-малка степен) (постоянни магнити).

Освен това се появява в присъствието на променящо се във времето електрическо поле.

Основната мощностна характеристика на магнитното поле е вектор на магнитна индукция (вектор на индукция на магнитно поле) . От математическа гледна точка това е векторно поле, което определя и уточнява физическата концепция на магнитното поле. Често векторът на магнитната индукция се нарича просто магнитно поле за краткост (въпреки че това вероятно не е най-стриктната употреба на термина).

Друга фундаментална характеристика на магнитното поле (алтернативна магнитна индукция и тясно свързана с нея, практически равна на нея по физическа стойност) е векторен потенциал .

Магнитно поле може да се нарече специален вид материя, чрез която се осъществява взаимодействие между движещи се заредени частици или тела, които имат магнитен момент.

Магнитните полета са необходимо (в контекст) следствие от съществуването на електрически полета.

• От гледна точка на квантовата теория на полето, магнитното взаимодействие - като специален случай на електромагнитно взаимодействие се предава от фундаментален безмасов бозон - фотон (частица, която може да бъде представена като квантово възбуждане на електромагнитно поле), често (за например във всички случаи на статични полета) - виртуални.

Източници на магнитно поле

Магнитното поле се създава (генерира) от тока на заредени частици, или от променящото се във времето електрическо поле, или от присъщите магнитни моменти на частиците (последните, с цел еднородност на картината, могат да бъдат формално намалени към електрически токове).

изчисление

В прости случаи магнитното поле на проводник с ток (включително случай на ток, разпределен произволно в обем или пространство) може да се намери от закона на Био-Савар-Лаплас или от теоремата за циркулацията (това също е закон на Ампер). По принцип този метод е ограничен до случая (апроксимация) на магнитостатика - тоест случаят на постоянни (ако говорим за стриктна приложимост) или по-скоро бавно променящи се (ако говорим за приблизително приложение) магнитни и електрически полета.

В по-сложни ситуации се търси като решение на уравненията на Максуел.

Проява на магнитно поле

Магнитното поле се проявява в въздействието върху магнитните моменти на частици и тела, върху движещи се заредени частици (или проводници с ток). Силата, действаща върху електрически заредена частица, движеща се в магнитно поле, се нарича сила на Лоренц, която винаги е насочена перпендикулярно на векторите vи б. Той е пропорционален на заряда на частицата р, компонента на скоростта v, перпендикулярно на посоката на вектора на магнитното поле б, и големината на индукцията на магнитното поле б. В системата от единици SI силата на Лоренц се изразява по следния начин:

в системата от единици CGS:

където квадратните скоби означават векторното произведение.

Също така (поради действието на силата на Лоренц върху заредени частици, движещи се по протежение на проводника), магнитното поле действа върху проводника с ток. Силата, действаща върху проводник с ток, се нарича сила на ампера. Тази сила е сумата от силите, действащи върху отделните заряди, движещи се вътре в проводника.

Взаимодействие на два магнита

Едно от най-честите прояви на магнитно поле в обикновения живот е взаимодействието на два магнита: еднаквите полюси се отблъскват, противоположните се привличат. Изглежда изкушаващо да се опише взаимодействието между магнитите като взаимодействие между два монопола и от формална гледна точка тази идея е доста осъществима и често много удобна, и следователно практически полезна (в изчисленията); подробният анализ обаче показва, че всъщност това не е напълно правилно описание на феномена (най-очевидният въпрос, който не може да бъде обяснен в рамките на такъв модел, е въпросът защо монополите никога не могат да бъдат разделени, т.е. експериментът показва, че нито едно изолирано тяло всъщност няма магнитен заряд; освен това слабостта на модела е, че той не е приложим към магнитното поле, създадено от макроскопичен ток, което означава, че ако не се разглежда като чисто формална техника, тя води само до усложняване на теорията във фундаментален смисъл).

По-правилно би било да се каже, че върху магнитен дипол, поставен в нехомогенно поле, действа сила, която се стреми да го завърти, така че магнитният момент на дипола да е сънасочен с магнитното поле. Но никой магнит не изпитва (обща) сила от еднородно магнитно поле. Сила, действаща върху магнитен дипол с магнитен момент мсе изразява с формулата:

Силата, действаща върху магнит (който не е дипол с една точка) от нехомогенно магнитно поле, може да се определи чрез сумиране на всички сили (дефинирани от тази формула), действащи върху елементарните диполи, които изграждат магнита.

