Див. також: Портал:Фізика

Магнітне поле може створюватися струмом заряджених частинок та/або магнітними моментами електронів в атомах (і магнітними моментами інших частинок, хоча значно меншою мірою) (постійні магніти).

Крім цього, воно з'являється за наявності електричного поля, що змінюється в часі .

Основною силовою характеристикою магнітного поля є вектор магнітної індукції (Вектор індукції магнітного поля). З математичної точки зору - векторне поле, що визначає та конкретизує фізичне поняття магнітного поля. Нерідко вектор магнітної індукції називається для стислості просто магнітним полем (хоча, напевно, це не найсуворіше вживання терміна).

Ще однією фундаментальною характеристикою магнітного поля (альтернативної магнітної індукції та тісно з нею взаємопов'язаної, практично рівної їй за фізичним значенням) є векторний потенціал .

Магнітне поле можна назвати особливим видом матерії, за допомогою якого здійснюється взаємодія між зарядженими частинками, що рухаються, або тілами, що володіють магнітним моментом.

Магнітні поля є необхідним (в контексті) наслідком існування електричних полів.

• З погляду квантової теорії поля магнітна взаємодія - як окремий випадок електромагнітної взаємодії переноситься фундаментальним безмасовим бозоном - фотоном (часткою, яку можна подати як квантове збудження електромагнітного поля), часто (наприклад, у всіх випадках статичних полів) - віртуальним.

Джерела магнітного поля

Магнітне поле створюється (породжується) струмом заряджених частинок, або змінним у часі електричним полем, або власними магнітними моментами частинок (останні для одноманітності картини можуть бути формально зведені до електричних струмів).

Обчислення

У найпростіших випадках магнітне полі провідника зі струмом (зокрема й у разі струму, розподіленого довільним чином за обсягом чи простору) може бути знайдено із закону Біо - Савара - Лапласа чи теореми про циркуляцію (вона ж - закон Ампера). У принципі, цей спосіб обмежується випадком (наближенням) магнітостатики - тобто випадком постійних (якщо мова йде про сувору застосовність) або досить повільно змінюються (якщо йдеться про наближене застосування) магнітних та електричних полів.

У складніших ситуаціях шукається як рішення рівнянь Максвелла.

Прояв магнітного поля

Магнітне поле проявляється у впливі на магнітні моменти частинок і тіл, на заряджені частинки, що рухаються, (або провідники зі струмом). Сила, що діє на електрично заряджену частинку, що рухається в магнітному полі, називається силою Лоренца, яка завжди спрямована перпендикулярно до векторів. vі B. Вона пропорційна заряду частки qскладової швидкості v, перпендикулярній до напрямку вектора магнітного поля B, та величині індукції магнітного поля B. У системі одиниць СІ сила Лоренца виражається так:

у системі одиниць СГС:

де квадратними дужками позначено векторний добуток.

Також (внаслідок дії сили Лоренца на заряджені частинки, що рухаються по провіднику) магнітне поле діє на провідник зі струмом . Сила, що діє на провідник зі струмом називається силою Ампера. Ця сила складається з сил, що діють на окремі заряди, що рухаються всередині провідника.

Взаємодія двох магнітів

Одне з найпоширеніших у звичайному житті проявів магнітного поля - взаємодія двох магнітів: однакові полюси відштовхуються, протилежні притягуються. Здається привабливим описати взаємодію між магнітами як взаємодія між двома монополями, і з формальної точки зору ця ідея цілком реалізована і часто дуже зручна, а значить практично корисна (у розрахунках); однак детальний аналіз показує, що насправді це не повністю правильний опис явища (найбільш очевидним питанням, що не одержує пояснення в рамках такої моделі, є питання про те, чому монополі ніколи не можуть бути розділені, тобто чому експеримент показує, що жодне ізольоване тіло насправді не має магнітного заряду, крім того, слабкістю моделі є те, що вона не застосовна до магнітного поля, створюваного макроскопічним струмом, а значить, якщо не розглядати її як суто формальний прийом, призводить лише до ускладнення теорії в фундаментальному сенсі).

Правильніше буде сказати, що на магнітний диполь, поміщений у неоднорідне поле, діє сила, яка прагне повернути його так, щоб магнітний момент диполя був спрямований з магнітним полем. Але ніякий магніт не має дії (сумарної) сили з боку однорідного магнітного поля. Сила, що діє на магнітний диполь із магнітним моментом mвиражається за формулою:

Сила, що діє на магніт (який не є одиночним точковим диполем) з боку неоднорідного магнітного поля, може бути визначена підсумовуванням усіх сил (визначених даною формулою), що діють на елементарні диполі, що становлять магніт.

