Los campos magnéticos surgen en la naturaleza y pueden crearse artificialmente. La persona notó sus características útiles, que aprendió a aplicar en la vida cotidiana. ¿Cuál es la fuente del campo magnético?

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Campo magnético de la tierra

¿Cómo se desarrolló la teoría del campo magnético?

Las propiedades magnéticas de algunas sustancias se notaron en la antigüedad, pero su estudio real comenzó en Europa medieval... Usando pequeñas agujas de acero, un científico de France Peregrine descubrió la intersección de las líneas magnéticas de fuerza en ciertos puntos: los polos. Solo tres siglos después, guiado por este descubrimiento, Gilbert continuó su estudio y posteriormente defendió su hipótesis de que la Tierra tiene su propio campo magnético.

El rápido desarrollo de la teoría del magnetismo comenzó a principios del siglo XIX, cuando Ampere descubrió y describió la influencia campo eléctrico sobre el surgimiento de lo magnético, y el descubrimiento de Faraday de la inducción electromagnética estableció una relación inversa.

¿Qué es el campo magnético?

Un campo magnético se manifiesta en un efecto contundente sobre cargas eléctricas en movimiento o sobre cuerpos que tienen un momento magnético.

Fuentes de campo magnético:

1. Conductores por los que fluye la corriente eléctrica;
2. Magnetos permanentes;
3. Cambiando campo eléctrico.

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Fuentes de campo magnético

La causa raíz de la aparición de un campo magnético es idéntica para todas las fuentes: microcargas eléctricas: los electrones, iones o protones tienen su propio momento magnético o están en movimiento direccional.

¡Importante! Los campos eléctricos y magnéticos se generan mutuamente, cambiando con el tiempo. Esta relación está determinada por las ecuaciones de Maxwell.

Características del campo magnético

Las características del campo magnético son:

1. Flujo magnético, una cantidad escalar que determina cuántas líneas de fuerza de un campo magnético pasan a través de una sección transversal determinada. Está designado por la letra F. Calculado por la fórmula:

F = B x S x cos α,

donde B es el vector de inducción magnética, S es la sección, α es el ángulo de inclinación del vector a la perpendicular trazada al plano de la sección. Unidad de medida - weber (Wb);

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Flujo magnético

1. El vector de inducción magnética (B) muestra la fuerza que actúa sobre los portadores de carga. Se dirige hacia el Polo Norte, donde apunta la habitual aguja magnética. Cuantitativamente, la inducción magnética se mide en teslas (T);
2. Tensión MP (N). Determinado por la permeabilidad magnética de varios medios. En el vacío, la permeabilidad se toma como unidad. La dirección del vector de tensión coincide con la dirección de la inducción magnética. La unidad de medida es A / m.

Cómo imaginar un campo magnético

Es fácil ver la manifestación de un campo magnético en el ejemplo de un imán permanente. Tiene dos polos y, según la orientación, los dos imanes se atraen o repelen. El campo magnético caracteriza los procesos que ocurren en este caso:

1. MP se describe matemáticamente como un campo vectorial. Puede construirse mediante muchos vectores de inducción magnética B, cada uno de los cuales está dirigido hacia el polo norte de la aguja de la brújula y tiene una longitud que depende de la fuerza magnética;
2. Una forma alternativa de representarlo es usar líneas ley. Estas líneas nunca se cruzan, no comienzan ni se detienen en ningún lugar, formando bucles cerrados. Las líneas de MF se fusionan en áreas más frecuentes donde el campo magnético es más fuerte.

¡Importante! La densidad de las líneas de fuerza indica la fuerza del campo magnético.

Aunque el MP no se puede ver en la realidad, las líneas de fuerza se pueden visualizar fácilmente en el mundo real colocando limaduras de hierro en el MP. Cada partícula actúa como un pequeño imán con un polo norte y sur. El resultado es un patrón similar a las líneas de fuerza. Una persona no puede sentir el impacto de MP.

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Líneas de campo magnético

Medición de campo magnético

Dado que se trata de una cantidad vectorial, existen dos parámetros para medir MF: fuerza y ​​dirección. El rumbo es fácil de medir con una brújula conectada al campo. Un ejemplo es una brújula colocada en el campo magnético terrestre.

Medir otras características es mucho más difícil. Los magnetómetros prácticos no aparecieron hasta el siglo XIX. La mayoría de ellos funcionan utilizando la fuerza que el electrón detecta cuando se mueve a lo largo del MP.

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Magnetómetro

La medición muy precisa de pequeños campos magnéticos se ha vuelto factible desde el descubrimiento en 1988 de la magnetorresistencia gigante en materiales estratificados. Este descubrimiento en física fundamental se aplicó rápidamente a la tecnología magnética. disco duro para almacenar datos en ordenadores, lo que ha multiplicado por mil la capacidad de almacenamiento en tan solo unos años.

En los sistemas de medición convencionales, MF se mide en pruebas (T) o en gauss (G). 1 T = 10000 G. A menudo se usa Gauss porque Tesla es un campo demasiado grande.

Interesante. Un pequeño imán en el refrigerador crea un MF igual a 0.001 T, y el campo magnético de la Tierra en promedio es 0.00005 T.

La naturaleza de la aparición del campo magnético.

El magnetismo y los campos magnéticos son manifestaciones de la fuerza electromagnética. Hay dos formas posibles cómo organizar la carga de energía en movimiento y, en consecuencia, el campo magnético.

La primera es conectar el cable a una fuente de corriente, se forma un MF a su alrededor.

¡Importante! A medida que aumenta la corriente (el número de cargas en movimiento), el MF aumenta proporcionalmente. Con la distancia desde el cable, el campo disminuye dependiendo de la distancia. Esto está descrito por la ley de Ampere.

