Zobacz też: Portal: Fizyka

Pole magnetyczne może być wytwarzane przez prąd naładowanych cząstek i/lub momenty magnetyczne elektronów w atomach (oraz momenty magnetyczne innych cząstek, choć w znacznie mniejszym stopniu) (magnesy trwałe).

Ponadto pojawia się w obecności zmiennego w czasie pola elektrycznego.

Główną charakterystyką mocy pola magnetycznego jest wektor indukcji magnetycznej (wektor indukcji pola magnetycznego). Z matematycznego punktu widzenia jest to pole wektorowe, które definiuje i określa fizyczne pojęcie pola magnetycznego. Często wektor indukcji magnetycznej jest nazywany po prostu polem magnetycznym dla zwięzłości (chociaż prawdopodobnie nie jest to najbardziej ścisłe użycie tego terminu).

Inną podstawową cechą pola magnetycznego (alternatywna indukcja magnetyczna i ściśle z nią związana, praktycznie równa jej wartości fizycznej) jest potencjał wektorowy .

Pole magnetyczne można nazwać szczególnym rodzajem materii, przez który zachodzi interakcja między poruszającymi się naładowanymi cząstkami lub ciałami, które mają moment magnetyczny.

Pola magnetyczne są konieczną (w kontekście) konsekwencją istnienia pól elektrycznych.

• Z punktu widzenia kwantowej teorii pola oddziaływanie magnetyczne - jako szczególny przypadek oddziaływania elektromagnetycznego jest przenoszone przez fundamentalny bezmasowy bozon - foton (cząstkę, którą można przedstawić jako kwantowe wzbudzenie pola elektromagnetycznego), często (np. przykład we wszystkich przypadkach pól statycznych) - wirtualne.

Źródła pola magnetycznego

Pole magnetyczne jest tworzone (generowane) przez prąd naładowanych cząstek lub przez zmienne w czasie pole elektryczne lub przez wewnętrzne momenty magnetyczne cząstek (ten ostatni, ze względu na jednorodność obrazu, można formalnie zredukować na prądy elektryczne).

obliczenie

W prostych przypadkach pole magnetyczne przewodnika z prądem (w tym przypadku prądu rozłożonego dowolnie w objętości lub przestrzeni) można znaleźć z prawa Biota-Savarta-Laplace'a lub twierdzenia o cyrkulacji (jest to również prawo Ampère'a). W zasadzie metoda ta ogranicza się do przypadku (przybliżenia) magnetostatyki - to znaczy przypadku stałych (jeśli mówimy o ścisłej stosowalności) lub raczej wolnozmiennych (jeśli mówimy o zastosowaniu przybliżonym) pól magnetycznych i elektrycznych.

W bardziej złożonych sytuacjach jest poszukiwany jako rozwiązanie równań Maxwella.

Manifestacja pola magnetycznego

Pole magnetyczne przejawia się w oddziaływaniu na momenty magnetyczne cząstek i ciał, na poruszające się cząstki naładowane (lub przewodniki przewodzące prąd). Siła działająca na naładowaną elektrycznie cząstkę poruszającą się w polu magnetycznym nazywana jest siłą Lorentza, która jest zawsze skierowana prostopadle do wektorów w I B. Jest proporcjonalny do ładunku cząstki Q, składowa prędkości w, prostopadle do kierunku wektora pola magnetycznego B i wielkość indukcji pola magnetycznego B. W układzie jednostek SI siła Lorentza wyraża się następująco:

w układzie jednostek CGS:

gdzie nawiasy kwadratowe oznaczają iloczyn wektorowy.

Również (ze względu na działanie siły Lorentza na naładowane cząstki poruszające się wzdłuż przewodnika) pole magnetyczne działa na przewodnik z prądem. Siła działająca na przewodnik z prądem nazywana jest siłą amperową. Siła ta jest sumą sił działających na poszczególne ładunki poruszające się wewnątrz przewodnika.

Oddziaływanie dwóch magnesów

Jednym z najczęstszych przejawów pola magnetycznego w życiu codziennym jest oddziaływanie dwóch magnesów: identyczne bieguny odpychają się, przeciwne przyciągają. Kuszące wydaje się opisanie interakcji między magnesami jako interakcji między dwoma monopolami, az formalnego punktu widzenia pomysł ten jest całkiem możliwy do zrealizowania i często bardzo wygodny, a przez to praktyczny (w obliczeniach); szczegółowa analiza pokazuje jednak, że w rzeczywistości nie jest to do końca poprawny opis zjawiska (najbardziej oczywistym pytaniem, którego nie da się wyjaśnić w ramach takiego modelu, jest pytanie, dlaczego monopoli nigdy nie da się wydzielić, czyli dlaczego Eksperyment pokazuje, że żadne wyizolowane ciało nie ma w rzeczywistości ładunku magnetycznego; ponadto słabość modelu polega na tym, że nie ma on zastosowania do pola magnetycznego wytwarzanego przez prąd makroskopowy, co oznacza, że ​​jeśli nie jest rozpatrywany jako czysto technika formalna, prowadzi to jedynie do komplikacji teorii w sensie fundamentalnym).

Bardziej poprawne byłoby stwierdzenie, że na dipol magnetyczny umieszczony w niejednorodnym polu działa siła, która ma tendencję do obracania go w taki sposób, że moment magnetyczny dipola jest współkierowany z polem magnetycznym. Ale żaden magnes nie doświadcza (całkowitej) siły z jednolitego pola magnetycznego. Siła działająca na dipol magnetyczny z momentem magnetycznym M wyraża się wzorem:

Siłę działającą na magnes (niebędący dipolem jednopunktowym) z niejednorodnego pola magnetycznego można wyznaczyć sumując wszystkie siły (określone tym wzorem) działające na elementarne dipole tworzące magnes.

