Apa itu medan magnet permanen. Apa sumber medan magnet?

Subyek: Medan magnet

Disiapkan oleh: Baigarashev D.M.

Diperiksa oleh: Gabdullina A.T.

Medan magnet

Jika dua konduktor paralel dihubungkan ke sumber arus sehingga arus listrik melewatinya, maka, tergantung pada arah arus di dalamnya, konduktor itu akan menolak atau menarik.

Penjelasan tentang fenomena ini dimungkinkan dari sudut pandang munculnya jenis materi khusus di sekitar konduktor - Medan gaya.

Gaya yang berinteraksi dengan konduktor pembawa arus disebut magnetis.

Medan magnet- Ini jenis khusus materi, fitur spesifiknya adalah tindakan saat bergerak muatan listrik, konduktor berarus, benda dengan momen magnet, dengan gaya yang bergantung pada vektor kecepatan muatan, arah kuat arus dalam penghantar, dan arah momen magnet benda.

Sejarah magnetisme kembali ke zaman kuno, ke peradaban kuno Asia Kecil. Di wilayah Asia Kecil, di Magnesia, mereka menemukan batu, sampel yang tertarik satu sama lain. Sesuai dengan nama daerahnya, sampel seperti itu mulai disebut "magnet". Setiap magnet dalam bentuk batang atau tapal kuda memiliki dua ujung, yang disebut kutub; di tempat inilah sifat magnetiknya paling menonjol. Jika Anda menggantung magnet pada seutas tali, salah satu kutub akan selalu mengarah ke utara. Kompas didasarkan pada prinsip ini. Kutub utara magnet yang tergantung bebas disebut kutub utara magnet (N). Kutub yang berlawanan disebut kutub selatan (S).

Kutub magnet berinteraksi satu sama lain: kutub yang sejenis tolak menolak, dan kutub yang berbeda tarik-menarik. Demikian pula, konsep medan listrik di sekitar muatan listrik memperkenalkan konsep medan magnet di sekitar magnet.

Pada tahun 1820, Oersted (1777-1851) menemukan bahwa jarum magnet yang terletak di sebelah konduktor listrik menyimpang ketika arus mengalir melalui konduktor, yaitu, medan magnet dibuat di sekitar konduktor pembawa arus. Jika kita mengambil bingkai dengan arus, maka medan magnet luar berinteraksi dengan medan magnet bingkai dan memiliki efek orientasi padanya, yaitu, ada posisi bingkai di mana medan magnet luar memiliki efek rotasi maksimum pada bingkai. itu, dan ada posisi ketika gaya torsi nol.

Medan magnet di setiap titik dapat dicirikan oleh vektor B, yang disebut vektor induksi magnetik atau induksi magnet pada intinya.

Induksi magnet B adalah vektor kuantitas fisik, yang merupakan karakteristik gaya medan magnet di titik tersebut. Ini sama dengan rasio momen mekanis maksimum dari gaya-gaya yang bekerja pada loop dengan arus yang ditempatkan dalam medan seragam dengan produk dari kekuatan arus dalam loop dan luasnya:

Arah vektor induksi magnet B diambil sebagai arah normal positif ke rangka, yang dihubungkan dengan arus dalam rangka menurut aturan ulir kanan, dengan momen mekanis sama dengan nol.

Dengan cara yang sama seperti garis-garis kuat medan listrik digambarkan, garis-garis induksi medan magnet digambarkan. Garis induksi medan magnet adalah garis khayal yang garis singgungnya berimpit dengan arah B di titik tersebut.

Arah medan magnet pada titik tertentu juga dapat didefinisikan sebagai arah yang menunjukkan

kutub utara jarum kompas ditempatkan pada titik tersebut. Dipercayai bahwa garis induksi medan magnet diarahkan dari kutub utara ke selatan.

Arah garis induksi magnet medan magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik yang mengalir melalui penghantar lurus ditentukan oleh aturan gimlet atau ulir kanan. Arah rotasi kepala sekrup diambil sebagai arah garis induksi magnetik, yang akan memastikan gerakan translasi ke arah arus listrik(Gbr. 59).

dimana n 01 = 4 Pi 10 -7 V s / (A m). - konstanta magnet, R - jarak, I - kekuatan arus dalam konduktor.

Tidak seperti garis medan elektrostatik, yang dimulai dengan muatan positif dan berakhir pada muatan negatif, garis medan magnet selalu tertutup. Tidak ada muatan magnet yang mirip dengan muatan listrik yang ditemukan.

Satu tesla (1 T) diambil sebagai unit induksi - induksi medan magnet yang seragam di mana torsi maksimum 1 N m bekerja pada bingkai dengan luas 1 m 2, yang melaluinya arus 1 A mengalir.

Induksi medan magnet juga dapat ditentukan oleh gaya yang bekerja pada konduktor pembawa arus dalam medan magnet.

Sebuah konduktor dengan arus ditempatkan dalam medan magnet dikenai gaya Ampere, yang nilainya ditentukan oleh ekspresi berikut:

di mana I adalah kekuatan arus dalam konduktor, l- panjang konduktor, B adalah modulus vektor induksi magnetik, dan merupakan sudut antara vektor dan arah arus.