Въпреки това е възможен подход, който намалява взаимодействието на магнитите до силата на Ампер, а самата формула по-горе за силата, действаща върху магнитен дипол, също може да бъде получена въз основа на силата на Ампер.

Феноменът на електромагнитната индукция

векторно поле зизмерено в ампери на метър (A/m) в системата SI и в ерстеди в CGS. Ерстед и гаус са идентични величини, разделянето им е чисто терминологично.

Енергия на магнитното поле

Увеличението на енергийната плътност на магнитното поле е:

з- сила на магнитното поле, б- магнитна индукция

В линейното тензорно приближение магнитната проницаемост е тензор (означаваме го ) и умножението на вектор по него е тензорно (матрично) умножение:

или в компоненти.

Енергийната плътност в това приближение е равна на:

- компоненти на тензора на магнитната проницаемост, - тензор, представен от матрица, обратна на матрицата на тензора на магнитната проницаемост, - магнитна константа

Когато координатните оси са избрани да съвпадат с главните оси на тензора на магнитната проницаемост, формулите в компонентите са опростени:

са диагоналните компоненти на тензора на магнитната проницаемост по собствените му оси (другите компоненти в тези специални координати - и само в тях! - са равни на нула).

В изотропен линеен магнит:

- относителна магнитна проницаемост

Във вакуум и:

Енергията на магнитното поле в индуктора може да се намери по формулата:

Ф - магнитен поток, I - ток, L - индуктивност на намотка или намотка с ток.

Магнитни свойства на веществата

От фундаментална гледна точка, както бе споменато по-горе, магнитно поле може да бъде създадено (и следователно - в контекста на този параграф - и отслабено или усилено) от променливо електрическо поле, електрически токове под формата на потоци от заредени частици или магнитни моменти на частиците.

Специфичната микроскопична структура и свойства на различни вещества (както и техните смеси, сплави, агрегатни състояния, кристални модификации и т.н.) водят до факта, че на макроскопично ниво те могат да се държат съвсем различно под действието на външно магнитно поле (по-специално, отслабването или усилването му в различна степен).

В тази връзка веществата (и медиите като цяло) във връзка с техните магнитни свойства се разделят на следните основни групи:

• Антиферомагнитите са вещества, в които е установен антиферомагнитният ред на магнитните моменти на атоми или йони: магнитните моменти на веществата са насочени противоположно и са еднакви по сила.
• Диамагнитите са вещества, които са намагнетизирани срещу посоката на външно магнитно поле.
• Парамагнетиците са вещества, които се магнетизират във външно магнитно поле по посока на външното магнитно поле.
• Феромагнетиците са вещества, в които под определена критична температура (точка на Кюри) се установява далечен феромагнитен ред на магнитните моменти.
• Феримагнетици - материали, в които магнитните моменти на веществото са насочени противоположно и не са еднакви по сила.
• Горните групи вещества включват главно обикновени твърди или (за някои) течни вещества, както и газове. Взаимодействието с магнитното поле на свръхпроводниците и плазмата се различава значително.

Токи Фуко

Токове на Фуко (вихрови токове) - затворени електрически токове в масивен проводник, произтичащ от промяна в магнитния поток, проникващ в него. Те са индукционни токове, образувани в проводящо тяло или поради промяна във времето на магнитното поле, в което то се намира, или в резултат на движение на тялото в магнитно поле, което води до промяна в магнитния поток през тялото или която и да е част от него. Съгласно правилото на Ленц, магнитното поле на токовете на Фуко е насочено така, че да се противопоставя на промяната в магнитния поток, който индуцира тези токове.

Историята на развитието на идеите за магнитното поле

Въпреки че магнитите и магнетизмът са били известни много по-рано, изследването на магнитното поле започва през 1269 г., когато френският учен Питър Перегрин (рицарят Пиер от Мерикур) отбелязва магнитното поле на повърхността на сферичен магнит с помощта на стоманени игли и определя, че получените линии на магнитното поле се пресичат в две точки, които той нарича "полюси" по аналогия с полюсите на Земята. Близо три века по-късно Уилям Гилбърт Колчестър използва работата на Питър Перегринус и за първи път категорично заявява, че самата земя е магнит. Публикувана през 1600 г., дело на Гилбърт Де Магнете, поставил основите на магнетизма като наука.

Три поредни открития поставиха под въпрос тази „основа на магнетизма“. Първо, през 1819 г. Ханс Кристиан Ерстед открива, че електрическият ток създава магнитно поле около себе си. След това, през 1820 г., Андре-Мари Ампер показа, че паралелни проводници, протичащи в една и съща посока, се привличат един друг. И накрая, Жан-Батист Био и Феликс Савард откриват закон през 1820 г., наречен закон на Био-Савар-Лаплас, който правилно предсказва магнитното поле около всеки проводник под напрежение.