Możliwe jest jednak podejście, które redukuje oddziaływanie magnesów do siły Ampère'a, a sam powyższy wzór na siłę działającą na dipol magnetyczny można również uzyskać na podstawie siły Ampère'a.

Zjawisko indukcji elektromagnetycznej

pole wektorowe H mierzona w amperach na metr (A/m) w układzie SI i w oerstedach w CGS. Oerstedy i gausy to wielkości tożsame, ich rozróżnienie jest czysto terminologiczne.

Energia pola magnetycznego

Przyrost gęstości energii pola magnetycznego wynosi:

H- siła pola magnetycznego, B- Indukcja magnetyczna

W przybliżeniu tensorem liniowym przenikalność magnetyczna jest tensorem (oznaczamy ją ), a mnożenie przez nią wektora jest mnożeniem tensorowym (macierzowym):

lub w komponentach.

Gęstość energii w tym przybliżeniu jest równa:

- składowe tensora przenikalności magnetycznej , - tensor reprezentowany przez macierz odwrotną do macierzy tensora przenikalności magnetycznej, - stała magnetyczna

Kiedy osie współrzędnych są wybrane tak, aby pokrywały się z głównymi osiami tensora przenikalności magnetycznej, wzory w składowych są uproszczone:

są składowymi diagonalnymi tensora przenikalności magnetycznej w jego własnych osiach (pozostałe składowe w tych współrzędnych specjalnych - i tylko w nich! - są równe zeru).

W izotropowym magnesie liniowym:

- względna przenikalność magnetyczna

W próżni i:

Energię pola magnetycznego w cewce indukcyjnej można znaleźć ze wzoru:

Ф - strumień magnetyczny, I - prąd, L - indukcyjność cewki lub cewki z prądem.

Właściwości magnetyczne substancji

Z fundamentalnego punktu widzenia, jak wspomniano powyżej, pole magnetyczne może być wytwarzane (a zatem – w kontekście tego ustępu – oraz osłabiane lub wzmacniane) przez zmienne pole elektryczne, prądy elektryczne w postaci strumieni naładowanych cząstek lub momenty magnetyczne cząstek.

Specyficzna budowa mikroskopowa i właściwości różnych substancji (a także ich mieszanin, stopów, stanów skupienia, modyfikacji krystalicznych itp.) sprawiają, że na poziomie makroskopowym mogą one zachowywać się zupełnie inaczej pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego. (w szczególności osłabianie lub wzmacnianie go w różnym stopniu).

Pod tym względem substancje (i ogólnie media) w odniesieniu do ich właściwości magnetycznych dzielą się na następujące główne grupy:

• Antyferromagnesy to substancje, w których ustalono antyferromagnetyczny porządek momentów magnetycznych atomów lub jonów: momenty magnetyczne substancji są skierowane przeciwnie i mają taką samą siłę.
• Diamagnesy to substancje, które są namagnesowane w kierunku przeciwnym do kierunku zewnętrznego pola magnetycznego.
• Paramagnesy to substancje, które są namagnesowane w zewnętrznym polu magnetycznym w kierunku zewnętrznego pola magnetycznego.
• Ferromagnetyki to substancje, w których poniżej określonej temperatury krytycznej (punktu Curie) ustala się dalekosiężny ferromagnetyczny porządek momentów magnetycznych.
• Ferrimagnesy - materiały, w których momenty magnetyczne substancji są skierowane przeciwnie i nie mają równej siły.
• Powyższe grupy substancji obejmują głównie zwykłe substancje stałe lub (niektóre) płynne, a także gazy. Oddziaływanie z polem magnetycznym nadprzewodników i plazmy znacznie się różni.

Tokiego Foucaulta

Prądy Foucaulta (prądy wirowe) - zamknięte prądy elektryczne w masywnym przewodnikupowstające ze zmiany przenikającego go strumienia magnetycznego. Są to prądy indukcyjne powstające w ciele przewodzącym albo w wyniku zmiany w czasie pola magnetycznego, w którym się znajduje, albo w wyniku ruchu ciała w polu magnetycznym, prowadzące do zmiany strumienia magnetycznego przez ciało lub jakąkolwiek jego część. Zgodnie z regułą Lenza pole magnetyczne prądów Foucaulta jest skierowane tak, aby przeciwstawić się zmianie strumienia magnetycznego, który indukuje te prądy.

Historia rozwoju idei dotyczących pola magnetycznego

Chociaż magnesy i magnetyzm były znane znacznie wcześniej, badania pola magnetycznego rozpoczęto w 1269 roku, kiedy to francuski naukowiec Peter Peregrine (rycerz Pierre z Méricourt) za pomocą stalowych igieł zanotował pole magnetyczne na powierzchni kulistego magnesu i ustalił, że powstałe linie pola magnetycznego przecinały się w dwóch punktach, które nazwał „biegunami” przez analogię do biegunów Ziemi. Prawie trzy wieki później William Gilbert Colchester wykorzystał prace Petera Peregrinusa i po raz pierwszy definitywnie stwierdził, że sama ziemia jest magnesem. Opublikowane w 1600 roku dzieło Gilberta De Magnete, położył podwaliny pod magnetyzm jako naukę.

