Pozri tiež: Portál: Fyzika

Magnetické pole môže byť vytvorené prúdom nabitých častíc a/alebo magnetickými momentmi elektrónov v atómoch (a magnetickými momentmi iných častíc, aj keď v oveľa menšej miere) (permanentné magnety).

Okrem toho sa objavuje v prítomnosti časovo premenného elektrického poľa.

Hlavnou výkonovou charakteristikou magnetického poľa je vektor magnetickej indukcie (vektor indukcie magnetického poľa) . Z matematického hľadiska ide o vektorové pole, ktoré definuje a špecifikuje fyzikálny pojem magnetického poľa. Vektor magnetickej indukcie sa často kvôli stručnosti nazýva jednoducho magnetické pole (aj keď to pravdepodobne nie je najprísnejšie použitie tohto termínu).

Ďalšou základnou charakteristikou magnetického poľa (alternatívna magnetická indukcia as ňou úzko súvisiaca, fyzikálna hodnota sa jej prakticky rovná) je vektorový potenciál .

Magnetické pole možno nazvať špeciálnym druhom hmoty, prostredníctvom ktorej dochádza k interakcii medzi pohybujúcimi sa nabitými časticami alebo telesami, ktoré majú magnetický moment.

Magnetické polia sú nevyhnutným (v kontexte) dôsledkom existencie elektrických polí.

• Z hľadiska kvantovej teórie poľa magnetickú interakciu - ako špeciálny prípad elektromagnetickej interakcie prenáša fundamentálny bezhmotný bozón - fotón (častica, ktorá môže byť reprezentovaná ako kvantová excitácia elektromagnetického poľa), často (napr. napríklad vo všetkých prípadoch statických polí) - virtuálne.

Zdroje magnetického poľa

Magnetické pole je vytvárané (generované) prúdom nabitých častíc alebo časovo premenlivým elektrickým poľom alebo vnútornými magnetickými momentmi častíc (druhé môžu byť v záujme rovnomernosti obrazu formálne zmenšené). na elektrické prúdy).

kalkulácia

V jednoduchých prípadoch možno magnetické pole vodiča s prúdom (vrátane prípadu prúdu rozloženého ľubovoľne po objeme alebo priestore) zistiť z Biot-Savart-Laplaceovho zákona alebo z cirkulačnej vety (je to tiež Ampérov zákon). V princípe je táto metóda obmedzená na prípad (aproximáciu) magnetostatiky - teda prípad konštantných (ak hovoríme o striktnej použiteľnosti) alebo skôr pomaly sa meniacich (ak hovoríme o približnom použití) magnetických a elektrických polí.

V zložitejších situáciách sa hľadá ako riešenie Maxwellových rovníc.

Prejav magnetického poľa

Magnetické pole sa prejavuje pôsobením na magnetické momenty častíc a telies, na pohybujúce sa nabité častice (alebo vodiče s prúdom). Sila pôsobiaca na elektricky nabitú časticu pohybujúcu sa v magnetickom poli sa nazýva Lorentzova sila, ktorá je vždy smerovaná kolmo na vektory. v a B. Je úmerná náboju častice q, zložka rýchlosti v, kolmo na smer vektora magnetického poľa B a veľkosť indukcie magnetického poľa B. V sústave jednotiek SI je Lorentzova sila vyjadrená takto:

v systéme jednotiek CGS:

kde hranaté zátvorky označujú vektorový súčin.

Taktiež (v dôsledku pôsobenia Lorentzovej sily na nabité častice pohybujúce sa pozdĺž vodiča) pôsobí magnetické pole na vodič prúdom. Sila pôsobiaca na vodič s prúdom sa nazýva ampérová sila. Táto sila je súčtom síl pôsobiacich na jednotlivé náboje pohybujúce sa vo vnútri vodiča.

Interakcia dvoch magnetov

Jedným z najbežnejších prejavov magnetického poľa v bežnom živote je interakcia dvoch magnetov: rovnaké póly sa odpudzujú, opačné sa priťahujú. Zdá sa lákavé opísať interakciu medzi magnetmi ako interakciu medzi dvoma monopólmi a z formálneho hľadiska je táto myšlienka celkom realizovateľná a často veľmi pohodlná, a teda prakticky užitočná (pri výpočtoch); podrobná analýza však ukazuje, že v skutočnosti nejde o úplne správny popis javu (najzrejmejšou otázkou, ktorú nemožno v rámci takéhoto modelu vysvetliť, je otázka, prečo nikdy nemožno oddeliť monopoly, teda prečo experiment ukazuje, že žiadne izolované teleso v skutočnosti nemá magnetický náboj, navyše slabinou modelu je, že nie je aplikovateľný na magnetické pole vytvorené makroskopickým prúdom, čo znamená, že ak sa nepovažuje za čisto formálna technika, vedie len ku komplikácii teórie v základnom zmysle).

Správnejšie by bolo povedať, že na magnetický dipól umiestnený v nehomogénnom poli pôsobí sila, ktorá má tendenciu ho otáčať tak, že magnetický moment dipólu je spolusmerovaný s magnetickým poľom. Žiadny magnet však nevykazuje (úplnú) silu z rovnomerného magnetického poľa. Sila pôsobiaca na magnetický dipól s magnetickým momentom m vyjadruje sa vzorcom:

Silu pôsobiacu na magnet (nie je to jednobodový dipól) z nehomogénneho magnetického poľa možno určiť súčtom všetkých síl (definovaných týmto vzorcom) pôsobiacich na elementárne dipóly, ktoré tvoria magnet.