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Ley de amperio

Algunos materiales con mayor permeabilidad magnética son capaces de concentrar campos magnéticos.

Dado que el campo magnético es un vector, es necesario determinar su dirección. Para una corriente normal que fluye a través de un cable recto, la dirección se puede encontrar mediante la regla de la mano derecha.

Para usar la regla, uno debe imaginar que el cable está enrollado con la mano derecha y el pulgar indica la dirección de la corriente. Luego, los otros cuatro dedos mostrarán la dirección del vector de inducción magnética alrededor del conductor.

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Regla de la mano derecha

La segunda forma de crear un campo magnético es utilizar el hecho de que en algunas sustancias aparecen electrones con su propio momento magnético. Así funcionan los imanes permanentes:

1. Aunque los átomos a menudo tienen muchos electrones, generalmente se unen de modo que el campo magnético total del par se cancela. Se dice que dos electrones emparejados de esta manera tienen espín opuesto. Por lo tanto, para magnetizar algo, necesitas átomos que tengan uno o más electrones con el mismo giro. Por ejemplo, el hierro tiene cuatro de esos electrones y es adecuado para fabricar imanes;
2. Los miles de millones de electrones en los átomos pueden orientarse aleatoriamente y no habrá MF total, sin importar cuántos electrones no apareados tenga el material. Debe ser estable a bajas temperaturas para proporcionar una orientación general preferida de los electrones. La alta permeabilidad magnética determina la magnetización de tales sustancias bajo ciertas condiciones fuera de la influencia de MF. Estos son ferromagnetos;
3. Otros materiales pueden exhibir propiedades magnéticas en presencia de un MF externo. El campo externo sirve para alinear todos los espines de electrones, que desaparecen después de la eliminación del MF. Estas sustancias son paramagnetos. El metal de la puerta del refrigerador es un ejemplo de paramagnet.

Campo magnético de la tierra

La tierra se puede representar en forma de placas de condensadores, cuya carga tiene el signo opuesto: "menos" - en la superficie de la tierra y "más" - en la ionosfera. Entre ellos se encuentra el aire atmosférico como almohadilla aislante. El condensador gigante mantiene una carga constante debido a la influencia del MF de la Tierra. Con este conocimiento, puede crear un esquema para obtener energía eléctrica del campo magnético de la Tierra. Es cierto que el resultado serán valores de voltaje bajo.

Tener que tomar:

• dispositivo de puesta a tierra;
• el alambre;
• Transformador de Tesla, capaz de generar oscilaciones de alta frecuencia y crear una descarga de corona, ionizando el aire.

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bobina de Tesla

La bobina de Tesla actuará como un emisor de electrones. Toda la estructura está conectada entre sí y el transformador debe elevarse a una altura considerable para garantizar una diferencia de potencial suficiente. Así, se creará un circuito eléctrico a través del cual fluirá una pequeña corriente. Recibir un gran número de la electricidad usando este dispositivo es imposible.

La electricidad y el magnetismo dominan muchos mundos alrededor de los seres humanos: desde los procesos más fundamentales de la naturaleza hasta los dispositivos electrónicos de vanguardia.

Video

Buen día, hoy te enterarás que es el campo magnetico y de donde viene.

Cada persona en el planeta al menos una vez, pero se mantuvo imán en la mano. A partir de imanes de nevera de recuerdo, o imanes de trabajo para recoger polen de hierro y mucho más. Cuando era niño, era un juguete divertido que estaba pegado a metales ferrosos, pero no a otros metales. Entonces, ¿cuál es el secreto del imán y su campo magnético.

¿Qué es el campo magnético?

¿En qué momento el imán comienza a atraerse a sí mismo? Alrededor de cada imán hay un campo magnético, dentro del cual, los objetos comienzan a ser atraídos hacia él. El tamaño de dicho campo puede variar según el tamaño del imán y sus propiedades intrínsecas.

Término de wikipedia:

El campo magnético es un campo de fuerza que actúa sobre cargas eléctricas en movimiento y sobre cuerpos con momento magnético, independientemente del estado de su movimiento, el componente magnético del campo electromagnético.

¿De dónde viene el campo magnético?

El campo magnético puede ser creado por la corriente de partículas cargadas o por los momentos magnéticos de los electrones en los átomos, así como por los momentos magnéticos de otras partículas, aunque en mucha menor medida.

Manifestación del campo magnético

El campo magnético se manifiesta en el efecto sobre los momentos magnéticos de partículas y cuerpos, sobre el movimiento de partículas cargadas o conductores con. La fuerza que actúa sobre una partícula cargada eléctricamente que se mueve en un campo magnético es llamada la fuerza de Lorentz, que siempre se dirige perpendicular a los vectores v y B. Es proporcional a la carga de partículas q, que constituye la velocidad v perpendicular a la dirección del vector del campo magnético B, y la magnitud del campo magnético B.

¿Qué objetos tienen un campo magnético?

A menudo no pensamos en ello, pero muchos (si no todos) los objetos que nos rodean son imanes. Estamos acostumbrados al hecho de que un imán es un guijarro con una fuerza de atracción pronunciada hacia sí mismo, pero en realidad, casi todo tiene una fuerza de atracción, simplemente es mucho menor. Tomemos, por ejemplo, nuestro planeta: no volamos al espacio, aunque no nos aferramos a la superficie con nada. El campo de la Tierra es mucho más débil que el campo de un imán-guijarro, por lo tanto, nos retiene solo debido a su enorme tamaño; si alguna vez has visto cómo las personas caminan sobre la Luna (cuyo diámetro es cuatro veces más pequeño), lo verás. entender claramente de lo que estamos hablando ... La gravedad de la Tierra se basa en gran parte en componentes metálicos, su corteza y núcleo, que tienen un poderoso campo magnético. Es posible que haya escuchado que las brújulas dejan de apuntar al norte correcto cerca de grandes depósitos de mineral de hierro; esto se debe a que el principio de la brújula se basa en la interacción de campos magnéticos y el mineral de hierro atrae su aguja.