Втім, можливий підхід, що зводить взаємодію магнітів до сили Ампера, а сама формула вища для сили, що діє на магнітний диполь, також може бути отримана, виходячи з сили Ампера.

Явище електромагнітної індукції

Векторне поле Hвимірюється в амперах на метр (А/м) у системі СІ та в ерстедах у СГС. Ерстеди та гауси є тотожними величинами, їх поділ є суто термінологічним.

Енергія магнітного поля

Збільшення щільності енергії магнітного поля дорівнює:

H- Напруженість магнітного поля , B- магнітна індукція

У лінійному тензорному наближенні магнітна проникність є тензор (позначимо його) і множення вектора на неї є тензорне (матричне) множення:

або в компонентах.

Щільність енергії у цьому наближенні дорівнює:

- компоненти тензора магнітної проникності, - тензор, що представиться матрицею, зворотної матриці тензора магнітної проникності, - магнітна постійна

При виборі осей координат збігаються з головними осями тензора магнітної проникності формули в компонентах спрощуються:

- діагональні компоненти тензора магнітної проникності у його власних осях (інші компоненти у даних спеціальних координатах - і лише у них! - дорівнюють нулю).

В ізотропному лінійному магнетиці:

- відносна магнітна проникність

У вакуумі та:

Енергію магнітного поля в котушці індуктивності можна знайти за формулою:

Ф - магнітний потік, I - струм, L - індуктивність котушки або витка зі струмом.

Магнітні властивості речовин

З фундаментальної точки зору, як це було зазначено вище, магнітне поле може створюватися (а значить - у контексті цього параграфа - і послаблюватися або посилюватися) змінним електричним полем, електричними струмами у вигляді потоків заряджених частинок або магнітними моментами частинок.

Конкретні мікроскопічна структура та властивості різних речовин (а також їх сумішей, сплавів, агрегатних станів, кристалічних модифікацій тощо) призводять до того, що на макроскопічному рівні вони можуть поводитися досить різноманітно під дією зовнішнього магнітного поля (зокрема, послаблюючи або посилюючи його різною мірою).

У зв'язку з цим речовини (і взагалі середовища) щодо їх магнітних властивостей поділяються на такі основні групи:

• Антиферомагнетики – речовини, в яких встановився антиферомагнітний порядок магнітних моментів атомів або іонів: магнітні моменти речовин спрямовані протилежно та рівні за силою.
• Діамагнетики - речовини, що намагнічуються проти спрямування зовнішнього магнітного поля.
• Парамагнетики - речовини, що намагнічуються у зовнішньому магнітному полі у напрямку зовнішнього магнітного поля.
• Феромагнетики - речовини, в яких нижче певної критичної температури (точки Кюрі) встановлюється далекий феромагнітний порядок магнітних моментів
• Ферримагнетики - матеріали, у яких магнітні моменти речовини спрямовані протилежно і рівні по силі.
• До перерахованих вище групи речовин здебільшого відносяться звичайні тверді або (до деяких) рідкі речовини, а також гази. Істотно відрізняється взаємодія з магнітним полем надпровідників та плазми.

Токи Фуко

Токи Фуко (вихрові струми) - замкнуті електричні струми в масивному провіднику, що виникають при зміні магнітного потоку, що пронизує його. Вони є індукційними струмами, що утворюються в провідному тілі або внаслідок зміни в часі магнітного поля, в якому воно знаходиться, або внаслідок руху тіла в магнітному полі, що призводить до зміни магнітного потоку через тіло або будь-яку частину. Згідно з правилом Ленца, магнітне поле струмів Фуко спрямоване так, щоб протидіяти зміні магнітного потоку, що індукує ці струми.

Історія розвитку уявлень про магнітне поле

Хоча магніти і магнетизм були відомі набагато раніше, вивчення магнітного поля почалося в 1269 році, коли французький вчений Петро Перегрін (лицар П'єр з Мерікура) відзначив магнітне поле на поверхні сферичного магніту, застосовуючи сталеві голки, і визначив, що лінії магнітного поля, що виходять, перетиналися в двох точках, які він назвав "полюсами" за аналогією з полюсами Землі. Майже через три століття, Вільям Гільберт Колчестер використав працю Петра Перегріна і вперше виразно заявив, що сама Земля є магнітом. Опублікована в 1600 році, робота Гілберта "De Magnete", заклала основи магнетизму як науки

Три відкриття поспіль кинули виклик цій «основі магнетизму». По-перше, в 1819 Ханс Крістіан Ерстед виявив, що електричний струм створює магнітне поле навколо себе. Потім, в 1820 році, Андре-Марі Ампер показав, що паралельні проводи, якими йде струм в тому самому напрямку, притягуються один до одного. Нарешті, Жан-Батіст Біо і Фелікс Савар в 1820 відкрили закон, названий законом Біо-Савара-Лапласа, який правильно передбачав магнітне поле навколо будь-якого дроту, що знаходиться під напругою.

