Максималната стойност на магнитното поле. §16

Добър ден, днес ще разберете какво е магнитно полеи откъде идва.

Всеки човек на планетата поне веднъж, но запазен магнитв ръка. Започвайки от сувенирни магнити за хладилник или работещи магнити за събиране на железен прашец и много други. Като дете беше забавна играчка, която се залепваше за черен метал, но не и за други метали. И така, каква е тайната на магнита и неговата магнитно поле .

Какво е магнитно поле

В кой момент магнитът започва да привлича към себе си? Около всеки магнит има магнитно поле, попадайки в което, обектите започват да се привличат към него. Размерът на такова поле може да варира в зависимост от размера на магнита и собствените му свойства.

Термин в Уикипедия:

Магнитно поле - силово поле, действащо върху движещи се електрически заряди и върху тела с магнитен момент, независимо от състоянието на тяхното движение, магнитната компонента на електромагнитното поле.

Откъде идва магнитното поле

Магнитното поле може да бъде създадено от тока на заредени частици или от магнитните моменти на електроните в атомите, както и от магнитните моменти на други частици, макар и в много по-малка степен.

Проява на магнитно поле

Магнитното поле се проявява в въздействието върху магнитните моменти на частици и тела, върху движещи се заредени частици или проводници с . Силата, действаща върху електрически заредена частица, движеща се в магнитно поле, е наречена сила на Лоренц, който винаги е насочен перпендикулярно на векторите v и B. Той е пропорционален на заряда на частицата q, компонента на скоростта v, перпендикулярна на посоката на вектора на магнитното поле B, и големината на индукцията на магнитното поле б.

Какви обекти имат магнитно поле

Често не мислим за това, но много (ако не и всички) от обектите около нас са магнити. Свикнали сме, че магнитът е камъче с изразена сила на привличане към себе си, но всъщност почти всичко има сила на привличане, просто е много по-ниска. Да вземем поне нашата планета - ние не отлитаме в космоса, въпреки че не се държим на повърхността с нищо. Полето на Земята е много по-слабо от полето на камъчен магнит, така че ни държи само благодарение на огромен размер- ако някога сте виждали как хората ходят по Луната (чийто диаметър е четири пъти по-малък), ясно ще разберете за какво става въпрос. Привличането на Земята се основава до голяма степен на металните компоненти.Нейната кора и ядро ​​- те имат мощно магнитно поле. Може би сте чували, че в близост до големи находища на желязна руда компасите спират да показват правилната посока на север - това е така, защото принципът на компаса се основава на взаимодействието на магнитните полета и желязна рудапривлича стрелата си.

Дълго време магнитното поле повдига много въпроси у хората, но дори и сега остава малко познат феномен. Много учени се опитаха да проучат неговите характеристики и свойства, тъй като ползите и потенциалът от използването на полето бяха неоспорими факти.

Нека вземем всичко в ред. И така, как действа и се формира всяко магнитно поле? Точно така, електрически ток. А токът според учебниците по физика е поток от заредени частици с посока, нали? Така че, когато ток преминава през който и да е проводник, около него започва да действа определен вид материя - магнитно поле. Магнитното поле може да бъде създадено от тока на заредени частици или от магнитните моменти на електроните в атомите. Сега това поле и материя имат енергия, ние го виждаме в електромагнитни сили, които могат да повлияят на тока и неговите заряди. Магнитното поле започва да действа върху потока от заредени частици и те променят първоначалната посока на движение, перпендикулярна на самото поле.

Друго магнитно поле може да се нарече електродинамично, защото се образува в близост до движещи се частици и засяга само движещи се частици. Е, той е динамичен поради факта, че има специална структура при въртящи се биони в област от пространството. Един обикновен електрически движещ се заряд може да ги накара да се въртят и движат. Бионите предават всички възможни взаимодействия в този регион на пространството. Следователно движещият се заряд привлича единия полюс на всички биони и ги кара да се въртят. Само той може да ги изведе от състояние на покой, нищо друго, защото други сили няма да могат да им въздействат.