Campo magnético y sus características.

Plan de conferencias:

Campo magnético, sus propiedades y características.

Un campo magnetico- la forma de existencia de la materia que rodea a las cargas eléctricas en movimiento (conductores con corriente, imanes permanentes).

Este nombre se debe a que, como descubrió el físico danés Hans Oersted en 1820, tiene un efecto orientador sobre la aguja magnética. El experimento de Oersted: se colocó una aguja magnética que giraba sobre una aguja debajo de un cable con una corriente. Cuando se encendió la corriente, se instaló perpendicular al cable; con un cambio en la dirección de la corriente, giró en la dirección opuesta.

Las principales propiedades del campo magnético:

generados por cargas eléctricas en movimiento, conductores portadores de corriente, imanes permanentes y un campo eléctrico alterno;

actúa con fuerza sobre cargas eléctricas en movimiento, conductores con corriente, cuerpos magnetizados;

un campo magnético alterno genera un campo eléctrico alterno.

De la experiencia de Oersted se desprende que el campo magnético tiene un carácter direccional y debe tener una característica de fuerza vectorial. Se designa y se llama inducción magnética.

El campo magnético se representa gráficamente utilizando líneas de fuerza magnéticas o líneas de inducción magnética. Poder magnetico líneas llamadas las líneas a lo largo de las cuales se ubican las limaduras de hierro en el campo magnético o los ejes de pequeñas flechas magnéticas. En cada punto de dicha línea, el vector se dirige tangencialmente.

Las líneas de inducción magnética siempre están cerradas, lo que indica la ausencia de cargas magnéticas en la naturaleza y la naturaleza de vórtice del campo magnético.

Convencionalmente, salen del polo norte del imán y entran por el sur. La densidad de las líneas se elige de modo que el número de líneas a través de una unidad de área perpendicular al campo magnético sea proporcional al valor de la inducción magnética.

H

Solenoide magnético con corriente

La dirección de las líneas está determinada por la regla del tornillo de la derecha. Un solenoide es una bobina con una corriente, cuyas vueltas están ubicadas cerca una de la otra, y el diámetro de la vuelta es mucho menor que la longitud de la bobina.

El campo magnético dentro del solenoide es uniforme. Un campo magnético se llama uniforme si el vector es constante en cualquier punto.

El campo magnético del solenoide es similar al campo magnético de una banda magnética.

CON

un olenoide con corriente es un electroimán.

La experiencia muestra que para un campo magnético, así como para un campo eléctrico, es cierto principio de superposición: la inducción de un campo magnético creado por varias corrientes o cargas en movimiento es igual a la suma vectorial de las inducciones de los campos magnéticos creados por cada corriente o carga:

El vector se introduce de una de las 3 formas siguientes:

a) de la ley de Ampere;

b) por la acción del campo magnético en el marco con corriente;

c) de la expresión de la fuerza de Lorentz.

A mper encontró experimentalmente que la fuerza con la que un campo magnético actúa sobre un elemento de un conductor con una corriente I, ubicado en un campo magnético, es directamente proporcional a la fuerza

corriente I y el producto vectorial del elemento de longitud por la inducción magnética:

- Ley de Ampere

H
La dirección del vector se puede encontrar de acuerdo con las reglas generales del producto vectorial, de donde sigue la regla de la mano izquierda: si la palma de la mano izquierda está colocada de manera que las líneas magnéticas de fuerza entren en ella, y 4 dedos extendidos se dirigen a lo largo de la corriente, entonces el pulgar doblado mostrará la dirección de la fuerza.

La fuerza que actúa sobre un cable de longitud finita se encuentra integrando sobre toda la longitud.

Para I = constante, B = constante, F = BIlsin

Si  = 90 0, F = BIl

Inducción de campo magnético- cantidad física vectorial, numéricamente igual a la fuerza que actúa en un campo magnético uniforme sobre un conductor de longitud unitaria con fuerza de corriente unitaria, ubicado perpendicular a las líneas magnéticas de fuerza.

1Tl es la inducción de un campo magnético uniforme, en el que una fuerza de 1N actúa sobre un conductor de 1 m de largo con una corriente de 1A, ubicado perpendicular a las líneas de fuerza magnéticas.

Hasta ahora, hemos analizado las macrocorrientes que fluyen en los conductores. Sin embargo, según la suposición de Ampere, en cualquier cuerpo existen corrientes microscópicas debido al movimiento de electrones en los átomos. Estas corrientes moleculares microscópicas crean su propio campo magnético y pueden rotar en los campos de macrocorrientes, creando un campo magnético adicional en el cuerpo. El vector caracteriza el campo magnético resultante creado por todas las macro y micro corrientes, es decir, a la misma macrocorriente, el vector tiene diferentes valores en diferentes medios.

El campo magnético de las macrocorrientes se describe mediante el vector de intensidad magnética.

Para un medio isotrópico homogéneo

,

 0 = 410-7 H / m - constante magnética,  0 = 410-7 N / A 2,

 - permeabilidad magnética del medio, que muestra cuántas veces cambia el campo magnético de las macrocorrientes debido al campo de las microcorrientes del medio.

Flujo magnético. Teorema de Gauss para el flujo magnético.