Розширивши ці експерименти, Ампер видав свою власну успішну модель магнетизму у 1825 році. У ній він показав еквівалентність електричного струму в магнітах, і замість диполів магнітних зарядів моделі Пуассона, запропонував ідею, що магнетизм пов'язаний із поточними петлями струму. Ця ідея пояснювала, чому магнітний заряд може бути ізольований. Крім того, Ампер вивів закон, названий його ім'ям, який, як і закон Біо-Савара-Лапласа, правильно описав магнітне поле, яке створюється постійним струмом, а також була введена теорема про циркуляцію магнітного поля. Крім того, в цій роботі Ампер ввів термін «електродинаміка» для опису взаємозв'язку між електрикою і магнетизмом.

Хоча мається на увазі в законі Ампера сила магнітного поля електричного заряду, що рухається, не була явно заявлена, в 1892 році Хендрік Лоренц вивів її з рівнянь Максвелла. У цьому класична теорія електродинаміки було переважно завершено.

Двадцяте століття розширило погляди на електродинаміку, завдяки появі теорії відносності та квантової механіки. Альберт Ейнштейн у статті 1905 року, де було обгрунтовано його теорія відносності, показав, що електричні і магнітні поля є частиною однієї й тієї ж явища, що у різних системах отсчета. (Див. магніт, що рухається, і проблема провідника - уявний експеримент, який в кінцевому підсумку допоміг Ейнштейну в розробці спеціальної теорії відносності). Нарешті, квантова механіка поєдналася з електродинамікою на формування квантової електродинаміки (КЭД).

Див. також

• Магнітна плівка візуалізатор

Примітки

1. ВРХ. 1973, "Радянська енциклопедія".
2. В окремих випадках магнітне поле може існувати і у відсутності електричного поля, але взагалі кажучи магнітне поле глибоко взаємопов'язане з електричним як динамічно (взаємне породження змінними електричним і магнітним полем один одного), так і в тому сенсі, що при переході в нову систему відліку магнітне і електричне поле виражаються один через одного, тобто взагалі не можуть бути безумовно розділені.
3. Яворський Би. М., Детлаф А. А.Довідник з фізики: 2-ге вид., перераб. – М.: Наука, Головна редакція фізико-математичної літератури, 1985, – 512 с.
4. У СІ магнітна індукція вимірюється в теслі (Тл), в системі СГС в гауссах.
5. Точно збігаються у системі одиниць СГС , у СІ - відрізняються постійним коефіцієнтом, що, звісно, ​​не змінює факту їх практичного фізичного тотожності.
6. Найважливішим і лежачим на поверхні відмінністю тут і те, що сила, діюча на частину (чи магнітний диполь), що рухається, обчислюються саме через а не через . Будь-який інший фізично коректний і осмислений метод вимірювання також дасть можливість виміряти саме хоча для формального розрахунку іноді виявляється зручнішим - у чому, власне, і полягає сенс введення цієї допоміжної величини (інакше без неї взагалі обходилися б, використовуючи тільки
7. Однак треба добре розуміти, що ряд фундаментальних властивостей цієї «матерії» докорінно відрізняється від властивостей того звичайного виду «матерії», який можна було б позначити терміном «речовина».
8. Див Теорема Ампера.
9. Для однорідного поля цей вираз дає нульову силу, оскільки дорівнюють нулю всі похідні Bза координатами.
10. Сивухін Д. В.Загальний курс фізики - Вид. 4-те, стереотипне. - М.: Фізматліт; Вид-во МФТІ, 2004. – Т. III. Електрика. – 656 с. - ISBN 5-9221-0227-3; ISBN 5-89155-086-5.

Доброго часу доби, сьогодні ви дізнаєтесь, що таке магнітне полеі звідки воно береться.

Кожна людина на планеті хоч раз, але тримала магнітв руках. Починаючи від сувенірних магнітиків на холодильник, або робочі магніти для збирання залізного пилку та багато іншого. У дитинстві це була кумедна іграшка, яка приклеювалася до чорного металу, а до інших металів немає. Так у чому ж секрет магніту та його магнітного поля.

Що таке магнітне поле

Який момент магніт починає притягувати до себе? Навколо кожного магніту існує магнітне поле, потрапляючи в яке предмети починають до нього притягуватися. Розмір такого поля може відрізнятися залежно від розмірів магніту та його властивостей.