Разширявайки тези експерименти, Ампер публикува свой собствен успешен модел на магнетизма през 1825 г. В него той показа еквивалентността на електрическия ток в магнитите и вместо диполите на магнитните заряди в модела на Поасон предложи идеята, че магнетизмът е свързан с постоянно протичащи токови вериги. Тази идея обяснява защо магнитният заряд не може да бъде изолиран. Освен това Ампер извежда закона, наречен на негово име, който, подобно на закона на Био-Савар-Лаплас, описва правилно магнитното поле, създадено от постоянен ток, и също така е въведена теоремата за циркулацията на магнитното поле. Също в тази работа Ампер въвежда термина "електродинамика", за да опише връзката между електричеството и магнетизма.

Въпреки че силата на магнитното поле на движещ се електрически заряд, заложена в закона на Ампер, не е изрично посочена, през 1892 г. Хендрик Лоренц я извежда от уравненията на Максуел. В същото време класическата теория на електродинамиката беше основно завършена.

Двадесети век разширява възгледите за електродинамиката, благодарение на появата на теорията на относителността и квантовата механика. Алберт Айнщайн в своята статия през 1905 г., където е обоснована неговата теория на относителността, показа, че електрическите и магнитните полета са част от едно и също явление, разглеждано в различни референтни системи. (Вижте Движещият се магнит и проблемът с проводника - мисловният експеримент, който в крайна сметка помогна на Айнщайн да развие специалната теория на относителността). И накрая, квантовата механика се комбинира с електродинамиката, за да се образува квантовата електродинамика (QED).

Вижте също

• Визуализатор с магнитен филм

Бележки

1. TSB. 1973 г., "Съветска енциклопедия".
2. В конкретни случаи магнитно поле може да съществува дори при отсъствието на електрическо поле, но най-общо казано, магнитното поле е тясно взаимосвързано с електрическото поле, както динамично (взаимно генериране едно на друго чрез редуване на електрически и магнитни полета), така и в смисълът, че при преминаване към нова отправна система магнитното и електрическото поле се изразяват едно през друго, тоест най-общо казано не могат да бъдат безусловно разделени.
3. Яворски Б. М., Детлаф А. А.Наръчник по физика: 2-ро издание, преработено. - М .: Наука, Основно издание на физико-математическата литература, 1985 г., - 512 с.
4. В SI магнитната индукция се измерва в тесла (T), в cgs системата в гаус.
5. Съвпадат точно в системата от единици CGS, в SI те се различават с постоянен коефициент, което, разбира се, не променя факта на тяхната практическа физическа идентичност.
6. Най-важната и повърхностна разлика тук е, че силата, действаща върху движеща се частица (или върху магнитен дипол), се изчислява по отношение на, а не по отношение на . Всеки друг физически правилен и смислен метод на измерване също ще направи възможно измерването му, въпреки че понякога се оказва по-удобно за формално изчисление - какъв всъщност е смисълът от въвеждането на тази спомагателна величина (иначе бихме направили без него изобщо, използвайки само
7. Въпреки това, трябва добре да се разбере, че редица фундаментални свойства на тази "материя" са фундаментално различни от свойствата на обичайния тип "материя", които биха могли да бъдат обозначени с термина "субстанция".
8. Вижте теоремата на Ампер.
9. За хомогенно поле този израз дава нулева сила, тъй като всички производни са равни на нула бпо координати.
10. Сивухин Д.В.Общ курс по физика. - Ед. 4-то, стереотипно. - М .: Физматлит; Издателство на МФТИ, 2004. - Т. III. Електричество. - 656 стр. - ISBN 5-9221-0227-3; ISBN 5-89155-086-5.

Добър ден, днес ще разберете какво е магнитно полеи откъде идва.

Всеки човек на планетата поне веднъж, но запазен магнитв ръка. Започвайки от сувенирни магнити за хладилник или работещи магнити за събиране на железен прашец и много други. Като дете беше забавна играчка, която се залепваше за черен метал, но не и за други метали. И така, каква е тайната на магнита и неговата магнитно поле.

Какво е магнитно поле

В кой момент магнитът започва да привлича към себе си? Около всеки магнит има магнитно поле, попадайки в което, обектите започват да се привличат към него. Размерът на такова поле може да варира в зависимост от размера на магнита и собствените му свойства.