В електрическо поле има заредени частици, които се движат много бързо и могат да изминат 300 000 км само за секунда. Светлината има същата скорост. Няма магнитно поле без електрически заряд. Това означава, че частиците са невероятно тясно свързани една с друга и съществуват в общо електромагнитно поле. Тоест, ако има някакви промени в магнитното поле, тогава ще има промени в електрическото поле. Този закон също е обърнат.

Тук говорим много за магнитното поле, но как можете да си го представите? Не можем да го видим с нашето човешко просто око. Освен това, поради невероятно бързото разпространение на полето, ние нямаме време да го коригираме с помощта на различни устройства. Но за да изучава нещо, човек трябва да има поне някаква представа за него. Също така често е необходимо да се изобрази магнитното поле в диаграми. За по-лесно разбиране са начертани условни полеви линии. Откъде са ги взели? Те са измислени с причина.

Нека се опитаме да видим магнитното поле с помощта на малки метални стружки и обикновен магнит. Ще изсипем тези стърготини върху плоска повърхност и ще ги въведем в действието на магнитно поле. Тогава ще видим, че те ще се движат, въртят и подреждат в модел или модел. Полученото изображение ще покаже приблизителния ефект на силите в магнитно поле. Всички сили и съответно силови линии са непрекъснати и затворени на това място.

Магнитната стрелка има подобни характеристики и свойства на компас и се използва за определяне на посоката. силови линии. Ако попадне в зоната на действие на магнитно поле, можем да видим посоката на действие на силите от северния му полюс. След това ще направим няколко извода оттук: върхът на обикновен постоянен магнит, от който излизат силовите линии, е обозначен със северния полюс на магнита. Докато южният полюс обозначава точката, в която силите са затворени. Е, силовите линии вътре в магнита не са подчертани на диаграмата.

Магнитното поле, неговите свойства и характеристики са от голяма полза, тъй като в много проблеми трябва да се вземат предвид и изучават. Това е най-важното явление в науката физика. По-сложните неща са неразривно свързани с него, като магнитната проницаемост и индукцията. За да се обяснят всички причини за появата на магнитно поле, трябва да се разчита на истината научни фактии потвърждения. В противен случай при по-сложни проблеми грешният подход може да наруши целостта на теорията.

Сега нека дадем примери. Всички познаваме нашата планета. Казвате, че няма магнитно поле? Може да сте прави, но учените казват, че процесите и взаимодействията в ядрото на Земята създават огромно магнитно поле, което се простира на хиляди километри. Но всяко магнитно поле трябва да има своите полюси. И те съществуват, просто разположени малко встрани от географския полюс. Как го чувстваме? Например птиците имат развити навигационни способности и се ориентират по-специално по магнитното поле. Така с негова помощ гъските пристигат благополучно в Лапландия. Специалните навигационни устройства също използват този феномен.

Вероятно няма човек, който поне веднъж да не е мислил за въпроса какво е магнитно поле. През цялата история те се опитваха да го обяснят с ефирни вихрушки, странности, магнитни монополи и много други.

Всички знаем, че магнитите с еднакви полюси един срещу друг се отблъскват, а противоположните магнити се привличат. Тази власт ще

Варирайте в зависимост от това колко далеч са двете части една от друга. Оказва се, че описаният обект създава около себе си магнитен ореол. В същото време, когато две редуващи се полета с еднаква честота се наслагват, когато едното е изместено в пространството спрямо другото, се получава ефект, който обикновено се нарича "въртящо се магнитно поле".

Размерът на изследвания обект се определя от силата, с която магнитът се привлича към друг или към желязо. Съответно, колкото по-голямо е привличането, толкова по-голямо е полето. Силата може да се измери с помощта на обичайния, като от едната страна се поставя малко парче желязо, а от другата се поставят тежести, предназначени да балансират метала към магнита.

