Будь-яка людина, що спостерігає явища, що відбуваються в наші дні, пов'язані з глобальною зміною клімату на планеті, так чи інакше, але замислюється, по-перше, над причинами зростання числа і сили природних катаклізмів, по-друге, над можливістю довгострокового прогнозування природних стихій з метою допомоги суспільству. Адже сьогодні все частіше звучить інформація про входження людства до епохи глобальних природних катаклізмів. Чи існує можливість, якщо не повного запобігання, то хоча б мінімізації наслідків глобальної зміни клімату на планеті? Пошук привів до вельми вражаючої та позитивно обнадійливої ​​інформації - доповіді спільноти вчених АЛЛАТРА НАУКА: "". Доповідь містить унікальну інформацію для кожної людини, оскільки це ключ до вирішення кліматичних проблем будь-якої складності. У ньому також показаний реальний шлях виходу із ситуації через об'єднання світового співтовариства на творчих, духовно-моральних засадах.

Магнітне поле Землі – це природний «щит» планети від шкідливої ​​для всього живого космічної та сонячної радіації. За фактом, якби Земля не мала власного магнітного поля, то й життя, у звичному для нас вигляді, було б на ньому неможливе. Напруженість магнітного поля Землі розподіляється неоднорідно і становить поверхні в середньому близько 50 000 нТл (0,5 Е) і варіюється в межах від 20 000 нТл до 60 000 нТл.

Мал. 1. «Знімок» головного магнітного поля на поверхні Землі в червні 2014 на основі данихсупутників Swarm . Червоним кольором позначені області сильного магнітного поля, а синім – ослабленого.

Однак спостереження показують, що магнітне поле Землі поступово слабшає, при цьому зміщуються геомагнітні полюси. Як сказано у вищезгаданій доповіді, на ці процеси впливають, насамперед, певні космічні чинники, хоча традиційна наука про них поки не знає і не враховує, намагаючись безрезультатно знайти відповіді в надрах Землі.

Дані, передані супутниками Swarm, запущеними Європейським космічним агентством (European Space Agency, ESA ), підтверджують загальну тенденцію ослаблення величини магнітного поля, причому найбільший рівень зниження спостерігається у Західній півкулі нашої планети .

Мал. 2. Зміна напруженості магнітного поля Землі у періодc січня 2014 року по червень 2014 року за даними Swarm. На малюнку бузковий колір відповідає збільшенню, а темно-синій – зменшенню напруженості в діапазоні ±100 нТл.

Аналізуючи наслідки безлічі стихійних лих, вченими було встановлено, що перед початком сейсмічної активності з'являються аномалії магнітного поля Землі. Зокрема землетрусу, що стався 11 березня 2011 року в Японії, передувала активізація Тихоокеанської літосферної плити в зонах субдукції. Ця подія стала своєрідним індикатором нової фази сейсмічної активності, пов'язаної з прискоренням руху цієї літосферної плити. Зміщення геомагнітних полюсів, розташованих у Східному Сибіру і Тихому океані, внаслідок космічних факторів, призвело до широкомасштабних змін вікових магнітних варіацій на території Японського архіпелагу. Результатом цих явищ стала серія потужних землетрусів, магнітудою 9,0.

Офіційно вважається, що за останні 100 років магнітне поле Землі ослабло приблизно на 5%. В області так званої Південної Атлантичної аномалії біля берегів Бразилії ослаблення було ще більшим. Однак, слід зазначити, що раніше, втім як і зараз, наземні вимірювання проводяться точково, причому на суші, що вже не може відбивати повну картину вікових змін магнітного поля. Також не враховуються дірки у магнітному полі Землі – своєрідні проломи у магнітосфері, через які проникають величезні потоки сонячної радіації. З невідомих традиційної науки причин цих дірок постійно зростає. Але про них ми поговоримо у наступних публікаціях.

Відомо, що ослаблення магнітного поля Землі веде до переполюсування, при якому північний та південний магнітні полюси змінюються місцями, відбувається їхня інверсія. Дослідження в галузі палеомагнетизму показали, що раніше під час переполюсувань, що відбувалися поступово, магнітне поле Землі втрачало дипольну структуру. Інверсії магнітного поля передувало його ослаблення, а після неї величина поля знову зростала до колишніх значень. У минулому ці інверсії в середньому відбувалися приблизно кожні 250 000 років. Але з часу останньої, як стверджують вчені, минуло близько 780 000 років. Однак будь-яких пояснень такого тривалого періоду стабільності офіційна наука дати поки що не може. Крім того, в наукових колах коректність інтерпретації палеомагнітних даних періодично критикується. Так чи інакше, але стрімке ослаблення магнітного поля в наші дні є ознакою початку глобальних процесів як у космічному просторі, так і в надрах Землі. Саме тому катаклізми, що відбуваються на планеті, викликані переважно природними факторами, ніж антропогенним впливом.

Традиційна наука поки що важко і з пошуком відповіді на запитання: що ж відбувається з магнітним полем на момент інверсії? Чи зникає воно повністю чи слабшає до певних критичних значень?Щодо цього існує безліч теорій і припущень, але жодна з них не видається достовірною. Одна із спроб моделювання магнітного поля в момент інверсії показана на Рис. 3:

Мал. 3. Модельне уявлення головного магнітного поля Землі у його сучасному стані (ліворуч) та у процесі переполюсування (праворуч). Згодом магнітне поле Землі з дипольного може перетворитися на мультипольне, а потім знову сформується стабільна дипольна структура. Однак напрямок поля зміниться на протилежний: північний геомагнітний полюс опиниться на місці південного, а південний перейде в Північну півкулю.

Сам факт наявності суттєвих магнітних аномалій в момент переполюсування може призводити до глобальних тектонічним явищ на Землі, а також представляти серйозну небезпеку для всього живого на планеті через рівень сонячної радіації, що підвищується.

