Câmpurile magnetice apar în natură și pot fi create artificial. Persoana a observat caracteristicile lor utile, pe care a învățat să le aplice în viața de zi cu zi. Care este sursa câmpului magnetic?

Jpg? .Jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/1-17-768x560..jpg 795w "sizes =" (max-width: 600px) 100vw, 600px ">

Câmpul magnetic al Pământului

Cum s-a dezvoltat teoria câmpului magnetic

Proprietățile magnetice ale unor substanțe au fost observate în antichitate, dar studiul lor real a început în Europa medievală... Folosind ace mici de oțel, un om de știință din France Peregrine a descoperit intersecția liniilor magnetice de forță în anumite puncte - poli. Doar trei secole mai târziu, ghidat de această descoperire, Gilbert și-a continuat studiul și ulterior și-a apărat ipoteza că Pământul are propriul său câmp magnetic.

Dezvoltarea rapidă a teoriei magnetismului a început la începutul secolului al XIX-lea, când Ampere a descoperit și a descris influența câmp electric cu privire la apariția magnetică, iar descoperirea lui Faraday a inducției electromagnetice a stabilit o relație inversă.

Ce este câmpul magnetic

Un câmp magnetic se manifestă printr-un efect puternic asupra sarcinilor electrice în mișcare sau asupra corpurilor care au un moment magnetic.

Surse de câmp magnetic:

1. Conductori prin care curge curentul electric;
2. Magneți permanenți;
3. În schimbare câmp electric.

Data-lazy-type = "imagine" data-src = "http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/2-18-600x307.jpg?.jpg 600w, https: // elquanta. ru / wp-content / uploads / 2018/02 / 2-18-768x393..jpg 800w "sizes =" (lățime maximă: 600px) 100vw, 600px ">

Surse de câmp magnetic

Cauza principală a apariției unui câmp magnetic este identică pentru toate sursele: microîncărcări electrice - electronii, ionii sau protonii au propriul moment magnetic sau sunt în mișcare direcțională.

Important! Câmpurile electrice și magnetice se generează reciproc, schimbându-se în timp. Această relație este determinată de ecuațiile lui Maxwell.

Caracteristicile câmpului magnetic

Caracteristicile câmpului magnetic sunt:

1. Flux magnetic, o cantitate scalară care determină câte linii de forță ale unui câmp magnetic trec printr-o secțiune transversală dată. Este desemnat prin litera F. Calculat prin formula:

F = B x S x cos α,

unde B este vectorul inducției magnetice, S este secțiunea, α este unghiul de înclinare a vectorului față de perpendiculară trasată la planul secțiunii. Unitate de măsură - weber (Wb);

Data-lazy-type = "imagine" data-src = "http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/3-17-600x450.jpg?.jpg 600w, https: // elquanta. ru / wp-content / uploads / 2018/02 / 3-17.jpg 720w "sizes =" (lățime maximă: 600px) 100vw, 600px ">

Flux magnetic

1. Vectorul inducției magnetice (B) arată forța care acționează asupra purtătorilor de sarcină. Este îndreptată către Polul Nord, unde acul magnetic obișnuit indică. Cantitativ, inducția magnetică este măsurată în tesla (T);
2. Tensiunea MP (N). Determinată de permeabilitatea magnetică a diferitelor medii. În vid, permeabilitatea este luată ca unitate. Direcția vectorului de tensiune coincide cu direcția inducției magnetice. Unitatea de măsură este A / m.

Cum să ne imaginăm un câmp magnetic

Este ușor de văzut manifestarea unui câmp magnetic pe exemplul unui magnet permanent. Are doi poli și, în funcție de orientare, cei doi magneți atrag sau resping. Câmpul magnetic caracterizează procesele care au loc în acest caz:

1. MP este descris matematic ca un câmp vector. Poate fi construit prin intermediul multor vectori de inducție magnetică B, fiecare dintre aceștia fiind direcționat către polul nord al acului busolei și are o lungime care depinde de forța magnetică;
2. O modalitate alternativă de a o reprezenta este de a folosi linii ley. Aceste linii nu se intersectează niciodată, nu pornesc și nu se opresc nicăieri, formând bucle închise. Liniile MF se îmbină în zone mai frecvente în care câmpul magnetic este cel mai puternic.

Important! Densitatea liniilor de forță indică puterea câmpului magnetic.

Deși MP nu poate fi văzut în realitate, liniile de forță pot fi vizualizate cu ușurință în lumea reală prin plasarea limelor de fier în MP. Fiecare particulă acționează ca un magnet mic cu polul nord și sud. Rezultatul este un model similar cu liniile de forță. O persoană nu este capabilă să simtă impactul MP.

Jpg? .Jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/4-13.jpg 640w "sizes =" (max-width: 600px) 100vw, 600px ">

Linii de câmp magnetic

Măsurarea câmpului magnetic

Deoarece aceasta este o cantitate vectorială, există doi parametri pentru măsurarea MF: puterea și direcția. Titlul este ușor de măsurat cu o busolă conectată la câmp. Un exemplu este o busolă plasată în câmpul magnetic al pământului.

Măsurarea altor caracteristici este mult mai dificilă. Magnetometrele practice nu au apărut decât în ​​secolul al XIX-lea. Majoritatea funcționează folosind forța pe care electronul o simte atunci când se deplasează de-a lungul MP.

Jpg? X15027 "alt =" (! LANG: Magnetometru" width="414" height="600">!}

Magnetometru

Măsurarea foarte precisă a câmpurilor magnetice reduse a devenit fezabilă de la descoperirea în 1988 a magnetorezistenței uriașe în materiale stratificate. Această descoperire din fizica fundamentală a fost rapid aplicată tehnologiei magnetice. Hard disk pentru stocarea datelor pe computere, ceea ce a dus la o creștere de o mie de ori a capacității de stocare în doar câțiva ani.

În sistemele de măsurare convenționale, MF se măsoară în teste (T) sau în gauss (G). 1 T = 10000 G. Gauss este adesea folosit deoarece Tesla este un câmp prea mare.

Interesant. Un mic magnet pe frigider creează un MF egal cu 0,001 T, iar câmpul magnetic al Pământului este în medie de 0,00005 T.