За по-точно разбиране на предмета на темата трябва да проучите полетата:

Отговаряйки на въпроса какво е магнитно поле, струва си да кажем, че човек също го има. В края на 1960 г., благодарение на интензивното развитие на физиката, е създаден измервателният уред SQUID. Действието му се обяснява със законите на квантовите явления. Това е чувствителен елемент на магнитометрите, използвани за изследване на магнитното поле и други

ценности, като напр

"SQUID" бързо започна да се използва за измерване на полетата, които се генерират от живи организми и, разбира се, от хора. Това даде тласък на развитието на нови области на изследване, основаващи се на интерпретацията на информацията, предоставена от такъв инструмент. Тази посока се нарича "биомагнетизъм".

Защо по-рано, когато се определя какво е магнитно поле, не са проведени изследвания в тази област? Оказа се, че той е много слаб в организмите и измерването му е трудна физическа задача. Това е свързано с присъствието голямо количествомагнитен шум в околната среда. Поради това просто не е възможно да се отговори на въпроса какво представлява човешкото магнитно поле и да се изследва без използването на специални мерки за защита.

Около живия организъм такъв "ореол" възниква по три основни причини. Първо, поради йонни точки, които се появяват в резултат на електрическата активност на клетъчните мембрани. Второ, поради наличието на феримагнетик най-малките частицислучайно погълнати или въведени в тялото. Трето, когато външните магнитни полета се наслагват, има неравномерна чувствителност на различни органи, което изкривява насложените сфери.

Предмет: Магнитно поле

Изготвил: Байгарашев Д.М.

Проверено от: Gabdullina A.T.

Магнитно поле

Ако два паралелни проводника са свързани към източник на ток, така че през тях да преминава електрически ток, тогава в зависимост от посоката на тока в тях, проводниците или се отблъскват, или се привличат.

Обяснението на това явление е възможно от гледна точка на появата около проводниците на специален вид материя - магнитно поле.

Наричат ​​се силите, с които взаимодействат проводниците с ток магнитен.

Магнитно поле- това е специален вид материя, чиято специфична особеност е действието върху движещ се електрически заряд, проводници с ток, тела с магнитен момент, със сила, зависеща от вектора на скоростта на заряда, посоката на силата на тока в проводника и върху посоката на магнитния момент на тялото.

Историята на магнетизма датира от дълбока древност, от древните цивилизации на Мала Азия. Именно на територията на Мала Азия, в Магнезия, е открита скала, чиито проби са привлечени една от друга. Според името на района такива проби започнаха да се наричат ​​"магнити". Всеки магнит под формата на пръчка или подкова има два края, които се наричат ​​полюси; именно на това място тя е най-силно изразена и се проявява магнитни свойства. Ако окачите магнит на връв, единият полюс винаги ще сочи на север. Компасът е базиран на този принцип. Обърнатият на север полюс на свободно висящ магнит се нарича северен полюс на магнита (N). Противоположният полюс се нарича южен полюс (S).

Магнитните полюси взаимодействат помежду си: еднаквите полюси се отблъскват и за разлика от полюсите се привличат. По подобен начин концепцията за електрическо поле, заобикалящо електрически заряд, въвежда концепцията за магнитно поле около магнит.

През 1820 г. Ерстед (1777-1851) открива, че магнитна стрелка, разположена до електрически проводник, се отклонява, когато токът тече през проводника, тоест около проводника с ток се създава магнитно поле. Ако вземем рамка с ток, тогава външното магнитно поле взаимодейства с магнитното поле на рамката и има ориентиращ ефект върху нея, т.е. има позиция на рамката, при която външното магнитно поле има максимален въртящ ефект върху това и има положение, когато силата на въртящия момент е нула.

Магнитното поле във всяка точка може да се характеризира с вектора B, който се нарича вектор на магнитна индукцияили магнитна индукцияв точката.

