Co to jest linia pola magnetycznego. Linie pola magnetycznego

Motywy UŻYJ kodyfikatora : oddziaływanie magnesów, pole magnetyczne przewodnika z prądem.

Magnetyczne właściwości materii znane są ludziom od dawna. Magnesy wzięły swoją nazwę od starożytnego miasta Magnesia: w jego sąsiedztwie rozpowszechniony był minerał (później nazywany magnetyczną rudą żelaza lub magnetytem), którego fragmenty przyciągały żelazne przedmioty.

Oddziaływanie magnesów

Po dwóch stronach każdego magnesu znajdują się biegun północny I biegun południowy. Dwa magnesy są przyciągane do siebie przez przeciwne bieguny i odpychane przez podobne bieguny. Magnesy mogą oddziaływać na siebie nawet poprzez próżnię! Wszystko to jednak przypomina oddziaływanie ładunków elektrycznych oddziaływanie magnesów nie jest elektryczne. Świadczą o tym następujące fakty eksperymentalne.

Siła magnetyczna słabnie, gdy magnes jest podgrzewany. Siła oddziaływania ładunków punktowych nie zależy od ich temperatury.

Siła magnetyczna jest osłabiana przez potrząsanie magnesem. Nic podobnego nie dzieje się z ciałami naładowanymi elektrycznie.

Dodatnie ładunki elektryczne można oddzielić od ujemnych (na przykład, gdy ciała są naelektryzowane). Ale nie da się oddzielić biegunów magnesu: jeśli przetniesz magnes na dwie części, wówczas bieguny również pojawią się w miejscu przecięcia, a magnes rozpadnie się na dwa magnesy z przeciwległymi biegunami na końcach (zorientowane dokładnie w tym samym kierunku). sposób jak bieguny oryginalnego magnesu).

Więc magnesy zawsze dwubiegunowe, istnieją tylko w formie dipole. Izolowane bieguny magnetyczne (tzw monopole magnetyczne- analogi ładunku elektrycznego) w przyrodzie nie istnieją (w każdym razie nie zostały jeszcze wykryte eksperymentalnie). To chyba najbardziej imponująca asymetria między elektrycznością a magnetyzmem.

Podobnie jak ciała naładowane elektrycznie, magnesy działają na ładunki elektryczne. Jednak magnes działa tylko na poruszający opłata; Jeśli ładunek jest w spoczynku względem magnesu, wówczas na ładunek nie działa żadna siła magnetyczna. Wręcz przeciwnie, naelektryzowane ciało działa pod każdym ładunkiem, niezależnie od tego, czy jest w spoczynku, czy w ruchu.

Zgodnie ze współczesnymi koncepcjami teorii działania bliskiego zasięgu oddziaływanie magnesów odbywa się poprzez pole magnetyczne Mianowicie magnes wytwarza w otaczającej go przestrzeni pole magnetyczne, które oddziałuje na inny magnes i powoduje widoczne przyciąganie lub odpychanie tych magnesów.

Przykładem magnesu jest igła magnetyczna kompas. Za pomocą igły magnetycznej można ocenić obecność pola magnetycznego w danym obszarze przestrzeni, a także kierunek tego pola.

Nasza planeta Ziemia jest gigantycznym magnesem. Niedaleko geograficznego bieguna północnego Ziemi znajduje się południowy biegun magnetyczny. Dlatego północny koniec igły kompasu, zwrócony w kierunku południowego bieguna magnetycznego Ziemi, wskazuje na północ geograficzną. Stąd w rzeczywistości powstała nazwa „biegun północny” magnesu.

Linie pola magnetycznego

Jak pamiętamy, pole elektryczne jest badane za pomocą małych ładunków testowych, poprzez działanie, na podstawie którego można ocenić wielkość i kierunek pola. Analogiem ładunku testowego w przypadku pola magnetycznego jest mała igła magnetyczna.

Na przykład, możesz uzyskać geometryczne wyobrażenie o polu magnetycznym, jeśli umieścisz w różne punkty spacje to bardzo małe igły kompasu. Doświadczenie pokazuje, że strzałki ustawią się wzdłuż pewnych linii – tzw linie pola magnetycznego. Zdefiniujmy to pojęcie w formie następne trzy zwrotnica.

1. Linie pola magnetycznego lub magnetyczne linie siły- są to linie skierowane w przestrzeni, które mają następującą właściwość: mała igła kompasu umieszczona w każdym punkcie takiej linii jest zorientowana stycznie do tej linii.

2. Kierunek linii pola magnetycznego to kierunek północnych końców igieł kompasu znajdujących się w punktach tej linii.

3. Im grubsze linie, tym silniejsze pole magnetyczne w danym obszarze przestrzeni..

Rolę igieł kompasu mogą z powodzeniem pełnić opiłki żelaza: w polu magnetycznym małe opiłki są namagnesowane i zachowują się dokładnie jak igły magnetyczne.