Trzy odkrycia z rzędu zakwestionowały tę „podstawę magnetyzmu”. Najpierw w 1819 roku Hans Christian Oersted odkrył, że prąd elektryczny wytwarza wokół siebie pole magnetyczne. Następnie w 1820 roku André-Marie Ampère wykazał, że równoległe przewody przewodzące prąd w tym samym kierunku przyciągają się. W końcu Jean-Baptiste Biot i Félix Savard odkryli w 1820 roku prawo zwane prawem Biota-Savarta-Laplace'a, które prawidłowo przewidywało pole magnetyczne wokół dowolnego przewodu pod napięciem.

Rozwijając te eksperymenty, Ampère opublikował swój własny udany model magnetyzmu w 1825 roku. Pokazał w nim równoważność prądu elektrycznego w magnesach, a zamiast dipoli ładunków magnetycznych w modelu Poissona zaproponował ideę, że magnetyzm jest związany ze stale płynącymi pętlami prądu. Pomysł ten wyjaśnił, dlaczego nie można wyizolować ładunku magnetycznego. Ponadto Ampère wydedukował prawo nazwane jego imieniem, które podobnie jak prawo Biota-Savarta-Laplace'a poprawnie opisywało pole magnetyczne wytwarzane przez prąd stały, a także wprowadzono twierdzenie o cyrkulacji pola magnetycznego. Również w tej pracy Ampère ukuł termin „elektrodynamika”, aby opisać związek między elektrycznością a magnetyzmem.

Chociaż siła pola magnetycznego poruszającego się ładunku elektrycznego wynikająca z prawa Ampère'a nie została wyraźnie określona, ​​w 1892 roku Hendrik Lorentz wyprowadził ją z równań Maxwella. W tym samym czasie klasyczna teoria elektrodynamiki została w zasadzie zakończona.

Wiek XX poszerzył poglądy na elektrodynamikę, dzięki pojawieniu się teorii względności i mechaniki kwantowej. Albert Einstein w swoim artykule z 1905 roku, w którym uzasadniono jego teorię względności, wykazał, że pola elektryczne i magnetyczne są częścią tego samego zjawiska, rozpatrywanego w różnych układach odniesienia. (Zobacz Ruchomy magnes i problem przewodnika — eksperyment myślowy, który ostatecznie pomógł Einsteinowi rozwinąć szczególną teorię względności). Ostatecznie mechanikę kwantową połączono z elektrodynamiką, tworząc elektrodynamikę kwantową (QED).

Zobacz też

• Wizualizator filmu magnetycznego

Notatki

1. TSB. 1973, „Encyklopedia radziecka”.
2. W szczególnych przypadkach pole magnetyczne może istnieć nawet przy braku pola elektrycznego, ale ogólnie rzecz biorąc, pole magnetyczne jest głęboko powiązane z polem elektrycznym, zarówno dynamicznie (wzajemne generowanie się przez naprzemienne pola elektryczne i magnetyczne), jak i w poczucie, że po przejściu do nowego układu odniesienia pole magnetyczne i elektryczne są wyrażane przez siebie, to znaczy, ogólnie rzecz biorąc, nie mogą być bezwarunkowo rozdzielone.
3. Yavorsky B.M., Detlaf A.A. Podręcznik fizyki: wyd. 2, poprawione. - M .: Science, Wydanie główne literatury fizycznej i matematycznej, 1985, - 512 s.
4. W układzie SI indukcję magnetyczną mierzy się w teslach (T), w układzie cgs w gausach.
5. Dokładnie pokrywają się w układzie jednostek CGS, w SI różnią się o stały współczynnik, co oczywiście nie zmienia faktu ich praktycznej tożsamości fizycznej.
6. Najważniejsza i powierzchowna różnica polega na tym, że siła działająca na poruszającą się cząstkę (lub na dipol magnetyczny) jest obliczana w kategoriach a nie w kategoriach . Każda inna fizycznie poprawna i miarodajna metoda pomiaru również umożliwi jego zmierzenie, choć czasami okazuje się to wygodniejsze dla formalnego obliczenia - po co właściwie wprowadzać tę wielkość pomocniczą (inaczej byśmy bez niego w ogóle, używając tylko
7. Należy jednak dobrze zrozumieć, że wiele podstawowych właściwości tej „materii” zasadniczo różni się od właściwości zwykłego rodzaju „materii”, którą można określić terminem „substancja”.
8. Zobacz twierdzenie Ampère'a.
9. Dla pola jednorodnego wyrażenie to daje siłę zerową, ponieważ wszystkie pochodne są równe zeru B według współrzędnych.
10. Sivukhin D.V. Ogólny kurs fizyki. - Ed. 4, stereotypowe. - M.: Fizmatlit; Wydawnictwo MIPT, 2004. - t. III. Elektryczność. - 656 str. - ISBN 5-9221-0227-3; ISBN 5-89155-086-5.

Dzień dobry, dzisiaj się dowiecie co to jest pole magnetyczne i skąd się bierze.

Każda osoba na planecie przynajmniej raz, ale zachowana magnes w ręce. Począwszy od pamiątkowych magnesów na lodówkę, czy działających magnesów do zbierania pyłku żelaza i nie tylko. Jako dziecko była zabawną zabawką, która przyklejała się do black metalu, ale nie do innych metali. Więc jaki jest sekret magnesu i jego pole magnetyczne.

Co to jest pole magnetyczne

W którym momencie magnes zaczyna się przyciągać? Wokół każdego magnesu znajduje się pole magnetyczne, w które wpadają obiekty, które zaczynają być do niego przyciągane. Wielkość takiego pola może się różnić w zależności od wielkości magnesu i jego własnych właściwości.

