Medan magnetnya sama. Sifat gelombang elektromagnetik

Mari kita pahami bersama apa itu medan magnet. Lagi pula, banyak orang hidup di bidang ini sepanjang hidup mereka dan bahkan tidak memikirkannya. Waktu untuk memperbaikinya!

Medan magnet

Medan magnet – jenis khusus urusan. Itu memanifestasikan dirinya dalam tindakan bergerak muatan listrik dan benda yang memiliki momen magnetnya sendiri (magnet permanen).

Penting: medan magnet tidak bekerja pada muatan stasioner! Medan magnet juga dibuat dengan memindahkan muatan listrik, atau mengubah waktu Medan listrik, atau momen magnetik elektron dalam atom. Artinya, setiap kawat yang dilalui arus juga menjadi magnet!

Benda yang memiliki medan magnetnya sendiri.

Magnet memiliki kutub yang disebut utara dan selatan. Sebutan "utara" dan "selatan" diberikan hanya untuk kenyamanan (sebagai "plus" dan "minus" dalam listrik).

Medan magnet diwakili oleh gaya magnet garis. Garis-garis gaya itu kontinu dan tertutup, dan arahnya selalu bertepatan dengan arah gaya-gaya medan. Jika serpihan logam tersebar di sekitar magnet permanen, partikel logam akan menunjukkan gambaran yang jelas. garis kekuatan medan magnet yang keluar dari utara dan memasuki kutub selatan. Karakteristik grafis dari medan magnet - garis gaya.

Karakteristik medan magnet

Ciri-ciri utama medan magnet adalah induksi magnet, fluks magnet dan permeabilitas magnetik. Tapi mari kita bicarakan semuanya secara berurutan.

Segera, kami mencatat bahwa semua unit pengukuran diberikan dalam sistem SI.

Induksi magnetik B – vektor kuantitas fisik, yang merupakan karakteristik daya utama medan magnet. Dilambangkan dengan huruf B . Satuan pengukuran induksi magnetik - Tesla (Tl).

Induksi magnetik menunjukkan seberapa kuat medan dengan menentukan gaya yang bekerja pada muatan. Kekuatan ini disebut gaya Lorentz.

Di Sini q - mengenakan biaya, v - kecepatannya dalam medan magnet, B - induksi, F adalah gaya Lorentz di mana medan bekerja pada muatan.

F- kuantitas fisik yang sama dengan produk induksi magnetik dengan luas kontur dan kosinus antara vektor induksi dan normal terhadap bidang kontur yang dilalui aliran. Fluks magnet adalah karakteristik skalar dari medan magnet.

Kita dapat mengatakan bahwa fluks magnet mencirikan jumlah garis induksi magnetik yang menembus suatu satuan luas. Fluks magnet diukur dalam Weberach (WB).

Permeabilitas magnetik adalah koefisien yang menentukan sifat magnetik medium. Salah satu parameter yang bergantung pada induksi magnetik medan adalah permeabilitas magnetik.

Planet kita telah menjadi magnet besar selama beberapa miliar tahun. Induksi medan magnet bumi bervariasi tergantung pada koordinat. Di khatulistiwa, itu sekitar 3,1 kali 10 pangkat lima minus Tesla. Selain itu, terdapat anomali magnetik, dimana nilai dan arah medan berbeda secara signifikan dengan daerah sekitarnya. Salah satu anomali magnetik terbesar di planet ini - Kursk dan Anomali magnetik Brasil.

Asal usul medan magnet bumi masih menjadi misteri bagi para ilmuwan. Diasumsikan bahwa sumber medan adalah inti logam cair Bumi. Inti bergerak, yang berarti bahwa paduan besi-nikel cair bergerak, dan pergerakan partikel bermuatan adalah arus listrik yang menghasilkan medan magnet. Masalahnya adalah teori ini geodinamo) tidak menjelaskan bagaimana medan tetap stabil.

Bumi adalah dipol magnet yang sangat besar. Kutub magnet tidak bertepatan dengan kutub geografis, meskipun mereka berada dalam jarak yang dekat. Apalagi kutub magnet bumi sedang bergerak. Perpindahan mereka telah tercatat sejak tahun 1885. Misalnya, selama seratus tahun terakhir, kutub magnet di belahan bumi selatan telah bergeser hampir 900 kilometer dan sekarang berada di Samudra Selatan. Kutub belahan bumi Arktik bergerak melintasi Samudra Arktik menuju anomali magnetik Siberia Timur, kecepatan pergerakannya (menurut data 2004) sekitar 60 kilometer per tahun. Sekarang ada percepatan pergerakan kutub - rata-rata kecepatannya bertambah 3 kilometer per tahun.