Магнитната индукция B е вектор физическо количество, което е силовата характеристика на магнитното поле в точката. Той е равен на съотношението на максималния механичен момент на силите, действащи върху контур с ток, поставен в равномерно поле, към произведението на силата на тока в контура и неговата площ:

Посоката на вектора на магнитната индукция B се приема за посока на положителната нормала към рамката, която е свързана с тока в рамката по правилото на десния винт, с механичен момент, равен на нула.

По същия начин, както са изобразени линиите на напрегнатостта на електрическото поле, са изобразени линиите на индукцията на магнитното поле. Линията на индукция на магнитното поле е въображаема линия, допирателната към която съвпада с посоката B в точката.

Посоките на магнитното поле в дадена точка също могат да бъдат определени като посоката, която показва

северния полюс на стрелката на компаса, поставен в тази точка. Смята се, че линиите на индукция на магнитното поле са насочени от северния полюс към юга.

Посоката на линиите на магнитна индукция на магнитното поле, създадено от електрически ток, който протича през прав проводник, се определя от правилото на гимлет или десен винт. Посоката на въртене на главата на винта се приема като посока на линиите на магнитна индукция, което би осигурило нейното транслационно движение по посока на електрическия ток (фиг. 59).

където n 01 = 4 Пи 10 -7 V s / (A m). - магнитна константа, R - разстояние, I - сила на тока в проводника.

За разлика от линиите на напрегнатост на електростатичното поле, които започват от положителен заряди завършват отрицателно, линиите на магнитното поле винаги са затворени. Не е открит магнитен заряд, подобен на електрическия.

Една тесла (1 T) се приема като единица индукция - индукцията на такова равномерно магнитно поле, при което максимален въртящ момент от 1 N m действа върху рамка с площ от 1 m 2, през която протича ток от 1 A тече.

Индукцията на магнитно поле може да се определи и от силата, действаща върху проводник с ток в магнитно поле.

Проводник с ток, поставен в магнитно поле, е подложен на силата на Ампер, чиято стойност се определя от следния израз:

където I е силата на тока в проводника, аз-дължината на проводника, B е модулът на вектора на магнитната индукция и е ъгълът между вектора и посоката на тока.

Посоката на силата на Ампер може да се определи по правилото на лявата ръка: поставяме дланта на лявата ръка така, че линиите на магнитната индукция да влизат в дланта, поставяме четири пръста по посока на тока в проводника, след това огънат палецпоказва посоката на амперовата сила.

Като се има предвид, че I = q 0 nSv и замествайки този израз в (3.21), получаваме F = q 0 nSh/B sin а. Броят на частиците (N) в даден обем на проводника е N = nSl, тогава F = q 0 NvB sin а.

Нека определим силата, действаща от страната на магнитното поле върху отделна заредена частица, движеща се в магнитно поле:

Тази сила се нарича сила на Лоренц (1853-1928). Посоката на силата на Лоренц може да се определи по правилото на лявата ръка: дланта на лявата ръка е разположена така, че линиите на магнитната индукция да влизат в дланта, четирите пръста показват посоката на движение на положителния заряд, палецът огънат показва посоката на силата на Лоренц.

Силата на взаимодействието между двете паралелни проводници, през който протичат токове I 1 и I 2 е равен на:

където аз-частта от проводник, която е в магнитно поле. Ако токовете са в една и съща посока, тогава проводниците се привличат (фиг. 60), ако са в противоположна посока, те се отблъскват. Силите, действащи върху всеки проводник, са еднакви по големина, противоположни по посока. Формула (3.22) е основната за определяне на единицата сила на тока 1 ампер (1 A).

Магнитните свойства на веществото се характеризират със скаларна физическа величина - магнитна проницаемост, която показва колко пъти индукцията B на магнитно поле в вещество, което напълно запълва полето, се различава по абсолютна стойност от индукцията B 0 на магнитно поле във вакуум:

Според магнитните си свойства всички вещества се делят на диамагнитен, парамагнитени феромагнитен.