Термін з вікіпедії:

Магнітне поле — силове поле, що діє на електричні заряди, що рухаються, і на тіла, що володіють магнітним моментом, незалежно від стану їх руху, магнітна складова електромагнітного поля.

Від куди береться магнітне поле

Магнітне поле може створюватися струмом заряджених частинок або магнітними моментами електронів в атомах, а також магнітними моментами інших частинок, хоча значно меншою мірою.

Прояв магнітного поля

Магнітне поле проявляється у впливі на магнітні моменти частинок і тіл, на заряджені частинки, що рухаються, або провідники з . Сила, що діє на електрично заряджену частинку, що рухається в магнітному полі, називається силою Лоренца, яка завжди спрямована перпендикулярно векторам v і B. Вона пропорційна заряду частинки q, що становить швидкості v, перпендикулярній напрямку вектора магнітного поля B, і величині індукції магнітного поля B.

Які предмети мають магнітне поле

Ми часто не замислюємося про це, але дуже багато (якщо не всі) навколишні предмети є магнітами. Ми звикли до того, що магніт – це камінчик з яскраво вираженою силою тяжіння до себе, але насправді сила тяжіння є практично у всього, просто вона значно нижча. Візьмемо хоча б нашу планету - адже ми не відлітаємо в космос, хоча нічим за поверхню не тримаємося. Поле Землі значно слабше, ніж поле магніту-камінця, тому утримує вона нас тільки за рахунок свого величезного розміру - якщо Ви коли-небудь бачили, як люди ходять по Місяцю (діаметр якого в чотири рази менше), Ви наочно зрозумієте, про що мова . Тяжіння Землі засноване багато в чому на металевих складових.її кори та ядра - вони мають потужне магнітне поле. Можливо, Ви чули про те, що поруч із великими покладами залізняку компаси перестають вказувати правильний напрямок на північ - це тому, що принцип роботи компаса заснований на взаємодії магнітних полів, а залізна руда притягує його стрілку.

Магнітне поле – це особлива форма матерії, яка створюється магнітами, провідниками зі струмом (зарядженими частинками, що рухаються) і яку можна виявити по взаємодії магнітів, провідників зі струмом (заряджених частинок, що рухаються).

Досвід Ерстеда

Першими експериментами (проведені 1820 р.), які показали, що між електричними і магнітними явищами є глибокий зв'язок, були досліди датського фізика Х. Ерстеда.

Магнітна стрілка, розташована поблизу провідника, повертається деякий кут при включенні струму у провіднику. При розмиканні ланцюга стрілка повертається у вихідне положення.

З досвіду Г. Ерстеда випливає, що довкола цього провідника існує магнітне поле.

Досвід Ампера
Два паралельні провідники, якими протікає електричний струм, взаємодіють між собою: притягуються, якщо струми спрямовані, і відштовхуються, якщо струми спрямовані протилежно. Це відбувається через взаємодію провідників магнітних полів, що виникають навколо.

Властивості магнітного поля

1. Матеріально, тобто. існує незалежно від нас та наших знань про нього.

2. Створюється магнітами, провідниками зі струмом (зарядженими частинками, що рухаються)

3. Виявляється по взаємодії магнітів, провідників зі струмом (заряджених частинок, що рухаються)

4. Діє на магніти, провідники зі струмом (заряджені частинки, що рухаються) з деякою силою

5. Жодних магнітних зарядів у природі не існує. Не можна розділити північний та південний полюси та отримати тіло з одним полюсом.

6. Причина, внаслідок якої тіла мають магнітні властивості, була знайдена французьким ученим Ампером. Ампер висунув висновок – магнітні властивості будь-якого тіла визначаються замкнутими електричними струмами всередині нього.

Ці струми є рух електронів по орбітах в атомі.

Якщо площини, в яких циркулюють ці струми, розташовані безладно по відношенню один до одного внаслідок теплового руху молекул, що становлять тіло, їх взаємодії взаємно компенсуються і ніяких магнітних властивостей тіло не виявляє.

І навпаки: якщо площини, в яких обертаються електрони, паралельні один одному і напрямки нормалей до цих площин збігаються, такі речовини посилюють зовнішнє магнітне поле.

7. Магнітні сили діють у магнітному полі за певними напрямками, які називають магнітними силовими лініями. З їх допомогою можна зручно та наочно показувати магнітне поле в тому чи іншому випадку.

Щоб більш точно зобразити магнітне поле, умовилися там, де поле сильніше, показувати силові лінії розташованими гущі, тобто. ближче один до одного. І навпаки, у місцях, де поле слабше, показують силові лінії меншу кількість, тобто. розташованими рідше.

8. Магнітне поле характеризує вектор магнітної індукції.