Apa pentingnya medan magnet bumi bagi kita? Pertama-tama, medan magnet bumi melindungi planet ini dari sinar kosmik dan angin matahari. Partikel bermuatan dari luar angkasa tidak jatuh langsung ke tanah, tetapi dibelokkan oleh magnet raksasa dan bergerak sepanjang garis gayanya. Dengan demikian, semua makhluk hidup terlindungi dari radiasi berbahaya.

Selama sejarah Bumi, ada beberapa inversi(perubahan) kutub magnet. Inversi kutub adalah ketika mereka berpindah tempat. Terakhir kali fenomena ini terjadi sekitar 800 ribu tahun yang lalu, dan ada lebih dari 400 pembalikan geomagnetik dalam sejarah Bumi.Beberapa ilmuwan percaya bahwa, mengingat percepatan yang diamati dari pergerakan kutub magnet, pembalikan kutub berikutnya harus diharapkan dalam beberapa ribu tahun mendatang.

Untungnya, tidak ada pembalikan kutub yang diharapkan di abad kita. Jadi, Anda dapat memikirkan kehidupan yang menyenangkan dan menikmati kehidupan di medan konstan lama yang baik di Bumi, dengan mempertimbangkan sifat dan karakteristik utama medan magnet. Dan agar Anda dapat melakukan ini, ada penulis kami, yang dapat dipercayakan dengan beberapa masalah pendidikan dengan keyakinan akan kesuksesan! dan jenis pekerjaan lainnya dapat Anda pesan di tautan.

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 garis gaya medan (garis induksi magnet) sering diperkenalkan.

Untuk mengukur karakteristik medan magnet dan sifat magnetik zat yang digunakan 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 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.

© Foto: http://www.tesis.lebedev.ru
Foto Matahari
dalam spektrum sempit

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 terestrial. 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 signifikan dalam medan geomagnetik diamati (terutama di lintang tinggi), serta eksitasi karakteristik osilasi medan periode pendek. Fase awal ditandai dengan perubahan mendadak pada 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 sebelumnya. 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 saat ini 2.1.2.2801-10 “Perubahan dan penambahan No. 1 pada SanPiN 2.1.2.2645-10 “Persyaratan sanitasi dan epidemiologis untuk kondisi kehidupan di bangunan dan tempat tinggal” mengatakan sebagai berikut: “Maksimum tingkat yang diijinkan melemahnya medan geomagnetik di tempat 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 yang dapat hidup dan dalam keadaan siaga di setiap ruangan tertentu, atau berdasarkan rekomendasi yang akan dikeluarkan untuk normalisasi ruang hidup.

Video Terkait

Sebuah film ilmiah kecil tentang medan magnet bumi

Referensi

1. Ensiklopedia Besar Soviet.

Diketahui bahwa medan magnet banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari, di tempat kerja dan di penelitian ilmiah. Cukuplah untuk menyebut perangkat seperti generator arus bolak-balik, motor listrik, relay, akselerator partikel dasar dan berbagai sensor. Mari kita pertimbangkan secara lebih rinci apa itu medan magnet dan bagaimana medan magnet itu terbentuk.

Apa itu medan magnet - definisi

Medan magnet adalah medan gaya yang bekerja pada partikel bermuatan yang bergerak. Besarnya medan magnet bergantung pada laju perubahannya. Menurut fitur ini, dua jenis medan magnet dibedakan: dinamis dan gravitasi.

Medan magnet gravitasi hanya muncul di dekat partikel elementer dan terbentuk tergantung pada fitur strukturnya. Sumber medan magnet dinamis adalah muatan listrik yang bergerak atau benda bermuatan, konduktor pembawa arus, serta zat yang dimagnetisasi.