Termin z Wikipedii:

Pole magnetyczne - pole siłowe działające na poruszające się ładunki elektryczne i na ciała z momentem magnetycznym, niezależnie od stanu ich ruchu, składową magnetyczną pola elektromagnetycznego.

Skąd się bierze pole magnetyczne

Pole magnetyczne może być wytwarzane przez prąd naładowanych cząstek lub momenty magnetyczne elektronów w atomach, a także momenty magnetyczne innych cząstek, choć w znacznie mniejszym stopniu.

Manifestacja pola magnetycznego

Pole magnetyczne objawia się oddziaływaniem na momenty magnetyczne cząstek i ciał, na poruszanie się naładowanych cząstek lub przewodników z . Siła działająca na naładowaną elektrycznie cząstkę poruszającą się w polu magnetycznym wynosi nazywamy siłą Lorentza, który jest zawsze skierowany prostopadle do wektorów v i B. Jest proporcjonalny do ładunku cząstki q, składowej prędkości v prostopadłej do kierunku wektora pola magnetycznego B oraz wielkości indukcji pola magnetycznego B.

Jakie przedmioty mają pole magnetyczne

Często o tym nie myślimy, ale wiele (jeśli nie wszystkie) obiektów wokół nas to magnesy. Jesteśmy przyzwyczajeni do tego, że magnes jest kamykiem o wyraźnej sile przyciągania do siebie, ale w rzeczywistości prawie wszystko ma siłę przyciągania, jest po prostu znacznie niższa. Weźmy chociażby naszą planetę – nie odlatujemy w kosmos, chociaż powierzchni niczym się nie trzymamy. Pole Ziemi jest znacznie słabsze niż pole magnesu kamykowego, dlatego trzyma nas tylko ze względu na swoje ogromne rozmiary - jeśli kiedykolwiek widziałeś ludzi chodzących po Księżycu (który ma cztery razy mniejszą średnicę), wyraźnie zobaczysz zrozumieć, o czym mówimy. Atrakcyjność Ziemi opiera się w dużej mierze na elementach metalowych, jej skorupa i jądro - posiadają silne pole magnetyczne. Być może słyszałeś, że w pobliżu dużych złóż rudy żelaza kompasy przestają wskazywać właściwy kierunek na północ - dzieje się tak, ponieważ zasada działania kompasu opiera się na interakcji pól magnetycznych, a ruda żelaza przyciąga swoją igłę.

Pole magnetyczne to szczególna forma materii, która jest wytwarzana przez magnesy, przewodniki z prądem (poruszające się naładowane cząstki), którą można wykryć poprzez oddziaływanie magnesów, przewodników z prądem (poruszające się naładowane cząstki).

doświadczenia Oersteda

Pierwszymi eksperymentami (przeprowadzonymi w 1820 r.), które wykazały głęboki związek między zjawiskami elektrycznymi i magnetycznymi, były eksperymenty duńskiego fizyka H. Oersteda.

Igła magnetyczna umieszczona w pobliżu przewodnika obraca się o określony kąt, gdy prąd w przewodzie jest włączony. Gdy obwód jest otwarty, strzałka powraca do pierwotnej pozycji.

Z doświadczenia G. Oersteda wynika, że ​​wokół tego przewodnika występuje pole magnetyczne.

Doświadczenie Ampera
Dwa równoległe przewodniki, przez które przepływa prąd elektryczny, oddziałują na siebie: przyciągają się, jeśli prądy płyną w tym samym kierunku, i odpychają się, jeśli prądy płyną w przeciwnym kierunku. Wynika to z interakcji pól magnetycznych, które powstają wokół przewodników.

Właściwości pola magnetycznego

1. Materialnie, tj. istnieje niezależnie od nas i naszej wiedzy o nim.

2. Tworzone przez magnesy, przewodniki z prądem (poruszające się naładowane cząstki)

3. Wykrywane przez oddziaływanie magnesów, przewodników z prądem (ruchome naładowane cząstki)

4. Działa na magnesy, przewodniki z prądem (poruszające się naładowane cząstki) z pewną siłą

5. W przyrodzie nie ma ładunków magnetycznych. Nie możesz oddzielić biegunów północnego i południowego i otrzymać ciała z jednym biegunem.

6. Powód, dla którego ciała mają właściwości magnetyczne, odkrył francuski naukowiec Ampère. Ampere wysunął wniosek, że właściwości magnetyczne dowolnego ciała są określone przez zamknięte w nim prądy elektryczne.

Prądy te reprezentują ruch elektronów po orbitach w atomie.

Jeśli płaszczyzny, w których krążą te prądy, są rozmieszczone losowo względem siebie w wyniku ruchu termicznego cząsteczek tworzących ciało, to ich oddziaływania są wzajemnie kompensowane, a ciało nie wykazuje żadnych właściwości magnetycznych.

I odwrotnie: jeśli płaszczyzny, w których obracają się elektrony, są do siebie równoległe, a kierunki normalnych do tych płaszczyzn pokrywają się, to takie substancje wzmacniają zewnętrzne pole magnetyczne.

7. Siły magnetyczne działają w polu magnetycznym w określonych kierunkach, które nazywane są magnetycznymi liniami sił. Z ich pomocą można wygodnie i czytelnie pokazać pole magnetyczne w konkretnym przypadku.

W celu dokładniejszego zobrazowania pola magnetycznego uzgodniliśmy, że w tych miejscach, gdzie pole jest silniejsze, linie sił będą gęściej pokazane, tj. bliżej siebie. I odwrotnie, w miejscach, gdzie pole jest słabsze, linie pola są pokazywane w mniejszej liczbie, tj. rzadziej zlokalizowane.

