Какво е дефиниция на магнитно поле. Магнитно поле, неговите свойства и характеристики

Нека заедно разберем какво е магнитно поле. В крайна сметка много хора живеят в тази сфера през целия си живот и дори не мислят за това. Време е да го поправите!

Магнитно поле

Магнитно поле – специален видматерия. Проявява се в действие при движение електрически зарядии тела, които имат свой собствен магнитен момент (постоянни магнити).

Важно: магнитното поле не действа върху неподвижни заряди! Магнитно поле се създава и от движещи се електрически заряди, или от променящо се във времето електрическо поле, или от магнитните моменти на електроните в атомите. Тоест всеки проводник, през който протича ток, също става магнит!

Тяло, което има собствено магнитно поле.

Магнитът има полюси, наречени север и юг. Обозначенията "северен" и "южен" са дадени само за удобство (като "плюс" и "минус" в електричеството).

Магнитното поле е представено с мощност магнитни линии . Силовите линии са непрекъснати и затворени, като посоката им винаги съвпада с посоката на силите на полето. Ако металните стърготини са разпръснати около постоянен магнит, металните частици ще покажат ясна картина на силовите линии. магнитно поленапускайки северния и навлизайки в южния полюс. Графична характеристика на магнитното поле - линии на сила.

Характеристики на магнитното поле

Основните характеристики на магнитното поле са магнитна индукция, магнитен потоки магнитна пропускливост. Но нека поговорим за всичко по ред.

Веднага отбелязваме, че всички мерни единици са дадени в системата SI.

Магнитна индукция Б - векторна физическа величина, която е основната мощностна характеристика на магнитното поле. Обозначава се с буква Б . Единицата за измерване на магнитната индукция - Тесла (Tl).

Магнитната индукция показва колко силно е полето, като определя силата, с която действа върху заряда. Тази сила се нарича Сила на Лоренц.

Тук q - зареждане, v - скоростта му в магнитно поле, Б - индукция, Ф е силата на Лоренц, с която полето действа върху заряда.

Ф- физическа величина, равна на произведението на магнитната индукция от площта на контура и косинуса между индукционния вектор и нормалата към равнината на контура, през който преминава потокът. Магнитният поток е скаларна характеристика на магнитното поле.

Можем да кажем, че магнитният поток характеризира броя на магнитните индукционни линии, проникващи в единица площ. Магнитният поток се измерва в Веберах (СБ).

Магнитна пропускливосте коефициентът, който определя магнитните свойства на средата. Един от параметрите, от които зависи магнитната индукция на полето, е магнитната проницаемост.

Нашата планета е огромен магнит от няколко милиарда години. Индукцията на магнитното поле на Земята варира в зависимост от координатите. На екватора е около 3,1 пъти 10 на минус пета степен на Тесла. Освен това има магнитни аномалии, при които стойността и посоката на полето се различават значително от съседните области. Една от най-големите магнитни аномалии на планетата - Курски Бразилска магнитна аномалия.

Произходът на магнитното поле на Земята все още е загадка за учените. Предполага се, че източникът на полето е течнометалното ядро на Земята. Ядрото се движи, което означава, че стопената желязо-никелова сплав се движи, а движението на заредените частици е електрическият ток, който генерира магнитното поле. Проблемът е, че тази теория геодинамо) не обяснява как полето се поддържа стабилно.

Земята е огромен магнитен дипол.Магнитните полюси не съвпадат с географските, въпреки че са в непосредствена близост. Освен това магнитните полюси на Земята се движат. Изместването им се записва от 1885 г. Например през последните сто години магнитният полюс в Южното полукълбо се е изместил с почти 900 километра и сега се намира в Южния океан. Полюсът на арктическото полукълбо се движи през Северния ледовит океан към Източносибирската магнитна аномалия, скоростта на движението му (по данни от 2004 г.) е около 60 километра годишно. Сега има ускорение на движението на стълбовете - средно скоростта нараства с 3 километра годишно.

Какво е значението на магнитното поле на Земята за нас?На първо място, магнитното поле на Земята предпазва планетата от космическите лъчи и слънчевия вятър. Заредените частици от дълбокия космос не падат директно на земята, а се отклоняват от гигантски магнит и се движат по силовите му линии. Така всички живи същества са защитени от вредни лъчения.

През историята на Земята е имало няколко инверсии(смени) на магнитните полюси. Обръщане на полюсае когато си сменят местата. Последният път, когато това явление се е случило преди около 800 хиляди години и в историята на Земята е имало повече от 400 геомагнитни обръщания. Някои учени смятат, че предвид наблюдаваното ускорение на движението на магнитните полюси, следващото обръщане на полюса трябва да бъде се очаква през следващите няколко хиляди години.