Arah gaya Ampere dapat ditentukan dengan aturan tangan kiri: kita letakkan telapak tangan kiri sehingga garis-garis induksi magnet masuk ke telapak tangan, kita letakkan empat jari searah arus di penghantar, lalu ditekuk ibu jari menunjukkan arah gaya ampere.

Mempertimbangkan bahwa I = q 0 nSv dan mensubstitusi ekspresi ini ke dalam (3.21), kita memperoleh F = q 0 nSh/B sin sebuah. Jumlah partikel (N) dalam volume tertentu dari konduktor adalah N = nSl, maka F = q 0 NvB sin sebuah.

Mari kita tentukan gaya yang bekerja dari sisi medan magnet pada partikel bermuatan terpisah yang bergerak dalam medan magnet:

Gaya ini disebut gaya Lorentz (1853-1928). Arah gaya Lorentz dapat ditentukan dengan aturan tangan kiri: telapak tangan kiri diposisikan sedemikian rupa sehingga garis-garis induksi magnet masuk ke telapak tangan, empat jari menunjukkan arah pergerakan muatan positif, ibu jari bengkok menunjukkan arah gaya Lorentz.

Gaya interaksi antara dua konduktor paralel, yang melaluinya arus I 1 dan I 2 mengalir, sama dengan:

di mana l- bagian konduktor yang berada dalam medan magnet. Jika arus searah, maka konduktor tertarik (Gbr. 60), jika berlawanan arah, mereka ditolak. Gaya-gaya yang bekerja pada setiap penghantar sama besarnya, berlawanan arah. Rumus (3.22) adalah yang utama untuk menentukan satuan kuat arus 1 ampere (1 A).

Sifat magnetik suatu zat dicirikan oleh kuantitas fisik skalar - permeabilitas magnetik, yang menunjukkan berapa kali induksi B medan magnet dalam zat yang sepenuhnya mengisi medan berbeda dalam nilai absolut dari induksi B 0 medan magnet dalam vakum:

Menurut sifat magnetnya, semua zat dibagi menjadi: diamagnetik, paramagnetik dan feromagnetik.

Pertimbangkan sifat sifat magnetik zat.

Elektron dalam kulit atom materi bergerak dalam orbit yang berbeda. Untuk kesederhanaan, kami menganggap orbit ini melingkar, dan setiap elektron berputar inti atom, dapat dianggap sebagai arus listrik melingkar. Setiap elektron, seperti arus melingkar, menciptakan medan magnet, yang kita sebut orbital. Selain itu, elektron dalam atom memiliki medan magnetnya sendiri, yang disebut medan spin.

Jika, ketika dimasukkan ke dalam medan magnet luar dengan induksi B 0, induksi B dibuat di dalam zat< В 0 , то такие вещества называются диамагнитными (n< 1).

PADA diamagnetik Dalam bahan tanpa adanya medan magnet eksternal, medan magnet elektron dikompensasi, dan ketika mereka dimasukkan ke dalam medan magnet, induksi medan magnet atom menjadi diarahkan terhadap medan eksternal. Diamagnet didorong keluar dari medan magnet luar.

Pada paramagnetik bahan, induksi magnetik elektron dalam atom tidak sepenuhnya dikompensasi, dan atom secara keseluruhan ternyata seperti magnet permanen kecil. Biasanya dalam materi semua magnet kecil ini berorientasi sewenang-wenang, dan total induksi magnetik dari semua medannya sama dengan nol. Jika Anda menempatkan paramagnet di medan magnet luar, maka semua magnet kecil - atom akan berputar di medan magnet luar seperti jarum kompas dan medan magnet dalam zat meningkat ( n >= 1).

feromagnetik adalah bahan yang n"1. Apa yang disebut domain, daerah makroskopik magnetisasi spontan, dibuat dalam bahan feromagnetik.

Dalam domain yang berbeda, induksi medan magnet memiliki arah yang berbeda (Gbr. 61) dan dalam kristal besar

saling mengkompensasi satu sama lain. Ketika sampel feromagnetik dimasukkan ke dalam medan magnet eksternal, batas-batas domain individu digeser sehingga volume domain yang berorientasi sepanjang medan eksternal meningkat.

Dengan peningkatan induksi medan eksternal B 0, induksi magnetik zat magnet meningkat. Untuk beberapa nilai B 0, induksi menghentikan pertumbuhannya yang tajam. Fenomena ini disebut saturasi magnetik.

Ciri khas bahan feromagnetik adalah fenomena histeresis, yang terdiri dari ketergantungan ambigu induksi pada bahan pada induksi medan magnet eksternal saat berubah.

Loop histeresis magnetik adalah kurva tertutup (cdc`d`c), yang menyatakan ketergantungan induksi dalam material pada amplitudo induksi medan eksternal dengan perubahan periodik yang agak lambat pada yang terakhir (Gbr. 62).

Loop histeresis ditandai dengan nilai-nilai berikut B s , B r , B c . B s - nilai maksimum induksi material pada B 0s ; B r - sisa induksi, sama dengan nilai induksi pada material ketika induksi medan magnet luar berkurang dari B 0s menjadi nol; -B c dan B c - gaya koersif - nilai yang sama dengan induksi medan magnet luar yang diperlukan untuk mengubah induksi pada material dari sisa menjadi nol.

Untuk setiap feromagnet, ada suhu (titik Curie (J. Curie, 1859-1906), di atasnya feromagnet kehilangan sifat feromagnetiknya.