Natura apariției câmpului magnetic

Magnetismul și câmpurile magnetice sunt manifestări ale forței electromagnetice. Sunt două căi posibile cum să organizăm sarcina energetică în mișcare și, în consecință, câmpul magnetic.

Primul este să conectați firul la o sursă de curent, în jurul său se formează un MF.

Important! Pe măsură ce curentul (numărul de încărcări în mișcare) crește, MF crește proporțional. Odată cu distanța de fir, câmpul scade în funcție de distanță. Acest lucru este descris de legea lui Ampere.

Jpg? .Jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/6-9.jpg 720w "sizes =" (max-width: 600px) 100vw, 600px ">

Legea lui Ampere

Unele materiale cu permeabilitate magnetică mai mare sunt capabile să concentreze câmpuri magnetice.

Deoarece câmpul magnetic este un vector, este necesar să se determine direcția acestuia. Pentru un curent normal care curge printr-un fir drept, direcția poate fi găsită de regula din dreapta.

Pentru a utiliza regula, trebuie să ne imaginăm că firul este înfășurat cu mâna dreaptă, iar degetul mare indică direcția curentului. Apoi celelalte patru degete vor arăta direcția vectorului de inducție magnetică în jurul conductorului.

Jpeg? .Jpeg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/7.jpeg 612w "sizes =" (max-width: 600px) 100vw, 600px ">

Regula mâinii drepte

A doua modalitate de a crea un câmp magnetic este de a folosi faptul că electronii cu propriul moment magnetic apar în unele substanțe. Iată cum funcționează magneții permanenți:

1. Deși atomii au adesea mulți electroni, în general se leagă astfel încât câmpul magnetic total al perechii să fie anulat. Se spune că doi electroni împerecheați în acest mod au rotire opusă. Prin urmare, pentru a magnetiza ceva, aveți nevoie de atomi care să aibă unul sau mai mulți electroni cu aceeași rotire. De exemplu, fierul are patru astfel de electroni și este potrivit pentru fabricarea magneților;
2. Miliardele de electroni din atomi pot fi orientate aleatoriu și nu va exista MF total, indiferent de câți electroni nepereche are materialul. Acesta trebuie să fie stabil la temperaturi scăzute pentru a oferi o orientare generală preferată a electronilor. Permeabilitatea magnetică ridicată determină magnetizarea unor astfel de substanțe în anumite condiții în afara influenței MF. Acestea sunt feromagneti;
3. Alte materiale pot prezenta proprietăți magnetice în prezența unui MF extern. Câmpul extern servește la alinierea tuturor rotirilor de electroni, care dispare după îndepărtarea MF. Aceste substanțe sunt paramagnete. Metalul ușii frigiderului este un exemplu de paramagnet.

Câmpul magnetic al Pământului

Pământul poate fi reprezentat sub formă de plăci condensatoare, a căror sarcină are semnul opus: „minus” - la suprafața pământului și „plus” - în ionosferă. Între ele se află aerul atmosferic ca un strat izolator. Condensatorul gigant menține o încărcare constantă datorită influenței MF a Pământului. Folosind aceste cunoștințe, puteți crea o schemă pentru obținerea energiei electrice din câmpul magnetic al Pământului. Adevărat, rezultatul va fi valori de tensiune scăzută.

Trebuie să iau:

• dispozitiv de împământare;
• firul;
• Transformatorul Tesla, capabil să genereze oscilații de înaltă frecvență și să creeze o descărcare coronală, ionizând aerul.

Data-lazy-type = "imagine" data-src = "http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/8-3-592x600.jpg?.jpg 592w, https: // elquanta. ru / wp-content / uploads / 2018/02 / 8-3.jpg 644w "sizes =" (lățime maximă: 592px) 100vw, 592px ">

bobina Tesla

Bobina Tesla va acționa ca un emițător de electroni. Întreaga structură este conectată împreună, iar transformatorul trebuie ridicat la o înălțime considerabilă pentru a asigura o diferență de potențial suficientă. Astfel, va fi creat un circuit electric prin care va curge un mic curent. A primi un numar mare de electricitatea utilizând acest dispozitiv este imposibilă.

Electricitatea și magnetismul domină multe lumi din jurul oamenilor: de la cele mai fundamentale procese din natură la dispozitive electronice de ultimă oră.

Video

Bună ziua, astăzi vei afla ce este câmpul magneticși de unde vine.

Fiecare persoană de pe planetă măcar o dată, dar păstrată magnetîn mână. Începând de la magneți de frigider suvenir sau magneți de lucru pentru colectarea polenului de fier și multe altele. În copilărie, era o jucărie amuzantă care era lipită de metalele feroase, dar nu și de alte metale. Deci, care este secretul magnetului și al acestuia camp magnetic.

Ce este câmpul magnetic

În ce moment începe magnetul să se atragă asupra sa? În jurul fiecărui magnet există un câmp magnetic, care cade în care, obiectele încep să fie atrase de el. Dimensiunea acestui câmp poate varia în funcție de mărimea magnetului și de proprietățile sale intrinseci.

Termen din Wikipedia:

Câmpul magnetic este un câmp de forță care acționează asupra sarcinilor electrice în mișcare și asupra corpurilor cu un moment magnetic, indiferent de starea mișcării lor, de componenta magnetică a câmpului electromagnetic.

De unde vine câmpul magnetic?

Câmpul magnetic poate fi creat de curentul particulelor încărcate sau de momentele magnetice ale electronilor din atomi, precum și de momentele magnetice ale altor particule, deși într-o măsură mult mai mică.

Manifestarea câmpului magnetic

Câmpul magnetic se manifestă prin efectul asupra momentelor magnetice ale particulelor și corpurilor, asupra particulelor încărcate în mișcare sau a conductorilor cu. Forța care acționează asupra unei particule încărcate electric care se mișcă într-un câmp magnetic este numită forța Lorentz, care este întotdeauna direcționată perpendicular pe vectorii v și B. Este proporțională cu sarcina particulelor q, care alcătuiește viteza v perpendiculară pe direcția vectorului câmpului magnetic B și magnitudinea câmpului magnetic B.