За щастие в нашия век не се очаква обръщане на полюсите. И така, можете да мислите за приятното и да се наслаждавате на живота в доброто старо постоянно поле на Земята, като разгледате основните свойства и характеристики на магнитното поле. И за да можете да направите това, има наши автори, на които с увереност в успеха може да се поверят някои от образователните проблеми! и други видове работа можете да поръчате на линка.

Още си спомняме за магнитното поле от училище, точно това е, "изскача" в спомените не на всеки. Нека освежим преживяното и може би ще ви кажем нещо ново, полезно и интересно.

Определяне на магнитното поле

Магнитното поле е силово поле, което действа върху движещи се електрически заряди (частици). Благодарение на това силово поле обектите се привличат един към друг. Има два вида магнитни полета:

Гравитационно - образува се изключително близо елементарни частиции viruetsya в силата си въз основа на характеристиките и структурата на тези частици.
Динамичен, произвеждан в обекти с движещи се електрически заряди (предаватели на ток, магнетизирани вещества).

За първи път обозначението на магнитното поле е въведено от М. Фарадей през 1845 г., въпреки че значението му е малко погрешно, тъй като се смята, че както електрическите, така и магнитните ефекти и взаимодействия се основават на едно и също материално поле. По-късно през 1873 г. Д. Максуел „представя” квантовата теория, в която тези понятия започват да се разделят, а изведеното по-рано силово поле се нарича електромагнитно поле.

Как се появява магнитното поле?

Магнитните полета на различни обекти не се възприемат от човешкото око и само специални сензори могат да го фиксират. Източникът на появата на магнитно силово поле в микроскопичен мащаб е движението на магнетизирани (заредени) микрочастици, които са:

йони;
електрони;
протони.

Тяхното движение се дължи на спиновия магнитен момент, който присъства във всяка микрочастица.

Магнитно поле, къде може да се намери?

Колкото и странно да звучи, но почти всички обекти около нас имат свое собствено магнитно поле. Въпреки че в концепцията на мнозина, само камъче, наречено магнит, има магнитно поле, което привлича железни предмети към себе си. Всъщност силата на привличане е във всички обекти, тя се проявява само в по-ниска валентност.

Трябва също така да се изясни, че силовото поле, наречено магнитно, се появява само при условие, че електрическите заряди или телата се движат.

Неподвижните заряди имат електрическо силово поле (то може да присъства и в движещи се заряди). Оказва се, че източниците на магнитно поле са:

постоянни магнити;
мобилни такси.

Магнитно полетова е материята, която възниква около източниците на електрически ток, както и около постоянните магнити. В космоса магнитното поле се показва като комбинация от сили, които могат да въздействат на намагнетизирани тела. Това действие се обяснява с наличието на задвижващи разряди на молекулярно ниво.

Магнитното поле се образува само около електрически заряди, които са в движение. Ето защо магнитното електрическо полеса неразделна и заедно форма електромагнитно поле. Компонентите на магнитното поле са взаимосвързани и действат един върху друг, променяйки свойствата си.

Свойства на магнитното поле:
1. Магнитното поле възниква под въздействието на задвижващи заряди на електрически ток.
2. Във всяка точка магнитното поле се характеризира с вектор физическо количествоозаглавен магнитна индукция, което е силовата характеристика на магнитното поле.
3. Магнитното поле може да въздейства само на магнити, проводими проводници и движещи се заряди.
4. Магнитното поле може да бъде от постоянен и променлив тип
5. Магнитното поле се измерва само със специални устройства и не може да бъде възприето от човешките сетива.
6. Магнитното поле е електродинамично, тъй като се генерира само при движение на заредени частици и влияе само на зарядите, които са в движение.
7. Заредените частици се движат по перпендикулярна траектория.

Размерът на магнитното поле зависи от скоростта на промяна на магнитното поле. Съответно има два вида магнитно поле: динамично магнитно полеи гравитационно магнитно поле. Гравитационно магнитно полевъзниква само в близост до елементарни частици и се образува в зависимост от структурните особености на тези частици.

Магнитен моментвъзниква, когато магнитно поле действа върху проводяща рамка. С други думи, магнитният момент е вектор, който се намира на линията, която минава перпендикулярно на рамката.

Магнитното поле може да бъде представено графичнос помощта на магнитни силови линии. Тези линии са начертани в такава посока, че посоката на силите на полето да съвпада с посоката на самата линия на полето. Линиите на магнитното поле са непрекъснати и затворени едновременно.