Ada dua cara untuk membawa feromagnet yang termagnetisasi ke keadaan terdemagnetisasi: a) panas di atas titik Curie dan dingin; b) magnetisasi bahan dengan medan magnet bolak-balik dengan amplitudo yang menurun perlahan.

Ferromagnet dengan sisa induksi dan gaya koersif yang rendah disebut magnet lunak. Mereka menemukan aplikasi di perangkat di mana feromagnet harus sering dimagnetisasi ulang (inti transformator, generator, dll.).

Feromagnet yang keras secara magnetis, yang memiliki gaya koersif yang besar, digunakan untuk pembuatan magnet permanen.

Jika batang baja yang dikeraskan dimasukkan ke dalam kumparan pembawa arus, kemudian, tidak seperti batang besi, ia tidak mengalami demagnetisasi setelahnya matikan, dan lama mempertahankan magnetisasi.

Benda yang mempertahankan magnetisasi untuk waktu yang lama disebut magnet permanen atau hanya magnet.

Ilmuwan Prancis Ampère menjelaskan magnetisasi besi dan baja oleh arus listrik yang bersirkulasi di dalam setiap molekul zat ini. Pada saat Ampere, tidak ada yang diketahui tentang struktur atom, sehingga sifat arus molekuler tetap tidak diketahui. Sekarang kita tahu bahwa di setiap atom ada partikel-elektron bermuatan negatif, yang, selama gerakannya, menciptakan medan magnet, dan mereka menyebabkan magnetisasi besi dan. menjadi.

Magnet dapat memiliki berbagai macam bentuk. Gambar 290 menunjukkan magnet arkuata dan magnet strip.

Tempat-tempat magnet di mana yang terkuat ditemukan aksi magnet disebut kutub magnet(Gbr. 291). Setiap magnet, seperti jarum magnet yang kita kenal, pasti memiliki dua kutub; utara (N) dan selatan (S).

Membawa magnet ke benda yang terbuat dari berbagai bahan, dapat dipastikan bahwa sangat sedikit dari mereka yang tertarik oleh magnet. Bagus besi cor, baja, besi ditarik oleh magnet dan beberapa paduan, jauh lebih lemah - nikel dan kobalt.

Magnet alami ditemukan di alam (Gbr. 292) - bijih besi (yang disebut bijih besi magnetik). deposito kaya kami memiliki bijih besi magnetik di Ural, di Ukraina, di ASSR Karelia, wilayah Kursk dan di banyak tempat lainnya.

Besi, baja, nikel, kobalt dan beberapa paduan lainnya memperoleh sifat magnetik dengan adanya bijih besi magnetik. Bijih besi magnetik memungkinkan orang untuk berkenalan dengan sifat magnetik tubuh untuk pertama kalinya.

Jika jarum magnet didekatkan ke panah lain yang serupa, maka jarum itu akan berputar dan berhadapan satu sama lain dengan kutub yang berlawanan (Gbr. 293). Panah juga berinteraksi dengan magnet apa pun. Membawa magnet ke kutub jarum magnet, Anda akan melihat bahwa kutub utara panah ditolak dari kutub utara magnet dan tertarik ke kutub selatan. Kutub selatan panah ditolak oleh kutub selatan magnet dan ditarik oleh kutub utara.

Berdasarkan pengalaman yang dijelaskan, buatlah kesimpulan berikut; nama yang berbeda Kutub magnet tarik menarik dan kutub sejenis tolak menolak.

Interaksi magnet dijelaskan oleh fakta bahwa di sekitar setiap magnet ada medan magnet. Medan magnet satu magnet bekerja pada magnet lain, dan sebaliknya, medan magnet magnet kedua bekerja pada magnet pertama.

Dengan bantuan serbuk besi, seseorang bisa mendapatkan gambaran tentang medan magnet magnet permanen. Gambar 294 memberikan gambaran tentang medan magnet magnet batang. Baik garis magnet medan magnet arus maupun garis magnet medan magnet magnet - garis tertutup. Di luar magnet, garis magnet keluar dari kutub utara magnet dan masuk ke kutub selatan, menutup di dalam magnet.

Gambar 295, a menunjukkan magnet garis medan magnet dari dua magnet, saling berhadapan dengan kutub yang sama, dan pada Gambar 295, b - dua magnet saling berhadapan dengan kutub yang berlawanan. Gambar 296 menunjukkan garis-garis magnet dari medan magnet magnet arkuata.

Semua gambar ini mudah dialami.

pertanyaan. 1. Apa perbedaan magnetisasi dengan arus sepotong besi dan sepotong baja? 2, Benda apa yang disebut magnet permanen? 3. Bagaimana Ampere menjelaskan magnetisasi besi? 4. Bagaimana kita sekarang dapat menjelaskan arus Ampere molekul? 5. Apa yang disebut kutub magnet magnet? 6. Zat manakah yang kamu ketahui dapat ditarik oleh magnet? 7. Bagaimana kutub magnet berinteraksi satu sama lain? 8. Bagaimana cara menentukan kutub batang baja magnet menggunakan jarum magnet? 9. Bagaimana seseorang bisa mendapatkan gambaran tentang medan magnet sebuah magnet? 10. Apa garis-garis magnet dari medan magnet magnet?

medan magnet bumi

Medan magnet adalah medan gaya yang bekerja pada muatan listrik yang bergerak dan pada benda yang memiliki momen magnet, terlepas dari keadaan geraknya.