Sifat medan magnet

Ilmuwan besar Prancis André Ampere berhasil menemukan dua sifat dasar medan magnet:

1. Perbedaan utama antara medan magnet dan medan listrik dan sifat utamanya adalah relatif. Jika Anda mengambil benda bermuatan, biarkan tidak bergerak dalam kerangka acuan apa pun, dan letakkan jarum magnet di dekatnya, seperti biasa, ia akan menunjuk ke utara. Artinya, ia tidak akan mendeteksi medan apa pun selain bumi. Jika Anda mulai menggerakkan benda bermuatan ini relatif terhadap panah, maka benda itu akan mulai berputar - ini menunjukkan bahwa ketika benda bermuatan bergerak, medan magnet juga muncul, selain medan listrik. Jadi, medan magnet muncul jika dan hanya jika ada muatan yang bergerak.
2. Medan magnet bekerja pada arus listrik lain. Jadi, Anda dapat mendeteksinya dengan menelusuri pergerakan partikel bermuatan - dalam medan magnet mereka akan menyimpang, konduktor dengan arus akan bergerak, bingkai dengan arus akan berputar, zat magnet akan bergeser. Di sini kita harus mengingat jarum kompas magnetik, biasanya dicat warna biru- itu hanya sepotong besi magnet. Itu selalu menunjuk ke utara karena Bumi memiliki medan magnet. Seluruh planet kita adalah magnet besar: Sabuk Magnetik Selatan terletak di Kutub Utara, dan Kutub Magnetik Utara terletak di Kutub Geografis Selatan.

Selain itu, sifat-sifat medan magnet meliputi karakteristik sebagai berikut:

1. Kekuatan medan magnet dijelaskan oleh induksi magnetik - ini adalah besaran vektor yang menentukan kekuatan medan magnet yang mempengaruhi muatan bergerak.
2. Medan magnet dapat berupa tipe konstan dan variabel. Yang pertama dibangkitkan oleh medan listrik yang tidak berubah terhadap waktu, induksi medan semacam itu juga tidak berubah. Yang kedua paling sering dihasilkan menggunakan induktor yang ditenagai oleh arus bolak-balik.
3. Medan magnet tidak dapat dirasakan oleh indera manusia dan hanya direkam oleh sensor khusus.

Ketika terhubung ke dua konduktor paralel arus listrik, mereka akan menarik atau menolak, tergantung pada arah (polaritas) dari arus yang terhubung. Ini dijelaskan oleh munculnya jenis materi khusus di sekitar konduktor ini. Hal ini disebut medan magnet (MF). Gaya magnet adalah gaya dengan mana konduktor bekerja satu sama lain.

Teori magnetisme muncul di zaman kuno, di peradaban kuno Asia. Di Magnesia, di pegunungan, mereka menemukan batu khusus, yang potongannya bisa saling tertarik. Dengan nama tempat, jenis ini disebut "magnet". Magnet batang terdiri dari dua kutub. Sifat magnetiknya sangat menonjol di kutub.

Sebuah magnet yang tergantung pada seutas benang akan menunjukkan sisi-sisi cakrawala dengan kutub-kutubnya. Kutubnya akan diputar ke utara dan selatan. Kompas bekerja berdasarkan prinsip ini. Kutub dua magnet yang berlawanan akan tarik menarik dan kutub sejenis akan tolak-menolak.

Para ilmuwan telah menemukan bahwa jarum magnet, yang terletak di dekat konduktor, menyimpang ketika arus listrik melewatinya. Ini menunjukkan bahwa MF terbentuk di sekitarnya.

Medan magnet mempengaruhi:

Memindahkan muatan listrik.
Zat yang disebut feromagnet: besi, besi tuang, paduannya.

Magnet permanen adalah benda yang memiliki momen magnet yang sama dari partikel bermuatan (elektron).

1 - Kutub selatan magnet
2 - Kutub utara magnet
3 - MP pada contoh pengarsipan logam
4 - Arah medan magnet

Garis-garis medan muncul ketika magnet permanen mendekati selembar kertas di mana lapisan serbuk besi dituangkan. Gambar tersebut dengan jelas menunjukkan tempat kutub dengan garis gaya yang berorientasi.

Sumber medan magnet

• Medan listrik yang berubah terhadap waktu.
• biaya seluler.
• magnet permanen.

Magnet permanen sudah kita kenal sejak kecil. Mereka digunakan sebagai mainan yang menarik berbagai bagian logam untuk diri mereka sendiri. Mereka melekat pada lemari es, mereka dibangun menjadi berbagai mainan.