Розвитком методів спостереження за магнітним полем Землі, а також септонним полем Землізаймається. Ці дані дозволяють своєчасно реагувати з їхньої варіації і вживати контрзаходи, створені задля усунення чи мінімізацію природних катаклізмів. Завчасне визначення вогнищ майбутньої стихії (землетрусів, вивержень вулканів, торнадо, ураганів) дає можливість запустити адаптивні механізми, завдяки чому значно знижується інтенсивність сейсмічної та вулканічної активності, з'являється час для запобігання населенню, що проживає на небезпечній території. Даний напрямок передових наукових досліджень називається кліматичний геоінжинірингі включає розробки його нового напряму і методів, повністю безпечних для цілісності еко-системи і життєдіяльності людей, засновані на фундаментально новому розумінні фізики ‒ СКІЛЬНОЇ ФІЗИКИ АЛАТРА. На сьогоднішній день у цьому напрямку зроблено низку успішних кроків, які набули твердої наукової основи та практичного підтвердження. Початкова стадія практичної розробки даного напряму вже демонструє стабільні результати ... .

У період все більшої небезпеки глобальних кліматичних подій людству життєво необхідно згуртуватися на творчих духовно-моральних засадах, постійно розширювати пізнання СКІЛЬНОЇ ФІЗИКИ АЛАТРА, розвивати перспективні наукові напрями, згадані у доповіді. ДУХОВНІСТЬі НАУКА АЛАТРА- це саме той міцний фундамент, який дозволить вижити людству в епоху глобальної зміни клімату та створити за нових умов суспільство нового зразка, про який давно мріє людство. Початкові знання дано в доповідях спільноти ALLATRA SCIENCE, і тепер дуже багато залежить від кожної людини, щоб вони використовувалися виключно на благо!

Віталій Афанасьєв

Література:

Доповідь «Про проблеми та наслідки глобальної зміни клімату на Землі. Ефективні шляхи вирішення цих проблем» міжнародної групи вчених Міжнародного громадського руху «АЛЛАТРА», 26 листопада 2014 р.;

Взаємозв'язок електричних та магнітних полів помічений дуже давно. Цей зв'язок ще в 19 столітті виявив англійський вчений-фізик Фарадей і дав йому назву. Вона виникає тоді, коли магнітний потік пронизує поверхню замкнутого контуру. Після того, як відбувається зміна магнітного потоку протягом певного часу, в цьому контурі спостерігається поява електричного струму.

Взаємозв'язок електромагнітної індукції та магнітного потоку

Суть магнітного потоку відображається відомою формулою Ф = BS cos α. У ній Ф є магнітним потоком, S – поверхня контуру (площа), В – вектор магнітної індукції. Кут утворюється за рахунок напрямку вектора магнітної індукції і нормалі до поверхні контуру. Звідси випливає, що максимального порога магнітний потік досягне при cos = 1, а мінімального - при cos = 0.

У другому варіанті вектор буде перпендикулярний до нормалі. Виходить, що лінії потоку не перетинають контур, а лише ковзають його площиною. Отже, визначати характеристики будуть лінії вектора, що перетинають поверхню контуру. Для розрахунку як одиниця виміру використовується вебер: 1 вб = 1в х 1с (вольт-секунда). Ще однією, дрібнішою одиницею виміру служить максвел (мкс). Він становить: 1 вб = 108 мкс, тобто 1 мкс = 10-8 вб.

Для дослідження Фарадеєм були використані дві дротяні спіралі, ізольовані між собою та розміщені на котушці з дерева. Одна з них поєднувалася з джерелом енергії, а інша – з гальванометром, призначеним для реєстрації малих струмів. У той момент, коли ланцюг первісної спіралі замикався і розмикався, в іншому ланцюзі стрілка вимірювального пристрою відхилялася.

Проведення досліджень явища індукції

У першій серії дослідів Майкл Фарадей вставляв намагнічений металевий брусок у котушку, підключену до струму, а потім виймав його назовні (мал. 1, 2).

1 2

У разі поміщення магніту в котушку, підключену до вимірювального приладу, в ланцюзі починає протікати індукційний струм. Якщо магнітний брусок видаляється з котушки, індукційний струм все одно з'являється, але його напрямок стає протилежним. Отже, параметри індукційного струму будуть змінені у напрямку руху бруска та залежно від полюса, яким він поміщається в котушку. На силу струму впливає швидкість переміщення магніту.

У другій серії дослідів підтверджується явище, при якому струм, що змінюється, в одній котушці, викликає індукційний струм в іншій котушці (рис. 3, 4, 5). Це відбувається в моменти замикання та розмикання ланцюга. Від того, замикається або розмикається електричний ланцюг, залежатиме і напрямок струму. Крім того, ці дії є ні що інше, як способи зміни магнітного потоку. При замиканні ланцюга він збільшуватиметься, а при розмиканні - зменшуватиметься, одночасно пронизуючи першу котушку.

3 4

5

В результаті дослідів було встановлено, що виникнення електричного струму всередині замкнутого провідного контуру можливе лише в тому випадку, коли вони містяться в змінному магнітному полі. При цьому потік може змінюватися в часі будь-якими способами.

Електричний струм, що з'являється під дією електромагнітної індукції, отримав назву індукційного, хоча це не буде струмом у загальноприйнятому розумінні. Коли замкнутий контур виявляється у магнітному полі, відбувається генерація ЕРС з точним значенням, а чи не струму, залежить від різних опорів.

Дане явище отримало назву ЕРС індукції, яку відображає формула: Еінд = - ∆Ф/∆t. Її значення збігається зі швидкістю змін магнітного потоку, що пронизує поверхню замкнутого контуру, взятого з негативним значенням. Мінус, присутній у цьому вираженні, є відображенням правила Ленца.