Помислете за естеството на магнитните свойства на веществата.

Електроните в обвивката на атомите на материята се движат по различни орбити. За простота, ние считаме тези орбити за кръгови и всеки електрон, който се върти около атомното ядро, може да се разглежда като кръгов електрически ток. Всеки електрон е кръгов ток, създава магнитно поле, което наричаме орбитално. Освен това електронът в атома има собствено магнитно поле, наречено спиново поле.

Ако, когато се въведе във външно магнитно поле с индукция B 0, индукция B се създава вътре в веществото< В 0 , то такие вещества называются диамагнитными (н< 1).

AT диамагнитниВ материалите при отсъствие на външно магнитно поле, магнитните полета на електроните се компенсират и когато те бъдат въведени в магнитно поле, индукцията на магнитното поле на атома става насочена срещу външното поле. Диамагнитът се изтласква от външното магнитно поле.

При парамагнитниматериали, магнитната индукция на електроните в атомите не е напълно компенсирана и атомът като цяло се оказва като малък постоянен магнит. Обикновено в материята всички тези малки магнити са ориентирани произволно и общата магнитна индукция на всичките им полета е равна на нула. Ако поставите парамагнит във външно магнитно поле, тогава всички малки магнити - атоми ще се въртят във външното магнитно поле като стрелки на компас и магнитното поле в веществото се увеличава ( н >= 1).

феромагнитенса материали, които са н„1. Така наречените домейни, макроскопични области на спонтанно намагнитване, се създават във феромагнитни материали.

В различни области индукцията на магнитни полета има различни посоки (фиг. 61) и в голям кристал

взаимно се компенсират. Когато феромагнитна проба се въведе във външно магнитно поле, границите на отделните домени се изместват, така че обемът на домейните, ориентирани по външното поле, се увеличава.

С увеличаване на индукцията на външното поле B 0, магнитната индукция на магнетизираното вещество се увеличава. За някои стойности на B 0, индукцията спира рязкото си нарастване. Това явление се нарича магнитно насищане.

Характерна особеност на феромагнитните материали е явлението хистерезис, което се състои в двусмислената зависимост на индукцията в материала от индукцията на външното магнитно поле, когато се променя.

Магнитният хистерезис е затворена крива (cdc`d`c), изразяваща зависимостта на индукцията в материала от амплитудата на индукцията на външното поле с периодично доста бавно изменение на последното (фиг. 62).

Хистерезисната верига се характеризира със следните стойности B s , B r , B c . B s - максималната стойност на индукцията на материала при B 0s; B r - остатъчна индукция, равна на стойността на индукцията в материала, когато индукцията на външното магнитно поле намалява от B 0s до нула; -B c и B c - коерцитивна сила - стойност, равна на индукцията на външното магнитно поле, необходима за промяна на индукцията в материала от остатъчна до нула.

За всеки феромагнетик има такава температура (точка на Кюри (J. Curie, 1859-1906), над която феромагнетикът губи своите феромагнитни свойства.

Има два начина за привеждане на магнетизиран феромагнетик в демагнетизирано състояние: а) нагряване над точката на Кюри и охлаждане; б) магнетизирайте материала с променливо магнитно поле с бавно намаляваща амплитуда.

Феромагнетиците с ниска остатъчна индукция и коерцитивна сила се наричат ​​меки магнити. Те намират приложение в устройства, където феромагнетикът трябва често да се ремагнетизира (ядра на трансформатори, генератори и др.).

За производството на постоянни магнити се използват магнитно твърди феромагнетици, които имат голяма коерцитивна сила.

Следователно самата концепция възниква в електродинамиката едновременно с концепцията за " електрическо поле". Той е въведен първо от М. Фарадей, а малко по-късно - от Дж. Максуел, за да обясни защо електрическите заряди имат такъв сравнително малък обхват на взаимодействие.