Посоката на магнитното поле се определя с помощта на магнитна игла. Силовите линии определят и полярността на магнита, краят с изхода на силовите линии е северният полюс, а краят с входа на тези линии е южният полюс.

Много е удобно да се оцени визуално магнитното поле с помощта на обикновени железни стърготини и лист хартия.
Ако поставим лист хартия върху постоянен магнит и поръсим дървени стърготини отгоре, тогава частиците на желязото ще се подредят според линиите на магнитното поле.

Посоката на силовите линии за проводника се определя удобно от известния правило на гимлетаили правило дясна ръка . Ако увием ръцете си около проводника, така че палецпогледнато в посоката на тока (от минус към плюс), тогава останалите 4 пръста ще ни покажат посоката на линиите на магнитното поле.

И посоката на силата на Лоренц - силата, с която магнитното поле действа върху заредена частица или проводник с ток, според правило на лявата ръка.
Ако поставим лява ръкав магнитно поле, така че 4 пръста да гледат в посоката на тока в проводника и силовите линии влязат в дланта, тогава палецът ще покаже посоката на силата на Лоренц, силата, действаща върху проводника, поставен в магнитен поле.

Това е почти всичко. Не забравяйте да зададете всякакви въпроси в коментарите.

Досега разгледахме магнитното поле, създадено от проводници с ток. Въпреки това се създава магнитно поле и постоянни магнити, в който няма електрически ток, в смисъл, че заредените частици не се движат в насочена посока по протежение на проводника. Още преди откриването на Ерстед, магнитното поле на постоянните магнити се опитваше да се обясни с наличието на магнитни зарядиразположени в тялото, точно както електрическите заряди създават електрическо поле. Противоположните полюси на магнита се считат за концентрации на магнитни заряди с различни знаци. Първата трудност обаче беше невъзможността тези полюси да бъдат разделени. След рязане на лентата магнит не беше възможно да се разделят северния и южния полюс- оказаха се два магнита, всеки от които имаше както северен, така и южен полюс. Търсенето на магнитни заряди („монополи“) продължава и до днес и засега безуспешно. Ампер предложи по-естествено обяснение. Тъй като намотка с ток създава поле, подобно на полето на лентов магнит, Ампер предположи, че в материята, или по-скоро в атомите, има заредени частици, които правят Кръгово движениеи по този начин създава кръгови "атомни" токове.

Тази идея беше в добро съгласие с предложения от Ръдърфорд по-късно модел на атома. Също така е ясно защо материята в обикновено състояние на практика не проявява магнитни свойства. За да се съберат полетата на различните "намотки", те трябва да бъдат подредени, както е показано на фигурата, така че техните полета да са ориентирани в една и съща посока. Но със сила термично движение, техните посоки са произволно ориентирани една спрямо друга във всички посоки. И тъй като магнитните полета се добавят според векторния закон, общото поле е равно на нула. Това важи за повечето метали и други вещества. Подреждането на атомни токове е възможно само в определени метали, наречени феромагнети.Именно в тях магнитните свойства се проявяват много забележимо. Много метали, като мед и алуминий, не показват забележими магнитни свойства, например, не могат да бъдат магнетизирани. Повечето известен примерферомагнит - желязо. В него има доста големи площи в сравнение с размера на атом (10 -6 -10 -4 см) - домейни, в който атомните токове вече са строго подредени. Самите региони са разположени произволно един спрямо друг - металът не е намагнетизиран. Поставяйки го в магнитно поле, можем да прехвърлим домейните в подредено състояние - да намагнетизираме метала и, премахвайки външното поле, ще запазим неговата намагнитност. В процеса на намагнитване домейните с ориентация на атомните токове по външното поле нарастват, а останалите намаляват. Видяхме, че намотка с ток в магнитно поле се върти от силата на Ампер, така че магнитното й поле се установява по протежение на външното поле. Това е равновесното положение на намотката, което той се стреми да заеме. След изключване на външното поле ориентацията на атомните токове се запазва. Някои марки стомана запазват много стабилно намагнитването си - те могат да се използват за направата на постоянни магнити. Други марки лесно се ремагнетизират, подходящи са за производство на електромагнити. Ако феромагнитен прът се постави в соленоид, тогава създаденото в него поле ще се увеличи с 10-20 хиляди пъти.

По този начин, винаги се създава магнитно поле токов удар , или протичащ през проводника, когато зарядите се движат на разстояния, много пъти по-големи от атомните (такива токове се наричат макроскопски), или микроскопичен(атомни) токове.