Sumber medan magnet makroskopik adalah benda termagnetisasi, konduktor pembawa arus, dan benda bermuatan listrik yang bergerak. Sifat sumber-sumber ini sama: medan magnet muncul sebagai akibat dari pergerakan partikel mikro bermuatan (elektron, proton, ion), dan juga karena adanya momen magnetik (putaran) mereka sendiri dalam mikropartikel.

Medan magnet bolak-balik juga terjadi ketika medan listrik berubah seiring waktu. Pada gilirannya, ketika medan magnet berubah dalam waktu, Medan listrik. Deskripsi lengkap medan listrik dan magnet dalam hubungan mereka memberikan persamaan Maxwell. Untuk mengkarakterisasi medan magnet, konsep ini sering diperkenalkan garis kekuatan medan (garis induksi magnet).

Untuk mengukur karakteristik medan magnet dan sifat magnetik zat, berbagai jenis magnetometer. Satuan induksi medan magnet dalam sistem satuan CGS adalah Gauss (Gs), in sistem internasional satuan (SI) - Tesla (T), 1 T = 104 Gs. Intensitas diukur, masing-masing, dalam oersteds (Oe) dan ampere per meter (A / m, 1 A / m \u003d 0,01256 Oe; energi medan magnet - dalam Erg / cm 2 atau J / m 2, 1 J / m 2 \u003d 10 erg/cm2.

Kompas bereaksi
terhadap medan magnet bumi

Medan magnet di alam sangat beragam baik dalam skalanya maupun dalam efek yang ditimbulkannya. Medan magnet Bumi, yang membentuk magnetosfer Bumi, meluas hingga jarak 70-80 ribu km ke arah Matahari dan jutaan km ke arah yang berlawanan. Di permukaan bumi, medan magnet rata-rata 50 T, pada batas magnetosfer ~ 10 -3 G. Medan geomagnetik melindungi permukaan bumi dan biosfer dari aliran partikel bermuatan dari angin matahari dan sebagian dari sinar kosmik. Pengaruh medan geomagnetik itu sendiri pada aktivitas vital organisme dipelajari oleh magnetobiologi. Di ruang dekat Bumi, medan magnet membentuk perangkap magnet untuk partikel bermuatan energi tinggi - sabuk radiasi Bumi. Partikel yang terkandung dalam sabuk radiasi menimbulkan bahaya yang signifikan selama penerbangan luar angkasa. Asal usul medan magnet bumi dikaitkan dengan gerakan konveksi konduktif zat cair di inti bumi.

Pengukuran langsung dengan bantuan pesawat ruang angkasa telah menunjukkan bahwa benda-benda kosmik yang paling dekat dengan Bumi - Bulan, planet Venus dan Mars tidak memiliki medan magnet sendiri, mirip dengan bumi. Dari planet lain tata surya hanya Jupiter dan, tampaknya, Saturnus yang memiliki medan magnetnya sendiri, cukup untuk membuat perangkap magnet planet. Medan magnet hingga 10 gauss dan sejumlah fenomena karakteristik (badai magnet, pancaran radio sinkrotron, dan lain-lain) telah ditemukan di Jupiter, menunjukkan peran penting medan magnet dalam proses planet.

Medan magnet antarplanet terutama adalah bidang angin matahari (plasma korona matahari yang terus meluas). Dekat orbit Bumi, medan antarplanet adalah ~ 10 -4 -10 -5 Gs. Keteraturan medan magnet antarplanet dapat terganggu karena perkembangan berbagai macam ketidakstabilan plasma, lewatnya gelombang kejut, dan penyebaran aliran partikel cepat yang dihasilkan oleh semburan matahari.

Dalam semua proses di Matahari - suar, munculnya bintik-bintik dan penonjolan, kelahiran sinar kosmik matahari, medan magnet memainkan peran penting. Pengukuran berdasarkan efek Zeeman menunjukkan bahwa medan magnet bintik matahari mencapai beberapa ribu gauss, tonjolan dipegang oleh medan ~ 10-100 gauss (dengan nilai rata-rata medan magnet total Matahari ~ 1 gauss).

Badai magnet

Badai magnet adalah gangguan kuat dari medan magnet bumi, yang secara tajam mengganggu kelancaran harian unsur-unsur magnet bumi. Badai magnetik berlangsung dari beberapa jam hingga beberapa hari dan diamati secara bersamaan di seluruh Bumi.

Sebagai aturan, badai magnetik terdiri dari fase awal, awal dan utama, serta fase pemulihan. Pada fase awal, perubahan tidak signifikan dalam medan geomagnetik diamati (terutama di lintang tinggi), serta eksitasi karakteristik osilasi medan periode pendek. Fase awal ditandai dengan perubahan mendadak dalam komponen medan individu di seluruh Bumi, dan fase utama ditandai dengan fluktuasi medan yang besar dan penurunan yang kuat pada komponen horizontal. Pada fase pemulihan badai magnetik, medan kembali ke nilai normalnya.