Muatan listrik yang bergerak sering kali memiliki energi magnet yang lebih besar daripada magnet permanen.

Properti

• ketua tanda dan sifat medan magnet adalah relativitas. Jika benda bermuatan dibiarkan tidak bergerak dalam kerangka acuan tertentu, dan jarum magnet ditempatkan di dekatnya, maka benda itu akan menunjuk ke utara, dan pada saat yang sama tidak akan "merasakan" medan asing, kecuali medan bumi. . Dan jika benda bermuatan mulai bergerak mendekati panah, maka medan magnet akan muncul di sekitar benda tersebut. Akibatnya, menjadi jelas bahwa MF hanya terbentuk ketika muatan tertentu bergerak.
• Medan magnet mampu mempengaruhi dan mempengaruhi arus listrik. Itu dapat dideteksi dengan memantau pergerakan elektron bermuatan. Dalam medan magnet, partikel dengan muatan akan menyimpang, konduktor dengan arus yang mengalir akan bergerak. Bingkai bertenaga arus akan berputar, dan bahan yang dimagnetisasi akan bergerak pada jarak tertentu. Jarum kompas paling sering berwarna biru. Ini adalah strip baja magnet. Kompas selalu berorientasi ke utara, karena Bumi memiliki medan magnet. Seluruh planet ini seperti magnet besar dengan kutub-kutubnya.

Medan magnet tidak dirasakan oleh organ manusia, dan hanya dapat dideteksi oleh perangkat dan sensor khusus. Ini adalah variabel dan permanen. Medan bolak-balik biasanya dibuat oleh induktor khusus yang beroperasi pada arus bolak-balik. Medan konstan dibentuk oleh medan listrik konstan.

aturan

Pertimbangkan aturan dasar untuk gambar medan magnet untuk berbagai konduktor.

aturan gimlet

Garis gaya digambarkan pada sebuah bidang yang terletak pada sudut 90 0 terhadap lintasan arus sehingga pada setiap titik gaya diarahkan secara tangensial terhadap garis.

Untuk menentukan arah gaya magnet, Anda perlu mengingat aturan gimlet dengan ulir kanan.

Gimlet harus diposisikan sepanjang sumbu yang sama dengan vektor saat ini, pegangan harus diputar sehingga gimlet bergerak searah dengan arahnya. Dalam hal ini, orientasi garis ditentukan dengan memutar pegangan gimlet.

Aturan Cincin Gimlet

Gerakan translasi gimlet di konduktor, dibuat dalam bentuk cincin, menunjukkan bagaimana induksi berorientasi, rotasi bertepatan dengan aliran arus.

Garis-garis gaya memiliki kelanjutannya di dalam magnet dan tidak dapat dibuka.

Medan magnet sumber yang berbeda disimpulkan satu sama lain. Dengan melakukan itu, mereka menciptakan bidang yang sama.

Magnet dengan kutub yang sama akan saling tolak menolak, sedangkan magnet yang berbeda kutub akan tarik menarik. Nilai kekuatan interaksi tergantung pada jarak di antara mereka. Saat kutub mendekat, gaya meningkat.

Parameter medan magnet

• Rantai aliran ( Ψ ).
• Vektor induksi magnetik ( PADA).
• Fluks magnet ( F).

Intensitas medan magnet dihitung dengan ukuran vektor induksi magnet, yang tergantung pada gaya F, dan dibentuk oleh arus I melalui konduktor yang memiliki panjang l: V \u003d F / (I * l).

Induksi magnetik diukur dalam Tesla (Tl), untuk menghormati ilmuwan yang mempelajari fenomena magnet dan berurusan dengan metode perhitungannya. 1 T sama dengan induksi fluks magnet oleh gaya 1 N panjangnya 1m konduktor lurus membentuk sudut 90 0 ke arah medan, dengan arus yang mengalir satu ampere:

1 T = 1 x T / (A x m).

aturan tangan kiri

Aturan menemukan arah vektor induksi magnetik.

Jika telapak tangan kiri diletakkan di medan sehingga garis-garis medan magnet masuk ke telapak tangan dari kutub utara pada 90 0, dan 4 jari diletakkan disepanjang arus, ibu jari menunjukkan arah gaya magnet.

Jika konduktor berada pada sudut yang berbeda, maka gaya akan secara langsung bergantung pada arus dan proyeksi konduktor ke bidang yang tegak lurus.