Je však možný prístup, ktorý redukuje interakciu magnetov na ampérovú silu a samotný vzorec pre silu pôsobiacu na magnetický dipól možno získať aj na základe ampérovej sily.

Fenomén elektromagnetickej indukcie

vektorové pole H merané v ampéroch na meter (A/m) v sústave SI a v oerstedoch v CGS. Oerstedy a gausses sú identické veličiny, ich oddelenie je čisto terminologické.

Energia magnetického poľa

Prírastok hustoty energie magnetického poľa je:

H- sila magnetického poľa, B- magnetická indukcia

Pri lineárnej tenzorovej aproximácii je magnetická permeabilita tenzor (označujeme ho ) a násobenie vektora ňou je násobenie tenzora (matice):

alebo v komponentoch.

Hustota energie v tejto aproximácii sa rovná:

- zložky tenzora magnetickej permeability, - tenzor reprezentovaný maticou inverznou k matici tenzora magnetickej permeability, - magnetická konštanta

Keď sú súradnicové osi zvolené tak, aby sa zhodovali s hlavnými osami tenzora magnetickej permeability, vzorce v komponentoch sú zjednodušené:

sú diagonálne zložky tenzora magnetickej permeability v jeho vlastných osiach (ostatné zložky v týchto špeciálnych súradniciach - a len v nich! - sa rovnajú nule).

V izotropnom lineárnom magnete:

- relatívna magnetická permeabilita

Vo vákuu a:

Energiu magnetického poľa v induktore možno nájsť podľa vzorca:

Ф - magnetický tok, I - prúd, L - indukčnosť cievky alebo cievky s prúdom.

Magnetické vlastnosti látok

Zo zásadného hľadiska, ako už bolo spomenuté vyššie, magnetické pole môže byť vytvárané (a teda - v kontexte tohto odseku - aj zoslabované alebo zosilnené) striedavým elektrickým poľom, elektrickými prúdmi vo forme prúdov nabitých častíc resp. magnetické momenty častíc.

Špecifická mikroskopická štruktúra a vlastnosti rôznych látok (ako aj ich zmesí, zliatin, stavov agregácie, kryštalických modifikácií atď.) vedú k tomu, že na makroskopickej úrovni sa môžu pri pôsobení vonkajšieho magnetického poľa správať úplne inak. (najmä jeho oslabenie alebo zosilnenie v rôznej miere).

V tomto ohľade sú látky (a médiá vo všeobecnosti) vo vzťahu k ich magnetickým vlastnostiam rozdelené do nasledujúcich hlavných skupín:

• Antiferomagnetiká sú látky, v ktorých je stanovené antiferomagnetické usporiadanie magnetických momentov atómov alebo iónov: magnetické momenty látok smerujú opačne a majú rovnakú silu.
• Diamagnety sú látky, ktoré sú magnetizované proti smeru vonkajšieho magnetického poľa.
• Paramagnety sú látky, ktoré sú magnetizované vo vonkajšom magnetickom poli v smere vonkajšieho magnetického poľa.
• Feromagnetiká sú látky, v ktorých sa pod určitou kritickou teplotou (Curieho bod) vytvorí feromagnetický rad magnetických momentov s dlhým dosahom.
• Ferimagnety - materiály, v ktorých magnetické momenty látky smerujú opačne a nemajú rovnakú silu.
• Vyššie uvedené skupiny látok zahŕňajú najmä bežné pevné alebo (niektoré) kvapalné látky, ako aj plyny. Interakcia s magnetickým poľom supravodičov a plazmy sa výrazne líši.

Toki Foucault

Foucaultove prúdy (vírivé prúdy) - uzavreté elektrické prúdy v masívnom vodiči vznikajúce zmenou magnetického toku, ktorý ním preniká. Sú to indukčné prúdy vznikajúce vo vodivom telese buď v dôsledku zmeny v čase magnetického poľa, v ktorom sa nachádza, alebo v dôsledku pohybu telesa v magnetickom poli, čo vedie k zmene magnetického toku cez tela alebo akejkoľvek jeho časti. Podľa Lenzovho pravidla je magnetické pole Foucaultových prúdov nasmerované tak, aby pôsobilo proti zmene magnetického toku, ktorý tieto prúdy indukuje.

História vývoja myšlienok o magnetickom poli

Hoci magnety a magnetizmus boli známe oveľa skôr, štúdium magnetického poľa sa začalo v roku 1269, keď francúzsky vedec Peter Peregrine (rytier Pierre z Méricourtu) zaznamenal magnetické pole na povrchu guľového magnetu pomocou oceľových ihiel a zistil, že výsledné siločiary magnetického poľa sa pretínali v dvoch bodoch, ktoré nazval „póly“ analogicky s pólmi Zeme. Takmer o tri storočia neskôr použil William Gilbert Colchester dielo Petra Peregrinusa a po prvý raz definitívne uviedol, že samotná Zem je magnetom. Vydané v roku 1600, Gilbertova práca De Magnete, položil základy magnetizmu ako vedy.