Вектор магнітної індукції – векторна величина, що характеризує магнітне поле.

Напрямок вектора магнітної індукції збігається з напрямком північного полюса вільної магнітної стрілки у цій точці.

Напрямок вектора індукції поля та сили струму I пов'язані «правилом правого гвинта (буравчика)»:

якщо вкручувати буравчик у напрямку струму в провіднику, то напрям швидкості руху кінця його рукоятки в цій точці збігається з напрямом вектора магнітної індукції в цій точці.

При підключенні до двох паралельних провідників електричного струму вони притягуватимуться або відштовхуватимуться, залежно від напрямку (полярності) підключеного струму. Це пояснюється явищем виникнення матерії особливий навколо цих провідників. Ця матерія називається магнітне поле (МП). Магнітною силою називається сила, з якою провідники діють один на одного.

Теорія магнетизму виникла ще в давнину, в античній цивілізації Азії. У Магнезії у горах знайшли особливу породу, шматки якої могли притягатися між собою. За назвою місця цю породу назвали "магнетиками". Стрижневий магніт містить два полюси. На полюсах особливо виявляються його магнітні властивості.

Магніт, що висить на нитці, своїми полюсами показуватиме сторони горизонту. Його полюси будуть повернуті на північ та південь. На такому принципі діє пристрій компасу. Різноіменні полюси двох магнітів притягуються, а однойменні відштовхуються.

Вчені виявили, що намагнічена стрілка, що знаходиться біля провідника, відхиляється при проходженні електричним струмом. Це свідчить, що навколо нього утворюється МП.

Магнітне поле впливає на:

Електричні заряди, що переміщаються.
Речовини, які називаються феромагнетиками: залізо, чавун, їх сплави.

Постійні магніти – тіла, мають загальний магнітний момент заряджених частинок (електронів).

1 - Південний полюс магніту
2 - Північний полюс магніту
3 — МП на прикладі металевої тирси
4 - Напрямок магнітного поля

Силові лінії з'являються при наближенні постійного магніту до паперового листа, на який насипаний шар залізної тирси. На малюнку чітко видно місця полюсів із орієнтованими силовими лініями.

Джерела магнітного поля

• Електричне поле, що змінюється у часі.
• Рухливі заряди.
• Постійні магніти.

З дитинства нам знайомі постійні магніти. Вони використовувалися як іграшки, які притягували до себе різні металеві деталі. Їх прикріплювали до холодильника, вони були вбудовані у різні іграшки.

Електричні заряди, що перебувають у русі, найчастіше мають більше магнітної енергії, порівняно з постійними магнітами.

Властивості

• Головною відмітною ознакою та властивістю магнітного поля є відносність. Якщо нерухомо залишити заряджене тіло в деякій системі відліку, а поруч розташувати магнітну стрілку, то вона вкаже на північ, і при цьому не відчує стороннього поля, крім поля землі. А якщо заряджене тіло почати рухати біля стрілки, навколо тіла з'явиться МП. Через війну стає зрозуміло, що МП формується лише за пересуванні деякого заряду.
• Магнітне поле здатне впливати та впливати на електричний струм. Його можна знайти, якщо проконтролювати рух заряджених електронів. У магнітному полі частинки із зарядом відхиляться, провідники з струмом, що протікає, будуть переміщатися. Рамка з підключеним живленням струму повертатиметься, а намагнічені матеріали перемістяться на деяку відстань. Стрілка компаса найчастіше забарвлюється у синій колір. Вона є смужкою намагніченої сталі. Компас орієнтується завжди північ, оскільки Землі є МП. Вся планета – це великий магніт зі своїми полюсами.

Магнітне поле не сприймається людськими органами і може фіксуватися лише особливими приладами та датчиками. Воно буває змінного та постійного вигляду. Змінне поле зазвичай створюється спеціальними індукторами, які працюють від змінного струму. Постійне поле формується постійним електричним полем.

Правила

Розглянемо основні правила зображення магнітного поля різних провідників.

Правило буравчика

Силова лінія зображується в площині, яка розташована під кутом 90 0 до руху струму таким чином, щоб у кожній точці сила була спрямована по дотичній до лінії.

Щоб визначити напрямок магнітних сил, потрібно згадати правило буравчика з правим різьбленням.

Буравчик потрібно розташувати по одній осі з вектором струму, рукоятку обертати таким чином, щоб свердловин рухався у бік його напрямку. У цьому випадку орієнтація ліній визначиться обертанням рукоятки свердловина.

Правило буравчика для кільця

Поступальне переміщення свердла в провіднику, виконаному у вигляді кільця, показує, як орієнтована індукція, обертання збігається з течією струму.