Pengaruh angin matahari
ke magnetosfer bumi

Badai magnetik disebabkan oleh aliran plasma matahari dari daerah aktif Matahari, ditumpangkan pada angin matahari yang tenang. Oleh karena itu, badai magnetik lebih sering diamati di dekat puncak siklus 11 tahun aktivitas matahari. Mencapai Bumi, aliran plasma matahari meningkatkan kompresi magnetosfer, menyebabkan fase awal badai magnetik, dan sebagian menembus magnetosfer Bumi. Masuknya partikel berenergi tinggi ke atmosfer bagian atas Bumi dan dampaknya terhadap magnetosfer mengarah pada pembangkitan dan penguatan arus listrik di dalamnya, mencapai intensitas tertinggi di daerah kutub ionosfer, yang merupakan alasan untuk adanya zona aktivitas magnetik lintang tinggi. Perubahan sistem arus magnetosfer-ionosfer muncul di permukaan bumi dalam bentuk gangguan magnetik yang tidak beraturan.

Dalam fenomena mikrokosmos, peran medan magnet sama pentingnya dengan skala kosmik. Ini disebabkan oleh keberadaan semua partikel - elemen struktural materi (elektron, proton, neutron), momen magnet, serta aksi medan magnet pada muatan listrik yang bergerak.

Penerapan medan magnet dalam ilmu pengetahuan dan teknologi. Medan magnet biasanya dibagi menjadi lemah (hingga 500 Gs), sedang (500 Gs - 40 kGs), kuat (40 kGs - 1 MGs) dan superkuat (lebih dari 1 MGs). Hampir semua teknik elektro, teknik radio dan elektronik didasarkan pada penggunaan medan magnet lemah dan sedang. Medan magnet lemah dan sedang diperoleh dengan menggunakan magnet permanen, elektromagnet, solenoida yang tidak didinginkan, magnet superkonduktor.

Sumber medan magnet

Semua sumber medan magnet dapat dibagi menjadi buatan dan alami. Sumber alami utama medan magnet adalah medan magnet bumi sendiri dan angin matahari. Semua sumber buatan medan elektromagnetik dengan yang kami dunia modern dan rumah kita pada khususnya. Baca lebih lanjut tentang, dan baca di kami.

Transportasi listrik adalah sumber medan magnet yang kuat dalam kisaran 0 hingga 1000 Hz. Transportasi kereta api menggunakan arus bolak-balik. Transportasi kota bersifat permanen. Nilai maksimum induksi medan magnet dalam transportasi listrik pinggiran kota mencapai 75 T, nilai rata-rata sekitar 20 T. Nilai rata-rata untuk kendaraan yang dikendarai oleh arus searah tetap pada 29 T. Di trem, di mana kabel kembali adalah rel, medan magnet saling mengimbangi pada jarak yang jauh lebih besar daripada kabel bus listrik, dan di dalam bus listrik fluktuasi medan magnet kecil bahkan selama akselerasi. Tetapi fluktuasi terbesar dalam medan magnet ada di kereta bawah tanah. Ketika komposisi dikirim, besarnya medan magnet pada platform adalah 50-100 T dan lebih, melebihi medan geomagnetik. Bahkan ketika kereta telah lama menghilang ke dalam terowongan, medan magnet tidak kembali ke nilai semula. Hanya setelah komposisi melewati titik koneksi berikutnya ke rel kontak, medan magnet akan kembali ke nilai lama. Benar, terkadang tidak punya waktu: kereta berikutnya sudah mendekati peron, dan ketika melambat, medan magnet berubah lagi. Di dalam mobil itu sendiri, medan magnet bahkan lebih kuat - 150-200 T, yaitu sepuluh kali lebih banyak daripada di kereta konvensional.

Nilai-nilai induksi medan magnet yang paling sering kita jumpai di Kehidupan sehari-hari ditunjukkan pada diagram di bawah ini. Melihat diagram ini, menjadi jelas bahwa kita terpapar medan magnet sepanjang waktu dan di mana-mana. Menurut beberapa ilmuwan, medan magnet dengan induksi lebih dari 0,2 T dianggap berbahaya. Secara alami, tindakan pencegahan tertentu harus diambil untuk melindungi diri kita dari efek berbahaya dari ladang di sekitar kita. Hanya melakukan beberapa aturan sederhana Anda dapat sangat mengurangi paparan tubuh Anda terhadap medan magnet.

SanPiN 2.1.2.2801-10 saat ini “Perubahan dan penambahan No. 1 pada SanPiN 2.1.2.2645-10 “Persyaratan sanitasi dan epidemiologis untuk kondisi kehidupan di bangunan dan tempat tempat tinggal” mengatakan sebagai berikut: “Maksimum tingkat yang diijinkan melemahnya medan geomagnetik di tempat itu bangunan tempat tinggal diatur ke 1,5". Juga, nilai maksimum yang diizinkan dari intensitas dan kekuatan medan magnet dengan frekuensi 50 Hz ditetapkan:

di tempat tinggal - 5 T atau 4 A/m;
di tempat non-perumahan bangunan tempat tinggal, di area perumahan, termasuk di wilayah petak taman - 10 T atau 8 A/m.

Berdasarkan standar ini, setiap orang dapat menghitung berapa banyak peralatan listrik dapat dalam dan dalam keadaan siaga di setiap ruangan tertentu, atau atas dasar yang akan dikeluarkan rekomendasi tentang normalisasi ruang hidup.