Tri objavy v rade spochybnili tento „základ magnetizmu“. Po prvé, v roku 1819 Hans Christian Oersted zistil, že elektrický prúd vytvára okolo seba magnetické pole. Potom, v roku 1820, André-Marie Ampère ukázal, že paralelné drôty prenášajúce prúd v rovnakom smere sa navzájom priťahujú. Nakoniec Jean-Baptiste Biot a Félix Savard objavili v roku 1820 zákon nazývaný Biot-Savart-Laplaceov zákon, ktorý správne predpovedal magnetické pole okolo akéhokoľvek vodiča pod napätím.

Po rozšírení týchto experimentov publikoval Ampère v roku 1825 svoj vlastný úspešný model magnetizmu. V ňom ukázal ekvivalenciu elektrického prúdu v magnetoch a namiesto dipólov magnetických nábojov v Poissonovom modeli navrhol myšlienku, že magnetizmus je spojený s neustále tečúcimi prúdovými slučkami. Táto myšlienka vysvetľovala, prečo nebolo možné izolovať magnetický náboj. Okrem toho Ampère odvodil po ňom pomenovaný zákon, ktorý podobne ako Biot-Savart-Laplaceov zákon správne popisoval magnetické pole produkované jednosmerným prúdom a bola zavedená aj teoréma cirkulácie magnetického poľa. Aj v tejto práci Ampère zaviedol termín „elektrodynamika“, aby opísal vzťah medzi elektrinou a magnetizmom.

Hoci sila magnetického poľa pohybujúceho sa elektrického náboja zahrnutá v Ampérovom zákone nebola výslovne uvedená, v roku 1892 ju Hendrik Lorentz odvodil z Maxwellových rovníc. Zároveň bola v podstate dokončená klasická teória elektrodynamiky.

Dvadsiate storočie rozšírilo názory na elektrodynamiku vďaka vzniku teórie relativity a kvantovej mechaniky. Albert Einstein vo svojom článku z roku 1905, kde bola podložená jeho teória relativity, ukázal, že elektrické a magnetické polia sú súčasťou toho istého javu, uvažovaného v rôznych referenčných rámcoch. (Pozri problém s pohyblivým magnetom a vodičom – myšlienkový experiment, ktorý nakoniec pomohol Einsteinovi vyvinúť špeciálnu teóriu relativity). Nakoniec bola kvantová mechanika kombinovaná s elektrodynamikou za vzniku kvantovej elektrodynamiky (QED).

pozri tiež

• Vizualizér magnetického filmu

Poznámky

1. TSB. 1973, "Sovietska encyklopédia".
2. V určitých prípadoch môže magnetické pole existovať aj bez elektrického poľa, ale vo všeobecnosti je magnetické pole hlboko prepojené s elektrickým poľom, a to dynamicky (vzájomné generovanie striedaním elektrických a magnetických polí), ako aj v pocit, že pri prechode do nového referenčného rámca sú magnetické a elektrické pole vyjadrené cez seba, to znamená, že vo všeobecnosti ich nemožno bezpodmienečne oddeliť.
3. Yavorsky B. M., Detlaf A. A. Handbook of Physics: 2. vydanie, prepracované. - M .: Veda, Hlavné vydanie fyzikálnej a matematickej literatúry, 1985, - 512 s.
4. V SI sa magnetická indukcia meria v teslach (T), v systéme cgs v gaussoch.
5. V sústave jednotiek CGS sa presne zhodujú, v SI sa líšia konštantným koeficientom, čo samozrejme nemení fakt ich praktickej fyzickej identity.
6. Najdôležitejší a povrchný rozdiel je v tom, že sila pôsobiaca na pohybujúcu sa časticu (alebo na magnetický dipól) sa vypočítava z hľadiska a nie z hľadiska . Akákoľvek iná fyzikálne správna a zmysluplná metóda merania ju tiež umožní zmerať, aj keď niekedy sa ukáže, že je vhodnejšia pre formálny výpočet - aký zmysel má v skutočnosti zavedenie tejto pomocnej veličiny (inak by sme to urobili úplne bez neho, iba pomocou
7. Malo by sa však dobre chápať, že množstvo základných vlastností tejto „hmoty“ sa zásadne líši od vlastností bežného typu „hmoty“, ktoré by sa dali označiť pojmom „látka“.
8. Pozri Ampérovu vetu.
9. Pre homogénne pole dáva tento výraz nulovú silu, pretože všetky derivácie sú rovné nule B podľa súradníc.
10. Sivukhin D.V. Všeobecný kurz fyziky. - Ed. 4., stereotypné. - M .: Fizmatlit; Vydavateľstvo MIPT, 2004. - ročník III. Elektrina. - 656 s. - ISBN 5-9221-0227-3; ISBN 5-89155-086-5.

Dobrý deň, dnes sa dozviete čo je magnetické pole a odkiaľ pochádza.

Každý človek na planéte aspoň raz, ale zachoval si magnet v ruke. Počnúc suvenírovými magnetmi na chladničku alebo pracovnými magnetmi na zber železného peľu a oveľa viac. V detstve to bola zábavná hračka, ktorá sa držala black metalu, ale nie iných kovov. Aké je teda tajomstvo magnetu a jeho magnetické pole.

Čo je magnetické pole

V akom bode sa magnet začne priťahovať k sebe? Okolo každého magnetu je magnetické pole, do ktorého padajúce predmety sa k nemu začínajú priťahovať. Veľkosť takéhoto poľa sa môže meniť v závislosti od veľkosti magnetu a jeho vlastných vlastností.