Термин в Уикипедия:

Магнитно поле - силово поле, действащо върху движещи се електрически заряди и върху тела с магнитен момент, независимо от състоянието на тяхното движение, магнитната компонента на електромагнитното поле.

Откъде идва магнитното поле

Магнитното поле може да бъде създадено от тока на заредени частици или от магнитните моменти на електроните в атомите, както и от магнитните моменти на други частици, макар и в много по-малка степен.

Проява на магнитно поле

Магнитното поле се проявява в въздействието върху магнитните моменти на частици и тела, върху движещи се заредени частици или проводници с . Силата, действаща върху електрически заредена частица, движеща се в магнитно поле, е наречена сила на Лоренц, който винаги е насочен перпендикулярно на векторите v и B. Той е пропорционален на заряда на частицата q, компонента на скоростта v, перпендикулярна на посоката на вектора на магнитното поле B, и големината на индукцията на магнитното поле б.

Какви обекти имат магнитно поле

Често не мислим за това, но много (ако не и всички) от обектите около нас са магнити. Свикнали сме, че магнитът е камъче с изразена сила на привличане към себе си, но всъщност почти всичко има сила на привличане, просто е много по-ниска. Да вземем поне нашата планета - ние не отлитаме в космоса, въпреки че не се държим на повърхността с нищо. Полето на Земята е много по-слабо от полето на камъчен магнит, поради което ни държи само благодарение на огромния си размер - ако някога сте виждали хора да се разхождат по Луната (която е четири пъти по-малък в диаметър), ясно ще разберете за какво говорим. Привличането на Земята се основава до голяма степен на металните компоненти.Нейната кора и ядро ​​- те имат мощно магнитно поле. Може би сте чували, че в близост до големи находища на желязна руда компасите спират да показват правилната посока на север - това е така, защото принципът на компаса се основава на взаимодействието на магнитните полета, а желязната руда привлича иглата си.

Магнитното поле е специална форма на материя, която се създава от магнити, проводници с ток (движещи се заредени частици) и която може да бъде открита чрез взаимодействието на магнити, проводници с ток (движещи се заредени частици).

Опитът на Ерстед

Първите експерименти (извършени през 1820 г.), които показват, че има дълбока връзка между електрическите и магнитните явления, са експериментите на датския физик Х. Ерстед.

Магнитна стрелка, разположена близо до проводника, се върти под определен ъгъл, когато токът в проводника е включен. Когато веригата се отвори, стрелката се връща в първоначалното си положение.

От опита на G. Oersted следва, че около този проводник има магнитно поле.

Ампер опит
Два успоредни проводника, през които протича електрически ток, взаимодействат помежду си: привличат се, ако токовете са в една и съща посока, и се отблъскват, ако токовете са в противоположна посока. Това се дължи на взаимодействието на магнитните полета, които възникват около проводниците.

Свойства на магнитното поле

1. Материално, т.е. съществува независимо от нас и нашето познание за него.

2. Създадени от магнити, проводници с ток (движещи се заредени частици)

3. Открива се чрез взаимодействие на магнити, проводници с ток (движещи се заредени частици)

4. Действа върху магнити, проводници с ток (движещи се заредени частици) с известна сила

5. В природата няма магнитни заряди. Не можете да разделите северния и южния полюс и да получите тяло с един полюс.

6. Причината, поради която телата имат магнитни свойства, е открита от френския учен Ампер. Ампер направи извода, че магнитните свойства на всяко тяло се определят от затворени електрически токове вътре в него.

Тези токове представляват движението на електроните по орбити в атома.

Ако равнините, в които циркулират тези токове, са разположени произволно една спрямо друга поради топлинното движение на молекулите, които изграждат тялото, тогава техните взаимодействия са взаимно компенсирани и тялото не проявява никакви магнитни свойства.

И обратно: ако равнините, в които се въртят електроните, са успоредни една на друга и посоките на нормалите към тези равнини съвпадат, тогава такива вещества усилват външното магнитно поле.

7. В магнитно поле действат магнитни сили в определени посоки, които се наричат ​​магнитни силови линии. С тяхна помощ можете удобно и ясно да покажете магнитното поле в конкретен случай.

За да изобразим по-точно магнитното поле, се съгласихме на местата, където полето е по-силно, да покажем силовите линии, разположени по-плътно, т.е. по-близо един до друг. И обратното, на места, където полето е по-слабо, линиите на полето се показват в по-малък брой, т.е. по-рядко разположени.

8. Магнитното поле характеризира вектора на магнитната индукция.

Векторът на магнитната индукция е векторна величина, която характеризира магнитното поле.