Video Terkait

Sebuah film ilmiah kecil tentang medan magnet bumi

Referensi

1. Ensiklopedia Besar Soviet.

Istilah "medan magnet" biasanya berarti ruang energi tertentu di mana kekuatan interaksi magnet diwujudkan. Mereka mempengaruhi:

zat individu: ferimagnet (logam - terutama besi tuang, besi dan paduannya) dan kelas feritnya, terlepas dari keadaannya;

muatan listrik yang bergerak.

Benda fisik yang memiliki momen magnet total elektron atau partikel lain disebut magnet permanen. Interaksi mereka terlihat pada gambar. garis magnet listrik.

Mereka terbentuk setelah membawa magnet permanen ke sisi sebaliknya dari lembaran karton dengan lapisan serbuk besi yang rata. Gambar menunjukkan tanda yang jelas dari kutub utara (N) dan selatan (S) dengan arah garis gaya relatif terhadap orientasinya: pintu keluar dari kutub utara dan pintu masuk ke selatan.

Bagaimana medan magnet dibuat

Sumber medan magnet adalah:

magnet permanen;

biaya seluler;

medan listrik yang berubah terhadap waktu.

Setiap anak TK akrab dengan aksi magnet permanen. Lagi pula, dia sudah harus mengukir gambar-magnet yang diambil dari paket dengan segala macam barang di lemari es.

Muatan listrik yang bergerak biasanya memiliki energi medan magnet yang jauh lebih tinggi daripada Hal ini juga ditunjukkan oleh garis gaya. Mari kita menganalisis aturan untuk desainnya untuk konduktor bujursangkar dengan arus I.

Garis medan magnet ditarik pada bidang yang tegak lurus terhadap aliran arus sehingga pada setiap titik gaya yang bekerja pada kutub utara jarum magnet diarahkan secara tangensial ke garis ini. Ini menciptakan lingkaran konsentris di sekitar muatan yang bergerak.

Arah gaya-gaya ini ditentukan oleh aturan sekrup atau gimlet yang terkenal dengan belitan ulir kanan.

aturan gimlet

Penting untuk memposisikan gimlet secara koaksial dengan vektor saat ini dan memutar pegangan sehingga gerakan translasi gimlet bertepatan dengan arahnya. Kemudian orientasi kekuatan garis magnet akan ditampilkan dengan memutar kenop.

Dalam konduktor cincin, gerakan rotasi pegangan bertepatan dengan arah arus, dan gerakan translasi menunjukkan orientasi induksi.

Garis medan magnet selalu keluar dari kutub utara dan masuk ke selatan. Mereka terus di dalam magnet dan tidak pernah terbuka.

Aturan untuk interaksi medan magnet

Medan magnet dari sumber yang berbeda ditambahkan satu sama lain, membentuk bidang yang dihasilkan.

Dalam hal ini, magnet dengan kutub yang berlawanan (N - S) tertarik satu sama lain, dan dengan kutub yang sama (N - N, S - S) mereka ditolak. Gaya interaksi antara kutub tergantung pada jarak di antara mereka. Semakin dekat kutub digeser, semakin besar gaya yang dihasilkan.

Karakteristik utama medan magnet

Ini termasuk:

vektor induksi magnetik (B);

fluks magnet (F);

hubungan fluks (Ψ).

Intensitas atau kekuatan tumbukan medan diperkirakan dengan nilai vektor induksi magnetik. Itu ditentukan oleh nilai gaya "F" yang dibuat oleh arus yang lewat "I" melalui konduktor dengan panjang "l". B \u003d F / (I l)

Unit pengukuran induksi magnetik dalam sistem SI adalah Tesla (untuk mengenang fisikawan yang mempelajari fenomena ini dan menggambarkannya metode matematika). Dalam literatur teknis Rusia, itu ditunjuk "Tl", dan dalam dokumentasi internasional simbol "T" diadopsi.

1 T adalah induksi fluks magnet seragam yang bekerja dengan gaya 1 newton per meter dari panjang konduktor lurus yang tegak lurus terhadap arah medan ketika arus 1 ampere melewati konduktor ini.

1Tl=1∙N/(A∙m)

Arah vektor B ditentukan oleh aturan tangan kiri.

Jika Anda meletakkan telapak tangan kiri Anda di medan magnet sehingga garis gaya dari kutub utara masuk ke telapak tangan di sudut kanan, dan menempatkan empat jari searah arus di penghantar, maka ibu jari yang menonjol akan menunjukkan arah gaya pada konduktor ini.

Dalam hal penghantar berarus listrik tidak terletak tegak lurus terhadap garis-garis medan magnet, maka gaya yang bekerja padanya akan sebanding dengan besar arus yang mengalir dan bagian komponen proyeksi panjang penghantar. dengan arus ke bidang yang terletak dalam arah tegak lurus.

Gaya yang bekerja pada arus listrik tidak bergantung pada bahan dari mana konduktor dibuat dan luas penampangnya. Bahkan jika konduktor ini tidak ada sama sekali, dan muatan yang bergerak mulai bergerak di media lain di antara kutub magnet, maka gaya ini tidak akan berubah dengan cara apa pun.

Jika di dalam medan magnet di semua titik vektor B memiliki arah dan besar yang sama, maka medan tersebut dianggap seragam.