Výraz z Wikipédie:

Magnetické pole - silové pole pôsobiace na pohybujúce sa elektrické náboje a na telesá s magnetickým momentom, bez ohľadu na stav ich pohybu, magnetická zložka elektromagnetického poľa.

Odkiaľ pochádza magnetické pole

Magnetické pole môže byť vytvorené prúdom nabitých častíc alebo magnetickými momentmi elektrónov v atómoch, ako aj magnetickými momentmi iných častíc, aj keď v oveľa menšej miere.

Prejav magnetického poľa

Magnetické pole sa prejavuje pôsobením na magnetické momenty častíc a telies, na pohybujúce sa nabité častice alebo vodiče s . Sila pôsobiaca na elektricky nabitú časticu pohybujúcu sa v magnetickom poli je nazývaná Lorentzova sila, ktorý smeruje vždy kolmo na vektory v a B. Je úmerný náboju častice q, zložke rýchlosti v, kolmej na smer vektora magnetického poľa B a veľkosti indukcie magnetického poľa. B.

Aké predmety majú magnetické pole

Často na to nemyslíme, ale mnohé (ak nie všetky) predmety okolo nás sú magnety. Sme zvyknutí na to, že magnet je kamienok s výraznou príťažlivou silou voči sebe, ale v skutočnosti má príťažlivú silu takmer všetko, len je oveľa nižšia. Zoberme si aspoň našu planétu – neodlietame do vesmíru, hoci sa na povrchu ničím nedržíme. Pole Zeme je oveľa slabšie ako pole kamienkového magnetu, preto nás drží len vďaka svojej obrovskej veľkosti - ak ste niekedy videli ľudí kráčať po Mesiaci (ktorý má štyrikrát menší priemer), jednoznačne pochopiť, o čom hovoríme. Príťažlivosť Zeme je založená predovšetkým na kovových komponentoch, jej kôre a jadre - majú silné magnetické pole. Možno ste počuli, že v blízkosti veľkých ložísk železnej rudy prestávajú kompasy ukazovať správny smer na sever – je to preto, že princíp kompasu je založený na interakcii magnetických polí a železná ruda priťahuje svoju strelku.

Magnetické pole je špeciálna forma hmoty, ktorú vytvárajú magnety, vodiče s prúdom (pohybujúce sa nabité častice) a ktorú možno detekovať interakciou magnetov, vodičov s prúdom (pohybujúce sa nabité častice).

Oerstedova skúsenosť

Prvými pokusmi (uskutočnenými v roku 1820), ktoré ukázali, že medzi elektrickými a magnetickými javmi existuje hlboké prepojenie, boli pokusy dánskeho fyzika H. Oersteda.

Magnetická ihla umiestnená v blízkosti vodiča sa otáča o určitý uhol, keď je vo vodiči zapnutý prúd. Po otvorení okruhu sa šípka vráti do pôvodnej polohy.

Zo skúsenosti G. Oersteda vyplýva, že okolo tohto vodiča je magnetické pole.

Ampérový zážitok
Dva paralelné vodiče, cez ktoré preteká elektrický prúd, sa navzájom ovplyvňujú: priťahujú sa, ak sú prúdy v rovnakom smere, a odpudzujú, ak sú prúdy v opačnom smere. Je to spôsobené interakciou magnetických polí, ktoré vznikajú okolo vodičov.

Vlastnosti magnetického poľa

1. Materiálne, t.j. existuje nezávisle od nás a našich vedomostí o ňom.

2. Vytvorené magnetmi, vodičmi s prúdom (pohybujúce sa nabité častice)

3. Zistené interakciou magnetov, vodičov s prúdom (pohybujúce sa nabité častice)

4. Pôsobí na magnety, vodiče s prúdom (pohybujúce sa nabité častice) nejakou silou

5. V prírode neexistujú žiadne magnetické náboje. Nemôžete oddeliť severný a južný pól a získať telo s jedným pólom.

6. Dôvod, prečo majú telesá magnetické vlastnosti, našiel francúzsky vedec Ampère. Ampere predložil záver, že magnetické vlastnosti akéhokoľvek telesa sú určené uzavretými elektrickými prúdmi vo vnútri.

Tieto prúdy predstavujú pohyb elektrónov po dráhach v atóme.

Ak sú roviny, v ktorých tieto prúdy cirkulujú, umiestnené voči sebe náhodne v dôsledku tepelného pohybu molekúl, ktoré tvoria teleso, potom sa ich interakcie vzájomne kompenzujú a teleso nevykazuje žiadne magnetické vlastnosti.

A naopak: ak sú roviny, v ktorých sa elektróny otáčajú, navzájom rovnobežné a smery normál k týmto rovinám sa zhodujú, potom takéto látky zosilňujú vonkajšie magnetické pole.

7. Magnetické sily pôsobia v magnetickom poli v určitých smeroch, ktoré sa nazývajú magnetické siločiary. S ich pomocou môžete pohodlne a prehľadne ukázať magnetické pole v konkrétnom prípade.

Aby bolo magnetické pole presnejšie znázornené, dohodli sme sa na tých miestach, kde je pole silnejšie, na znázornení siločiar umiestnených hustejšie, t.j. bližšie k sebe. A naopak, na miestach, kde je pole slabšie, sú siločiary zobrazené v menšom počte, t.j. menej často lokalizované.