Ce obiecte au un câmp magnetic

De multe ori nu ne gândim la asta, dar foarte multe (dacă nu toate) obiectele din jurul nostru sunt magneți. Suntem obișnuiți cu faptul că un magnet este o pietricică cu o forță pronunțată de atracție față de sine, dar de fapt, aproape totul are o forță atractivă, este doar mult mai mică. Luați, de exemplu, planeta noastră - nu zburăm în spațiu, deși nu ne ținem la suprafață cu nimic. Câmpul Pământului este mult mai slab decât câmpul unei pietricele magnetice, prin urmare ne păstrează doar datorită dimensiunii sale enorme - dacă ați văzut vreodată cum merg oamenii pe Lună (al căror diametru este de patru ori mai mic), veți înțelege clar despre ce vorbim ... Gravitația Pământului se bazează în mare parte pe componente metalice - scoarța și miezul său - au un câmp magnetic puternic. Este posibil să fi auzit că busolele încetează să indice spre nordul corect lângă depozite mari de minereu de fier - acest lucru se datorează faptului că principiul busolei se bazează pe interacțiunea câmpurilor magnetice, iar minereul de fier îi atrage acul.

Câmpul magnetic și caracteristicile acestuia

Plan de curs:

Câmpul magnetic, proprietățile și caracteristicile acestuia.

Un câmp magnetic- forma existenței materiei care înconjoară sarcinile electrice în mișcare (conductori cu magneți permanenți, curenți).

Acest nume se datorează faptului că, așa cum a descoperit fizicianul danez Hans Oersted în 1820, are un efect orientativ asupra acului magnetic. Experimentul lui Oersted: un ac magnetic care se rotea pe un ac a fost plasat sub un fir cu un curent. Când curentul a fost pornit, acesta a fost instalat perpendicular pe fir; cu o schimbare a direcției curentului, s-a întors în direcția opusă.

Principalele proprietăți ale câmpului magnetic:

generat de sarcini electrice în mișcare, conductori care transportă curent, magneți permanenți și un câmp electric alternativ;

acționează cu forță asupra sarcinilor electrice în mișcare, conductoare cu curent, corpuri magnetizate;

un câmp magnetic alternativ generează un câmp electric alternativ.

Din experiența lui Oersted rezultă că câmpul magnetic are un caracter direcțional și trebuie să aibă o caracteristică a forței vectoriale. Este desemnat și numit inducție magnetică.

Câmpul magnetic este reprezentat grafic folosind linii magnetice de forță sau linii de inducție magnetică. Puterea magnetică linii se numesc liniile de-a lungul cărora se află piliturile de fier în câmpul magnetic sau axele săgeților magnetice mici. În fiecare punct al unei astfel de linii, vectorul este direcționat tangențial.

Liniile de inducție magnetică sunt întotdeauna închise, ceea ce indică absența sarcinilor magnetice în natură și natura vortex a câmpului magnetic.

În mod convențional, părăsesc polul nord al magnetului și intră în cel sudic. Densitatea liniilor este aleasă astfel încât numărul de linii printr-o zonă unitară perpendiculară pe câmpul magnetic să fie proporțional cu valoarea inducției magnetice.

H

Solenoid magnetic cu curent

Direcția liniilor este determinată de regula șurubului corect. Un solenoid este o bobină cu un curent, ale cărei rotații sunt situate aproape una de cealaltă, iar diametrul rotației este mult mai mic decât lungimea bobinei.

Câmpul magnetic din interiorul solenoidului este uniform. Un câmp magnetic se numește uniform dacă vectorul este constant în orice punct.

Câmpul magnetic al solenoidului este similar cu câmpul magnetic al unui magnet de bandă.

CU

un olenoid cu curent este un electromagnet.

Experiența arată că pentru un câmp magnetic, precum și pentru un câmp electric, este adevărat principiul suprapunerii: inducerea unui câmp magnetic creat de mai mulți curenți sau sarcini mobile este egală cu suma vectorială a inducțiilor câmpurilor magnetice create de fiecare curent sau sarcină:

Vectorul este introdus într-unul din cele 3 moduri:

a) din legea lui Ampere;

b) prin acțiunea câmpului magnetic asupra cadrului cu curent;

c) din expresia forței Lorentz.

A mper a descoperit experimental că forța cu care acționează un câmp magnetic asupra unui element al unui conductor cu un curent I, situat într-un câmp magnetic, este direct proporțională cu forța

curentul I și produsul vector al elementului de lungime prin inducția magnetică:

- Legea lui Ampere

H
Direcția vectorului poate fi găsită în conformitate cu regulile generale ale produsului vector, din care urmează regula mâinii stângi: dacă palma mâinii stângi este poziționată astfel încât liniile magnetice de forță să intre în ea și 4 extinse degetele sunt îndreptate de-a lungul curentului, apoi degetul mare îndoit va arăta direcția forței.

Forța care acționează asupra unui fir de lungime finită se găsește prin integrarea pe întreaga lungime.

Pentru I = const, B = const, F = BIlsin

Dacă  = 90 0, F = BIl

Inducția câmpului magnetic- cantitatea fizică vectorială, egală numeric cu forța care acționează într-un câmp magnetic uniform asupra unui conductor de lungime unitară cu puterea unitară a curentului, situat perpendicular pe liniile magnetice de forță.

1Tl este inducerea unui câmp magnetic uniform, în care o forță 1N acționează asupra unui conductor lung de 1m cu un curent de 1A, situat perpendicular pe liniile magnetice de forță.

Până acum, ne-am uitat la curenții macro care curg în conductoare. Totuși, conform presupunerii lui Ampere, în orice corp există curenți microscopici datorită mișcării electronilor din atomi. Acești curenți moleculari microscopici își creează propriul câmp magnetic și se pot roti în câmpurile macrocurenților, creând un câmp magnetic suplimentar în corp. Vectorul caracterizează câmpul magnetic rezultat creat de toți curenții macro și micro, adică la același macrocurent, vectorul are valori diferite în medii diferite.

Câmpul magnetic al macrocurenților este descris de vectorul intensității magnetice.

Pentru un mediu izotrop omogen

,

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

 - permeabilitatea magnetică a mediului, care arată de câte ori se modifică câmpul magnetic al macrocurenților datorită câmpului de microcurenți al mediului.

Flux magnetic. Teorema lui Gauss pentru fluxul magnetic.