Магнитното поле на Земята.Едно от първите наблюдения на магнитното поле и неговото използване за приложни цели е откриването на магнитното поле на Земята. AT древен Китайза определяне на посоката на север е използвана магнитна стрелка (магнит с ленти), което се прави и в съвременните компаси. Очевидно във вътрешната част на Земята има някакви течения, които водят до появата на малко (около 10 -4 T) магнитно поле. Ако приемем, че е свързано с въртенето на Земята, вътре в нея около оста й има кръгови токове и съответното магнитно поле (като полето на намотка) трябва да бъде ориентирано вътре в Земята по оста на нейното въртене. Индукционните линии трябва да изглеждат като показаните на снимката.

Вижда се, че северният магнитен полюс на Земята се намира близо до южния й географски полюс. Линиите на индукция се затварят в космическото пространство и близо до повърхността на земята са ориентирани по географски меридиани. Именно по тях в посока север е поставен северният край на магнитната стрелка. Друг важен феномен е свързан с магнитното поле на Земята. От космоса идва земната атмосфера голям бройелементарни частици, някои са заредени. Магнитното поле действа като бариера за навлизането им в долните слоеве на атмосферата, където могат да бъдат опасни. Разглеждайки движението на заредена частица в магнитно поле под действието на силата на Лоренц, видяхме, че тя започва да се движи по спираловидна линия по линията на индукция на магнитно поле. Това се случва със заредените частици горни слоевеатмосфера. Движейки се по линиите, те "напускат" към полюсите и навлизат в атмосферата близо до географските полюси. Когато те взаимодействат с молекули, възниква сияние (излъчване на светлина от атоми), което създава северното сияние. Те не се наблюдават в неполярните ширини.

Тангентни измервателни уреди.За измерване на величината на индукцията на неизвестно магнитно поле (например Земята), разумно е да се предложи начин за сравнение на това поле с някое известно. Например с дълго поле за ток напред. Тангентен методпредоставя начин за сравнение. Да предположим, че искаме да измерим хоризонталната компонента на магнитното поле на Земята в някакъв момент. Нека поставим дълъг вертикален проводник до него, така че средата му да е близо до тази точка, а дължината да е много по-голяма от разстоянието до него (фигура, изглед отгоре).

Ако токът не тече в проводника, тогава магнитната стрелка в точката на наблюдение ще бъде установена по протежение на земното поле (на фигурата - нагоре, по протежение на изток). Ще увеличим тока в проводника. Стрелката започва да се отклонява наляво. Тъй като се появява текущото поле V T, насочено хоризонтално на фигурата. Пълното поле е насочено по диагонала на правоъгълника, както се изисква от правилото за събиране на векторите B и B T. Когато токът достигне определена стойност I 0 , ъгълът, образуван от стрелката, ще стане 45 0 . Това означава, че е изпълнено равенството В З \u003d В Т. Но полето В Т ни е известно. Като измерите x и I 0 с амперметър, можете да изчислите V T и следователно V Z. Методът се нарича допирателна, тъй като условието е изпълнено.

Източници постоянни магнитни полета (PMF)работните места са постоянни магнити, електромагнити, силнотокови системи постоянен ток(DC електропроводи, електролитни вани и др.).

Постоянните магнити и електромагнити се използват широко в инструментариума, магнитни шайби за кранове, магнитни сепаратори, магнитни устройства за пречистване на вода, магнитохидродинамични генератори (MHD), ядрено-магнитен резонанс (NMR) и електронен парамагнитен резонанс (EPR), както и във физиотерапевтичната практика.

Основен физически параметрихарактеризиращи PMP са сила на полето (N), магнитен поток (F) и магнитна индукция (V). В системата SI единицата за измерване на силата на магнитното поле е ампер на метър (A/m), магнитен поток - Вебер (Wb ), плътност на магнитния поток (магнитна индукция) - тесла (Тл ).

Установени са промени в здравословното състояние на лицата, работещи с източници на СМП. Най-често тези промени се проявяват под формата на вегетативна дистония, астеновегетативни и периферни вазовегетативни синдроми или комбинация от тях.

Според действащия у нас стандарт („Максим приемливи ниваизлагане на постоянни магнитни полета при работа с магнитни устройства и магнитни материали ”№ 1742-77), интензитетът на PMF на работните места не трябва да надвишава 8 kA / m (10 mT). Допустимите нива на PMF, препоръчани от Международния комитет по нейонизиращи лъчения (1991), са диференцирани според контингента, мястото на облъчване и времето на работа. За професионалисти: 0,2 Tl - при излагане на пълен работен ден (8 часа); 2 Tl - с краткотраен ефект върху тялото; 5 Tl - с краткотрайно въздействие върху ръцете. За населението нивото на продължителна експозиция на PMF не трябва да надвишава 0,01 T.