8. Magnetické pole charakterizuje vektor magnetickej indukcie.

Vektor magnetickej indukcie je vektorová veličina, ktorá charakterizuje magnetické pole.

Smer vektora magnetickej indukcie sa zhoduje so smerom severného pólu voľnej magnetickej ihly v danom bode.

Smer vektora indukcie poľa a sila prúdu I súvisia podľa „pravidla správnej skrutky (gimletu)“:

ak zaskrutkujete gimlet v smere prúdu vo vodiči, potom sa smer rýchlosti pohybu konca jeho rukoväte v danom bode zhoduje so smerom vektora magnetickej indukcie v tomto bode.

Keď sú pripojené k dvom paralelným vodičom elektrického prúdu, budú sa priťahovať alebo odpudzovať v závislosti od smeru (polarity) pripojeného prúdu. Vysvetľuje sa to objavením sa špeciálneho druhu hmoty okolo týchto vodičov. Táto látka sa nazýva magnetické pole (MF). Magnetická sila je sila, ktorou na seba vodiče pôsobia.

Teória magnetizmu vznikla v staroveku, v starovekej civilizácii Ázie. V Magnesii v horách našli zvláštnu skalu, ktorej kúsky by sa mohli navzájom priťahovať. Podľa názvu miesta sa toto plemeno nazývalo "magnety". Tyčový magnet obsahuje dva póly. Jeho magnetické vlastnosti sú obzvlášť výrazné na póloch.

Magnet visiaci na niti bude svojimi pólmi ukazovať strany horizontu. Jeho póly budú otočené na sever a juh. Na tomto princípe funguje kompas. Protiľahlé póly dvoch magnetov sa priťahujú a podobné póly odpudzujú.

Vedci zistili, že magnetizovaná ihla, umiestnená v blízkosti vodiča, sa odchyľuje, keď ňou prechádza elektrický prúd. To naznačuje, že sa okolo neho vytvára MF.

Magnetické pole ovplyvňuje:

Pohybujúce sa elektrické náboje.
Látky nazývané feromagnetika: železo, liatina, ich zliatiny.

Permanentné magnety sú telesá, ktoré majú spoločný magnetický moment nabitých častíc (elektrónov).

1 - Južný pól magnetu
2 - Severný pól magnetu
3 - MP na príklade kovových pilín
4 - Smer magnetického poľa

Čiary poľa sa objavia, keď sa permanentný magnet priblíži k hárku papiera, na ktorý je nasypaná vrstva železných pilín. Na obrázku sú zreteľne znázornené miesta pólov s orientovanými siločiarami.

Zdroje magnetického poľa

• Elektrické pole, ktoré sa mení s časom.
• mobilné poplatky.
• permanentné magnety.

Permanentné magnety poznáme už od detstva. Používali sa ako hračky, ktoré k sebe priťahovali rôzne kovové časti. Boli pripevnené na chladničke, boli zabudované do rôznych hračiek.

Elektrické náboje, ktoré sú v pohybe, majú často väčšiu magnetickú energiu ako permanentné magnety.

Vlastnosti

• Hlavným rozlišovacím znakom a vlastnosťou magnetického poľa je relativita. Ak nabité telo zostane nehybné v určitom referenčnom rámci a magnetická ihla je umiestnená blízko, potom bude ukazovať na sever a zároveň nebude „cítiť“ cudzie pole, s výnimkou zemského poľa. . A ak sa nabité telo začne pohybovať v blízkosti šípky, potom sa okolo tela objaví magnetické pole. V dôsledku toho je zrejmé, že MF sa vytvára iba vtedy, keď sa určitý náboj pohybuje.
• Magnetické pole je schopné ovplyvňovať a ovplyvňovať elektrický prúd. Dá sa zistiť sledovaním pohybu nabitých elektrónov. V magnetickom poli sa častice s nábojom budú odchyľovať, vodiče s pretekajúcim prúdom sa budú pohybovať. Rám poháňaný prúdom sa bude otáčať a magnetizované materiály sa posunú o určitú vzdialenosť. Strelka kompasu je najčastejšie sfarbená do modra. Je to pás z magnetizovanej ocele. Kompas je vždy orientovaný na sever, pretože Zem má magnetické pole. Celá planéta je so svojimi pólmi ako veľký magnet.

Magnetické pole nie je vnímané ľudskými orgánmi a môže byť detekované iba špeciálnymi zariadeniami a senzormi. Je variabilný a trvalý. Striedavé pole je zvyčajne vytvorené špeciálnymi induktormi, ktoré fungujú na striedavý prúd. Konštantné pole je tvorené konštantným elektrickým poľom.

pravidlá

Zvážte základné pravidlá pre obraz magnetického poľa pre rôzne vodiče.

gimletové pravidlo

Siločiara je znázornená v rovine, ktorá je umiestnená pod uhlom 90° k aktuálnej dráhe, takže sila v každom bode smeruje tangenciálne k priamke.

Na určenie smeru magnetických síl si musíte pamätať na pravidlo gimletu s pravým závitom.

Vložka musí byť umiestnená pozdĺž rovnakej osi ako vektor prúdu, rukoväť musí byť otočená tak, aby sa gimlet pohyboval v smere svojho smeru. V tomto prípade sa orientácia čiar určuje otočením rukoväte gimletu.