Посоката на вектора на магнитната индукция съвпада с посоката на северния полюс на свободна магнитна стрелка в дадена точка.

Посоката на вектора на индукция на полето и силата на тока I са свързани с "правилото на десния винт (гимлет)":

ако завиете гимлета по посока на тока в проводника, тогава посоката на скоростта на движение на края на дръжката му в дадена точка ще съвпадне с посоката на вектора на магнитната индукция в тази точка.

Когато са свързани към два успоредни проводника на електрически ток, те ще се привличат или отблъскват в зависимост от посоката (полярността) на свързания ток. Това се обяснява с появата на особен вид материя около тези проводници. Тази материя се нарича магнитно поле (MF). Магнитната сила е силата, с която проводниците действат един върху друг.

Теорията за магнетизма възниква в древността, в древната цивилизация на Азия. В Магнезия, в планините, откриха специална скала, парчета от която можеха да се привличат една към друга. По името на мястото тази порода се наричаше "магнити". Пръчковият магнит съдържа два полюса. Неговите магнитни свойства са особено изразени на полюсите.

Магнит, окачен на конец, ще покаже страните на хоризонта с полюсите си. Полюсите му ще бъдат обърнати на север и юг. Компасът работи на този принцип. Противоположните полюси на два магнита се привличат и еднаквите полюси се отблъскват.

Учените са установили, че намагнетизирана игла, разположена в близост до проводника, се отклонява, когато през нея преминава електрически ток. Това предполага, че около него се образува МФ.

Магнитното поле влияе на:

Движещи се електрически заряди.
Вещества, наречени феромагнетици: желязо, чугун, техните сплави.

Постоянните магнити са тела, които имат общ магнитен момент на заредени частици (електрони).

1 - Южен полюс на магнита
2 - Северен полюс на магнита
3 - MP на примера на метални стружки
4 - Посока на магнитното поле

Линиите на полето се появяват, когато постоянен магнит се приближи до лист хартия, върху който е излят слой железни стружки. Фигурата ясно показва местата на полюсите с ориентирани силови линии.

Източници на магнитно поле

• Електрическо поле, което се променя с времето.
• мобилни такси.
• постоянни магнити.

Познаваме постоянните магнити от детството. Използвани са като играчки, които привличат различни метални части към себе си. Бяха прикрепени към хладилника, вграждаха се в различни играчки.

Електрическите заряди, които са в движение, често имат повече магнитна енергия от постоянните магнити.

Имоти

• Основната отличителна черта и свойство на магнитното поле е относителността. Ако заредено тяло се остави неподвижно в определена референтна система и наблизо се постави магнитна стрелка, тогава тя ще сочи на север и в същото време няма да „усеща“ чуждо поле, с изключение на полето на земята . И ако зареденото тяло започне да се движи близо до стрелката, тогава около тялото ще се появи магнитно поле. В резултат на това става ясно, че MF се образува само когато се движи определен заряд.
• Магнитното поле е в състояние да влияе и влияе на електрическия ток. Може да се открие чрез наблюдение на движението на заредени електрони. В магнитно поле частиците със заряд ще се отклоняват, проводниците с течащ ток ще се движат. Захранваната с ток рамка ще се върти и магнетизираните материали ще се движат на определено разстояние. Стрелката на компаса най-често е оцветена в синьо. Това е лента от магнетизирана стомана. Компасът винаги е ориентиран на север, тъй като Земята има магнитно поле. Цялата планета е като голям магнит със своите полюси.

Магнитното поле не се възприема от човешките органи и може да бъде открито само от специални устройства и сензори. Тя е променлива и постоянна. Променливото поле обикновено се създава от специални индуктори, които работят с променлив ток. Постоянното поле се образува от постоянно електрическо поле.

правила

Помислете за основните правила за изображението на магнитно поле за различни проводници.

gimlet rule

Силовата линия е изобразена в равнина, която е разположена под ъгъл 90 0 спрямо текущия път, така че във всяка точка силата е насочена тангенциално към линията.

За да определите посоката на магнитните сили, трябва да запомните правилото на гимлет с дясна резба.

Гимлетът трябва да бъде позициониран по същата ос като текущия вектор, дръжката трябва да се завърти така, че гимлетът да се движи в посоката на своята посока. В този случай ориентацията на линиите се определя чрез завъртане на дръжката на гимлета.

Правило за пръстен Gimlet

Постъпателното движение на гимлета в проводника, направено под формата на пръстен, показва как е ориентирана индукцията, въртенето съвпада с текущия поток.

Силовите линии имат своето продължение вътре в магнита и не могат да бъдат отворени.