Vectorul fluxului(flux magnetic) prin sit dS se numește o valoare scalară egală cu

unde este proiecția spre direcția normalului către amplasament;

 este unghiul dintre vectori și.

Element de suprafață direcțional,

Fluxul unui vector este o cantitate algebrică,

dacă - la ieșirea de la suprafață;

dacă - la intrarea în suprafață.

Fluxul vectorului de inducție magnetică printr-o suprafață arbitrară S este egal cu

Pentru un câmp magnetic uniform = const,

1 Wb - flux magnetic care trece printr-o suprafață plană cu o suprafață de 1 m 2, situat perpendicular pe un câmp magnetic uniform, a cărui inducție este de 1 T.

Fluxul magnetic prin suprafața S este numeric egal cu numărul de linii magnetice de forță care traversează această suprafață.

Deoarece liniile de inducție magnetică sunt întotdeauna închise, pentru o suprafață închisă numărul de linii care intră în suprafață (Ф 0), prin urmare, fluxul total de inducție magnetică prin suprafața închisă este zero.

- Teorema lui Gauss: fluxul vectorului de inducție magnetică prin orice suprafață închisă este zero.

Această teoremă este o expresie matematică a faptului că în natură nu există sarcini magnetice pe care liniile de inducție magnetică ar începe sau se vor termina.

Legea lui Bio-Savart-Laplace și aplicația sa pentru calcularea câmpurilor magnetice.

Câmpul magnetic al curenților direcți de diferite forme a fost investigat în detaliu de FR. oamenii de știință Bio și Savard. Au descoperit că, în toate cazurile, inducția magnetică într-un punct arbitrar este proporțională cu puterea curentă, depinde de forma, dimensiunea conductorului, locația acestui punct în raport cu conductorul și de mediu.

Rezultatele acestor experimente au fost rezumate de pr. matematicianul Laplace, care a luat în considerare natura vectorială a inducției magnetice și a emis ipoteza că inducția din fiecare punct este, conform principiului suprapunerii, suma vectorială a inducțiilor câmpurilor magnetice elementare create de fiecare secțiune a acestui conductor.

Laplace a formulat în 1820 o lege care a fost numită legea Bio-Savart-Laplace: fiecare element al unui conductor cu curent creează un câmp magnetic, al cărui vector de inducție la un punct arbitrar K este determinat de formula:

- Legea Bio-Savart-Laplace.

Din legea Bio-Sovar-Laplace rezultă că direcția vectorului coincide cu direcția produsului vector. Aceeași direcție este dată de regula șurubului drept (gimlet).

Având în vedere că,

Element conductor codirectat cu curentul;

Vector de rază care se conectează la punctul K;

Legea Bio-Savart-Laplace are o importanță practică, deoarece vă permite să găsiți într-un anumit punct din spațiu inducția câmpului magnetic al curentului care curge printr-un conductor de dimensiuni finite și formă arbitrară.

Pentru un curent de formă arbitrară, un astfel de calcul este o problemă matematică complexă. Cu toate acestea, dacă distribuția curentă are o anumită simetrie, atunci aplicarea principiului suprapunerii împreună cu legea Biot-Savart-Laplace face posibilă calcularea relativ ușoară a câmpurilor magnetice specifice.

Să ne uităm la câteva exemple.

A. Câmpul magnetic al unui conductor drept cu curent.

pentru un conductor de lungime finită:

pentru un conductor de lungime infinită:  1 = 0,  2 = 

B. Câmp magnetic în centrul curentului circular:

 = 90 0, sin = 1,

Oersted în 1820 a descoperit experimental că circulația într-o buclă închisă care înconjoară un sistem de macrocurenți este proporțională cu suma algebrică a acestor curenți. Coeficientul de proporționalitate depinde de alegerea sistemului de unități și este egal cu 1 în SI.

C
O integrală peste un contur închis se numește circularizarea unui vector.

Această formulă se numește teorema circulației sau legea actuală totală:

circulația vectorului de forță a câmpului magnetic de-a lungul unei bucle închise arbitrare este egală cu suma algebrică a macrocurenților (sau curentului total) acoperite de această buclă. a lui specificațiiÎn spațiul care înconjoară curenții și magneții permanenți, apare o forță camp numit magnetic... Disponibilitate magnetic câmpuri descoperit ...

Pe structura reală a electromagneticului câmpuriși a lui caracteristici propagarea sub formă de unde plane.

Articol >> Fizică

DESPRE STRUCTURA REALĂ A ELECTROMAGNETICULUI CÂMPURIȘI A LUI CARACTERISTICI PROPAGAREA ÎN FORMA DE UNDE PLANE ... alte componente ale unui singur câmpuri: electromagnetic camp cu componente vectoriale și electrice camp cu componente și, magnetic camp cu componente ...

Magnetic camp, circuit și inducție

Rezumat >> Fizică

... câmpuri). De bază caracteristică magnetic câmpuri este un a lui forța vectorială magnetic inducție (vector de inducție magnetic câmpuri). În SI magnetic... care posedă magnetic moment. Magnetic campși a lui Direcția parametrilor magnetic linii și ...

Magnetic camp (2)

Rezumat >> Fizică

Secțiunea conductorului AB cu un curent în magnetic camp perpendicular a lui magnetic linii. Cu cifra afișată ... valoarea depinde doar de magnetic câmpuriși poate servi a lui cantitativ caracteristică... Această valoare este luată ...

Magnetic materiale (2)

Rezumat >> Economie

Materiale care interacționează cu magnetic camp exprimat în a lui schimbare, precum și în altele ... și după încetarea expunerii magnetic câmpuri.1. Principalul specificații magnetic Materiale Proprietățile magnetice ale materialelor se caracterizează prin ...

Vezi si: Portal: Fizică

Câmpul magnetic poate fi creat de curentul particulelor încărcate și / sau momentele magnetice ale electronilor din atomi (și momentele magnetice ale altor particule, deși într-o măsură mult mai mică) (magneții permanenți).

În plus, apare în prezența unui câmp electric care variază în timp.

Principala forță caracteristică câmpului magnetic este vector de inducție magnetică (vector de inducție a câmpului magnetic). Din punct de vedere matematic, este un câmp vector care definește și concretizează conceptul fizic al unui câmp magnetic. Adesea, vectorul inducției magnetice este numit pur și simplu câmp magnetic pentru concizie (deși, probabil, aceasta nu este cea mai strictă utilizare a termenului).