Правило Ленца щодо магнітного потоку

Відоме правило було виведено після проведення циклу досліджень у 30-ті роки 19 століття. Воно сформульовано у такому вигляді:

Напрямок індукційного струму, що збуджується в замкнутому контурі магнітним потоком, що змінюється, впливає на створюване ним магнітне поле таким чином, що воно в свою чергу створює перешкоду магнітному потоку, що викликає появу індукційного струму.

Коли магнітний потік збільшується, тобто стає Ф > 0, а ЕРС індукції знижується і стає Еінд< 0, в результате этого появляется электроток с такой направленностью, при которой под влиянием его магнитного поля происходит изменение потока в сторону уменьшения при его прохождении через плоскость замкнутого контура.

Якщо потік знижується, то настає зворотний процес, коли Ф< 0 и Еинд >0, тобто дія магнітного поля індукційного струму відбувається збільшення магнітного потоку, що проходить через контур.

Фізичний зміст правила Ленца полягає у відображенні закону збереження енергії, коли при зменшенні однієї величини інша збільшується, і, навпаки, при збільшенні однієї величини інша зменшуватиметься. Різні чинники впливають і ЕРС індукції. При введенні в котушку по черзі сильного і слабкого магніту, прилад відповідно показуватиме в першому випадку більш високе, а в другому - нижче значення. Те саме відбувається, коли змінюється швидкість руху магніту.

На представленому малюнку видно, як визначається напрямок індукційного струму із застосуванням правила Ленца. Синій колір відповідає силовим лініям магнітних полів індукційного струму та постійного магніту. Вони розташовані у напрямку полюсів від півночі на південь, які є у кожному магніті.

Магнітний потік, що змінюється, призводить до виникнення індукційного електричного струму, напрям якого викликає протидію з боку його магнітного поля, що перешкоджає змінам магнітного потоку. У зв'язку з цим, силові лінії магнітного поля котушки спрямовані у бік, протилежний силовим лініям постійного магніту, оскільки його рух відбувається у бік цієї котушки.

Для визначення напрямку струму використовується з правим різьбленням. Він повинен вкручуватися таким чином, щоб напрям його поступального руху збігався з напрямом індукційних ліній котушки. У цьому випадку напрями індукційного струму та обертання рукоятки свердловина збігатимуться.

Комп'ютерне моделювання дозволяє уявити, як змінюється магнітне полі Землі за зміни полярності. Перш ніж південний магнітний полюс стане північним, а північний південним, вони обоє на деякий час зникнуть, або, що те саме, їх стане багато. Credits Gary Glatzmaier, Paul Roberts

Очікування катастроф лежить у людській природі. Починаючи, як мінімум, з біблійних часів, наші предки чекали чогось поганого: кінця світу, страшного суду, другого пришестя. Чекали та боялися. Продовжують чекати та боятися і наші сучасники. Тільки сучасний світ пропонує набагато більше опцій. Нобелівський лауреат з біології Френсіс Крик у своїй книзі «Життя на Землі, її зародження та сутність» наводить чотири основні причини, через які людство може не дожити до кінця ХXI століття: глобальний збройний конфлікт із використанням зброї масової поразки, фатальне забруднення довкілля, вичерпання необхідні природні ресурси, космічна катастрофа. Ці чотири класи причин розташовані в порядку зменшення їх ймовірності. Кожну її можна деталізувати і доповнювати залежно від сили уяви. У Х столітті люди боялися початку нового тисячоліття, наприкінці XVI століття провісником кінця світу визнали наднову, що спалахнула на небі, на рубежі XIX і ХХ століть було модно боятися комет, що наближаються до Землі. Серед нових страшилок є небезпека «переполюсування», про яку говорять протягом кількох останніх років.

Мова ось про що. Магнітне поле нашої планети має досить складну форму, яку прийнято представляти у вигляді так званого мультипольного розкладання, тобто нескінченної суми елементарних у певному сенсі доданків. Перший доданок у цій сумі називається монопольним, але для Землі (а також для будь-якого іншого відомого нам космічного тіла) воно дорівнює нулю. Простіше кажучи, це означає, що будь-яка магнітна лінія, що почалася на Землі, на Землі і закінчується. Наступне за величиною доданок дипольне. Його створює два нескінченно великих заряду магнітних монополі, розташованих нескінченно близько один до одного, або кільцевий електричний струм нескінченно великої сили і нескінченно малого радіусу. Для Землі це доданок значно більше від інших, оскільки, як нині прийнято вважати, її магнітне полі створюється вихровими рухами рідкого земного ядра. Заряди в ньому переміщаються не дуже швидко, тому струм виходить не дуже великий, зате дуже великий радіус. Але навіть цей великий радіус малий, порівняно з радіусом Землі.

Не означає, що дипольний момент обов'язково найбільше доданок у цій сумі. За деяких обставин він пропадає зовсім. Так сталося, наприклад, на Сонці п'ять років тому. Протягом майже цілого року "з березня 2000 по лютий 2001 року" на Сонці не було ні північного, ні південного магнітного полюса, або, якщо формально вважати магнітним полюсом те місце, де магнітна силова лінія перетинає поверхню зірки або планети паралельно її радіусу, то їх було одночасно щонайменше по два. Магнітне поле при цьому поводиться дуже неспокійно, і в середньому сильно слабшає. Якби щось подібне на Землі, нас чекало б багато неприємностей: затяжна і незвичайно сильна магнітна буря супроводжувалася б ослабленням магнітного поля в середньому. Магнітосфера гірше справлялася б зі своєю найважливішою для біосфери функцією захищати її від потоків заряджених частинок з космосу та з Сонця.