В ефир

Бащите на електродинамиката вярваха, че полето се създава от деформация на етера - невидима спекулативна среда, която изпълва всичко съществуващо (Айнщайн, докато работи върху теорията на относителността, премахна концепцията за етер). Макар че модерни хораможе да изглежда странно, но до 20-ти век физиците наистина не се съмняваха в някаква субстанция, която прониква във всичко, което съществува. Как се създават магнитните полета и каква е тяхната природа, физиците не можаха да обяснят.

Когато специалната теория на относителността (SRT) влезе в употреба и етерът беше "официално премахнат", пространството стана "празно", но полетата продължиха да си взаимодействат дори във вакуум, а това е невъзможно между нематериални обекти ( поне според SRT), така че физиците сметнаха за необходимо да придадат някои атрибути на електрическите и магнитните полета. Създават се понятия като маса, импулс и енергия на полето.

Свойства на магнитното поле

Първото му свойство обяснява естеството на неговия произход: магнитно поле може да възникне само под въздействието на движещи се заряди (електрони) на електрически ток. Характеристика на мощносттамагнитното поле се нарича магнитна индукция, то присъства във всяка точка на полето.

Ефектът на полето се простира само върху движещи се заряди, магнити и проводници. Тя може да бъде два вида: променлива и постоянна. Магнитното поле може да се измерва само с специални устройства, не се фиксира от човешките сетива (въпреки че биолозите смятат, че някои животни могат да възприемат промени в него). Същността на друго свойство на магнитното поле е, че то има електродинамичен характер, не само защото може да повлияе само на движещи се заряди, но и защото самото то се генерира от движението на зарядите.

Как да видите

Въпреки че човешките сетива не могат да открият наличието на магнитно поле, посоката му може да се определи с помощта на магнетизирана игла. Въпреки това можете да "видите" магнитното поле с лист хартия и обикновени железни стружки. Необходимо е да поставите лист хартия върху постоянен магнит и да поръсите дървени стърготини отгоре, след което железните стружки се подреждат по затворени и непрекъснати силови линии.

Посоката на линиите на полето се определя с помощта на правилото дясна ръка, което се нарича още „правилото на гимлета“. Ако вземете проводника в ръката си, така че палецът да е в посоката на тока (токът се движи от минус към плюс), тогава останалите пръсти ще покажат посоката на силовите линии.

Геомагнетизъм

Магнитните полета се създават от движещи се заряди, но тогава каква е природата на геомагнетизма? Нашата планета има магнитно поле, което я предпазва от вредни слънчева радиация, а диаметърът на полето е няколко пъти по-голям от диаметъра на Земята. Тя е нееднородна по форма, от „слънчевата страна“ се свива под въздействието на слънчевия вятър, а от нощната се разтяга под формата на дълга широка опашка.

Смята се, че на нашата планета магнитните полета се създават от движението на токове в ядрото, което се състои от течен метал. Това се нарича "хидромагнитно динамо". Когато дадено вещество достигне температура от няколко хиляди градуса по Келвин, неговата проводимост става достатъчно висока, че движенията, дори в среда със слаба магнетизация, започват да създават електрически токове, които от своя страна създават магнитни полета.

В локалните области магнитните полета се създават от магнетизирани скалиот горните слоеве на планетата, които образуват земната кора.

Движение на полюса

От 1885 г. започва регистриране на движението на магнитните полюси. пер последния век Южен полюс(полюсът в южното полукълбо) се е преместил с 900 километра, а северният (арктически) магнитен полюс се е преместил със 120 километра за 11 години от 1973 г. насам и още 150 километра през следващите десет години, до 60 километра годишно.

Въпреки че учените знаят как се създава магнитното поле на Земята, те не могат да повлияят на движението на полюсите и предполагат, че съвсем скоро ще се случи друга инверсия. Това е естествен процес, това не се случва за първи път на планетата, но как ще се развие такъв процес за хората, не се знае.