O altă caracteristică fundamentală a câmpului magnetic (inducție magnetică alternativă și strâns legată de acesta, practic egală cu acesta în valoare fizică) este potențial vectorial .

Un câmp magnetic poate fi numit un tip special de materie, prin care se efectuează interacțiunea între particulele încărcate în mișcare sau corpuri cu un moment magnetic.

Câmpurile magnetice sunt o consecință necesară (în context) a existenței câmpurilor electrice.

• Din punctul de vedere al teoriei câmpului cuantic, interacțiunea magnetică, ca un caz special de interacțiune electromagnetică, este transferată de un boson fundamental fără masă - un foton (o particulă care poate fi reprezentată ca o excitație cuantică a unui câmp electromagnetic), adesea ( de exemplu, în toate cazurile de câmpuri statice) - virtual.

Surse de câmp magnetic

Câmpul magnetic este creat (generat) de un curent de particule încărcate sau de un câmp electric care variază în timp sau momentele magnetice intrinseci ale particulelor (acestea din urmă, pentru uniformitatea imaginii, pot fi reduse formal la curenți electrici).

Calcul

În cazuri simple, câmpul magnetic al unui conductor cu un curent (inclusiv în cazul unui curent distribuit în mod arbitrar pe volum sau spațiu) poate fi găsit din legea Biot-Savard-Laplace sau teorema circulației (cunoscută și ca legea lui Ampere). În principiu, această metodă este limitată la cazul (aproximarea) magnetostaticelor - adică la cazul constantei (dacă vorbim de aplicabilitate strictă) sau mai degrabă variază lent (dacă vorbim despre o aplicație aproximativă) magnetică și electrică câmpuri.

În mai mult situații dificile este căutat ca soluție la ecuațiile lui Maxwell.

Manifestarea câmpului magnetic

Câmpul magnetic se manifestă prin acțiunea asupra momentelor magnetice ale particulelor și corpurilor, asupra particulelor încărcate în mișcare (sau a conductorilor cu curent). Forța care acționează asupra unei particule încărcate electric care se mișcă într-un câmp magnetic se numește forță Lorentz, care este întotdeauna direcționată perpendicular pe vectori vși B... Este proporțional cu sarcina particulelor q componentă a vitezei v perpendicular pe direcția vectorului câmpului magnetic B, și magnitudinea inducției câmpului magnetic B... În sistemul SI de unități, forța Lorentz este exprimată după cum urmează:

în sistemul de unități CGS:

unde parantezele pătrate denotă produsul încrucișat.

De asemenea (datorită acțiunii forței Lorentz asupra particulelor încărcate care se mișcă de-a lungul conductorului), câmpul magnetic acționează asupra conductorului cu curent. Forța care acționează asupra unui conductor cu curent se numește forță Ampere. Această forță constă din forțe care acționează asupra sarcinilor individuale care se deplasează în interiorul conductorului.

Interacțiunea a doi magneți

Una dintre cele mai frecvente manifestări ale unui câmp magnetic în viața de zi cu zi este interacțiunea a doi magneți: aceiași poli se resping, cei opuși atrag. Pare tentant să descriem interacțiunea dintre magneți ca o interacțiune între doi monopoli și, din punct de vedere formal, această idee este destul de realizabilă și este adesea foarte convenabilă și, prin urmare, practic utilă (în calcule); Cu toate acestea, o analiză detaliată arată că aceasta nu este de fapt o descriere complet corectă a fenomenului (cea mai evidentă întrebare care nu poate fi explicată în cadrul unui astfel de model este întrebarea de ce monopolurile nu pot fi niciodată separate, adică de ce un experimentul arată că niciun corp izolat nu are de fapt o sarcină magnetică; în plus, slăbiciunea modelului este că nu este aplicabilă câmpului magnetic creat de un curent macroscopic, ceea ce înseamnă că dacă nu îl considerați ca un dispozitiv formal, aceasta duce doar la complexitatea teoriei într-un sens fundamental).

Ar fi mai corect să spunem că un dipol magnetic plasat într-un câmp neomogen este acționat de o forță care tinde să-l rotească astfel încât momentul magnetic al dipolului să fie aliniat cu câmpul magnetic. Dar niciun magnet nu experimentează acțiunea unei forțe (totale) dintr-un câmp magnetic uniform. Forța care acționează asupra unui dipol magnetic cu un moment magnetic m exprimat prin formula:

Forța care acționează asupra unui magnet (care nu este un singur dipol punct) din partea unui câmp magnetic neomogen poate fi determinată prin însumarea tuturor forțelor (determinate de această formulă) care acționează asupra dipolilor elementari care alcătuiesc magnetul.

Cu toate acestea, este posibilă o abordare care reduce interacțiunea magneților cu forța amperei, iar formula însăși de mai sus pentru forța care acționează asupra unui dipol magnetic poate fi obținută și pe baza forței ampere.

Fenomenul inducției electromagnetice

Câmpul vector H măsurat în amperi pe metru (A / m) în SI și în oersteds în CGS. Oersteds și Gauss sunt cantități identice, separarea lor este pur terminologică.

Energia câmpului magnetic

Creșterea densității energetice a câmpului magnetic este egală cu:

H- intensitatea câmpului magnetic, B- inducție magnetică

În aproximarea liniară a tensorului, permeabilitatea magnetică este un tensor (o denotăm) și multiplicarea unui vector prin aceasta este multiplicarea tensorului (matricei):

sau în componente.

Densitatea energiei în această aproximare este:

- componentele tensorului de permeabilitate magnetică, - tensorul reprezentat de matricea inversă matricei tensorului de permeabilitate magnetică, - constanta magnetică

La alegerea axelor de coordonate care coincid cu axele principale ale tensorului de permeabilitate magnetică, formulele din componente sunt simplificate:

- componentele diagonale ale tensorului de permeabilitate magnetică în axele sale (restul componentelor din aceste coordonate speciale - și numai în ele! - sunt egale cu zero).