Vector de corriente(flujo magnético) a través del sitio dS se llama valor escalar igual a

dónde está la proyección en la dirección de la normal al sitio;

 es el ángulo entre los vectores y.

Elemento de superficie direccional,

El flujo de un vector es una cantidad algebraica,

si - al salir de la superficie;

si - al entrar en la superficie.

El flujo del vector de inducción magnética a través de una superficie arbitraria S es igual a

Para un campo magnético uniforme = constante,

1 Wb: flujo magnético que pasa a través de una superficie plana con un área de 1 m 2, ubicada perpendicular a un campo magnético uniforme, cuya inducción es igual a 1 T.

El flujo magnético a través de la superficie S es numéricamente igual al número de líneas magnéticas de fuerza que cruzan esta superficie.

Dado que las líneas de inducción magnética siempre están cerradas, para una superficie cerrada el número de líneas que entran en la superficie (Ф 0), por lo tanto, el flujo total de inducción magnética a través de la superficie cerrada es cero.

- Teorema de gauss: el flujo del vector de inducción magnética a través de cualquier superficie cerrada es cero.

Este teorema es una expresión matemática del hecho de que en la naturaleza no existen cargas magnéticas en las que las líneas de inducción magnética comiencen o terminen.

Ley de Bio-Savart-Laplace y su aplicación para el cálculo de campos magnéticos.

El campo magnético de corrientes directas de diversas formas fue investigado en detalle por FR. científicos Bio y Savard. Descubrieron que en todos los casos la inducción magnética en un punto arbitrario es proporcional a la intensidad de la corriente, depende de la forma, el tamaño del conductor, la ubicación de este punto en relación con el conductor y en el medio.

Los resultados de estos experimentos fueron resumidos por el P. matemático Laplace, quien tomó en cuenta la naturaleza vectorial de la inducción magnética y planteó la hipótesis de que la inducción en cada punto es, según el principio de superposición, la suma vectorial de las inducciones de los campos magnéticos elementales creados por cada sección de este conductor.

Laplace en 1820 formuló una ley que se llamó ley de Bio-Savart-Laplace: cada elemento de un conductor con una corriente crea un campo magnético, cuyo vector de inducción en algún punto arbitrario K está determinado por la fórmula:

- Ley de Bio-Savard-Laplace.

De la ley de Bio-Sovar-Laplace se deduce que la dirección del vector coincide con la dirección del producto vectorial. La misma dirección viene dada por la regla del tornillo derecho (barrena).

Teniendo en cuenta que,

Elemento conductor codirigido con corriente;

Vector de radio que se conecta al punto K;

La ley de Bio-Savart-Laplace es de importancia práctica, ya que permite encontrar en un punto dado del espacio la inducción del campo magnético de la corriente que fluye a través de un conductor de dimensiones finitas y forma arbitraria.

Para una corriente de forma arbitraria, tal cálculo es un problema matemático complejo. Sin embargo, si la distribución de la corriente tiene una cierta simetría, entonces la aplicación del principio de superposición junto con la ley de Biot-Savart-Laplace permite calcular con relativa facilidad campos magnéticos específicos.

Veamos algunos ejemplos.

A. Campo magnético de un conductor recto con corriente.

para un conductor de longitud finita:

para un conductor de longitud infinita:  1 = 0,  2 = 

B. Campo magnético en el centro de la corriente circular:

 = 90 0, sin = 1,

Oersted en 1820 descubrió experimentalmente que la circulación en un circuito cerrado que rodea un sistema de macrocorrientes es proporcional a la suma algebraica de estas corrientes. El coeficiente de proporcionalidad depende de la elección del sistema de unidades y es igual a 1 en el SI.

C
Una integral sobre un contorno cerrado se llama circularización de un vector.

Esta fórmula se llama teorema de circulación o ley de corriente total:

la circulación del vector de intensidad del campo magnético a lo largo de un bucle cerrado arbitrario es igual a la suma algebraica de macrocorrientes (o corriente total) cubiertas por este bucle. su especificaciones En el espacio que rodea las corrientes y los imanes permanentes, surge una fuerza campo llamado magnético... Disponibilidad magnético los campos descubierto ...

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El campo magnético puede ser creado por la corriente de partículas cargadas y / o los momentos magnéticos de los electrones en los átomos (y los momentos magnéticos de otras partículas, aunque en mucha menor medida) (imanes permanentes).

Además, aparece en presencia de un campo eléctrico variable en el tiempo.

La principal característica de fuerza del campo magnético es vector de inducción magnética (vector de inducción de campo magnético). Desde un punto de vista matemático, es un campo vectorial que define y concretiza el concepto físico de campo magnético. A menudo, el vector de inducción magnética se denomina simplemente campo magnético por brevedad (aunque probablemente este no sea el uso más estricto del término).

Otra característica fundamental del campo magnético (inducción magnética alternativa y estrechamente interconectada con él, prácticamente igual en valor físico) es potencial vectorial .

Un campo magnético se puede llamar un tipo especial de materia, a través del cual se lleva a cabo la interacción entre partículas cargadas en movimiento o cuerpos con un momento magnético.

Los campos magnéticos son una consecuencia necesaria (en contexto) de la existencia de campos eléctricos.

• Desde el punto de vista de la teoría cuántica del campo, la interacción magnética, como un caso especial de interacción electromagnética, es transferida por un bosón fundamental sin masa: un fotón (una partícula que puede representarse como una excitación cuántica de un campo electromagnético), a menudo ( por ejemplo, en todos los casos de campos estáticos) - virtual.

Fuentes de campo magnético

Un campo magnético es creado (generado) por una corriente de partículas cargadas, o un campo eléctrico variable en el tiempo, o los momentos magnéticos intrínsecos de las partículas (estos últimos, para uniformidad de la imagen, pueden reducirse formalmente a corrientes eléctricas).