Магнитното поле на различни източници се сумира едно с друго. По този начин те създават общо поле.

Магнитите с еднакъв полюс се отблъскват, а тези с различни полюси се привличат. Стойността на силата на взаимодействие зависи от разстоянието между тях. С приближаването на полюсите силата нараства.

Параметри на магнитното поле

• Верижно свързване на потоци ( Ψ ).
• Вектор на магнитна индукция ( AT).
• Магнитен поток ( Е).

Интензитетът на магнитното поле се изчислява от размера на вектора на магнитната индукция, който зависи от силата F и се образува от тока I през проводник с дължина l: V \u003d F / (I * l).

Магнитната индукция се измерва в Тесла (Tl), в чест на учения, който е изучавал явленията на магнетизма и се е занимавал с техните изчислителни методи. 1 T е равно на индукцията на магнитния поток от силата 1 Нна дължина 1мправ проводник под ъгъл 90 0 спрямо посоката на полето, с протичащ ток от един ампер:

1 T = 1 x H / (A x m).

правило на лявата ръка

Правилото намира посоката на вектора на магнитната индукция.

Ако дланта на лявата ръка се постави в полето, така че линиите на магнитното поле да влизат в дланта от северния полюс под 90 0 и 4 пръста се поставят по протежение на тока, палецът ще покаже посоката на магнитната сила. .

Ако проводникът е под различен ъгъл, тогава силата ще зависи пряко от тока и проекцията на проводника върху равнина под прав ъгъл.

Силата не зависи от вида на материала на проводника и неговото напречно сечение. Ако няма проводник и зарядите се движат в друга среда, тогава силата няма да се промени.

Когато посоката на вектора на магнитното поле в една посока с една величина, полето се нарича равномерно. Различните среди влияят върху размера на индукционния вектор.

магнитен поток

Магнитната индукция, преминаваща през определена област S и ограничена от тази област, е магнитен поток.

Ако зоната има наклон под някакъв ъгъл α спрямо индукционната линия, магнитният поток се намалява с размера на косинуса на този ъгъл. Най-голямата му стойност се формира, когато областта е под прав ъгъл спрямо магнитната индукция:

F \u003d B * S.

Магнитният поток се измерва в единица като "уебър", което е равно на потока на индукция по стойността 1 тпо площ в 1 м 2.

Поточна връзка

Тази концепция се използва за създаване на обща стойност на магнитния поток, който се създава от определен брой проводници, разположени между магнитните полюси.

Когато същият ток азпротича през намотката с брой навивки n, общият магнитен поток, образуван от всички навивки, е връзката на потока.

Поточна връзка Ψ измерено във уебери и е равно на: Ψ = n * F.

Магнитни свойства

Пропускливостта определя колко магнитното поле в определена среда е по-ниско или по-високо от индукцията на полето във вакуум. Казва се, че дадено вещество е намагнетизирано, ако има собствено магнитно поле. Когато дадено вещество се постави в магнитно поле, то се магнетизира.

Учените са установили причината, поради която телата придобиват магнитни свойства. Според хипотезата на учените вътре в веществата има електрически токове с микроскопична сила. Електронът има свой собствен магнитен момент, който има квантова природа, се движи по определена орбита в атомите. Именно тези малки токове определят магнитните свойства.

Ако токовете се движат произволно, тогава предизвиканите от тях магнитни полета са самокомпенсиращи се. Външното поле прави токовете подредени, така че се образува магнитно поле. Това е намагнитването на веществото.

Различните вещества могат да бъдат разделени според свойствата на взаимодействие с магнитни полета.

Те са разделени на групи:

Парамагнетици- вещества, които имат свойства на магнетизиране по посока на външното поле, с ниска възможност за магнетизъм. Имат положителна напрегнатост на полето. Тези вещества включват железен хлорид, манган, платина и др.
Феримагнетици- вещества с магнитни моменти, които са небалансирани по посока и стойност. Те се характеризират с наличието на некомпенсиран антиферомагнетизъм. Силата на полето и температурата влияят върху тяхната магнитна чувствителност (различни оксиди).
феромагнетици- вещества с повишена положителна чувствителност, в зависимост от интензивността и температурата (кристали на кобалт, никел и др.).
Диамагнети- имат свойството да се намагнитват в посока, обратна на външното поле, т.е. отрицателна стойност на магнитната чувствителност, независимо от интензитета. При липса на поле това вещество няма да има магнитни свойства. Тези вещества включват: сребро, бисмут, азот, цинк, водород и други вещества.
Антиферомагнетици - имат балансиран магнитен момент, което води до ниска степен на намагнитване на веществото. При нагряване те претърпяват фазов преход на веществото, при което възникват парамагнитни свойства. Когато температурата падне под определена граница, такива свойства няма да се проявят (хром, манган).