Силові лінії мають своє продовження всередині магніту і не можуть бути розімкнуті.

Магнітне поле різних джерел сумуються між собою. У цьому вони створюють спільне поле.

Магніти з однаковими полюсами відштовхуються, з різними – притягуються. Значення сили взаємодії залежить від віддаленості між ними. При наближенні полюсів сила зростає.

Параметри магнітного поля

• Зчеплення потоків ( Ψ ).
• Вектор магнітної індукції ( У).
• Магнітний потік ( Ф).

Інтенсивність магнітного поля обчислюється розміром вектора магнітної індукції, яка залежить від сили F, та формується струмом I по провіднику, що має довжину l: В = F / (I * l).

Магнітна індукція вимірюється в Тесла (Тл), на честь вченого, який вивчав явища магнетизму і займався їх методами розрахунку. 1 Тл дорівнює індукції магнітного потоку силою 1 Нна довжині 1 мпрямого провідника, що знаходиться під кутом 90 0 до напрямку поля, при струмі, що протікає, в один ампер:

1 Тл = 1 х Н/(А х м).

Правило лівої руки

Правило знаходить напрямок вектора магнітної індукції.

Якщо долоню лівої руки розмістити в полі, щоб лінії магнітного поля входили в долоню з північного полюса під 90 0 , а 4 пальці розмістити за течією струму, великий палець покаже напрямок магнітної сили.

Якщо провідник знаходиться під іншим кутом, то сила прямо залежатиме від струму та проекції провідника на площину, що знаходиться під прямим кутом.

Сила не залежить від виду матеріалу провідника та його перерізу. Якщо провідника немає, а заряди рухаються в іншому середовищі, то сила не зміниться.

При напрямку вектора магнітного поля в один бік однієї величини поле називається рівномірним. Різні середовища впливають розмір вектора індукції.

Магнітний потік

Магнітна індукція, що проходить деякою площею S і обмежена цією площею, є магнітним потоком.

Якщо площа має нахил на деякий кут до лінії індукції, магнітний потік знижується на розмір косинуса цього кута. Найбільша величина утворюється при знаходженні площі під прямим кутом до магнітної індукції:

Ф = В * S.

Магнітний потік вимірюється у такій одиниці, як «вебер», який дорівнює перебігу індукції величиною 1 Тлза площею в 1 м 2.

Потокосчеплення

Таке поняття застосовується для створення загального значення магнітного потоку, який створений від деякої кількості провідників між магнітними полюсами.

У разі коли однаковий струм Iпротікає по обмотці з кількістю витків n, загальний магнітний потік, утворений усіма витками є потоком зчеплення.

Потокосчеплення Ψ вимірюється у веберах, і так само: Ψ = n * Ф.

Магнітні властивості

Магнітна проникність визначає, наскільки магнітне поле у ​​певному середовищі нижче або вище індукції поля у вакуумі. Речовину називають намагніченою, якщо вона утворює своє магнітне поле. При поміщенні речовини у магнітне полі в нього з'являється намагніченість.

Вчені визначили причину, через яку тіла отримують магнітні властивості. Згідно з гіпотезою вчених усередині речовин є електричні струми мікроскопічної величини. Електрон має свій магнітний момент, який має квантову природу, рухається деякою орбітою в атомах. Саме такими малими струмами визначаються магнітні властивості.

Якщо струми рухаються безладно, то магнітні поля, що їх викликають, самокомпенсуються. Зовнішнє поле робить струми впорядкованими, тому формується магнітне поле. Це є намагніченістю речовини.

Різні речовини можна розділити на властивості взаємодії з магнітними полями.

Їх поділяють на групи:

Парамагнетики– речовини, що мають властивості намагнічування у напрямку зовнішнього поля, що мають низьку можливість магнетизму. Вони мають позитивну напруженість поля. До таких речовин відносять хлорне залізо, марганець, платину тощо.
Феррімагнетики– речовини з неврівноваженими за напрямом та значенням магнітними моментами. Вони характерна наявність некомпенсованого антиферомагнетизму. Напруженість поля та температура впливає на їх магнітну сприйнятливість (різні оксиди).
Феромагнетики– речовини з підвищеною позитивною сприйнятливістю, що залежить від напруженості та температури (кристали кобальту, нікелю тощо).
Діамагнетики– мають властивість намагнічування в протилежному напрямку зовнішнього поля, тобто, негативне значення магнітної сприйнятливості, яка не залежить від напруженості. За відсутності поля цієї речовини не буде магнітних властивостей. До таких речовин відносяться: срібло, вісмут, азот, цинк, водень та інші речовини.
Антиферомагнетики – мають урівноважений магнітний момент, внаслідок чого утворюється низький ступінь намагнічування речовини. Вони при нагріванні здійснюється фазовий перехід речовини, у якому виникають парамагнитные властивості. При зниженні температури нижче певної межі, такі властивості не з'являтимуться (хром, марганець).