Setiap lingkungan yang memiliki , mempengaruhi nilai vektor induksi B .

fluks magnet(F)

Jika kita mempertimbangkan perjalanan induksi magnet melalui area tertentu S, maka induksi yang dibatasi oleh batas-batasnya akan disebut fluks magnet.

Ketika area dimiringkan pada beberapa sudut ke arah induksi magnet, fluks magnet berkurang dengan nilai cosinus dari sudut inklinasi area. Nilai maksimumnya dibuat ketika area tegak lurus terhadap induksi penetrasinya. =В·S

Satuan pengukuran fluks magnet adalah 1 weber, yang ditentukan dengan melewatkan 1 tesla induksi melalui area seluas 1 meter persegi.

Tautan fluks

Istilah ini digunakan untuk mendapatkan jumlah total fluks magnet yang dibuat dari sejumlah konduktor pembawa arus yang terletak di antara kutub magnet.

Untuk kasus ketika arus I yang sama melewati belitan kumparan dengan jumlah lilitan n, maka fluks magnet total (terkait) dari semua lilitan disebut hubungan fluks .

=n F . Satuan fluks linkage adalah 1 weber.

Bagaimana medan magnet terbentuk dari listrik bolak-balik?

Medan elektromagnetik yang berinteraksi dengan muatan listrik dan benda dengan momen magnet adalah kombinasi dari dua medan:

listrik;

magnetis.

Mereka saling berhubungan, mewakili kombinasi satu sama lain, dan ketika satu berubah seiring waktu, penyimpangan tertentu terjadi pada yang lain. Misalnya, ketika membuat medan listrik sinusoidal bolak-balik dalam generator tiga fase, medan magnet yang sama secara bersamaan dibentuk dengan karakteristik harmonik bolak-balik yang serupa.

Sifat magnetik zat

Dalam kaitannya dengan interaksi dengan medan magnet luar, zat dibagi menjadi:

antiferromagnet dengan momen magnet yang seimbang, karena itu tingkat magnetisasi tubuh yang sangat kecil dibuat;

diamagnet dengan sifat magnetisasi medan internal melawan aksi medan eksternal. Ketika tidak ada medan eksternal, maka mereka tidak menunjukkan sifat magnetik;

paramagnet dengan sifat magnetisasi medan internal ke arah medan eksternal, yang memiliki derajat kecil;

feromagnet, yang memiliki sifat magnetik tanpa medan eksternal yang diterapkan pada suhu di bawah nilai titik Curie;

ferimagnet dengan momen magnet yang tidak seimbang besar dan arahnya.

Semua sifat zat ini telah menemukan berbagai aplikasi dalam teknologi modern.

Sirkuit magnetik

Semua transformator, induktansi, mesin listrik, dan banyak perangkat lain bekerja atas dasar ini.

Misalnya, dalam elektromagnet yang berfungsi, fluks magnet melewati sirkuit magnetik yang terbuat dari baja feromagnetik dan udara dengan sifat non-ferromagnetik yang jelas. Kombinasi elemen-elemen ini membentuk sirkuit magnetik.

Sebagian besar perangkat listrik memiliki sirkuit magnetik dalam desainnya. Baca lebih lanjut tentang itu di artikel ini -

Sama seperti muatan listrik yang diam bekerja pada muatan lain melalui medan listrik, arus listrik bekerja pada arus lain melalui Medan gaya. Aksi medan magnet pada magnet permanen direduksi menjadi aksinya pada muatan yang bergerak dalam atom suatu zat dan menciptakan arus melingkar mikroskopis.

Doktrin dari elektromagnetik berdasarkan dua asumsi:

medan magnet bekerja pada muatan dan arus yang bergerak;
medan magnet muncul di sekitar arus dan muatan yang bergerak.

Interaksi magnet

Magnet permanen(atau jarum magnet) berorientasi sepanjang meridian magnetik Bumi. Ujung yang menunjuk ke utara disebut kutub Utara(N) dan ujung yang berlawanan adalah kutub selatan(S). Mendekati dua magnet satu sama lain, kami mencatat bahwa kutub serupa mereka tolak-menolak, dan kutub yang berlawanan tarik-menarik ( Nasi. satu ).

Jika kita memisahkan kutub dengan memotong magnet permanen menjadi dua bagian, maka kita akan menemukan bahwa masing-masing juga memiliki dua tiang, yaitu akan menjadi magnet permanen ( Nasi. 2 ). Kedua kutub - utara dan selatan - tidak dapat dipisahkan satu sama lain, sama.

Medan magnet yang diciptakan oleh Bumi atau magnet permanen digambarkan, seperti medan listrik, oleh garis gaya magnet. Gambar garis medan magnet magnet apa pun dapat diperoleh dengan meletakkan selembar kertas di atasnya, di mana serbuk besi dituangkan dalam lapisan yang seragam. Masuk ke medan magnet, serbuk gergaji dimagnetisasi - masing-masing memiliki kutub utara dan selatan. Kutub yang berlawanan cenderung saling mendekat, tetapi hal ini dicegah dengan gesekan serbuk gergaji di atas kertas. Jika Anda mengetuk kertas dengan jari Anda, gesekan akan berkurang dan kertas akan tertarik satu sama lain, membentuk rantai yang mewakili garis-garis medan magnet.

pada Nasi. 3 menunjukkan lokasi di medan magnet serbuk gergaji dan panah magnet kecil yang menunjukkan arah garis medan magnet. Untuk arah ini diambil arah kutub utara jarum magnet.

pengalaman Oersted. Arus medan magnet

PADA awal XIX di. Ilmuwan Denmark Oersted dibuat penemuan penting, menemukan aksi arus listrik pada magnet permanen . Dia meletakkan kawat panjang di dekat jarum magnet. Ketika arus dilewatkan melalui kawat, panah berputar, berusaha tegak lurus terhadapnya ( Nasi. 4 ). Hal ini dapat dijelaskan dengan munculnya medan magnet di sekitar konduktor.