Разглежданите магнити също се класифицират в още две категории:

Меки магнитни материали . Имат ниска коерцитивна сила. В слаби магнитни полета те могат да се наситят. По време на процеса на обръщане на намагнитването те имат незначителни загуби. В резултат на това такива материали се използват за производството на сърцевини на електрически устройства, работещи на променливо напрежение (, генератор,).
твърд магнитенматериали. Имат повишена стойност на коерцитивната сила. За повторното им намагнитване е необходимо силно магнитно поле. Такива материали се използват при производството на постоянни магнити.

Магнитните свойства на различни вещества намират своето приложение в технически проекти и изобретения.

Магнитни вериги

Комбинацията от няколко магнитни вещества се нарича магнитна верига. Те са подобия и се определят от аналогични закони на математиката.

На базата на магнитни вериги работят електрически устройства, индуктивности. В работещ електромагнит потокът протича през магнитна верига, направена от феромагнитен материал и въздух, който не е феромагнетик. Комбинацията от тези компоненти е магнитна верига. Много електрически устройства съдържат магнитни вериги в своя дизайн.

Според съвременните концепции тя се е формирала преди около 4,5 милиарда години и от този момент нашата планета е заобиколена от магнитно поле. Всичко на Земята, включително хора, животни и растения, е засегнато от него.

Магнитното поле се простира до височина от около 100 000 km (фиг. 1). Той отклонява или улавя частици от слънчевия вятър, които са вредни за всички живи организми. Тези заредени частици образуват радиационния пояс на Земята и цялата област от околоземното пространство, в която се намират, се нарича магнитосфера(фиг. 2). От страната на Земята, осветена от Слънцето, магнитосферата е ограничена от сферична повърхност с радиус около 10-15 земни радиуса, а от другата страна е издължена като кометна опашка на разстояние до няколко хиляди Земни радиуси, образуващи геомагнитна опашка. Магнитосферата е отделена от междупланетното поле с преходна област.

Магнитните полюси на Земята

Оста на земния магнит е наклонена спрямо оста на въртене на земята с 12°. Намира се на около 400 км от центъра на Земята. Точките, в които тази ос пресича повърхността на планетата, са магнитни полюси.Магнитните полюси на Земята не съвпадат с истинските географски полюси. В момента координатите на магнитните полюси са както следва: север - 77 ° с.ш. и 102° W; южен - (65 ° S и 139 ° E).

Ориз. 1. Структурата на магнитното поле на Земята

Ориз. 2. Структура на магнитосферата

Силовите линии, които преминават от единия магнитен полюс към другия, се наричат магнитни меридиани. Между магнитния и географския меридиан се образува ъгъл, наречен магнитна деклинация. Всяко място на Земята има свой собствен ъгъл на деклинация. В района на Москва ъгълът на деклинация е 7 ° на изток, а в Якутск - около 17 ° на запад. Това означава, че северният край на компаса в Москва се отклонява с T вдясно от географския меридиан, минаващ през Москва, а в Якутск - с 17 ° вляво от съответния меридиан.

Свободно окачена магнитна игла е разположена хоризонтално само на линията на магнитния екватор, който не съвпада с географския. Ако се движите на север от магнитния екватор, тогава северният край на стрелката постепенно ще падне. Ъгълът, образуван от магнитна стрелка и хоризонтална равнина, се нарича магнитен наклон. На северния и южния магнитен полюс магнитното наклонение е най-голямо. Той е равен на 90°. На Северния магнитен полюс свободно окачена магнитна игла ще бъде монтирана вертикално със северния край надолу, а на Южния магнитен полюс южният й край ще се спусне надолу. Така магнитната стрелка показва посоката на линиите на магнитното поле над земната повърхност.

С течение на времето положението на магнитните полюси спрямо земната повърхност се променя.

Магнитният полюс е открит от изследователя Джеймс С. Рос през 1831 г., на стотици километри от сегашното му местоположение. Средно се движи по 15 км годишно. През последните години скоростта на движение на магнитните полюси се е увеличила драстично. Например Северният магнитен полюс в момента се движи със скорост около 40 км годишно.

Обръщането на магнитните полюси на Земята се нарича инверсия на магнитното поле.

През цялата геоложка история на нашата планета земното магнитно поле е сменяло полярността си повече от 100 пъти.