8. Pole magnetyczne charakteryzuje wektor indukcji magnetycznej.

Wektor indukcji magnetycznej jest wielkością wektorową charakteryzującą pole magnetyczne.

Kierunek wektora indukcji magnetycznej pokrywa się z kierunkiem bieguna północnego swobodnej igły magnetycznej w danym punkcie.

Kierunek wektora indukcji pola i natężenie prądu I są powiązane „regułą prawej śruby (świderka)”:

jeśli wkręcisz świder w kierunku prądu w przewodniku, to kierunek prędkości ruchu końca jego rączki w danym punkcie zbiegnie się z kierunkiem wektora indukcji magnetycznej w tym punkcie.

Po podłączeniu do dwóch równoległych przewodników prądu elektrycznego będą się przyciągać lub odpychać, w zależności od kierunku (biegunowości) podłączonego prądu. Wyjaśnia to pojawienie się szczególnego rodzaju materii wokół tych przewodników. Materia ta nazywana jest polem magnetycznym (MF). Siła magnetyczna to siła, z jaką przewodniki działają na siebie.

Teoria magnetyzmu powstała w starożytności, w starożytnej cywilizacji Azji. W Magnezji, w górach, znaleźli specjalną skałę, której kawałki mogły się do siebie przyciągać. Od nazwy miejsca rasa ta została nazwana „magnesami”. Magnes sztabkowy zawiera dwa bieguny. Jego właściwości magnetyczne są szczególnie widoczne na biegunach.

Magnes zawieszony na nitce wskaże boki horyzontu wraz ze swoimi biegunami. Jego bieguny zostaną obrócone na północ i południe. Kompas działa na tej zasadzie. Przeciwne bieguny dwóch magnesów przyciągają się i podobne bieguny odpychają.

Naukowcy odkryli, że namagnesowana igła znajdująca się w pobliżu przewodnika odchyla się, gdy przepływa przez nią prąd elektryczny. Sugeruje to, że wokół niego tworzy się MF.

Pole magnetyczne wpływa na:

Poruszające się ładunki elektryczne.
Substancje zwane ferromagnesami: żelazo, żeliwo, ich stopy.

Magnesy trwałe to ciała, które mają wspólny moment magnetyczny naładowanych cząstek (elektronów).

1 - Biegun południowy magnesu
2 - Biegun północny magnesu
3 - MP na przykładzie opiłków metali
4 - Kierunek pola magnetycznego

Linie pola pojawiają się, gdy magnes stały zbliża się do arkusza papieru, na który wylano warstwę opiłków żelaza. Rysunek wyraźnie pokazuje miejsca biegunów z zorientowanymi liniami sił.

Źródła pola magnetycznego

• Pole elektryczne zmieniające się w czasie.
• opłaty za telefon komórkowy.
• magnesy trwałe.

Magnesy trwałe znamy od dzieciństwa. Były używane jako zabawki, które przyciągały do ​​siebie różne metalowe części. Były przymocowane do lodówki, wbudowane w różne zabawki.

Poruszające się ładunki elektryczne często mają większą energię magnetyczną niż magnesy trwałe.

Nieruchomości

• Główną cechą wyróżniającą i właściwością pola magnetycznego jest teoria względności. Jeśli naładowane ciało pozostanie nieruchome w określonym układzie odniesienia, a igła magnetyczna zostanie umieszczona w pobliżu, to wskaże ono północ, a jednocześnie nie „odczuje” obcego pola, z wyjątkiem pola ziemskiego . A jeśli naładowane ciało zacznie się poruszać w pobliżu strzałki, wokół ciała pojawi się pole magnetyczne. W rezultacie staje się jasne, że MF powstaje tylko wtedy, gdy porusza się określony ładunek.
• Pole magnetyczne może wpływać i wpływać na prąd elektryczny. Można to wykryć, monitorując ruch naładowanych elektronów. W polu magnetycznym cząsteczki z ładunkiem będą się odchylać, przewodniki z płynącym prądem będą się poruszać. Zasilana prądem rama będzie się obracać, a namagnesowane materiały przesuną się na pewną odległość. Igła kompasu ma najczęściej kolor niebieski. Jest to pasek namagnesowanej stali. Kompas jest zawsze zorientowany na północ, ponieważ Ziemia ma pole magnetyczne. Cała planeta jest jak wielki magnes ze swoimi biegunami.

Pole magnetyczne nie jest odbierane przez narządy ludzkie i może być wykrywane tylko przez specjalne urządzenia i czujniki. Jest zmienna i stała. Pole zmienne jest zwykle tworzone przez specjalne cewki indukcyjne, które działają na prąd przemienny. Stałe pole jest tworzone przez stałe pole elektryczne.

Zasady

Rozważ podstawowe zasady dotyczące obrazu pola magnetycznego dla różnych przewodników.

reguła świderka

Linia siły jest przedstawiona na płaszczyźnie, która znajduje się pod kątem 90 0 do toru prądu, tak że w każdym punkcie siła jest skierowana stycznie do linii.

Aby określić kierunek sił magnetycznych, należy pamiętać o zasadzie świdra z gwintem prawoskrętnym.

Świder musi być ustawiony wzdłuż tej samej osi co aktualny wektor, uchwyt musi być obrócony tak, aby świder poruszał się zgodnie z jego kierunkiem. W takim przypadku orientację linii określa się, obracając uchwyt świdra.