Але і на Землі щось подібне іноді відбувається. Щоправда, набагато рідше, ніж на Сонці. На Сонці магнітні полюси міняються місцями кожні одинадцять років. На Землі востаннє магнітні полюси мінялися місцями 740 тисяч років тому. І є деякі вказівки на те, що настав час пережити це знову. Протягом останніх ста п'ятдесяти років магнітне поле Землі помітно слабшає. Можливо, воно слабшало і раніше, але тепер з'ясувалося, що в період з 1590 по 1840-й воно змінювалося значно повільніше. Про це свідчать старі суднові журнали, досліджені Девідом Габбінсом та його колегами з університету міста Лідс (звіт про їх дослідження було опубліковано в журналі Science. 2006. Vol. 312. No. 5775. P. 900-902)

Їхня ідея полягала в тому, щоб відновити значення дипольного моменту магнітного поля Землі в попередні 1837 року. Саме цього року великий німецький математик Карл Гаус відкрив спосіб безпосереднього виміру дипольного моменту. І з того часу його більш-менш регулярно міряли. Але до того уявлення людей про магнітне поле були найрозпливчастішими. Виявилось, що вихід є. Старі моряки з великою увагою ставилися до свідчень компаса. По-перше, вже за часів пізнього Середньовіччя було відомо, що компас майже ніколи не показує точно на Північ. Легендарний італійський лікар, поет і астроном Джироламо Фракасто (Girolamo Fracastoro, 1478?1553) запропонував навіть найдавніше теоретичне пояснення, що дійшло до нас: магнітну стрілку компаса притягують величезні залізні гори на півночі Атлантичного океану. Саме тому вона ніколи не дивиться точно на північ. З того часу моряки уважно реєстрували, наскільки показ компаса відрізняється від справжнього напрямку на північ. Проблема, щоправда, у тому, що вони рідко могли зробити це з потрібною точністю і часто помилялися.

Але наприкінці XVII століття моряки виявили нову несподіванку: магнітна стрілка не лише «дивиться» повз полюс, вона ще й не паралельна поверхні Землі. На північному магнітному полюсі стрілка компаса взагалі встає вертикально (якщо, звичайно, надати її собі). Тоді справедливо вважали, що знання такого способу (як його прийнято називати) дозволяє уточнювати напрямок на північ за свідченням компаса. А Девіду Габбінсу воно дозволило уточнити саму відмінність між напрямком на північ і свідченням компаса. Але попри все зібраних даних було недостатньо відновлення повної картини зміни дипольного моменту до 1840 року. Однак їх було достатньо для принципового висновку: магнітне поле нашої планети слабшає зі зростаючою швидкістю. Можливо, вона зазнала кілька стрибків за цей час.

В даний час, тобто протягом останніх ста п'ятдесяти років, дипольний момент магнітного поля Землі зменшується приблизно на 0,5% кожні 10 років. Неважко порахувати, що цей компонент поля звернеться в нуль через дві тисячі років. Можливо, це є момент початку наступної зміни полюсів. Нові результати Габбінса показують, що цю оцінку слід переглянути. Дипольний момент звернеться в нуль приблизно вдвічі швидше.

Дослідженням зміни магнітного поля займалися в університеті штату Каліфорнія, відновлюючи дані про силу магнітного поля по орієнтації магнітних частинок у гірській породі та уламках глиняного посуду. Геофізик Гері Глацмайєр (Gary Glatzmaier) використовує ці дані для моделювання процесів, що відбуваються глибоко під поверхнею Землі та беруть участь у створенні магнітного поля. Він вважає, що нове дослідження, виконане в Англії, підтверджує його принципову ідею про нерівномірність зміни магнітного поля, яке може збільшуватися, зменшуватись або залишатися незмінною протягом невизначеного періоду часу. Цілком ймовірно, що припущення про лінійну зміну дипольного моменту між 1590 і 1840 роком занадто грубе. Зрештою, збіг різкої зміни швидкості ослаблення дипольного моменту магнітного поля та відкриття Гауса виглядає трохи підозріло. З рівним успіхом можна припустити, що здебільшого і в період 15901840 поле слабшало приблизно з тією ж швидкістю, але в деякі, відносно короткі проміжки часу воно не слабшало, а навпаки швидко зростало. Через це середня швидкість виявилася вдвічі нижчою. Цілком можливо, що за 740 тисяч років, що минули з моменту останнього «переполюсування», Земля не раз починала цей процес знову, але потім поверталася до вихідного стану.

Магнітне поле– це матеріальне середовище, через яке здійснюється взаємодія між провідниками зі струмом або зарядами, що рухаються.

Властивості магнітного поля:

Характеристики магнітного поля:

Для дослідження магнітного поля використовують пробний контур із струмом. Він має малі розміри, і струм в ньому набагато менше струму в провіднику, що створює магнітне поле. На протилежні сторони контуру зі струмом з боку магнітного поля діють сили, рівні за величиною, але направлені в протилежні сторони, оскільки напрямок сили залежить від напрямку струму. Точки застосування цих сил не лежать на одній прямій. Такі сили називають парою сил. Внаслідок дії пари сил контур не може рухатися поступально, він повертається навколо своєї осі. Обертальна дія характеризується моментом сил.

, де l–плече пари сил(відстань між точками докладання сил).

У разі збільшення струму в пробному контурі або площі контуру пропорційно збільшиться момент пари сил. Відношення максимального моменту сил, що діє на контур зі струмом, до величини сили струму в контурі та площі контуру є величина постійна для цієї точки поля. Називається вона магнітною індукцією.

, де
-магнітний моментконтур зі струмом.

Одиниця вимірумагнітної індукції - Тесла [Тл].