Pravidlo prsteňového gimletu

Translačný pohyb gimletu vo vodiči vo forme krúžku ukazuje, ako je orientovaná indukcia, rotácia sa zhoduje s tokom prúdu.

Siločiary majú svoje pokračovanie vo vnútri magnetu a nemôžu byť otvorené.

Magnetické pole rôznych zdrojov sa navzájom sčítava. Tým vytvárajú spoločné pole.

Magnety s rovnakým pólom sa navzájom odpudzujú, zatiaľ čo magnety s rôznymi pólmi sa priťahujú. Hodnota sily interakcie závisí od vzdialenosti medzi nimi. Keď sa póly približujú, sila sa zvyšuje.

Parametre magnetického poľa

• Reťazenie streamu ( Ψ ).
• Vektor magnetickej indukcie ( AT).
• Magnetický tok ( F).

Intenzita magnetického poľa sa vypočíta z veľkosti vektora magnetickej indukcie, ktorý závisí od sily F a je tvorený prúdom I vodičom s dĺžkou l: V \u003d F / (I * l).

Magnetická indukcia sa meria v Tesle (Tl), na počesť vedca, ktorý študoval javy magnetizmu a zaoberal sa ich výpočtovými metódami. 1 T sa rovná indukcii magnetického toku silou 1 N na dĺžku 1 m priamy vodič pod uhlom 90 0 v smere poľa s pretekajúcim prúdom jedného ampéra:

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

pravidlo ľavej ruky

Pravidlo nájde smer vektora magnetickej indukcie.

Ak je dlaň ľavej ruky umiestnená v poli tak, že čiary magnetického poľa vstupujú do dlane od severného pólu pod 90 0 a 4 prsty sú umiestnené pozdĺž prúdu, palec ukáže smer magnetickej sily .

Ak je vodič pod iným uhlom, potom bude sila priamo závisieť od prúdu a priemetu vodiča na rovinu v pravom uhle.

Sila nezávisí od druhu materiálu vodiča a jeho prierezu. Ak neexistuje žiadny vodič a náboje sa pohybujú v inom médiu, sila sa nezmení.

Keď je smer vektora magnetického poľa v jednom smere jednej veľkosti, pole sa nazýva rovnomerné. Rôzne prostredia ovplyvňujú veľkosť vektora indukcie.

magnetický tok

Magnetická indukcia prechádzajúca určitou oblasťou S a ohraničená touto oblasťou je magnetický tok.

Ak má oblasť sklon v určitom uhle α k indukčnej čiare, magnetický tok sa zníži o veľkosť kosínusu tohto uhla. Jeho najväčšia hodnota sa vytvorí, keď je oblasť v pravom uhle k magnetickej indukcii:

F \u003d B * S.

Magnetický tok sa meria v jednotke ako napr "weber", ktorý sa rovná prietoku indukcie o hodnotu 1 t podľa oblasti v 1 m2.

Spojenie toku

Tento koncept sa používa na vytvorenie všeobecnej hodnoty magnetického toku, ktorý je vytvorený z určitého počtu vodičov umiestnených medzi magnetickými pólmi.

Keď rovnaký prúd ja preteká vinutím s počtom závitov n, celkový magnetický tok tvorený všetkými závitmi je väzba toku.

Spojenie toku Ψ merané vo weberoch a rovná sa: Ψ = n * F.

Magnetické vlastnosti

Permeabilita určuje, o koľko je magnetické pole v konkrétnom médiu nižšie alebo vyššie ako indukcia poľa vo vákuu. O látke sa hovorí, že je magnetizovaná, ak má svoje vlastné magnetické pole. Keď sa látka umiestni do magnetického poľa, zmagnetizuje sa.

Vedci určili dôvod, prečo telesá získavajú magnetické vlastnosti. Podľa hypotézy vedcov sa vnútri látok nachádzajú elektrické prúdy mikroskopickej veľkosti. Elektrón má svoj vlastný magnetický moment, ktorý má kvantovú povahu, pohybuje sa po určitej dráhe v atómoch. Práve tieto malé prúdy určujú magnetické vlastnosti.

Ak sa prúdy pohybujú náhodne, potom sa nimi spôsobené magnetické polia samokompenzujú. Vonkajšie pole usporiada prúdy, takže sa vytvorí magnetické pole. Toto je magnetizácia látky.

Rôzne látky možno rozdeliť podľa vlastností interakcie s magnetickými poľami.

Sú rozdelené do skupín:

Paramagnety- látky, ktoré majú magnetizačné vlastnosti v smere vonkajšieho poľa, s nízkou možnosťou magnetizmu. Majú pozitívnu intenzitu poľa. Medzi tieto látky patrí chlorid železitý, mangán, platina atď.
Ferrimagnety- látky s magnetickými momentmi, ktoré sú smerovo a hodnotovo nevyvážené. Vyznačujú sa prítomnosťou nekompenzovaného antiferomagnetizmu. Sila poľa a teplota ovplyvňujú ich magnetickú susceptibilitu (rôzne oxidy).
feromagnetiká- látky so zvýšenou pozitívnou citlivosťou v závislosti od intenzity a teploty (kryštály kobaltu, niklu a pod.).
Diamagnety- majú vlastnosť magnetizácie v opačnom smere ako vonkajšie pole, to znamená zápornú hodnotu magnetickej susceptibility nezávisle od intenzity. V neprítomnosti poľa nebude mať táto látka magnetické vlastnosti. Medzi tieto látky patria: striebro, bizmut, dusík, zinok, vodík a iné látky.
Antiferomagnetiká - majú vyvážený magnetický moment, výsledkom čoho je nízky stupeň magnetizácie látky. Pri zahrievaní prechádzajú fázovým prechodom látky, pri ktorej vznikajú paramagnetické vlastnosti. Keď teplota klesne pod určitú hranicu, takéto vlastnosti sa neprejavia (chróm, mangán).