Gaya tidak tergantung pada jenis bahan konduktor dan penampangnya. Jika tidak ada konduktor, dan muatan bergerak dalam medium lain, maka gaya tidak akan berubah.

Ketika arah vektor medan magnet dalam satu arah besaran, medan disebut seragam. Lingkungan yang berbeda mempengaruhi ukuran vektor induksi.

fluks magnet

Induksi magnet yang melewati daerah tertentu S dan dibatasi oleh daerah tersebut disebut fluks magnet.

Jika area memiliki kemiringan pada beberapa sudut terhadap garis induksi, fluks magnet dikurangi dengan ukuran cosinus sudut ini. Nilai terbesarnya terbentuk ketika area tersebut tegak lurus terhadap induksi magnetik:

F \u003d B * S.

Fluks magnet diukur dalam satuan seperti: "weber", yang sama dengan aliran induksi dengan nilai 1 T berdasarkan area di 1 m 2.

Tautan fluks

Konsep ini digunakan untuk membuat arti umum fluks magnet, yang dibuat dari sejumlah konduktor yang terletak di antara kutub magnet.

Ketika arus yang sama Saya mengalir melalui belitan dengan jumlah lilitan n, total fluks magnet yang dibentuk oleh semua lilitan adalah hubungan fluks.

Tautan fluks Ψ diukur dalam weber, dan sama dengan: = n * F.

Sifat magnetik

Permeabilitas menentukan seberapa besar medan magnet dalam media tertentu lebih rendah atau lebih tinggi dari induksi medan dalam ruang hampa. Suatu zat dikatakan termagnetisasi jika memiliki medan magnetnya sendiri. Ketika suatu zat ditempatkan dalam medan magnet, itu menjadi magnet.

Para ilmuwan telah menentukan alasan mengapa benda memperoleh sifat magnetik. Menurut hipotesis para ilmuwan, ada arus listrik dengan besaran mikroskopis di dalam zat. Sebuah elektron memiliki momen magnetnya sendiri, yang memiliki sifat kuantum, bergerak sepanjang orbit tertentu dalam atom. Arus kecil inilah yang menentukan sifat magnetik.

Jika arus bergerak secara acak, maka medan magnet yang ditimbulkannya saling mengkompensasi. Medan luar membuat arus teratur, sehingga terbentuk medan magnet. Ini adalah magnetisasi zat.

Berbagai zat dapat dibagi menurut sifat interaksinya dengan medan magnet.

Mereka dibagi menjadi beberapa kelompok:

Paramagnet- zat yang memiliki sifat magnetisasi dalam arah medan luar, dengan kemungkinan magnetisme yang rendah. Mereka memiliki kekuatan medan yang positif. Zat-zat ini termasuk besi klorida, mangan, platinum, dll.
Ferrimagnetik- zat dengan momen magnet yang tidak seimbang arah dan nilainya. Mereka dicirikan oleh adanya antiferromagnetisme yang tidak terkompensasi. Kekuatan medan dan suhu mempengaruhi kerentanan magnet mereka (berbagai oksida).
feromagnet- zat dengan kerentanan positif yang meningkat, tergantung pada intensitas dan suhu (kristal kobalt, nikel, dll.).
diamagnet- memiliki sifat magnetisasi dalam arah yang berlawanan dari medan luar, yaitu, arti negatif suseptibilitas magnetik, tidak tergantung pada intensitas. Dengan tidak adanya medan, zat ini tidak akan memiliki sifat magnetik. Zat-zat tersebut antara lain: perak, bismut, nitrogen, seng, hidrogen dan zat lainnya.
Antiferromagnet - memiliki momen magnet yang seimbang, menghasilkan formasi derajat rendah magnetisasi materi. Ketika dipanaskan, mereka mengalami transisi fase zat, di mana sifat paramagnetik muncul. Ketika suhu turun di bawah batas tertentu, sifat seperti itu tidak akan muncul (kromium, mangan).