Магнітний момент контуру- Векторна величина, напрям якої залежить від напрямку струму в контурі і визначається по правилу правого гвинта: праву руку стиснути в кулак, чотири пальці направити у напрямку струму в контурі, тоді великий палець вкаже напрямок вектора магнітного моменту. Вектор магнітного моменту завжди перпендикулярний площині контуру.

За напрямок вектора магнітної індукціїприймають напрямок вектора магнітного моменту контуру, орієнтованого магнітному полі.

Лінія магнітної індукції- Лінія, дотична до якої в кожній точці збігається з напрямом вектора магнітної індукції. Лінії магнітної індукції завжди замкнуті, ніколи не перетинаються. Лінії магнітної індукції прямого провідниказі струмом мають вигляд кіл, розташованих у площині, перпендикулярній провіднику. Напрямок ліній магнітної індукції визначають за правилом правого гвинта. Лінії магнітної індукції кругового струму(витка зі струмом) також мають вигляд кіл. Кожен елемент витка завдовжки
можна як прямолінійний провідник, який створює своє магнітне поле. Для магнітних полів виконується принцип суперпозиції (незалежного додавання). Сумарний вектор магнітної індукції кругового струму окреслюється результат складання цих полів у центрі витка за правилом правого гвинта.

Якщо величина та напрям вектора магнітної індукції однакові в кожній точці простору, то магнітне поле називають однорідним. Якщо величина та напрямок вектора магнітної індукції в кожній точці не змінюються з часом, то таке поле називають постійним.

Величина магнітної індукціїу будь-якій точці поля прямо пропорційна силі струму в провіднику, що створює поле, обернено пропорційна відстані від провідника до цієї точки поля, залежить від властивостей середовища проживання і форми провідника, що створює поле.

, де
НА 2 ; Гн/м - магнітна постійна вакууму,

-відносна магнітна проникність середовища,

-абсолютна магнітна проникність середовища.

Залежно від величини магнітної проникності всі речовини поділяють на три класи:

При збільшенні абсолютної проникності середовища збільшується і магнітна індукція у цій точці поля. Відношення магнітної індукції до абсолютної магнітної проникності середовища – величина постійна для даної точки полі напруженістю.

.

Вектори напруженості та магнітної індукції збігаються у напрямку. Напруженість магнітного поля залежить від властивостей середовища.

Сила Ампера- Сила, з якою магнітне поле діє на провідник зі струмом.

Де l- Довжина провідника, - Кут між вектором магнітної індукції та напрямом струму.

Напрямок сили Ампера визначають за правилу лівої руки: ліву руку мають так, щоб складова вектора магнітної індукції, перпендикулярна провіднику, входила в долоню, чотири витягнутих пальця направити по струму, тоді відігнутий на 90 0 великий палець вкаже напрям сили Ампера.

Результат дії сили Ампера – рух провідника у цьому напрямі.

Е слі = 90 0 то F = max, якщо = 0 0 F = 0.

Сила Лоренца– сила дії магнітного поля на заряд, що рухається.

, де q - заряд, v - швидкість його руху, - Кут між векторами напруженості та швидкості.

Сила Лоренца завжди перпендикулярна векторам магнітної індукції та швидкості. Напрямок визначають за правилу лівої руки(пальці - за рухом позитивного заряду). Якщо напрям швидкості частки перпендикулярно лініям магнітної індукції однорідного магнітного поля, то частка рухається по колу без зміни кінетичної енергії.

Оскільки напрям сили Лоренца залежить від знака заряду, її використовують для поділу зарядів.

Магнітний потік– величина, що дорівнює числу ліній магнітної індукції, які проходять через будь-який майданчик, розташований перпендикулярно до ліній магнітної індукції.

, де - кут між магнітною індукцією та нормаллю (перпендикуляром) до площі S.

Одиниця виміру- Вебер [Вб].

Способи вимірювання магнітного потоку:

Зміна орієнтації майданчика в магнітному полі (зміна кута)

Зміна площі контуру, поміщеного в магнітне поле

Зміна сили струму, що створює магнітне поле

Зміна відстані контуру від джерела магнітного поля

Зміна магнітних властивостей середовища.

Ф арадей реєстрував електричний струм у контурі, що не містить джерела, але знаходився поряд з іншим контуром, що містить джерело. Причому струм у першому контурі виникав у таких випадках: при будь-якій зміні струму в контурі А, при відносному переміщенні контурів, при внесенні до контуру А залізного стрижня, при русі щодо контуру Б постійного магніту. Спрямований рух вільних зарядів (струм) виникає лише в електричному полі. Отже, магнітне поле, що змінюється, породжує електричне поле, яке і приводить в рух вільні заряди провідника. Це електричне поле називають індукованимабо вихровим.

Відмінності вихрового електричного поля від електростатичного:

Джерело вихрового поля - магнітне поле, що змінюється.

Лінії напруженості вихрового поля замкнуті.

Робота, що здійснюється цим полем з переміщення заряду по замкнутому контуру не дорівнює нулю.

Енергетичною характеристикою вихрового поля є не потенціал, а ЕРС індукції– величина, що дорівнює роботі сторонніх сил (сил не електростатичного походження) щодо переміщення одиниці заряду по замкнутому контуру.

.Вимірюється у Вольтах[В].

Вихрове електричне поле виникає при будь-якій зміні магнітного поля, незалежно від того, чи є замкнутий контур, що проводить, чи його немає. Контур дозволяє виявити вихрове електричне поле.

Електромагнітна індукція- це виникнення ЕРС індукції в замкнутому контурі за будь-якої зміни магнітного потоку через його поверхню.

ЕРС індукції у замкнутому контурі породжує індукційний струм.

.

Напрямок індукційного струмувизначають за правилу Ленца: індукційний струм має такий напрям, що створене ним магнітне поле протидіє будь-якій зміні магнітного потоку, що породив цей струм.