Reguła świderka pierścieniowego

Ruch translacyjny świdra w przewodniku, wykonany w formie pierścienia, pokazuje, w jaki sposób indukcja jest zorientowana, obrót pokrywa się z przepływem prądu.

Linie sił mają swoją kontynuację wewnątrz magnesu i nie mogą być otwarte.

Pole magnetyczne różnych źródeł sumuje się ze sobą. W ten sposób tworzą wspólne pole.

Magnesy o tym samym biegunie odpychają się, a magnesy o różnych biegunach się przyciągają. Wartość siły oddziaływania zależy od odległości między nimi. W miarę zbliżania się biegunów siła rośnie.

Parametry pola magnetycznego

• Łańcuch strumieni ( Ψ ).
• Wektor indukcji magnetycznej ( W).
• strumień magnetyczny ( F).

Natężenie pola magnetycznego oblicza się na podstawie wielkości wektora indukcji magnetycznej, który zależy od siły F i jest tworzony przez prąd I płynący przez przewodnik o długości l: V \u003d F. / (I * l).

Indukcję magnetyczną mierzy się w Tesli (Tl), na cześć naukowca, który badał zjawiska magnetyzmu i zajmował się metodami ich obliczania. 1 T jest równe indukcji strumienia magnetycznego przez siłę 1 p na długość 1m prosty przewodnik pod kątem 90 0 do kierunku pola, z przepływającym prądem o natężeniu jednego ampera:

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

reguła lewej ręki

Reguła znajduje kierunek wektora indukcji magnetycznej.

Jeśli dłoń lewej ręki zostanie umieszczona w polu tak, że linie pola magnetycznego wchodzą do dłoni z bieguna północnego pod kątem 90 0, a 4 palce zostaną umieszczone wzdłuż prądu, kciuk wskaże kierunek siły magnetycznej .

Jeśli przewodnik znajduje się pod innym kątem, siła będzie bezpośrednio zależeć od prądu i rzutu przewodnika na płaszczyznę pod kątem prostym.

Siła nie zależy od rodzaju materiału przewodnika i jego przekroju. Jeśli nie ma przewodnika, a ładunki poruszają się w innym ośrodku, siła nie ulegnie zmianie.

Kiedy kierunek wektora pola magnetycznego w jednym kierunku o jednej wielkości, pole nazywa się jednolitym. Różne środowiska wpływają na wielkość wektora indukcyjnego.

strumień magnetyczny

Indukcja magnetyczna przechodząca przez pewien obszar S i ograniczona przez ten obszar to strumień magnetyczny.

Jeśli obszar ma nachylenie pod pewnym kątem α do linii indukcji, strumień magnetyczny zmniejsza się o wielkość cosinusa tego kąta. Jego największa wartość powstaje, gdy obszar jest prostopadły do ​​indukcji magnetycznej:

F \u003d B * S.

Strumień magnetyczny mierzy się w jednostkach takich jak np "Weber", co jest równe przepływowi indukcji o wartość 1 T według obszaru w 1m 2.

Połączenie strumienia

Ta koncepcja służy do tworzenia ogólnej wartości strumienia magnetycznego, który jest tworzony z pewnej liczby przewodników znajdujących się między biegunami magnetycznymi.

Kiedy ten sam prąd I przepływa przez uzwojenie o liczbie zwojów n, całkowity strumień magnetyczny utworzony przez wszystkie zwoje jest sprzężeniem strumienia.

Połączenie strumienia Ψ mierzona w webersach i jest równa: Ψ = n * F.

Właściwości magnetyczne

Przepuszczalność określa, o ile pole magnetyczne w danym ośrodku jest niższe lub wyższe niż indukcja pola w próżni. Mówimy, że substancja jest namagnesowana, jeśli ma własne pole magnetyczne. Kiedy substancja jest umieszczana w polu magnetycznym, staje się namagnesowana.

Naukowcy ustalili, dlaczego ciała nabierają właściwości magnetycznych. Zgodnie z hipotezą naukowców wewnątrz substancji występują prądy elektryczne o mikroskopijnej wielkości. Elektron ma swój własny moment magnetyczny, który ma charakter kwantowy, porusza się po określonej orbicie w atomach. To właśnie te małe prądy decydują o właściwościach magnetycznych.

Jeśli prądy poruszają się losowo, to wywołane przez nie pola magnetyczne są samokompensujące. Pole zewnętrzne porządkuje prądy, więc powstaje pole magnetyczne. Jest to namagnesowanie substancji.

Ze względu na właściwości oddziaływania z polami magnetycznymi można podzielić różne substancje.

Dzielą się na grupy:

Paramagnesy- substancje, które mają właściwości magnetyzujące w kierunku pola zewnętrznego, z małym prawdopodobieństwem magnetyzmu. Mają dodatnią siłę pola. Substancje te obejmują chlorek żelazowy, mangan, platynę itp.
Ferrimagnesy- substancje o momentach magnetycznych niezrównoważonych pod względem kierunku i wartości. Charakteryzują się obecnością nieskompensowanego antyferromagnetyzmu. Natężenie pola i temperatura wpływają na ich podatność magnetyczną (różne tlenki).
ferromagnesy- substancje o podwyższonej wrażliwości dodatniej w zależności od natężenia i temperatury (kryształy kobaltu, niklu itp.).
Diamagnesy- mają właściwość magnesowania w kierunku przeciwnym do pola zewnętrznego, czyli ujemną wartość podatności magnetycznej, niezależną od natężenia. W przypadku braku pola substancja ta nie będzie miała właściwości magnetycznych. Substancje te obejmują: srebro, bizmut, azot, cynk, wodór i inne substancje.
Antyferromagnesy - mają zrównoważony moment magnetyczny, co skutkuje niskim stopniem namagnesowania substancji. Po podgrzaniu przechodzą przemianę fazową substancji, w której powstają właściwości paramagnetyczne. Gdy temperatura spadnie poniżej określonej granicy, takie właściwości nie pojawią się (chrom, mangan).