Magnet yang dipertimbangkan juga diklasifikasikan ke dalam dua kategori lagi:

Bahan magnet lembut . Mereka memiliki kekuatan koersif yang rendah. Dalam medan magnet yang lemah, mereka bisa jenuh. Selama proses pembalikan magnetisasi, mereka memiliki kerugian yang tidak signifikan. Akibatnya, bahan tersebut digunakan untuk produksi inti. alat listrik beroperasi pada tegangan bolak-balik ( , generator, ).
magnet keras bahan. Mereka memiliki peningkatan nilai kekuatan koersif. Untuk remagnetize mereka, medan magnet yang kuat diperlukan. Bahan tersebut digunakan dalam produksi magnet permanen.

Sifat magnetik berbagai zat menemukan penggunaannya dalam desain teknis dan penemuan.

Sirkuit magnetik

Menggabungkan beberapa zat magnetik disebut sirkuit magnetik. Mereka adalah kesamaan dan ditentukan oleh hukum matematika yang serupa.

Berdasarkan sirkuit magnetik alat listrik, induktansi, . Dalam elektromagnet yang berfungsi, aliran mengalir melalui sirkuit magnetik yang terbuat dari bahan feromagnetik dan udara, yang bukan feromagnet. Gabungan dari komponen-komponen tersebut merupakan rangkaian magnetis. Banyak perangkat listrik mengandung sirkuit magnetik dalam desainnya.

Untuk memahami apa yang merupakan karakteristik medan magnet, banyak fenomena harus didefinisikan. Pada saat yang sama, Anda perlu mengingat terlebih dahulu bagaimana dan mengapa itu muncul. Cari tahu apa karakteristik kekuatan medan magnet. Penting juga bahwa medan semacam itu dapat terjadi tidak hanya pada magnet. Berkaitan dengan hal tersebut, tidak ada salahnya untuk menyebutkan ciri-ciri medan magnet bumi.

munculnya lapangan

Untuk memulainya, perlu untuk menggambarkan penampilan lapangan. Setelah itu, Anda dapat menggambarkan medan magnet dan karakteristiknya. Itu muncul selama pergerakan partikel bermuatan. Dapat mempengaruhi terutama konduktor konduktif. Interaksi antara medan magnet dan muatan yang bergerak, atau konduktor yang dilalui arus, terjadi karena gaya yang disebut elektromagnetik.

Intensitas atau karakteristik daya medan magnet pada titik spasial tertentu ditentukan dengan menggunakan induksi magnetik. Yang terakhir dilambangkan dengan simbol B.

Representasi grafis dari lapangan

Medan magnet dan karakteristiknya dapat direpresentasikan secara grafis menggunakan garis induksi. Definisi ini disebut garis, garis singgung yang pada setiap titik akan bertepatan dengan arah vektor y dari induksi magnetik.

Garis-garis ini termasuk dalam karakteristik medan magnet dan digunakan untuk menentukan arah dan intensitasnya. Semakin tinggi intensitas medan magnet, semakin banyak garis data yang akan ditarik.

Apa itu garis magnet?

Garis-garis magnet konduktor lurus dengan arus berbentuk lingkaran konsentris, yang pusatnya terletak pada sumbu konduktor ini. Arah garis magnet di dekat konduktor dengan arus ditentukan oleh aturan gimlet, yang berbunyi seperti ini: jika gimlet terletak sehingga akan disekrup ke konduktor searah arus, maka arah arus rotasi pegangan sesuai dengan arah garis magnet.

Untuk kumparan dengan arus, arah medan magnet juga akan ditentukan oleh aturan gimlet. Juga diperlukan untuk memutar pegangan ke arah arus di belokan solenoida. Arah garis induksi magnetik akan sesuai dengan arah gerakan translasi gimlet.

Ini adalah karakteristik utama dari medan magnet.

Dibuat oleh satu arus, dalam kondisi yang sama, medan akan berbeda dalam intensitasnya di media yang berbeda karena sifat magnetik yang berbeda dalam zat ini. Sifat magnetik medium dicirikan oleh permeabilitas magnetik absolut. Ini diukur dalam henry per meter (g/m).

Karakteristik medan magnet meliputi permeabilitas magnetik absolut dari ruang hampa, yang disebut konstanta magnetik. Nilai yang menentukan berapa kali permeabilitas magnetik absolut media akan berbeda dari konstanta disebut permeabilitas magnetik relatif.

Permeabilitas magnetik zat

Ini adalah kuantitas tanpa dimensi. Zat dengan nilai permeabilitas kurang dari satu disebut diamagnetik. Dalam zat ini, medannya akan lebih lemah daripada di ruang hampa. Sifat-sifat ini hadir dalam hidrogen, air, kuarsa, perak, dll.