Закон Фарадея для електромагнітної індукції: ЕРС індукції в замкнутому контурі прямо пропорційна швидкості зміни магнітного потоку через поверхню обмежену контуром.

Т оки Фуко- Вихрові індукційні струми, що виникають у провідниках великих розмірів, поміщених в магнітне поле, що змінюється. Опір такого провідника мало, оскільки він має велике перетин S, тому струми Фуко може бути великими за величиною, у результаті провідник нагрівається.

Самоіндукція- Це виникнення ЕРС індукції в провіднику при зміні сили струму в ньому.

Провідник із струмом створює магнітне поле. Магнітна індукція залежить від сили струму, отже, власний магнітний потік теж залежить від сили струму.

, де L-коефіцієнт пропорційності, індуктивність.

Одиниця виміруіндуктивності - Генрі [Гн].

Індуктивністьпровідника залежить від його розмірів, форми та магнітної проникності середовища.

Індуктивністьзбільшується при збільшенні довжини провідника, індуктивність витка більша за індуктивність прямого провідника такої ж довжини, індуктивність котушки (провідника з великим числом витків) більше індуктивності одного витка, індуктивність котушки збільшується, якщо в неї вставити залізний стрижень.

Закон Фарадея для самоіндукції:
.

ЕРС самоіндукціїпрямо пропорційна швидкості зміни струму.

ЕРС самоіндукціїпороджує струм самоіндукції, який завжди перешкоджає будь-якій зміні струму в ланцюзі, тобто, якщо струм збільшується, струм самоіндукції спрямований у протилежний бік, при зменшенні струму в ланцюзі, струм самоіндукції спрямований у ту саму сторону. Чим більша індуктивність котушки, тим більше ЕРС самоіндукції виникає в ній.

Енергія магнітного полядорівнює роботі, яку здійснює струм для подолання ЕРС самоіндукції за час, поки струм зростає від нуля до максимального значення.

.

Електромагнітні коливання– це періодичні зміни заряду, сили струму та всіх характеристик електричного та магнітного полів.

Електрична коливальна система(Коливальний контур) складається з конденсатора і котушки індуктивності.

Умови виникнення коливань:

Систему треба вивести із стану рівноваги, для цього повідомляють заряд конденсатору. Енергія електричного поля зарядженого конденсатора:

.

Система має повертатися у стан рівноваги. Під дією електричного поля заряд переходить з однієї пластини конденсатора на іншу, тобто в ланцюзі виникає електричний струм, що йде по котушці. При збільшенні струму в котушці індуктивності виникає ЕРС самоіндукції, струм самоіндукції спрямований у протилежний бік. Коли струм у котушці зменшується, струм самоіндукції спрямований у той самий бік. Отже, струм самоіндукції прагнути повернути систему до стану рівноваги.

Електричний опір ланцюга має бути малим.

Ідеальний коливальний контурнемає опору. Коливання в ньому називають вільними.

Для будь-якого електричного ланцюга виконується закон Ома, згідно з яким ЕРС, що діє в контурі, дорівнює сумі напруги на всіх ділянках ланцюга. У коливальному контурі джерела струму немає, але в котушці індуктивності виникає ЕРС самоіндукції, яка дорівнює напрузі на конденсаторі.

Висновок: заряд конденсатора змінюється за гармонічним законом.

Напруга на конденсаторі:
.

Сила струму в контурі:
.

Величина
- Амплітуда сили струму.

Відмінність від заряду на
.

Період вільних коливань у контурі:

Енергія електричного поля конденсатора:

Енергія магнітного поля котушки:

Енергії електричного та магнітного полів змінюються за гармонічним законом, але фази їх коливань різні: коли енергія електричного поля максимальна, енергія магнітного поля дорівнює нулю.

Повна енергія коливальної системи:
.

У ідеальному контуріповна енергія не змінюється.

У процесі коливань енергія електричного поля повністю перетворюється на енергію магнітного поля і навпаки. Значить енергія у будь-який час дорівнює або максимальної енергії електричного поля, або максимальної енергії магнітного поля.

Реальний коливальний контурмістить опір. Коливання в ньому називають загасаючими.

Закон Ома набуде вигляду:

За умови, що загасання мало (квадрат власної частоти коливань набагато більше квадрата коефіцієнта загасання) логарифмічний декремент загасання:

При сильному згасанні (квадрат власної частоти коливань менше квадрата коефіцієнта коливань):

Це рівняння визначає процес розрядки конденсатора на резистор. За відсутності індуктивності коливань не виникне. За таким законом змінюється напруга на обкладках конденсатора.

Повна енергіяв реальному контурі зменшується, тому що на опір при проходженні струму виділяється теплота.

Перехідний процес– процес, що виникає в електричних ланцюгах під час переходу від одного режиму роботи до іншого. Оцінюється часом ( ), протягом якого параметр, що характеризує перехідний процес зміниться в раз.

Для контура з конденсатором та резистором:
.

Теорія Максвелла про електромагнітне поле:

1 положення:

Будь-яке змінне електричне поле породжує вихрове магнітне. Змінне електричне поле було названо Максвеллом струмом зміщення, так як воно подібно до звичайного струму викликає магнітне поле.

Для виявлення струму зміщення розглядають проходження струму системою, в яку включений конденсатор з діелектриком.

Щільність струму усунення:
. Щільність струму спрямована у бік зміни напруженості.

Перше рівняння Максвелла:
- Вихрове магнітне поле породжується як струмами провідності (які рухаються електричними зарядами) так і струмами зміщення (змінним електричним полем Е).

2 положення:

Будь-яке змінне магнітне поле породжує вихрове електричне поле – основний закон електромагнітної індукції.

Друге рівняння Максвелла:
- пов'язує швидкість зміни магнітного потоку крізь будь-яку поверхню та циркуляцію вектора напруженості електричного поля, що виникає при цьому.