Garis-garis gaya magnet dari medan yang dibuat oleh konduktor langsung dengan arus adalah lingkaran konsentris yang terletak di bidang yang tegak lurus terhadapnya, dengan pusat di titik yang dilalui arus ( Nasi. 5 ). Arah garis ditentukan oleh aturan sekrup kanan:

Sekrup yang diputar searah dengan garis medan akan bergerak searah dengan arus yang mengalir pada penghantar .

Sifat gaya dari medan magnet adalah vektor induksi magnet B . Pada setiap titik, itu diarahkan secara tangensial ke garis medan. Garis medan listrik dimulai pada muatan positif dan berakhir pada muatan negatif, dan gaya yang bekerja dalam medan ini pada muatan diarahkan secara tangensial ke garis di setiap titiknya. Berbeda dengan medan listrik, garis-garis medan magnet tertutup, yang disebabkan oleh tidak adanya “muatan magnet” di alam.

Medan magnet arus pada dasarnya tidak berbeda dengan medan magnet permanen. Dalam pengertian ini, analog dari magnet datar adalah solenoida panjang - gulungan kawat, yang panjangnya jauh lebih besar daripada diameternya. Diagram garis-garis medan magnet yang dia ciptakan, digambarkan dalam Nasi. 6 , mirip dengan magnet datar ( Nasi. 3 ). Lingkaran menunjukkan bagian-bagian kawat yang membentuk belitan solenoida. Arus yang mengalir melalui kawat dari pengamat ditandai dengan persilangan, dan arus dalam arah yang berlawanan - menuju pengamat - ditunjukkan dengan titik. Sebutan yang sama diterima untuk garis-garis medan magnet ketika garis-garis itu tegak lurus terhadap bidang gambar ( Nasi. 7 a, b).

Arah arus pada belitan solenoida dan arah garis medan magnet di dalamnya juga dihubungkan dengan aturan ulir kanan, yang dalam hal ini dirumuskan sebagai berikut:

Jika Anda melihat sepanjang sumbu solenoida, maka arus yang mengalir searah jarum jam menciptakan medan magnet di dalamnya, yang arahnya bertepatan dengan arah gerakan sekrup kanan ( Nasi. delapan )

Berdasarkan aturan ini, mudah untuk mengetahui bahwa solenoida yang ditunjukkan pada Nasi. 6 , ujung kanannya adalah kutub utara, dan ujung kirinya adalah kutub selatan.

Medan magnet di dalam solenoida homogen - vektor induksi magnetik memiliki nilai konstan di sana (B = const). Dalam hal ini, solenoida mirip dengan kapasitor datar, di dalamnya medan listrik yang seragam dibuat.

Gaya yang bekerja dalam medan magnet pada penghantar berarus

Secara eksperimental ditetapkan bahwa gaya bekerja pada konduktor pembawa arus dalam medan magnet. Dalam medan seragam, sebuah konduktor bujursangkar dengan panjang l, yang melaluinya arus I mengalir, terletak tegak lurus terhadap vektor medan B, mengalami gaya: F = I l B .

Arah gaya ditentukan aturan tangan kiri:

Jika keempat jari tangan kiri yang teracung ditempatkan searah dengan arus dalam penghantar, dan telapak tangan tegak lurus terhadap vektor B, maka ibu jari yang ditarik akan menunjukkan arah gaya yang bekerja pada penghantar tersebut. (Nasi. sembilan ).

Perlu dicatat bahwa gaya yang bekerja pada konduktor dengan arus dalam medan magnet tidak diarahkan secara tangensial ke garis gayanya, seperti gaya listrik, tetapi tegak lurus terhadapnya. Sebuah konduktor yang terletak di sepanjang garis gaya tidak terpengaruh oleh gaya magnet.

persamaan F = IlB memungkinkan untuk memberikan karakteristik kuantitatif dari induksi medan magnet.

Sikap tidak tergantung pada sifat-sifat konduktor dan mencirikan medan magnet itu sendiri.

Modulus vektor induksi magnetik B secara numerik sama dengan kekuatan bekerja pada konduktor dengan satuan panjang yang terletak tegak lurus dengannya, di mana arus satu ampere mengalir.

Dalam sistem SI, satuan induksi medan magnet adalah tesla (T):

Sebuah medan magnet. Tabel, diagram, rumus

(Interaksi magnet, percobaan Oersted, vektor induksi magnet, vektor arah, prinsip superposisi. Representasi grafis medan magnet, garis induksi magnet. Fluks magnet, karakteristik energi medan. Gaya magnet, gaya Ampere, gaya Lorentz. Pergerakan muatan partikel dalam medan magnet. Sifat magnetik materi, hipotesis Ampere)