Cálculo

En casos simples, el campo magnético de un conductor con una corriente (incluso en el caso de una corriente distribuida arbitrariamente sobre el volumen o el espacio) se puede encontrar a partir de la ley de Biot-Savard-Laplace o el teorema de la circulación (también conocido como ley de Ampere). En principio, este método se limita al caso (aproximación) de la magnetostática, es decir, al caso de constante (si hablamos de aplicabilidad estricta) o de variación bastante lenta (si hablamos de una aplicación aproximada) magnética y eléctrica. los campos.

En mas situaciones difíciles se busca como solución a las ecuaciones de Maxwell.

Manifestación del campo magnético

El campo magnético se manifiesta en el efecto sobre los momentos magnéticos de partículas y cuerpos, sobre partículas cargadas en movimiento (o conductores con corriente). La fuerza que actúa sobre una partícula cargada eléctricamente que se mueve en un campo magnético se llama fuerza de Lorentz, que siempre se dirige perpendicular a los vectores. v y B... Es proporcional a la carga de partículas. q componente de velocidad v perpendicular a la dirección del vector del campo magnético B, y la magnitud de la inducción del campo magnético B... En unidades SI, la fuerza de Lorentz se expresa de la siguiente manera:

en el sistema de unidades CGS:

donde los corchetes denotan el producto cruzado.

Además (debido a la acción de la fuerza de Lorentz sobre las partículas cargadas que se mueven a lo largo del conductor), el campo magnético actúa sobre el conductor con corriente. La fuerza que actúa sobre un conductor con corriente se llama fuerza en amperios. Esta fuerza consiste en fuerzas que actúan sobre cargas individuales que se mueven dentro del conductor.

Interacción de dos imanes

Una de las manifestaciones más comunes de un campo magnético en la vida cotidiana es la interacción de dos imanes: los mismos polos se repelen, los opuestos se atraen. Parece tentador describir la interacción entre imanes como una interacción entre dos monopolos y, desde un punto de vista formal, esta idea es bastante realizable y, a menudo, muy conveniente y, por lo tanto, prácticamente útil (en los cálculos); Sin embargo, un análisis detallado muestra que esta en realidad no es una descripción completamente correcta del fenómeno (la pregunta más obvia que no se puede explicar en el marco de dicho modelo es la pregunta de por qué los monopolos nunca pueden separarse, es decir, por qué un El experimento demuestra que no aislado el cuerpo en realidad no tiene una carga magnética; además, la debilidad del modelo es que es inaplicable al campo magnético creado por una corriente macroscópica, lo que significa que si no lo consideras como una pura dispositivo formal, solo complica la teoría en un sentido fundamental).

Sería más correcto decir que un dipolo magnético colocado en un campo no homogéneo es actuado por una fuerza que tiende a rotarlo de modo que el momento magnético del dipolo se alinea con el campo magnético. Pero ningún imán experimenta la acción de una fuerza (total) de un campo magnético uniforme. Fuerza que actúa sobre un dipolo magnético con momento magnético. metro expresado por la fórmula:

La fuerza que actúa sobre un imán (que no es un dipolo de un solo punto) desde el lado de un campo magnético no homogéneo se puede determinar sumando todas las fuerzas (determinadas por esta fórmula) que actúan sobre los dipolos elementales que componen el imán.

Sin embargo, es posible un enfoque que reduzca la interacción de los imanes a la fuerza en amperios, y la fórmula en sí misma anterior para la fuerza que actúa sobre un dipolo magnético también se puede obtener basándose en la fuerza en amperios.

El fenómeno de la inducción electromagnética.

Campo vectorial H medido en amperios por metro (A / m) en SI y en oersteds en CGS. Oersteds y Gauss son cantidades idénticas, su separación es puramente terminológica.

Energía de campo magnético

El incremento en la densidad de energía del campo magnético es igual a:

H- intensidad del campo magnético, B- inducción magnética

En la aproximación del tensor lineal, la permeabilidad magnética es un tensor (lo denotamos) y la multiplicación de un vector por él es la multiplicación del tensor (matriz):

o en componentes.

La densidad de energía en esta aproximación es:

- los componentes del tensor de permeabilidad magnética, - el tensor representado por la matriz inversa a la matriz del tensor de permeabilidad magnética, - la constante magnética

Al elegir los ejes coordenados coincidentes con los ejes principales del tensor de permeabilidad magnética, se simplifican las fórmulas en las componentes:

- las componentes diagonales del tensor de permeabilidad magnética en sus propios ejes (el resto de componentes en estas coordenadas especiales - ¡y solo en ellas! - son iguales a cero).

En un imán lineal isotrópico:

- permeabilidad magnética relativa

Al vacío y:

La energía del campo magnético en el inductor se puede encontrar mediante la fórmula:

Ф - flujo magnético, I - corriente, L - inductancia de una bobina o bobina con corriente.

Propiedades magnéticas de sustancias.

Desde un punto de vista fundamental, como se indicó anteriormente, un campo magnético puede ser creado (y por lo tanto - en el contexto de este párrafo - y debilitado o fortalecido) por un campo eléctrico alterno, corrientes eléctricas en forma de corrientes de partículas cargadas o momentos magnéticos de partículas.

La estructura microscópica específica y las propiedades de diversas sustancias (así como sus mezclas, aleaciones, estados de agregación, modificaciones cristalinas, etc.) llevan al hecho de que a nivel macroscópico pueden comportarse de manera bastante diversa bajo la acción de un campo magnético externo. (en particular, debilitándolo o incrementándolo en diversos grados).