Uvažované magnety sú tiež rozdelené do dvoch ďalších kategórií:

Mäkké magnetické materiály . Majú nízku donucovaciu silu. V slabých magnetických poliach sa môžu nasýtiť. Počas procesu reverzácie magnetizácie majú nevýznamné straty. Výsledkom je, že takéto materiály sa používajú na výrobu jadier pre elektrické zariadenia pracujúce na striedavé napätie (, generátor,).
tvrdé magnetické materiálov. Majú zvýšenú hodnotu donucovacej sily. Na ich remagnetizáciu je potrebné silné magnetické pole. Takéto materiály sa používajú pri výrobe permanentných magnetov.

Magnetické vlastnosti rôznych látok nachádzajú svoje využitie v technických návrhoch a vynálezoch.

Magnetické obvody

Kombinácia viacerých magnetických látok sa nazýva magnetický obvod. Sú to podobnosti a sú určené analogickými zákonmi matematiky.

Na základe magnetických obvodov fungujú elektrické zariadenia, indukčnosti. Vo funkčnom elektromagnete prúdi prúd cez magnetický obvod vyrobený z feromagnetického materiálu a vzduchu, ktorý nie je feromagnetom. Kombináciou týchto komponentov je magnetický obvod. Mnoho elektrických zariadení obsahuje vo svojom dizajne magnetické obvody.

Podľa moderných predstáv vznikla asi pred 4,5 miliardami rokov a od tohto momentu je naša planéta obklopená magnetickým poľom. Ovplyvňuje to všetko na Zemi, vrátane ľudí, zvierat a rastlín.

Magnetické pole siaha až do výšky asi 100 000 km (obr. 1). Odchyľuje alebo zachytáva častice slnečného vetra, ktoré sú škodlivé pre všetky živé organizmy. Tieto nabité častice tvoria radiačný pás Zeme a celá oblasť blízkozemského priestoru, v ktorej sa nachádzajú, sa nazýva magnetosféra(obr. 2). Na strane Zeme osvetlenej Slnkom je magnetosféra ohraničená guľovou plochou s polomerom asi 10-15 zemských polomerov a na opačnej strane je pretiahnutá ako kometárny chvost do vzdialenosti až niekoľko tis. Zemské polomery, tvoriace geomagnetický chvost. Magnetosféra je oddelená od medziplanetárneho poľa prechodovou oblasťou.

Magnetické póly Zeme

Os zemského magnetu je sklonená vzhľadom na os rotácie zeme o 12°. Nachádza sa asi 400 km od stredu Zeme. Body, v ktorých táto os pretína povrch planéty, sú magnetické póly. Magnetické póly Zeme sa nezhodujú so skutočnými geografickými pólmi. V súčasnosti sú súradnice magnetických pólov nasledovné: sever - 77 ° N.L. a 102° zd; juh - (65 ° J a 139 ° E).

Ryža. 1. Štruktúra magnetického poľa Zeme

Ryža. 2. Štruktúra magnetosféry

Nazývajú sa siločiary, ktoré prebiehajú od jedného magnetického pólu k druhému magnetické meridiány. Medzi magnetickým a geografickým poludníkom vzniká uhol, tzv magnetická deklinácia. Každé miesto na Zemi má svoj vlastný uhol sklonu. V Moskovskej oblasti je uhol sklonu 7° na východ a v Jakutsku asi 17° na západ. To znamená, že severný koniec kompasu v Moskve sa odchyľuje o T vpravo od geografického poludníka prechádzajúceho Moskvou a v Jakutsku - o 17 ° vľavo od príslušného poludníka.

Voľne zavesená magnetická ihla je umiestnená vodorovne iba na línii magnetického rovníka, ktorá sa nezhoduje s geografickou. Ak sa presuniete na sever od magnetického rovníka, potom severný koniec šípky postupne klesne. Uhol, ktorý zviera magnetická ihla a vodorovná rovina, sa nazýva magnetický sklon. Na severných a južných magnetických póloch je magnetický sklon najväčší. Je rovný 90°. Na severnom magnetickom póle bude voľne zavesená magnetická ihla nainštalovaná vertikálne so severným koncom nadol a na južnom magnetickom póle bude jej južný koniec klesať. Magnetická strelka teda ukazuje smer magnetických siločiar nad zemským povrchom.

V priebehu času sa poloha magnetických pólov vzhľadom na zemský povrch mení.

Magnetický pól objavil prieskumník James C. Ross v roku 1831, stovky kilometrov od jeho súčasnej polohy. Priemerne sa za rok presunie 15 km. V posledných rokoch sa rýchlosť pohybu magnetických pólov dramaticky zvýšila. Napríklad severný magnetický pól sa v súčasnosti pohybuje rýchlosťou asi 40 km za rok.

Obrátenie magnetických pólov Zeme je tzv inverzia magnetického poľa.