Rozważane magnesy są również podzielone na dwie dodatkowe kategorie:

Miękkie materiały magnetyczne . Mają niską siłę przymusu. W słabych polach magnetycznych mogą się nasycać. Podczas procesu odwracania magnesowania mają one nieznaczne straty. W rezultacie takie materiały są wykorzystywane do produkcji rdzeni do urządzeń elektrycznych działających na napięcie przemienne (generator,).
twardy magnes materiały. Mają zwiększoną wartość siły przymusu. Aby je ponownie namagnesować, potrzebne jest silne pole magnetyczne. Takie materiały są wykorzystywane do produkcji magnesów trwałych.

Właściwości magnetyczne różnych substancji znajdują zastosowanie w projektach technicznych i wynalazkach.

Obwody magnetyczne

Połączenie kilku substancji magnetycznych nazywa się obwodem magnetycznym. Są to podobieństwa i określają je analogiczne prawa matematyki.

Na podstawie obwodów magnetycznych działają urządzenia elektryczne, indukcyjności. W działającym elektromagnesie przepływ przepływa przez obwód magnetyczny wykonany z materiału ferromagnetycznego i powietrza, które nie jest ferromagnesem. Połączenie tych elementów to obwód magnetyczny. Wiele urządzeń elektrycznych zawiera w swojej konstrukcji obwody magnetyczne.

Według współczesnych koncepcji powstał około 4,5 miliarda lat temu i od tego momentu nasza planeta jest otoczona polem magnetycznym. Wszystko na Ziemi, w tym ludzie, zwierzęta i rośliny, jest nią dotknięte.

Pole magnetyczne rozciąga się na wysokość około 100 000 km (ryc. 1). Odbija lub wychwytuje cząsteczki wiatru słonecznego, które są szkodliwe dla wszystkich żywych organizmów. Te naładowane cząstki tworzą pas promieniowania Ziemi, a cały obszar przestrzeni okołoziemskiej, w którym się znajdują, nazywa się magnetosfera(Rys. 2). Po stronie Ziemi oświetlonej przez Słońce magnetosfera jest ograniczona sferyczną powierzchnią o promieniu około 10-15 promieni Ziemi, a po przeciwnej stronie jest wydłużona jak warkocz komety na odległość nawet kilku tysięcy Promienie Ziemi, tworzące ogon geomagnetyczny. Magnetosfera jest oddzielona od pola międzyplanetarnego obszarem przejściowym.

Bieguny magnetyczne Ziemi

Oś magnesu ziemskiego jest nachylona względem osi obrotu Ziemi o 12°. Znajduje się około 400 km od środka Ziemi. Punkty, w których ta oś przecina powierzchnię planety, to bieguny magnetyczne. Bieguny magnetyczne Ziemi nie pokrywają się z prawdziwymi biegunami geograficznymi. Obecnie współrzędne biegunów magnetycznych są następujące: północ - 77 ° N.L. i 102°W; południowy - (65 ° S i 139 ° E).

Ryż. 1. Struktura ziemskiego pola magnetycznego

Ryż. 2. Struktura magnetosfery

Linie sił biegnące od jednego bieguna magnetycznego do drugiego nazywamy meridiany magnetyczne. Pomiędzy południkami magnetycznymi i geograficznymi powstaje kąt, tzw deklinacja magnetyczna. Każde miejsce na Ziemi ma swój własny kąt nachylenia. W rejonie Moskwy kąt deklinacji wynosi 7° na wschód, aw Jakucku około 17° na zachód. Oznacza to, że północny kraniec kompasu w Moskwie odchyla się o T na prawo od południka geograficznego przechodzącego przez Moskwę, aw Jakucku - o 17 ° na lewo od odpowiedniego południka.

Swobodnie zawieszona igła magnetyczna znajduje się poziomo tylko na linii równika magnetycznego, który nie pokrywa się z geograficznym. Jeśli przesuniesz się na północ od równika magnetycznego, północny koniec strzałki będzie stopniowo opadał. Nazywa się kąt utworzony przez igłę magnetyczną i płaszczyznę poziomą nachylenie magnetyczne. Na północnym i południowym biegunie magnetycznym nachylenie magnetyczne jest największe. Jest równy 90°. Na północnym biegunie magnetycznym swobodnie zawieszona igła magnetyczna zostanie zainstalowana pionowo północnym końcem w dół, a na południowym biegunie magnetycznym jej południowy koniec opadnie. W ten sposób igła magnetyczna wskazuje kierunek linii pola magnetycznego nad powierzchnią ziemi.

Z biegiem czasu zmienia się położenie biegunów magnetycznych względem powierzchni ziemi.

Biegun magnetyczny został odkryty przez odkrywcę Jamesa C. Rossa w 1831 roku, setki kilometrów od jego obecnego położenia. Rocznie pokonuje średnio 15 km. W ostatnich latach prędkość ruchu biegunów magnetycznych dramatycznie wzrosła. Na przykład północny biegun magnetyczny porusza się obecnie z prędkością około 40 km rocznie.

Nazywa się to odwróceniem biegunów magnetycznych Ziemi inwersja pola magnetycznego.

W całej historii geologicznej naszej planety pole magnetyczne Ziemi zmieniało swoją biegunowość ponad 100 razy.