En este sentido, las sustancias (y los medios en general) con respecto a sus propiedades magnéticas se dividen en los siguientes grupos principales:

• Los antiferromagnetos son sustancias en las que se ha establecido el orden antiferromagnético de los momentos magnéticos de los átomos o iones: los momentos magnéticos de las sustancias están dirigidos de manera opuesta y tienen la misma fuerza.
• Los diamagnetos son sustancias que se magnetizan contra la dirección de un campo magnético externo.
• Los paramagnetos son sustancias que se magnetizan en un campo magnético externo en la dirección de un campo magnético externo.
• Los ferromagnetos son sustancias en las que se establece un orden ferromagnético de momentos magnéticos de largo alcance por debajo de una determinada temperatura crítica (punto de Curie).
• Los ferrimagnetos son materiales en los que los momentos magnéticos de una sustancia se dirigen de manera opuesta y no tienen la misma fuerza.
• Los grupos de sustancias anteriores incluyen principalmente sustancias sólidas ordinarias o (para algunas) sustancias líquidas, así como gases. La interacción con el campo magnético de los superconductores y el plasma es significativamente diferente.

Toki Foucault

Las corrientes de Foucault (corrientes parásitas) son corrientes eléctricas cerradas en un conductor masivo que se producen cuando cambia el flujo magnético que lo penetra. Son corrientes de inducción generadas en un cuerpo conductor, ya sea como resultado de un cambio en el tiempo del campo magnético en el que se encuentra, o como resultado del movimiento de un cuerpo en un campo magnético, lo que provoca un cambio en el campo magnético. flujo a través del cuerpo o cualquier parte de él. Según la regla de Lenz, el campo magnético de las corrientes de Foucault se dirige para contrarrestar el cambio en el flujo magnético que induce estas corrientes.

La historia del desarrollo de ideas sobre el campo magnético.

Aunque los imanes y el magnetismo se conocían mucho antes, el estudio del campo magnético comenzó en 1269, cuando el científico francés Peter Peregrine (caballero Pierre de Mericourt) observó el campo magnético en la superficie de un imán esférico utilizando agujas de acero y determinó que el resultado Las líneas del campo magnético se cruzaban en dos puntos, a los que llamó "polos" por analogía con los polos de la Tierra. Casi tres siglos después, William Gilbert Colchester utilizó el trabajo de Peter Peregrin y por primera vez declaró definitivamente que la Tierra misma es un imán. Publicado en 1600, obra de Gilbert "De Magnete", sentó las bases del magnetismo como ciencia.

Tres descubrimientos consecutivos han desafiado esta "base del magnetismo". Primero, en 1819, Hans Christian Oersted descubrió que una corriente eléctrica crea un campo magnético a su alrededor. Luego, en 1820, André-Marie Ampere demostró que los cables paralelos que transportan corriente en la misma dirección se atraen entre sí. Finalmente, Jean-Baptiste Biot y Felix Savard en 1820 descubrieron una ley llamada ley de Biot-Savard-Laplace, que predijo correctamente el campo magnético alrededor de cualquier cable energizado.

Ampliando estos experimentos, Ampere publicó su propio modelo exitoso de magnetismo en 1825. En él, mostró la equivalencia corriente eléctrica en imanes, y en lugar de dipolos de carga magnética del modelo de Poisson, propuso la idea de que el magnetismo está asociado con bucles de corriente que fluyen constantemente. Esta idea explicaba por qué no se podía aislar una carga magnética. Además, Ampere derivó una ley que lleva su nombre, que, al igual que la ley de Bio-Savart-Laplace, describía correctamente el campo magnético creado por la corriente continua y también introducía el teorema sobre la circulación del campo magnético. También en este trabajo, Ampere introdujo el término "electrodinámica" para describir la relación entre la electricidad y el magnetismo.

Aunque la fuerza del campo magnético de una carga eléctrica en movimiento implícita en la ley de Ampere no se estableció explícitamente, en 1892 Hendrik Lorentz la derivó de las ecuaciones de Maxwell. En este caso, se completó básicamente la teoría clásica de la electrodinámica.

El siglo XX amplió las opiniones sobre la electrodinámica, gracias al surgimiento de la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica. Albert Einstein, en su artículo de 1905, donde se fundamentó su teoría de la relatividad, mostró que los campos eléctricos y magnéticos son parte de un mismo fenómeno, considerado en diferentes marcos de referencia. (Ver Imán móvil y el problema del conductor: el experimento mental que, en última instancia, ayudó a Einstein a desarrollar la relatividad especial). Finalmente, la mecánica cuántica se combinó con la electrodinámica para formar la electrodinámica cuántica (QED).

ver también

• Visualizador de película magnética

Notas (editar)

1. TSB. 1973, "Enciclopedia soviética".
2. En casos particulares, un campo magnético puede existir en ausencia de un campo eléctrico, pero en general, el campo magnético está profundamente interconectado con el eléctrico tanto de forma dinámica (generación mutua de campos eléctricos y magnéticos alternos entre sí), como en el sentido que durante la transición a un nuevo marco de referencia, el campo magnético y el eléctrico se expresan entre sí, es decir, en general, no pueden separarse incondicionalmente.
3. Yavorskiy B.M., Detlaf A.A. Manual de física: 2a ed., Rev. - M.: Nauka, Edición principal de literatura física y matemática, 1985, - 512 p.
4. En SI, la inducción magnética se mide en teslas (T), en el sistema CGS en gauss.
5. Coinciden exactamente en el sistema de unidades CGS, en SI; difieren en un coeficiente constante, que, por supuesto, no cambia el hecho de su identidad física práctica.
6. La diferencia más importante y en la superficie aquí es que la fuerza que actúa sobre una partícula en movimiento (o sobre un dipolo magnético) se calcula exactamente a través y no a través. Cualquier otro método de medición físicamente correcto y significativo también permitirá medir, aunque para un cálculo formal a veces resulta más conveniente - cuál, de hecho, es el punto de introducir esta cantidad auxiliar (de lo contrario sería posible prescindir de él en absoluto, usando solo
7. Sin embargo, debe entenderse bien que una serie de propiedades fundamentales de esta "materia" son fundamentalmente diferentes de las propiedades de ese tipo habitual de "materia", que podría designarse con el término "sustancia".
8. Consulte el teorema de Ampere.
9. Para un campo homogéneo, esta expresión da fuerza cero, ya que todas las derivadas son iguales a cero B por coordenadas.
10. Sivukhin D.V. Curso general de física. - Ed. 4º, estereotipado. - M.: Fizmatlit; Editorial del MIPT, 2004. - T. III. Electricidad. - 656 p. - ISBN 5-9221-0227-3; ISBN 5-89155-086-5.