Într-un magnet liniar izotrop:

- permeabilitate magnetică relativă

În vid și:

Energia câmpului magnetic din inductor poate fi găsită prin formula:

Ф - flux magnetic, I - curent, L - inductanță a unei bobine sau a unei bobine cu curent.

Proprietățile magnetice ale substanțelor

Din punct de vedere fundamental, așa cum s-a indicat mai sus, un câmp magnetic poate fi creat (și, prin urmare - în contextul acestui paragraf - și slăbit sau întărit) printr-un câmp electric alternativ, curenți electrici sub formă de fluxuri de particule încărcate sau momente magnetice ale particulelor.

Structura microscopică specifică și proprietățile diferitelor substanțe (precum și amestecurile lor, aliajele, stările de agregare, modificările cristaline etc.) conduc la faptul că la nivel macroscopic se pot comporta destul de divers sub acțiunea unui câmp magnetic extern. (în special, slăbirea sau creșterea acestuia în diferite grade).

În acest sens, substanțele (și mediile în general) în ceea ce privește proprietățile lor magnetice sunt împărțite în următoarele grupe principale:

• Antiferomagnetii sunt substanțe în care s-a stabilit ordinea antiferromagnetică a momentelor magnetice ale atomilor sau ionilor: momentele magnetice ale substanțelor sunt direcționate opus și au o putere egală.
• Diametrii sunt substanțe magnetizate împotriva direcției unui câmp magnetic extern.
• Paramagnetii sunt substanțe care sunt magnetizate într-un câmp magnetic extern în direcția unui câmp magnetic extern.
• Feromagnetii sunt substanțe în care o ordine feromagnetică pe termen lung a momentelor magnetice este stabilită sub o anumită temperatură critică (punctul Curie)
• Ferrimagnetele sunt materiale în care momentele magnetice ale unei substanțe sunt direcționate opus și nu sunt egale ca rezistență.
• Grupurile de substanțe enumerate mai sus includ în principal substanțe obișnuite solide sau (pentru unele) lichide, precum și gaze. Interacțiunea cu câmpul magnetic al supraconductorilor și plasmei este semnificativ diferită.

Toki Foucault

Curenții Foucault (curenți turbionari) sunt curenți electrici închis într-un conductor masiv care apar atunci când fluxul magnetic care pătrunde în el se schimbă. Acestea sunt curenți de inducție generați într-un corp conductor fie ca urmare a unei schimbări de timp a câmpului magnetic în care este situat, fie ca urmare a mișcării unui corp într-un câmp magnetic, ducând la o schimbare a magnetului flux prin corp sau orice parte a acestuia. Conform regulii lui Lenz, câmpul magnetic al curenților Foucault este direcționat astfel încât să contracareze schimbarea fluxului magnetic care induce acești curenți.

Istoria dezvoltării ideilor despre câmpul magnetic

Deși magneții și magnetismul erau cunoscuți mult mai devreme, studiul câmpului magnetic a început în 1269, când omul de știință francez Peter Peregrine (cavalerul Pierre de Mericourt) a notat câmpul magnetic de pe suprafața unui magnet sferic folosind ace de oțel și a stabilit că rezultatul liniile câmpului magnetic s-au intersectat în două puncte, pe care le-a numit „poli” prin analogie cu polii Pământului. Aproape trei secole mai târziu, William Gilbert Colchester a folosit opera lui Peter Peregrin și a declarat pentru prima dată cu siguranță că Pământul în sine este un magnet. Publicat 1600, lucrare de Gilbert „De Magnete”, a pus bazele magnetismului ca știință.

Trei descoperiri consecutive au provocat acest „fundament al magnetismului”. În primul rând, în 1819, Hans Christian Oersted a descoperit că un curent electric creează un câmp magnetic în jurul său. Apoi, în 1820, André-Marie Ampere a arătat că firele paralele care transportă curent în aceeași direcție se atrag reciproc. În cele din urmă, Jean-Baptiste Biot și Felix Savard au descoperit în 1820 o lege numită legea Biot-Savard-Laplace, care a prezis corect câmpul magnetic din jurul oricărui fir energizat.

Dezvoltând aceste experimente, Ampere și-a publicat propriul model de magnetism de succes în 1825. În el, el a arătat echivalența curent electricîn magneți și, în loc de dipoli de sarcină magnetică ai modelului Poisson, a propus ideea că magnetismul este asociat cu bucle de curent care curg constant. Această idee a explicat de ce o sarcină magnetică nu a putut fi izolată. În plus, Ampere a derivat o lege numită după el, care, la fel ca legea Bio-Savart-Laplace, a descris corect câmpul magnetic creat de curent continuu și a introdus, de asemenea, teorema privind circulația câmpului magnetic. Tot în această lucrare, Ampere a introdus termenul „electrodinamică” pentru a descrie relația dintre electricitate și magnetism.

Deși puterea câmpului magnetic al unei sarcini electrice în mișcare implicată în legea lui Ampere nu a fost specificată în mod explicit, în 1892 Hendrik Lorentz a derivat-o din ecuațiile lui Maxwell. În acest caz, teoria clasică a electrodinamicii a fost practic finalizată.

Secolul al XX-lea a extins punctele de vedere asupra electrodinamicii, datorită apariției teoriei relativității și a mecanicii cuantice. Albert Einstein, în articolul său din 1905, unde teoria sa relativității a fost susținută, a arătat că câmpurile electrice și magnetice fac parte din același fenomen, considerat în cadre de referință diferite. (Vezi Magnet în mișcare și problema conductorului - Experimentul de gândire care a ajutat în cele din urmă pe Einstein să dezvolte relativitatea specială.) În cele din urmă, mecanica cuantică a fost combinată cu electrodinamica pentru a forma electrodinamica cuantică (QED).