Будь-який провідник зі струмом створює у просторі магнітне поле. Якщо постійний струм (не змінюється з часом), то і пов'язане з ним магнітне поле теж постійне. Струм, що змінюється створює змінне магнітне поле. Усередині провідника із струмом існує електричне поле. Отже, електричне поле, що змінюється, створює магнітне поле, що змінюється.

Магнітне поле вихрове, тому що лінії магнітної індукції завжди замкнуті. Величина напруженості магнітного поля Н пропорційна швидкості зміни напруженості електричного поля . Напрямок вектору напруженості магнітного поля пов'язано із зміною напруженості електричного поля правилом правого гвинта: праву руку стиснути в кулак, великий палець направити у бік зміни напруженості електричного поля, тоді зігнуті 4 пальці вкажуть напрямок ліній напруженості магнітного поля.

Будь-яке магнітне поле, що змінюється, створює вихрове електричне поле., лінії напруженості якого замкнуті і розташовані в площині перпендикулярної напруженості магнітного поля.

Величина напруженості Е вихрового електричного поля залежить від швидкості зміни магнітного поля . Напрямок вектора пов'язаний із напрямом зміни магнітного підлогу Н правилом лівого гвинта: ліву руку стиснути в кулак, великий палець направити у бік зміни магнітного поля, зігнуті чотири пальці вкажуть напрямок ліній напруженості вихрового електричного поля.

Сукупність пов'язаних один з одним вихрових електричного та магнітного полів представляють електромагнітне поле. Електромагнітне поле залишається у місці зародження, а поширюється у просторі як поперечної електромагнітної хвилі.

Електромагнітна хвиля– це поширення у просторі пов'язаних друг з одним вихрових електричного і магнітного полів.

Умови виникнення електромагнітної хвилі- Рух заряду з прискоренням.

Рівняння електромагнітної хвилі:

- циклічна частота електромагнітних коливань

t- час від початку коливань

l-відстань від джерела хвилі до цієї точки простору

- швидкість поширення хвилі

Час руху хвилі від джерела до цієї точки.

Вектори Е і Н електромагнітної хвилі перпендикулярні один одному і швидкості поширення хвилі.

Джерело електромагнітних хвиль– провідники, якими протікають швидкозмінні струми (макроизлучатели), і навіть збуджені атоми і молекули (микроизлучатели). Чим більша частота коливань, тим краще випромінюються у просторі електромагнітні хвилі.

Властивості електромагнітних хвиль:

Усі електромагнітні хвилі – поперечні

В однорідному середовищі електромагнітні хвилі поширюються із постійною швидкістю, яка залежить від властивостей середовища:

- відносна діелектрична проникність середовища

- діелектрична постійна вакууму,
Ф/м, Кл 2/нм 2

- відносна магнітна проникність середовища

- магнітна постійна вакууму,
НА 2 ; Гн/м

Електромагнітні хвилі відбиваються від перешкод, поглинаються, розсіюються, заломлюються, поляризуються, дифрагують, інтерферують.

Об'ємна щільність енергіїелектромагнітного поля складається з об'ємних щільностей енергії електричного та магнітного полів:

Щільність потоку енергії хвиль – інтенсивність хвилі:

-вектор Умова-Пойнтінга.

Всі електромагнітні хвилі розташовані в ряд за частотами або довжинами хвиль (
). Цей ряд – шкала електромагнітних хвиль.

Низькочастотні коливання. 0 - 10 4 Гц. Отримують у генераторах. Вони погано випромінюються

Радіохвилі. 10 4 - 10 13 Гц. Випромінюються твердими провідниками, якими проходять швидкозмінні струми.

Інфрачервоне випромінювання– хвилі, що випромінюються всіма тілами при температурі понад 0 К, завдяки внутрішньоатомним та всередині молекулярним процесам.

Видиме світло- хвилі, що впливають на око, викликаючи зорове відчуття. 380-760 нм

Ультрафіолетове випромінювання. 10 – 380 нм. Видимий світло і УФ виникають при зміні руху електронів зовнішніх оболонок атома.

Рентгенівське випромінювання. 80 - 10-5 нм. Виникає за зміни руху електронів внутрішніх оболонок атома.

Гамма-випромінювання. Виникає під час розпаду ядер атомів.

Що таке постійний магніт? Постійним магнітом називається тіло, здатне тривалий час зберігати намагнічування. В результаті багаторазових досліджень, проведених численних дослідів, ми можемо сказати, що лише три речовини Землі можуть бути постійними магнітами (рис. 1).

Мал. 1. Постійні магніти. ()

Тільки ці три речовини та їх сплави можуть бути постійними магнітами, тільки вони можуть намагнічуватися та зберігати такий стан тривалий час.

Постійні магніти використовувалися дуже давно, і в першу чергу це прилади орієнтування у просторі – перший компас був винайдений у Китаї для того, щоб орієнтуватися у пустелі. На сьогоднішній день про магнітні стрілки, про постійні магніти вже ніхто не сперечається, їх використовують повсюдно в телефонах і радіопередавачах і просто в різних електротехнічних виробах. Вони можуть бути різними: є смугові магніти (рис. 2)

Мал. 2. Смуговий магніт ()

А є магніти, які називаються дугоподібними чи підковоподібними (рис. 3)

Мал. 3. Дугоподібний магніт ()

Дослідження постійних магнітів пов'язано виключно з їхньою взаємодією. Магнітне поле може створюватися електричним струмом та постійним магнітом, тому перше, що було проведено, – це дослідження з магнітними стрілками. Якщо піднести магніт до стрілки, то ми побачимо взаємодію - однойменні полюси відштовхуватимуться, а різноіменні притягуватимуться. Така взаємодія спостерігається з усіма магнітами.