Розглянуті магнетики також класифікуються ще за двома категоріями:

Магнітом'які матеріали . Вони мають низьку коерцитивну силу. При малопотужних магнітних полях вони можуть увійти до насичення. У процесі перемагнічування вони спостерігаються незначні втрати. Внаслідок цього такі матеріали використовуються для виробництва сердечників електричних пристроїв, що функціонують на змінній напрузі ( , генератор, ).
Магнітотвердіматеріали. Вони мають підвищену величину коерцитивної сили. Щоб їх перемагнітити, знадобиться сильне магнітне поле. Такі матеріали використовуються у виробництві постійних магнітів.

Магнітні властивості різних речовин знаходять своє використання у технічних проектах та винаходах.

Магнітні ланцюги

Об'єднання кількох магнітних речовин називається магнітним ланцюгом. Вони є подібністю та визначаються аналогічними законами математики.

За підсумками магнітних ланцюгів діють електричні прилади, індуктивності, . У функціонуючого електромагніту потік протікає магнітопроводом, виготовленим з феромагнітного матеріалу і повітрям, який не є феромагнетиком. Об'єднання цих компонентів є магнітним ланцюгом. Багато електричних пристроїв у своїй конструкції містять магнітні ланцюги.

Згідно з сучасними уявленнями, утворилася приблизно 4,5 млрд. років тому, і з цього моменту нашу планету оточує магнітне поле. Все, що знаходиться на Землі, у тому числі люди, тварини та рослини, піддаються його впливу.

Магнітне поле тягнеться до висоти близько 100 000 км (рис. 1). Воно відхиляє чи захоплює частки сонячного вітру, згубні всім живих організмів. Ці заряджені частинки утворюють радіаційний пояс Землі, а вся область навколоземного простору, де вони знаходяться, називають магнітосферою(Рис. 2). З освітленої Сонцем сторони Землі магнітосфера обмежена сферичною поверхнею з радіусом приблизно 10-15 радіусів Землі, а з протилежного боку вона витягнута подібно до кометного хвоста на відстань до декількох тисяч радіусів Землі, утворюючи геомагнітний хвіст. Магнітосфера відокремлена від міжпланетного поля перехідною областю.

Магнітні полюси Землі

Вісь земного магніту нахилена до осі обертання Землі на 12°. Вона знаходиться приблизно на 400 км осторонь центру Землі. Точки, в яких ця вісь перетинає поверхню планети, - магнітні полюси.Магнітні полюси Землі не збігаються з істинними географічними полюсами. В даний час координати магнітних полюсів такі: північний - 77 ° пн.ш. та 102° з.д.; південний - (65 ° пд.ш. і 139 ° с.д.).

Рис. 1. Будова магнітного поля Землі

Рис. 2. Будова магнітосфери

Силові лінії, що йдуть від одного магнітного полюса до іншого, називаються магнітними меридіанами. Між магнітним та географічним меридіаном утворюється кут, званий магнітним відмінюванням. Кожне місце Землі має свій кут відмінювання. У районі Москви кут відмінювання дорівнює 7° на схід, а Якутську — близько 17° на захід. Це означає, що північний кінець стрілки компаса у Москві відхиляється на Т вправо від географічного меридіана, що проходить через Москву, а Якутську — на 17° ліворуч від відповідного меридіана.

Вільно підвішена магнітна стрілка розташовується горизонтально тільки лінії магнітного екватора, який збігається з географічним. Якщо рухатися на північ від магнітного екватора, північний кінець стрілки буде поступово опускатися. Кут, утворений магнітною стрілкою та горизонтальною площиною, називають магнітним способом. На Північному та Південному магнітних полюсах магнітний спосіб найбільший. Воно дорівнює 90 °. На Північному магнітному полюсі вільно підвішена магнітна стрілка встановиться вертикально північним кінцем вниз, а Південному магнітному полюсі її південний кінець опуститься вниз. Таким чином, магнітна стрілка показує напрямок силових ліній магнітного нуля над земною поверхнею.

З часом положення магнітних полюсів щодо земної поверхні змінюється.

Магнітний полюс був відкритий дослідником Джеймсом К. Россом у 1831 р. за сотні кілометрів від його нинішнього місцезнаходження. У середньому протягом року він переміщається на 15 км. Останніми роками швидкість переміщення магнітних полюсів різко зросла. Наприклад, Північний магнітний полюс зараз переміщається із швидкістю близько 40 км на рік.