Media dengan permeabilitas magnetik lebih besar dari satu disebut paramagnetik. Dalam zat ini, medannya akan lebih kuat daripada di ruang hampa. Media dan zat ini termasuk udara, aluminium, oksigen, platinum.

Dalam hal zat paramagnetik dan diamagnetik, nilai permeabilitas magnetik tidak akan bergantung pada tegangan medan magnet eksternal. Ini berarti bahwa nilainya konstan untuk zat tertentu.

Ferromagnet termasuk dalam kelompok khusus. Untuk zat ini, permeabilitas magnetik akan mencapai beberapa ribu atau lebih. Zat-zat ini, yang memiliki sifat menjadi magnet dan memperkuat medan magnet, banyak digunakan dalam teknik listrik.

Kekuatan medan

Untuk menentukan karakteristik medan magnet, bersama-sama dengan vektor induksi magnet, nilai yang disebut kekuatan medan magnet dapat digunakan. Istilah ini mendefinisikan intensitas medan magnet luar. Arah medan magnet dalam medium dengan sifat yang sama ke segala arah, vektor intensitas akan bertepatan dengan vektor induksi magnetik pada titik medan.

Kekuatan feromagnet dijelaskan oleh adanya bagian-bagian kecil yang dimagnetisasi secara sewenang-wenang, yang dapat direpresentasikan sebagai magnet kecil.

Dengan tidak adanya medan magnet, zat feromagnetik mungkin tidak memiliki sifat magnet yang nyata, karena bidang domain memperoleh orientasi yang berbeda, dan medan magnet totalnya adalah nol.

Menurut sifat utama medan magnet, jika feromagnet ditempatkan dalam medan magnet luar, misalnya, dalam kumparan berarus, maka di bawah pengaruh medan luar, domain akan berputar ke arah medan luar. . Selain itu, medan magnet pada kumparan akan meningkat, dan induksi magnet akan meningkat. Jika medan luar cukup lemah, maka hanya sebagian dari semua domain yang medan magnetnya mendekati arah medan luar akan terbalik. Saat kekuatan medan eksternal meningkat, jumlah domain yang diputar akan meningkat, dan sebagai nilai tertentu tegangan medan luar, hampir semua bagian akan dikerahkan sehingga medan magnet terletak searah dengan medan luar. Keadaan ini disebut saturasi magnetik.

Hubungan antara induksi magnet dan intensitas

Hubungan antara induksi magnet suatu zat feromagnetik dan kuat medan luar dapat digambarkan dengan menggunakan grafik yang disebut kurva magnetisasi. Pada kurva kurva kurva, laju peningkatan induksi magnetik menurun. Setelah tikungan, di mana ketegangan mencapai tingkat tertentu, terjadi kejenuhan, dan kurva naik sedikit, secara bertahap memperoleh bentuk garis lurus. Pada bagian ini, induksi masih tumbuh, tetapi agak lambat dan hanya karena peningkatan kekuatan medan eksternal.

Ketergantungan grafis dari indikator-indikator ini tidak langsung, yang berarti rasionya tidak konstan, dan permeabilitas magnetik material bukanlah indikator konstan, tetapi tergantung pada medan eksternal.

Perubahan sifat kemagnetan bahan

Dengan peningkatan kekuatan arus hingga saturasi penuh dalam koil dengan inti feromagnetik dan penurunan selanjutnya, kurva magnetisasi tidak akan bertepatan dengan kurva demagnetisasi. Dengan intensitas nol, induksi magnetik tidak akan memiliki nilai yang sama, tetapi akan memperoleh beberapa indikator yang disebut induksi magnetik residual. Situasi dengan kelambatan induksi magnet dari gaya magnetisasi disebut histeresis.

Untuk benar-benar mendemagnetisasi inti feromagnetik dalam koil, perlu untuk memberikan arus balik, yang akan menciptakan tegangan yang diperlukan. Untuk zat feromagnetik yang berbeda, diperlukan segmen dengan panjang yang berbeda. Semakin besar, semakin banyak energi yang dibutuhkan untuk demagnetisasi. Nilai di mana material benar-benar mengalami demagnetisasi disebut gaya koersif.