RF EMP източници се използват широко в повечето различни индустрии Национална икономика. Използват се за предаване на информация от разстояние (разпръскване, радиотелефонни комуникации, телевизия, радар и др.). В промишлеността електромагнитното излъчване от радиовълновия диапазон се използва за индукционно и диелектрично нагряване на материали (втвърдяване, топене, запояване, заваряване, отлагане на метал, нагряване на вътрешни метални частиелектровакуумни устройства в процеса на изпомпване, сушене на дърва, нагряване на пластмаси, лепене на пластмасови съединения, термична обработка хранителни продуктии т.н.). EMR се използва широко в научно изследване(радиоспектроскопия, радиоастрономия) и медицина (физиотерапия, хирургия, онкология). В редица случаи EMR се появяват като страничен неизползван фактор, например в близост до въздушни електропроводи (OL), трансформаторни подстанции, електрически уреди, вкл. домакинско предназначение. Основните източници на ЕМП RF лъчение в заобикаляща средаслужат като антенни системи на радарни станции (RLS), радио- и телевизионни и радиостанции, включително мобилни радиосистеми и въздушни електропроводи.

Човешкото и животинското тяло е много чувствително към въздействието на РЧ ЕМП.

Критичните органи и системи включват: централна нервна система, очите, половите жлези, а според някои автори и хемопоетичната система. Биологичният ефект на тези лъчения зависи от дължината на вълната (или честотата на излъчване), режима на генериране (непрекъснат, импулсен) и условията на излагане на тялото (постоянно, периодично; общо, локално; интензивност; продължителност). Отбелязва се, че биологичната активност намалява с увеличаване на дължината на вълната (или намаляване на честотата) на радиацията. Най-активните са санти-, деци- и метровите вълнови ленти. Нараняванията, причинени от RF EMR, могат да бъдат остри или хронични. Острите възникват под действието на значителни интензитети на топлинно излъчване. Те са изключително редки - при аварии или груби нарушения на правилата за безопасност на радара. За професионални условияпо-характерни са хроничните лезии, които се откриват като правило след няколко години работа с микровълнови източници на ЕМР.

Основен нормативни документикоито регулират допустимите нива на излагане на RF EMR са: GOST 12.1.006 - 84 “SSBT. Електромагнитни полета на радиочестотите.

Допустими нива "и SanPiN 2.2.4 / 2.1.8.055-96" електромагнитно излъчванерадиочестотна лента". Те нормализират енергийната експозиция (EE) за електрически (E) и магнитни (H) полета, както и плътността на енергийния поток (PEF) за работен ден (Таблица 5.11).

Таблица 5.11.

Максимално допустимонива (MPL) на работен ден за служителите

С EMI RF

Параметър	Честотни ленти, MHz
име	мерна единица	0,003-3	3-30	30-300	300-300000
EE E	(W/m) 2 *ч				-
ъъъ н	(A/m) 2 *ч		-	-	-
ppe	(μW / cm 2) * h	-	-	-

За цялата популация при продължителна експозиция се установяват следните максимални нива на сила електрическо поле, V/m:

Честотен диапазон MHz

0,03-0,30........................................................... 25

0,3-3,0.............................................................. 15

3-30.................................................................. 10

30-300............................................................... 3*

300-300000...................................................... 10

* С изключение на телевизионни станции, дистанционните за които са диференцирани според

в зависимост от честотата от 2,5 до 5 V/m.

Броят на устройствата, работещи в радиочестотния диапазон, включва видео дисплеи на терминали на персонални компютри. В днешно време персонални компютри(PC) намират широко приложение в производството, в научни изследвания, в медицински институции, у дома, в университети, училища и дори детски градини. Когато се използват в производството на персонални компютри, в зависимост от технологичните задачи, те могат да въздействат върху човешкото тяло дълго време (в рамките на един работен ден). AT условия на животВремето за използване на компютър обикновено е извън контрол.

За PC видео дисплей терминали (VDT) са инсталирани следните EMI дистанционни управления (SanPiN 2.2.2.542-96 „Хигиенни изисквания за видео дисплей терминали, персонални електронни компютри и организация на работа“) - таблица. 5.12.

Таблица 5.12. Максимално допустими нива на EMP, генерирани от VDT