Campo magnético de la tierra

Un campo magnético es un campo de fuerza que actúa sobre cargas eléctricas en movimiento y sobre cuerpos con un momento magnético, independientemente del estado de su movimiento.

Las fuentes de un campo magnético macroscópico son cuerpos magnetizados, conductores con corriente y cuerpos cargados eléctricamente en movimiento. La naturaleza de estas fuentes es la misma: el campo magnético surge como resultado del movimiento de micropartículas cargadas (electrones, protones, iones), así como debido a la presencia de un momento magnético intrínseco (espín) en las micropartículas.

Un campo magnético alterno también ocurre cuando el campo eléctrico cambia con el tiempo. A su vez, cuando el campo magnético cambia con el tiempo, surge un campo eléctrico. Las ecuaciones de Maxwell dan una descripción completa de los campos eléctrico y magnético en su relación. Para caracterizar el campo magnético, a menudo se introduce el concepto de líneas de fuerza de campo (líneas de inducción magnética).

Se utilizan varios tipos de magnetómetros para medir las características del campo magnético y las propiedades magnéticas de las sustancias. La unidad de inducción del campo magnético en el sistema CGS es Gauss (G), en el Sistema Internacional de Unidades (SI) - Tesla (T), 1 T = 104 G. La intensidad se mide, respectivamente, en oersteds (Oe) y amperios por metro (A / m, 1 A / m = 0.01256 Oe; energía del campo magnético - en Erg / cm 2 o J / m 2, 1 J / m 2 = 10 ergio / cm 2.

La brújula reacciona
en el campo magnético de la tierra

Los campos magnéticos en la naturaleza son extremadamente diversos tanto en su escala como en los efectos que causan. El campo magnético de la Tierra, que forma la magnetosfera de la Tierra, se extiende a una distancia de 70-80 mil km hacia el Sol y muchos millones de km en la dirección opuesta. En la superficie de la Tierra, el campo magnético es en promedio 50 μT, en el límite de la magnetosfera ~ 10-3 G. El campo geomagnético protege la superficie de la Tierra y la biosfera del flujo de partículas cargadas del viento solar y rayos parcialmente cósmicos. La influencia del propio campo geomagnético sobre la actividad vital de los organismos es estudiada por magnetobiología. En el espacio cercano a la Tierra, el campo magnético forma una trampa magnética para partículas cargadas de alta energía: el cinturón de radiación de la Tierra. Las partículas contenidas en el cinturón de radiación representan un peligro significativo al volar al espacio. El origen del campo magnético de la Tierra está asociado con los movimientos convectivos de la materia líquida conductora en el núcleo de la Tierra.

Las mediciones directas con la ayuda de naves espaciales mostraron que los cuerpos espaciales más cercanos a la Tierra, la Luna, los planetas Venus y Marte, no tienen su propio campo magnético, similar al de la Tierra. De otros planetas Sistema solar sólo Júpiter y, aparentemente, Saturno tienen sus propios campos magnéticos, suficientes para crear trampas magnéticas planetarias. En Júpiter, se descubrieron campos magnéticos de hasta 10 G y una serie de fenómenos característicos (tormentas magnéticas, emisión de radio sincrotrón y otros), lo que indica un papel importante del campo magnético en los procesos planetarios.

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Foto del sol
en un espectro estrecho

El campo magnético interplanetario es principalmente el campo del viento solar (el plasma en continua expansión de la corona solar). Cerca de la órbita de la Tierra, el campo interplanetario es ~ 10 -4-10-5 G. La regularidad del campo magnético interplanetario puede verse alterada debido al desarrollo diferentes tipos inestabilidad del plasma, paso de ondas de choque y propagación de corrientes de partículas rápidas generadas por erupciones solares.

En todos los procesos en el Sol: llamaradas, la aparición de manchas y prominencias, el nacimiento de los rayos cósmicos solares, el campo magnético juega rol crucial... Las mediciones basadas en el efecto Zeeman han demostrado que el campo magnético de las manchas solares alcanza varios miles de G, las prominencias están sostenidas por campos de ~ 10-100 G (con un valor promedio del campo magnético total del Sol de ~ 1 G).

Tormentas magnéticas

Las tormentas magnéticas son fuertes perturbaciones del campo magnético de la Tierra, que alteran bruscamente el curso diario fluido de los elementos del magnetismo terrestre. Las tormentas magnéticas duran desde varias horas hasta varios días y se observan simultáneamente en toda la Tierra.