Pole magnetyczne charakteryzuje się intensywnością. W niektórych miejscach na Ziemi linie pola magnetycznego odbiegają od normalnego pola, tworząc anomalie. Na przykład w rejonie Kurskiej Anomalii Magnetycznej (KMA) natężenie pola jest czterokrotnie wyższe niż normalnie.

Istnieją dobowe zmiany w polu magnetycznym Ziemi. Przyczyną tych zmian w ziemskim polu magnetycznym są prądy elektryczne płynące w atmosferze na dużych wysokościach. Powstają pod wpływem promieniowania słonecznego. Pod działaniem wiatru słonecznego pole magnetyczne Ziemi ulega zniekształceniu i uzyskuje „ogon” w kierunku od Słońca, który rozciąga się na setki tysięcy kilometrów. Jak już wiemy, głównym powodem pojawienia się wiatru słonecznego są ogromne wyrzuty materii z korony Słońca. Zbliżając się do Ziemi zamieniają się w chmury magnetyczne i prowadzą do silnych, czasem ekstremalnych zaburzeń na Ziemi. Szczególnie silne zaburzenia ziemskiego pola magnetycznego - burze magnetyczne. Niektóre burze magnetyczne rozpoczynają się nieoczekiwanie i prawie jednocześnie na całej Ziemi, podczas gdy inne rozwijają się stopniowo. Mogą trwać godzinami, a nawet dniami. Często burze magnetyczne występują 1-2 dni po rozbłysku słonecznym z powodu przejścia Ziemi przez strumień cząstek wyrzucanych przez Słońce. Na podstawie czasu opóźnienia prędkość takiego strumienia cząsteczkowego szacuje się na kilka milionów km/h.

Podczas silnych burz magnetycznych normalne działanie telegrafu, telefonu i radia zostaje zakłócone.

Burze magnetyczne są często obserwowane na szerokości geograficznej 66-67° (w strefie zorzy polarnej) i występują jednocześnie z zorzą polarną.

Struktura ziemskiego pola magnetycznego zmienia się w zależności od szerokości geograficznej obszaru. Przenikalność pola magnetycznego wzrasta w kierunku biegunów. Powyżej obszarów polarnych linie pola magnetycznego są mniej więcej prostopadłe do powierzchni ziemi i mają kształt lejka. Przez nie część wiatru słonecznego od strony dziennej przenika do magnetosfery, a następnie do górnych warstw atmosfery. Cząstki z ogona magnetosfery również pędzą tutaj podczas burz magnetycznych, docierając do granic górnej atmosfery na dużych szerokościach geograficznych półkuli północnej i południowej. To właśnie te naładowane cząstki powodują tutaj zorze polarne.

Tak więc burze magnetyczne i dobowe zmiany pola magnetycznego tłumaczy się, jak już się dowiedzieliśmy, promieniowaniem słonecznym. Ale jaki jest główny powód, który tworzy trwały magnetyzm Ziemi? Teoretycznie udało się udowodnić, że 99% ziemskiego pola magnetycznego jest spowodowane przez źródła ukryte wewnątrz planety. Główne pole magnetyczne pochodzi ze źródeł znajdujących się w głębi Ziemi. Można je z grubsza podzielić na dwie grupy. Większość z nich związana jest z procesami zachodzącymi w jądrze ziemi, gdzie w wyniku ciągłych i regularnych ruchów substancji przewodzącej prąd elektryczny powstaje układ prądów elektrycznych. Drugi związany jest z faktem, że skały skorupy ziemskiej, namagnesowane głównym polem elektrycznym (polem rdzenia), wytwarzają własne pole magnetyczne, które jest dodawane do pola magnetycznego rdzenia.

Oprócz pola magnetycznego wokół Ziemi istnieją inne pola: a) grawitacyjne; b) elektryczne; c) termiczne.

Pole grawitacyjne Ziemia nazywana jest polem grawitacyjnym. Jest on skierowany wzdłuż pionu prostopadłego do powierzchni geoidy. Gdyby Ziemia miała elipsoidę obrotu, a masy byłyby w niej równomiernie rozłożone, to miałaby normalne pole grawitacyjne. Różnica między natężeniem rzeczywistego pola grawitacyjnego a teoretycznym to anomalia grawitacyjna. Różne składy materiałowe, gęstość skał powodują te anomalie. Ale możliwe są też inne przyczyny. Można je wytłumaczyć następującym procesem - równowagą stałej i stosunkowo lekkiej skorupy ziemskiej na cięższym górnym płaszczu, gdzie ciśnienie leżących warstw jest wyrównane. Prądy te powodują deformacje tektoniczne, ruch płyt litosferycznych, a tym samym tworzą makrorzeźbę Ziemi. Grawitacja utrzymuje atmosferę, hydrosferę, ludzi, zwierzęta na Ziemi. Podczas badania procesów w obwiedni geograficznej należy wziąć pod uwagę siłę grawitacji. Termin " geotropizm”nazwij ruchy wzrostowe organów roślinnych, które pod wpływem siły grawitacji zawsze zapewniają pionowy kierunek wzrostu korzenia pierwotnego prostopadły do ​​​​powierzchni Ziemi. Biologia grawitacyjna wykorzystuje rośliny jako obiekty doświadczalne.

Bez uwzględnienia grawitacji niemożliwe jest obliczenie początkowych danych do wystrzelenia rakiet i statków kosmicznych, dokonanie grawimetrycznej eksploracji rud, wreszcie niemożliwy jest dalszy rozwój astronomii, fizyki i innych nauk.