Магнитното поле се характеризира с интензитет. На някои места на Земята линиите на магнитното поле се отклоняват от нормалното поле, образувайки аномалии. Например в района на Курската магнитна аномалия (KMA) напрегнатостта на полето е четири пъти по-висока от нормалната.

В магнитното поле на Земята има денонощни промени. Причината за тези промени в магнитното поле на Земята са електрическите токове, протичащи в атмосферата на голяма надморска височина. Те се причиняват от слънчева радиация. Под действието на слънчевия вятър магнитното поле на Земята се изкривява и придобива "опашка" в посока от Слънцето, която се простира на стотици хиляди километри. Основната причина за появата на слънчевия вятър, както вече знаем, са грандиозните изхвърляния на материя от короната на Слънцето. Когато се придвижват към Земята, те се превръщат в магнитни облаци и водят до силни, понякога екстремни смущения на Земята. Особено силни смущения на магнитното поле на Земята - магнитни бури.Някои магнитни бури започват неочаквано и почти едновременно по цялата земя, докато други се развиват постепенно. Те могат да продължат часове или дори дни. Често магнитните бури възникват 1-2 дни след слънчево изригване поради преминаването на Земята през поток от частици, изхвърлени от Слънцето. Въз основа на времето на забавяне скоростта на такъв корпускуларен поток се оценява на няколко милиона km/h.

При силни магнитни бури се нарушава нормалната работа на телеграфа, телефона и радиото.

Магнитните бури често се наблюдават на ширина 66-67° (в зоната на полярното сияние) и възникват едновременно с полярните сияния.

Структурата на магнитното поле на Земята варира в зависимост от географската ширина на района. Пропускливостта на магнитното поле се увеличава към полюсите. Над полярните региони линиите на магнитното поле са повече или по-малко перпендикулярни на земната повърхност и имат фуниевидна конфигурация. Чрез тях част от слънчевия вятър от дневната страна прониква в магнитосферата, а след това в горните слоеве на атмосферата. Частиците от опашката на магнитосферата също се втурват тук по време на магнитни бури, достигайки границите на горната атмосфера на високи географски ширини на северното и южното полукълбо. Именно тези заредени частици причиняват полярните сияния тук.

И така, магнитните бури и ежедневните промени в магнитното поле се обясняват, както вече разбрахме, със слънчевата радиация. Но коя е основната причина, която създава постоянния магнетизъм на Земята? Теоретично беше възможно да се докаже, че 99% от магнитното поле на Земята се причинява от източници, скрити вътре в планетата. Основното магнитно поле се дължи на източници, разположени в дълбините на Земята. Те могат грубо да се разделят на две групи. Повечето от тях са свързани с процеси в земното ядро, където в резултат на непрекъснати и закономерни движения на електропроводимото вещество се създава система от електрически токове. Другата е свързана с факта, че скалите на земната кора, намагнетизирани от основното електрическо поле (полето на ядрото), създават свое собствено магнитно поле, което се добавя към магнитното поле на ядрото.

Освен магнитното поле около Земята съществуват и други полета: а) гравитационно; б) електрически; в) топлинна.

Гравитационно полеЗемята се нарича гравитационно поле. Тя е насочена по отвес, перпендикулярен на повърхността на геоида. Ако Земята имаше елипсоид на въртене и масите бяха равномерно разпределени в него, тогава тя щеше да има нормално гравитационно поле. Разликата между интензитета на реалното гравитационно поле и теоретичното е аномалията на гравитацията. Различният материален състав, плътността на скалите причиняват тези аномалии. Но са възможни и други причини. Те могат да се обяснят със следния процес - равновесие на твърдата и относително лека земна кора върху по-тежката горна мантия, където се изравнява налягането на надлежащите слоеве. Тези течения причиняват тектонични деформации, движението на литосферните плочи и по този начин създават макрорелефа на Земята. Гравитацията поддържа атмосферата, хидросферата, хората, животните на Земята. Силата на гравитацията трябва да се вземе предвид при изучаване на процесите в географска обвивка. Терминът " геотропизъм”наричат ​​растежните движения на растителните органи, които под въздействието на силата на гравитацията винаги осигуряват вертикална посока на растеж на първичния корен, перпендикулярна на повърхността на Земята. Гравитационната биология използва растенията като експериментални обекти.

Ако не се вземе предвид гравитацията, е невъзможно да се изчислят първоначалните данни за изстрелване на ракети и космически кораби, да се направи гравиметрично изследване на рудни минерали и накрая е невъзможно по-нататъшното развитие на астрономията, физиката и други науки.