Vezi si

• Vizualizator de film magnetic

Note (editați)

1. TSB. 1973, „Enciclopedia sovietică”.
2. În cazuri particulare, un câmp magnetic poate exista în absența unui câmp electric, dar în general vorbind, câmpul magnetic este profund interconectat cu cel electric atât dinamic (generarea reciprocă de câmpuri electrice și magnetice alternante între ele), cât și în sensul că atunci când treceți la un nou cadru de referință, câmpul magnetic și cel electric sunt exprimate unul prin celălalt, adică, în general vorbind, nu pot fi separate necondiționat.
3. Yavorskiy B.M., Detlaf A.A. Manual de fizică: ediția a II-a, Rev. - M.: Nauka, Ediția principală a literaturii fizice și matematice, 1985, - 512 p.
4. În SI, inducția magnetică este măsurată în teslas (T), în sistemul CGS în gauss.
5. Ele coincid exact în sistemul de unități CGS, în SI - diferă într-un coeficient constant, care, desigur, nu schimbă faptul identității lor fizice practice.
6. Cea mai importantă diferență de suprafață este că forța care acționează asupra unei particule în mișcare (sau asupra unui dipol magnetic) este calculată exact și nu prin. Orice altă metodă de măsurare corectă și semnificativă din punct de vedere fizic va face, de asemenea, posibilă măsurarea, deși pentru un calcul formal se dovedește uneori mai convenabil - care este, de fapt, scopul introducerii acestei mărimi auxiliare (altfel ar fi posibil să renunțați la el, folosind numai
7. Cu toate acestea, ar trebui bine înțeles că o serie de proprietăți fundamentale ale acestei „materii” sunt fundamental diferite de proprietățile acelui tip obișnuit de „materie”, care ar putea fi desemnat prin termenul „substanță”.
8. Vezi Teorema lui Ampere.
9. Pentru un câmp omogen, această expresie dă forță zero, deoarece toate derivatele sunt egale cu zero B prin coordonate.
10. Sivukhin D.V. Curs general de fizică. - Ed. 4, stereotip. - M.: Fizmatlit; Editura MIPT, 2004. - T. III. Electricitate. - 656 p. - ISBN 5-9221-0227-3; ISBN 5-89155-086-5.

Câmpul magnetic al Pământului

Un câmp magnetic este un câmp de forță care acționează asupra sarcinilor electrice în mișcare și asupra corpurilor cu un moment magnetic, indiferent de starea mișcării lor.

Sursele câmpului magnetic macroscopic sunt corpuri magnetizate, conductori cu curent și corpuri încărcate electric în mișcare. Natura acestor surse este aceeași: un câmp magnetic apare ca urmare a mișcării microparticulelor încărcate (electroni, protoni, ioni), precum și datorită prezenței unui moment magnetic intrinsec (spin) în microparticule.

Un câmp magnetic alternativ apare și atunci când câmpul electric se schimbă în timp. La rândul său, când câmpul magnetic se schimbă în timp, apare un câmp electric. O descriere completă a câmpurilor electrice și magnetice în relația lor este dată de ecuațiile lui Maxwell. Pentru a caracteriza câmpul magnetic, este adesea introdus conceptul de linii de forță ale câmpului (linii de inducție magnetică).

Diferite tipuri de magnetometre sunt utilizate pentru a măsura caracteristicile câmpului magnetic și proprietățile magnetice ale substanțelor. Unitatea de inducție a câmpului magnetic în sistemul CGS este Gauss (G), în Sistemul Internațional de Unități (SI) - Tesla (T), 1 T = 104 G. Intensitatea se măsoară, respectiv, în oersteds (Oe) și amperi pe metru (A / m, 1 A / m = 0,01256 Oe; energia câmpului magnetic - în Erg / cm 2 sau J / m 2, 1 J / m 2 = 10 erg / cm 2.

Busola reacționează
pe câmpul magnetic al pământului

Câmpurile magnetice din natură sunt extrem de diverse atât în ​​ceea ce privește amploarea, cât și efectele pe care le provoacă. Câmpul magnetic al Pământului, care formează magnetosfera Pământului, se extinde la o distanță de 70-80 mii km spre Soare și multe milioane de km în direcția opusă. La suprafața Pământului, câmpul magnetic este în medie de 50 μT, la limita magnetosferei ~ 10 -3 G. Câmpul geomagnetic protejează suprafața și biosfera Pământului de fluxul de particule încărcate de vânt solar și de razele parțial cosmice. Influența câmpului geomagnetic în sine asupra activității vitale a organismelor este studiată de magnetobiologie. În spațiul apropiat de Pământ, câmpul magnetic formează o capcană magnetică pentru particulele încărcate cu energie ridicată - centura de radiații a Pământului. Particulele conținute în centura de radiații prezintă un pericol semnificativ atunci când zboară în spațiu. Originea câmpului magnetic al Pământului este asociată cu mișcările convective ale conducerii materiei lichide în miezul pământului.

Măsurătorile directe cu ajutorul navelor spațiale au arătat că corpurile spațiale cele mai apropiate de Pământ - Luna, planetele Venus și Marte - nu au propriul lor câmp magnetic, similar cu cel al Pământului. De pe alte planete Sistem solar numai Jupiter și, aparent, Saturn au propriile lor câmpuri magnetice, suficiente pentru a crea capcane magnetice planetare. Jupiter a descoperit câmpuri magnetice de până la 10 G și o serie de fenomene caracteristice (furtuni magnetice, emisie radio sincrotronă și altele), indicând un rol semnificativ al câmpului magnetic în procesele planetare.

© Foto: http://www.tesis.lebedev.ru
Fotografia Soarelui
într-un spectru îngust

Câmpul magnetic interplanetar este în principal câmpul vântului solar (plasma în continuă expansiune a coroanei solare). În apropierea orbitei Pământului, câmpul interplanetar este de ~ 10 -4 -10 -5 G. Regularitatea câmpului magnetic interplanetar poate fi întreruptă din cauza dezvoltării tipuri diferite instabilitatea plasmei, trecerea undelor de șoc și propagarea fluxurilor de particule rapide generate de rachete solare.

În toate procesele de pe Soare - erupții, apariția petelor și proeminențelor, nașterea razelor solare cosmice, câmpul magnetic joacă rol crucial... Măsurătorile bazate pe efectul Zeeman au arătat că câmpul magnetic al petelor solare atinge câteva mii de G, proeminențele sunt deținute de câmpuri de ~ 10-100 G (cu o valoare medie a câmpului magnetic total al Soarelui ~ 1 G).

Furtuni magnetice

Furtunile magnetice sunt perturbări puternice ale câmpului magnetic al Pământului, care perturbă brusc cursul zilnic lin al elementelor magnetismului terestru. Furtunile magnetice durează de la câteva ore până la câteva zile și sunt observate simultan pe tot Pământul.