Dengan semakin bertambahnya arus dalam kumparan, induksi akan kembali meningkat ke indeks saturasi, tetapi dengan arah garis magnet yang berbeda. Ketika demagnetisasi dalam arah yang berlawanan, induksi sisa akan diperoleh. Fenomena magnet sisa digunakan untuk membuat magnet permanen dari zat dengan magnet sisa tinggi. Dari zat yang memiliki kemampuan untuk memagnetisasi ulang, inti dibuat untuk mesin dan perangkat listrik.

aturan tangan kiri

Gaya yang bekerja pada konduktor dengan arus memiliki arah yang ditentukan oleh aturan tangan kiri: ketika telapak tangan perawan terletak sedemikian rupa sehingga garis magnet memasukinya, dan empat jari direntangkan ke arah arus dalam konduktor, ibu jari yang ditekuk akan menunjukkan arah gaya. Gaya ini tegak lurus terhadap vektor induksi dan arus.

Konduktor pembawa arus yang bergerak dalam medan magnet dianggap sebagai prototipe motor listrik, yang berubah energi listrik menjadi mekanik.

Aturan tangan kanan

Selama pergerakan konduktor dalam medan magnet, gaya gerak listrik diinduksi di dalamnya, yang memiliki nilai sebanding dengan induksi magnet, panjang konduktor yang terlibat dan kecepatan gerakannya. Ketergantungan ini disebut induksi elektromagnetik. Saat menentukan arah EMF yang diinduksi dalam konduktor, aturan yang digunakan tangan kanan: ketika tangan kanan diposisikan dengan cara yang sama seperti pada contoh dari kiri, garis-garis magnet memasuki telapak tangan, dan ibu jari menunjukkan arah pergerakan konduktor, jari-jari yang terentang menunjukkan arah EMF yang diinduksi. Bergerak dalam fluks magnet di bawah pengaruh eksternal kekuatan mekanik Konduktor adalah contoh paling sederhana dari generator listrik yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.

Ini dapat dirumuskan secara berbeda: dalam sirkuit tertutup, EMF diinduksi, dengan setiap perubahan fluks magnet yang dicakup oleh sirkuit ini, EDE di sirkuit secara numerik sama dengan laju perubahan fluks magnet yang menutupi sirkuit ini.

Formulir ini memberikan indikator EMF rata-rata dan menunjukkan ketergantungan EMF bukan pada fluks magnet, tetapi pada laju perubahannya.

Hukum Lenz

Anda juga perlu mengingat hukum Lenz: arus yang diinduksi oleh perubahan medan magnet yang melewati sirkuit, dengan medan magnetnya, mencegah perubahan ini. Jika lilitan kumparan ditusuk oleh fluks magnet yang besarnya berbeda, maka EMF yang diinduksi pada seluruh kumparan sama dengan jumlah EMF pada lilitan yang berbeda. Jumlah fluks magnet dari berbagai lilitan kumparan disebut hubungan fluks. Unit pengukuran besaran ini, serta fluks magnet, adalah weber.

Ketika arus listrik dalam rangkaian berubah, fluks magnet yang diciptakan olehnya juga berubah. Namun, menurut undang-undang induksi elektromagnetik, EMF diinduksi di dalam konduktor. Itu muncul sehubungan dengan perubahan arus pada konduktor, oleh karena itu fenomena ini disebut induksi sendiri, dan EMF yang diinduksi dalam konduktor disebut EMF induksi sendiri.

Hubungan fluks dan fluks magnet tidak hanya bergantung pada kekuatan arus, tetapi juga pada ukuran dan bentuk konduktor tertentu, dan permeabilitas magnetik zat di sekitarnya.

induktansi konduktor

Koefisien proporsionalitas disebut induktansi konduktor. Ini mengacu pada kemampuan konduktor untuk membuat hubungan fluks ketika listrik melewatinya. Ini adalah salah satu parameter utama sirkuit listrik. Untuk rangkaian tertentu, induktansi adalah konstan. Ini akan tergantung pada ukuran kontur, konfigurasinya, dan permeabilitas magnetik medium. Dalam hal ini, kekuatan arus dalam rangkaian dan fluks magnet tidak akan menjadi masalah.

Definisi dan fenomena di atas memberikan penjelasan tentang apa itu medan magnet. Karakteristik utama medan magnet juga diberikan, yang dengannya dimungkinkan untuk mendefinisikan fenomena ini.