Como regla general, las tormentas magnéticas constan de fases preliminar, inicial y principal, así como una fase de recuperación. En la fase preliminar, se observan cambios insignificantes en el campo geomagnético (principalmente en latitudes altas), así como la excitación de oscilaciones de campo características de corto período. La fase inicial se caracteriza por un cambio repentino en los componentes individuales del campo en toda la Tierra, y la fase principal se caracteriza por grandes fluctuaciones de campo y una fuerte disminución en el componente horizontal. Durante la fase de recuperación de la tormenta magnética, el campo vuelve a su valor normal.

Influencia del viento solar
a la magnetosfera de la Tierra

Las tormentas magnéticas son causadas por corrientes de plasma solar de las regiones activas del Sol, superpuestas al tranquilo viento solar. Por lo tanto, las tormentas magnéticas se observan con mayor frecuencia cerca de los máximos del ciclo de 11 años. actividad solar... Al llegar a la Tierra, las corrientes de plasma solar aumentan la compresión de la magnetosfera, provocando la fase inicial de la tormenta magnética y penetran parcialmente en la magnetosfera de la Tierra. La penetración de partículas de alta energía en la atmósfera superior de la Tierra y su efecto sobre la magnetosfera conducen a la generación y amplificación de corrientes eléctricas en la misma, alcanzando la mayor intensidad en las regiones polares de la ionosfera, lo que se asocia con la presencia de una zona de alta latitud de actividad magnética. Los cambios en los sistemas de corrientes magnetosféricas-ionosféricas se manifiestan en la superficie de la Tierra en forma de perturbaciones magnéticas irregulares.

En los fenómenos del micromundo, el papel del campo magnético es tan importante como en la escala cósmica. Esto se explica por la existencia de todas las partículas: elementos estructurales de la materia (electrones, protones, neutrones), un momento magnético, así como la acción de un campo magnético sobre cargas eléctricas en movimiento.

Aplicación de campos magnéticos en ciencia y tecnología. Los campos magnéticos generalmente se subdividen en débiles (hasta 500 Gs), medianos (500 G - 40 kG), fuertes (40 kG - 1 MG) y superfuertes (más de 1 MG). Casi toda la ingeniería eléctrica, la ingeniería de radio y la electrónica se basan en el uso de campos magnéticos débiles y medios. Los campos magnéticos débiles y medios se obtienen utilizando imanes permanentes, electroimanes, solenoides no refrigerados, imanes superconductores.

Fuentes de campo magnético

Todas las fuentes de campos magnéticos se pueden dividir en artificiales y naturales. Las principales fuentes naturales del campo magnético son el propio campo magnético del planeta Tierra y el viento solar. Las fuentes artificiales incluyen todos los campos electromagnéticos que son tan abundantes en nuestro mundo moderno, y nuestros hogares en particular. Más detalles sobre y sigue leyendo el nuestro.

Los vehículos eléctricos son una poderosa fuente de campos magnéticos en el rango de 0 a 1000 Hz. El transporte ferroviario utiliza corriente alterna. El transporte urbano es permanente. Los valores máximos de inducción del campo magnético en el transporte eléctrico suburbano alcanzan los 75 μT, los valores medios son de unos 20 μT. Los valores medios para los vehículos impulsados ​​por CC se fijan en 29 μT. En los tranvías, donde el cable de retorno son rieles, los campos magnéticos se compensan entre sí a una distancia mucho mayor que en los cables del trolebús, y dentro del trolebús, las fluctuaciones del campo magnético son pequeñas incluso durante la aceleración. Pero las mayores fluctuaciones en el campo magnético están en el metro. Cuando el tren sale, el campo magnético en la plataforma es de 50-100 μT y más, excediendo el campo geomagnético. Incluso cuando el tren desapareció en el túnel hace mucho tiempo, el campo magnético no vuelve a su valor anterior. Solo después de que el tren haya pasado el siguiente punto de conexión al carril de contacto, el campo magnético volverá al valor anterior. Es cierto que a veces no tiene tiempo: el próximo tren ya se acerca al andén y cuando frena, el campo magnético vuelve a cambiar. En el propio vagón, el campo magnético es aún más fuerte: 150-200 μT, es decir, diez veces más que en un tren eléctrico convencional.

Los valores de inducción de los campos magnéticos que se encuentran con mayor frecuencia en nuestra vida diaria se muestran en el siguiente diagrama. Al mirar este diagrama, queda claro que estamos expuestos a campos magnéticos todo el tiempo y en todas partes. Según algunos científicos, los campos magnéticos con una inducción de más de 0,2 μT se consideran perjudiciales. Naturalmente, se deben tomar ciertas precauciones para protegernos de los efectos nocivos de los campos que nos rodean. Con solo seguir algunas reglas simples, puede reducir significativamente el efecto de los campos magnéticos en su cuerpo.

El actual SanPiN 2.1.2.2801-10 "Cambios y adiciones No. 1 a SanPiN 2.1.2.2645-10" Requisitos sanitarios y epidemiológicos para las condiciones de vida en edificios y locales residenciales "dice lo siguiente:" El nivel máximo permisible de debilitamiento de la geomagnética El campo en las instalaciones de los edificios residenciales se establece igual a 1,5 ". Asimismo, se han establecido los valores máximos permisibles de la intensidad e intensidad del campo magnético con una frecuencia de 50 Hz:

• en locales residenciales - 5 μT o 4 A / m;
• en locales no residenciales de edificios residenciales, en áreas residenciales, incluso en el territorio de parcelas de jardín - 10 μT o 8 A / m.

Con base en los estándares especificados, todos pueden calcular cuántos aparatos eléctricos se pueden encender y en estado de espera en cada habitación específica, o sobre la base de qué recomendaciones se emitirán para normalizar el espacio habitable.

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Un cortometraje científico sobre el campo magnético de la Tierra

Referencias

1. Gran enciclopedia soviética.