De regulă, furtunile magnetice constau în faze preliminare, inițiale și principale, precum și o fază de recuperare. În faza preliminară, se observă modificări nesemnificative în câmpul geomagnetic (în principal la latitudini mari), precum și excitația oscilațiilor caracteristice ale câmpului pe perioadă scurtă. Faza inițială este caracterizată de o schimbare bruscă a componentelor individuale ale câmpului pe întregul Pământ, iar faza principală este caracterizată de fluctuații mari de câmp și o scădere puternică a componentei orizontale. În timpul fazei de recuperare a furtunii magnetice, câmpul revine la valoarea sa normală.

Influența vântului solar
către magnetosfera Pământului

Furtunile magnetice sunt cauzate de fluxurile de plasmă solară din regiunile active ale Soarelui, suprapuse vântului solar calm. Prin urmare, furtunile magnetice sunt mai des observate în apropierea maximelor ciclului de 11 ani activitatea solară... Ajungând la Pământ, fluxurile solare de plasmă cresc compresia magnetosferei, provocând faza inițială a furtunii magnetice și pătrund parțial în magnetosfera Pământului. Pătrunderea particulelor de mare energie în atmosfera superioară a Pământului și efectul lor asupra magnetosferei duc la generarea și amplificarea curenților electrici în aceasta, atingând cea mai mare intensitate în regiunile polare ale ionosferei, care este asociată cu prezența a unei zone de activitate magnetică cu latitudine mare. Modificările sistemelor de curent magnetosferic-ionosferic se manifestă la suprafața Pământului sub formă de perturbări magnetice neregulate.

În fenomenele micro-lumii, rolul câmpului magnetic este la fel de important ca și la scara cosmică. Acest lucru se explică prin existența tuturor particulelor - elemente structurale ale materiei (electroni, protoni, neutroni), un moment magnetic, precum și acțiunea unui câmp magnetic asupra sarcinilor electrice în mișcare.

Aplicarea câmpurilor magnetice în știință și tehnologie. Câmpurile magnetice sunt de obicei împărțite în slabe (până la 500 Gs), medii (500 G - 40 kG), puternice (40 kG - 1 MG) și superstrong (peste 1 MG). Aproape toate electrotehnica, radiotehnica și electronica se bazează pe utilizarea câmpurilor magnetice slabe și medii. Câmpurile magnetice slabe și medii sunt obținute folosind magneți permanenți, electromagneti, solenoizi neîncălziți, magneți supraconductori.

Surse de câmp magnetic

Toate sursele de câmpuri magnetice pot fi împărțite în artificiale și naturale. Principalele surse naturale ale câmpului magnetic sunt câmpul magnetic propriu al planetei Pământ și vântul solar. Sursele artificiale includ toate câmpurile electromagnetice care sunt atât de abundente în noi lumea modernă, și în special casele noastre. Mai multe detalii despre și citiți pe ale noastre.

Vehiculele electrice sunt o sursă puternică de câmpuri magnetice cuprinse între 0 și 1000 Hz. Transportul feroviar folosește curent alternativ. Transportul urban este permanent. Valorile maxime ale inducției câmpului magnetic în transportul electric suburban ajung la 75 μT, valorile medii sunt de aproximativ 20 μT. Valorile medii pentru vehiculele cu curent continuu sunt fixate la 29 μT. În tramvaie, unde firul de întoarcere este șină, câmpurile magnetice se compensează reciproc la o distanță mult mai mare decât în ​​firele troleibuzului, iar în interiorul troleibuzului, fluctuațiile câmpului magnetic sunt mici chiar și în timpul accelerației. Dar cele mai mari fluctuații ale câmpului magnetic sunt la metrou. Când trenul pleacă, câmpul magnetic de pe peron este de 50-100 μT și mai mult, depășind câmpul geomagnetic. Chiar și atunci când trenul a dispărut în tunel cu mult timp în urmă, câmpul magnetic nu revine la valoarea sa anterioară. Numai după ce trenul a trecut următorul punct de legătură cu șina de contact, câmpul magnetic va reveni la vechea valoare. Este adevărat, uneori nu are timp: următorul tren se apropie deja de peron și când frânează, câmpul magnetic se schimbă din nou. În vagon în sine, câmpul magnetic este chiar mai puternic - 150-200 μT, adică de zece ori mai mult decât într-un tren electric convențional.

Valorile inducției câmpurilor magnetice întâlnite cel mai adesea în viața noastră de zi cu zi sunt prezentate în diagrama de mai jos. Privind această diagramă, devine clar că suntem expuși câmpurilor magnetice tot timpul și peste tot. Potrivit unor oameni de știință, câmpurile magnetice cu o inducție mai mare de 0,2 μT sunt considerate dăunătoare. Bineînțeles, ar trebui luate anumite măsuri de precauție pentru a ne proteja de efectele nocive ale câmpurilor din jurul nostru. Doar respectând câteva reguli simple, puteți reduce semnificativ efectul câmpurilor magnetice asupra corpului dumneavoastră.

Actualul SanPiN 2.1.2.2801-10 "Modificări și completări nr. 1 la SanPiN 2.1.2.2645-10" Cerințe sanitare și epidemiologice pentru condițiile de viață în clădiri și spații rezidențiale "spune următoarele:" Nivelul maxim admis de slăbire a geomagneticului teren în incinta clădirilor rezidențiale este stabilit egal cu 1,5 ". De asemenea, au fost stabilite valorile maxime admise ale intensității și intensității câmpului magnetic cu o frecvență de 50 Hz:

• în spații rezidențiale - 5 μT sau 4 dimineata;
• în spații nerezidențiale ale clădirilor rezidențiale, în zone rezidențiale, inclusiv pe teritoriul parcelor de grădină - 10 μT sau 8 A / m.

Pe baza standardelor specificate, toată lumea poate calcula câte aparate electrice pot fi pornite și în stare de așteptare în fiecare cameră specifică sau, pe baza cărora vor fi emise recomandări pentru normalizarea spațiului de locuit.

Videoclipuri similare

Un scurt film științific despre câmpul magnetic al Pământului

Referințe

1. Marea Enciclopedie Sovietică.