Розташуємо вздовж смугового магніту маленькі магнітні стрілки (Рис. 4), південний полюс взаємодіятиме з північним, а північний притягуватиме південний. Магнітні стрілки розташовуватимуться вздовж лінії магнітного поля. Вважають, що магнітні лінії спрямовані поза постійного магніту від північного полюса до південного, а всередині магніту від південного полюса до північного. Таким чином, магнітні лінії замкнуті точно так, як і у електричного струму, це концентричні кола, вони замикаються всередині самого магніту. Виходить, що поза магнітом магнітне поле спрямоване від півночі на південь, а всередині магніту від півдня на північ.

Мал. 4. Ліні магнітного поля смугового магніту ()

Для того, щоб простежити форму магнітного поля смугового магніту, форму магнітного поля дугоподібного магніту, скористаємося наступними приладами або деталями. Візьмемо прозору пластину, залізну тирсу і проведемо експеримент. Посиплемо залізною тирсою пластину, що знаходиться на смуговому магніті (рис. 5):

Мал. 5. Форма магнітного поля смугового магніту ()

Ми бачимо, що лінії магнітного поля виходять із північного полюса і входять у південний полюс, за густотою ліній можна судити про полюси магніту, де лінії густіші – там знаходяться полюси магніту (рис. 6).

Мал. 6. Форма магнітного поля дугоподібного магніту ()

Аналогічний досвід проведемо із дугоподібним магнітом. Ми бачимо, що магнітні лінії починаються на північному та закінчуються на південному полюсі по всьому магніту.

Нам вже відомо, що магнітне поле утворюється лише навколо магнітів та електричних струмів. Як нам визначити магнітне поле Землі? Будь-яка стрілка, будь-який компас у магнітному полі Землі строго орієнтовані. Якщо магнітна стрілка строго орієнтується в просторі, отже, на неї діє магнітне поле, і це магнітне поле Землі. Можна дійти невтішного висновку у тому, що Земля - ​​це великий магніт (Рис. 7) і, відповідно, цей магніт створює у просторі досить потужне магнітне поле. Коли ми дивимося на стрілку магнітного компаса, ми знаємо, що червона стрілочка вказує на південь, а синя на північ. Як розташовуються магнітні полюси Землі? І тут необхідно пам'ятати у тому, що у північному географічному полюсі Землі розташовується південний магнітний полюс і південному географічному полюсі розташовується північний магнітний полюс Землі. Якщо розглянути Землю як тіло, що знаходиться в просторі, то можна говорити про те, що коли ми йдемо компасом на північ, ми прийдемо на південний магнітний полюс, а коли йдемо на південь - ми потрапимо на північний магнітний полюс. На екваторі стрілочка компаса розташовуватиметься практично горизонтально щодо поверхні Землі, і чим ближче ми перебуватимемо до полюсів, тим вертикальнішим буде розташування стрілки. Магнітне поле Землі могло змінюватися, були часи, коли полюси змінювалися щодо один одного, тобто південний був там, де північний, і навпаки. На думку вчених, це було провісником великих катастроф на Землі. Останні кілька десятків тисячоліть цього не спостерігалося.

Мал. 7. Магнітне поле Землі ()

Магнітні та географічні полюси не збігаються. Усередині самої Землі теж існує магнітне поле, і, як і постійному магніті, воно спрямоване від південного магнітного полюса до північного.

Звідки береться магнітне поле в постійних магнітах? Відповідь на це запитання дав французький вчений Андре-Марі Ампер. Він висловив ідею у тому, що магнітне полі постійних магнітів пояснюється елементарними, найпростішими струмами, які усередині постійних магнітів. Ці найпростіші елементарні струми певним чином посилюють один одного та створюють магнітне поле. Негативно заряджена частка - електрон - рухається навколо ядра атома, цей рух можна вважати спрямованим, і, відповідно, навколо такого заряду, що рухається, створюється магнітне поле. Усередині будь-якого тіла кількість атомів і електронів просто величезна, відповідно всі ці елементарні струми приймають упорядкований напрямок, і ми отримуємо досить значне магнітне поле. Те саме ми можемо сказати про Землю, тобто магнітне поле Землі дуже нагадує магнітне поле постійного магніту. А постійний магніт – це досить яскрава характеристика будь-якого прояву магнітного поля.

Крім існування магнітних бур, є ще магнітні аномалії. Вони пов'язані із сонячним магнітним полем. Коли Сонце відбуваються досить потужні вибухи чи викиди, вони відбуваються з допомогою прояви магнітного поля Сонця. Ця луна досягає Землі і позначається на її магнітному полі, в результаті ми з вами спостерігаємо магнітні бурі. Магнітні аномалії пов'язані з покладами залізних руд у Землі, величезні поклади протягом тривалого часу намагнічуються магнітним полем Землі, і всі тіла, що знаходяться навколо, будуть відчувати дію магнітного поля з боку цієї аномалії, стрілки компасів показуватимуть неправильний напрямок.

На наступному уроці ми з вами розглянемо інші явища, пов'язані із магнітними діями.

Список літератури

1. Генденштейн Л.Е, Кайдалов А.Б., Кожевніков В.Б. Фізика 8/За ред. Орлова В.А., Ройзена І.І. - М: Мнемозіна.
2. Перишкін А.В. Фізика 8. – М.: Дрофа, 2010.
3. Фадєєва А.А., Засов А.В., Кисельов Д.Ф. Фізика 8. - М: Просвітництво.

1. Class-fizika.narod.ru ().
2. Class-fizika.narod.ru ().
3. Files.school-collection.edu.ru ().

Домашнє завдання

1. Який із кінців стрілки компаса притягується до північного полюса Землі?
2. Де Землі не можна вірити магнітній стрілці?
3. Про що свідчить густота ліній на магніті?