Зміна магнітних полюсів Землі називається інверсією магнітного поля.

Протягом геологічної історії нашої планети земне магнітне поле змінювало свою полярність понад сто разів.

Магнітне поле характеризується напруженістю. У деяких місцях Землі магнітні силові лінії відхиляються від нормального поля, утворюючи аномалії. Наприклад, в районі Курської магнітної аномалії (КМА) напруженість поля вчетверо вища за норму.

Існують добові зміни магнітного поля Землі. Причина цих змін магнітного поля Землі — електричні струми, що витікають в атмосфері на великій висоті. Викликані вони сонячним випромінюванням. Підлога дією сонячного вітру магнітне поле Землі спотворюється і набуває «шлейф» у напрямку від Сонця, який простягається на сотні тисяч кілометрів. Основною причиною виникнення сонячного вітру, як ми вже знаємо, є грандіозні викиди речовини з корони Сонця. Під час руху до Землі вони перетворюються на магнітні хмари і призводять до сильних, іноді екстремальних збурень на Землі. Особливо сильні обурення магнітного поля Землі. магнітні бурі.Деякі магнітні бурі починаються несподівано майже одночасно по всій Землі, а інші розвиваються поступово. Вони можуть тривати кілька годин і навіть доби. Часто магнітні бурі відбуваються через 1-2 дні після сонячного спалаху через проходження Землі через потік частинок, викинутих Сонцем. Виходячи з часу запізнення швидкість такого корпускулярного потоку оцінюють кілька мільйонів км/год.

Під час сильних магнітних бур порушується нормальна робота телеграфу, телефону та радіо.

Магнітні бурі часто спостерігаються на широті 66-67 ° (в зоні полярних сяйв) і виникають одночасно з полярними сяйвами.

Будова магнітного поля Землі змінюється залежно від широти. Проникність магнітного поля збільшується у бік полюсів. Над полярними областями силові лінії магнітного поля більш менш перпендикулярні земної поверхні і мають воронкоподібну конфігурацію. Через них частина сонячного вітру з денного боку проникає у магнітосферу, а потім і у верхню атмосферу. Сюди ж у період магнітних бур спрямовуються частинки з хвостової частини магнітосфери, досягаючи меж верхньої атмосфери у високих широтах Північної та Південної півкуль. Саме ці заряджені частинки викликають полярні сяйва.

Отже, магнітні бурі та добові зміни магнітного нуля пояснюються, як ми вже з'ясували, сонячним випромінюванням. Але якою є основна причина, що створює постійний магнетизм Землі? Теоретично вдалося довести, що у 99 % магнітне полі Землі викликають джерела, приховані всередині планети. Головне магнітне поле обумовлено джерелами, які у глибинах Землі. Їх можна умовно поділити на дві групи. Основна їх частина пов'язана з процесами в земному ядрі, де внаслідок безперервних та регулярних переміщень електропровідної речовини створюється система електричних струмів. Інша пов'язана з тим, що гірські породи земної кори, намагнічуючись головним електричним полем (полем ядра), створюють власне магнітне поле, яке підсумовується з магнітним полем ядра.

Крім магнітного поля навколо Землі є й інші поля: а) гравітаційне; б) електричне; в) теплове.

Гравітаційним полемЗемлі називають поле сили тяжіння. Вона спрямована по схилу перпендикулярно до поверхні геоїду. Якби в Землі була фігура еліпсоїда обертання і в ньому рівномірно розподілялися б маси, то вона мала нормальне гравітаційне поле. Різниця між напруженістю реального гравітаційного поля та теоретичного – аномалія тяжкості. Різний речовий склад, густина гірських порід викликають ці аномалії. Але можливі інші причини. Їх можна пояснити наступним процесом — врівноваження твердої та відносно легкої земної кори на важчій верхній мантії, де й відбувається вирівнювання тиску вищих шарів. Ці течії викликають тектонічні деформації, рух літосферних плит, і тим самим створюють макрорельєф Землі. Сила тяжіння утримує атмосферу, гідросферу, людей, тварин Землі. Силу тяжкості потрібно обов'язково враховувати щодо процесів у географічній оболонці. Терміном « геотропізм» називають ростові рухи органів рослин, які під впливом сили земного тяжіння завжди забезпечують вертикальний напрямок зростання первинного кореня перпендикулярно поверхні Землі. Гравітаційна біологія використовує рослини як експериментальні об'єкти.

Якщо не зважати на силу тяжкості, неможливо розрахувати вихідні дані для запуску ракет і космічних кораблів, зробити гравіметричну розвідку рудних копалин і, нарешті, неможливий подальший розвиток астрономії, фізики та інших наук.