Počas geologickej histórie našej planéty zmenilo magnetické pole Zeme svoju polaritu viac ako 100-krát.

Magnetické pole je charakterizované intenzitou. Na niektorých miestach na Zemi sa magnetické siločiary odchyľujú od normálneho poľa a vytvárajú anomálie. Napríklad v oblasti Kurskej magnetickej anomálie (KMA) je intenzita poľa štyrikrát vyššia ako normálne.

V magnetickom poli Zeme dochádza k denným zmenám. Dôvodom týchto zmien magnetického poľa Zeme sú elektrické prúdy prúdiace v atmosfére vo veľkých výškach. Spôsobuje ich slnečné žiarenie. Pôsobením slnečného vetra sa magnetické pole Zeme deformuje a získava „chvost“ v smere od Slnka, ktorý sa rozprestiera v dĺžke stoviek tisíc kilometrov. Hlavným dôvodom vzniku slnečného vetra, ako už vieme, sú grandiózne výrony hmoty z koróny Slnka. Pri pohybe k Zemi sa menia na magnetické oblaky a vedú k silným, niekedy až extrémnym poruchám na Zemi. Obzvlášť silné poruchy magnetického poľa Zeme - magnetické búrky. Niektoré magnetické búrky začínajú nečakane a takmer súčasne na celej Zemi, zatiaľ čo iné sa vyvíjajú postupne. Môžu trvať hodiny alebo dokonca dni. Magnetické búrky sa často vyskytujú 1-2 dni po slnečnej erupcii v dôsledku prechodu Zeme cez prúd častíc vyvrhnutých Slnkom. Na základe doby oneskorenia sa rýchlosť takéhoto korpuskulárneho toku odhaduje na niekoľko miliónov km/h.

Počas silných magnetických búrok je narušená bežná prevádzka telegrafu, telefónu a rádia.

Magnetické búrky sú často pozorované v zemepisnej šírke 66-67° (v zóne polárnej žiary) a vyskytujú sa súčasne s polárnymi žiarami.

Štruktúra magnetického poľa Zeme sa mení v závislosti od zemepisnej šírky oblasti. Priepustnosť magnetického poľa sa smerom k pólom zvyšuje. Nad polárnymi oblasťami sú siločiary magnetického poľa viac-menej kolmé na zemský povrch a majú lievikovitú konfiguráciu. Cez ne preniká časť slnečného vetra z dennej strany do magnetosféry a následne do vyšších vrstiev atmosféry. Častice z chvosta magnetosféry sa sem rútia aj počas magnetických búrok a dosahujú hranice hornej atmosféry vo vysokých zemepisných šírkach severnej a južnej pologule. Práve tieto nabité častice tu spôsobujú polárne žiary.

Magnetické búrky a denné zmeny magnetického poľa sa teda, ako sme už zistili, vysvetľujú slnečným žiarením. Aký je však hlavný dôvod, ktorý vytvára permanentný magnetizmus Zeme? Teoreticky sa podarilo dokázať, že 99% magnetického poľa Zeme je spôsobené zdrojmi skrytými vo vnútri planéty. Hlavné magnetické pole je spôsobené zdrojmi umiestnenými v hlbinách Zeme. Možno ich rozdeliť zhruba do dvoch skupín. Väčšina z nich je spojená s procesmi v zemskom jadre, kde v dôsledku nepretržitých a pravidelných pohybov elektricky vodivej látky vzniká sústava elektrických prúdov. Druhý súvisí s tým, že horniny zemskej kôry magnetizované hlavným elektrickým poľom (polom jadra) vytvárajú vlastné magnetické pole, ktoré sa pridáva k magnetickému poľu jadra.

Okrem magnetického poľa okolo Zeme existujú aj ďalšie polia: a) gravitačné; b) elektrické; c) tepelný.

Gravitačné pole Zem sa nazýva gravitačné pole. Smeruje pozdĺž olovnice kolmej na povrch geoidu. Ak by Zem mala rotačný elipsoid a hmoty by v ňom boli rovnomerne rozložené, potom by mala normálne gravitačné pole. Rozdiel medzi intenzitou skutočného gravitačného poľa a teoretickou je anomália gravitácie. Rôzne materiálové zloženie, hustota hornín spôsobujú tieto anomálie. Ale sú možné aj iné dôvody. Možno ich vysvetliť nasledujúcim procesom - rovnováhou pevnej a relatívne ľahkej zemskej kôry na ťažšom vrchnom plášti, kde sa vyrovnáva tlak nadložných vrstiev. Tieto prúdy spôsobujú tektonické deformácie, pohyb litosférických dosiek a tým vytvárajú makroreliéf Zeme. Gravitácia udržuje na Zemi atmosféru, hydrosféru, ľudí, zvieratá. Pri štúdiu procesov v geografickom obale sa musí brať do úvahy sila gravitácie. Termín " geotropizmus“nazývame rastové pohyby rastlinných orgánov, ktoré pod vplyvom gravitačnej sily vždy zabezpečujú vertikálny smer rastu primárneho koreňa kolmo na povrch Zeme. Gravitačná biológia využíva rastliny ako experimentálne objekty.

Ak sa neberie do úvahy gravitácia, nie je možné vypočítať počiatočné údaje pre vypustenie rakiet a kozmických lodí, vykonať gravimetrický prieskum rudných minerálov a napokon ďalší rozvoj astronómie, fyziky a iných vied je nemožný.