Więc wylewanie opiłków żelaza? trwały magnes, zobaczymy w przybliżeniu następujący wzór linii pola magnetycznego (ryc. 1).

Ryż. 1. Pole magnesu stałego

Północny biegun magnesu jest oznaczony kolorem niebieskim i literą ; biegun południowy - kolorem czerwonym i literą. Zwróć uwagę, że linie pola wychodzą z północnego bieguna magnesu i wchodzą w południowy biegun, ponieważ północny koniec igły kompasu wskazuje na południowy biegun magnesu.

Doświadczenie Oersteda

Chociaż elektryczne i zjawiska magnetyczne były znane ludziom od starożytności, nie ma między nimi związku długi czas nie zaobserwowano. Przez kilka stuleci badania nad elektrycznością i magnetyzmem przebiegały równolegle i niezależnie od siebie.

Niezwykły fakt, że zjawiska elektryczne i magnetyczne są ze sobą powiązane, po raz pierwszy odkryto w 1820 r. w słynnym eksperymencie Oersteda.

Schemat eksperymentu Oersteda przedstawiono na ryc. 2 (zdjęcie z rt.mipt.ru). Nad igłą magnetyczną (i - biegunami północnym i południowym strzałki) znajduje się metalowy przewodnik podłączony do źródła prądu. Jeśli zamkniesz obwód, strzałka zmieni się prostopadle do przewodnika!
Ten prosty eksperyment wskazał bezpośrednio na związek między elektrycznością a magnetyzmem. Eksperymenty, które nastąpiły po doświadczeniu Oersteda, ugruntowały następujący wzór: pole magnetyczne jest generowane przez prądy elektryczne i działa na prądy.

Ryż. 2. Eksperyment Oersteda

Obraz linii pola magnetycznego generowanego przez przewodnik z prądem zależy od kształtu przewodnika.

Pole magnetyczne prostego drutu z prądem

Linie pola magnetycznego prądu płynącego przez prosty przewód są koncentrycznymi okręgami. Środki tych okręgów leżą na drucie, a ich płaszczyzny są prostopadłe do drutu (ryc. 3).

Ryż. 3. Pole przewodu bezpośredniego z prądem

Istnieją dwie alternatywne zasady określania kierunku linii pola magnetycznego prądu stałego.

zasada wskazówki godzinowej. Linie pola idą w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, gdy są oglądane, tak że prąd płynie w naszym kierunku..

śruba reguła(lub zasada świderka, lub zasada korkociągu- jest komuś bliżej ;-)). Linie pola idą tam, gdzie śruba (z konwencjonalnym gwintem prawoskrętnym) musi być obrócona, aby poruszać się wzdłuż gwintu w kierunku prądu.

Użyj dowolnej reguły, która najbardziej Ci odpowiada. Lepiej przyzwyczaić się do reguły zgodnej z ruchem wskazówek zegara - sam później przekonasz się, że jest ona bardziej uniwersalna i łatwiejsza w użyciu (a potem z wdzięcznością o tym pamiętaj na pierwszym roku, kiedy studiujesz geometrię analityczną).

Na ryc. 3, pojawiło się również coś nowego: jest to wektor, który nazywa się indukcja pola magnetycznego, lub Indukcja magnetyczna. Wektor indukcji magnetycznej jest analogiem wektora natężenia pole elektryczne: on służy charakterystyka mocy pole magnetyczne, określające siłę, z jaką pole magnetyczne działa na poruszające się ładunki.

O siłach w polu magnetycznym porozmawiamy później, ale na razie zauważmy tylko, że wielkość i kierunek pola magnetycznego jest określony przez wektor indukcji magnetycznej. W każdym punkcie przestrzeni wektor jest skierowany w tym samym kierunku, co północny koniec igły kompasu umieszczonej w tym punkcie, czyli stycznie do linii pola w kierunku tej linii. Indukcja magnetyczna jest mierzona w teslach(Tl).

Podobnie jak w przypadku pola elektrycznego, do indukcji pola magnetycznego zasada superpozycji. Polega na tym, że indukcje pól magnetycznych wytworzonych w danym punkcie przez różne prądy są sumowane wektorowo i dają wynikowy wektor indukcji magnetycznej:.

Pole magnetyczne cewki z prądem

Rozważ okrągłą cewkę, przez którą krąży prąd stały. Nie pokazujemy źródła, które wytwarza prąd na rysunku.

Obraz linii pola naszej tury będzie miał w przybliżeniu następującą postać (ryc. 4).

Ryż. 4. Pole cewki z prądem

Zależy nam na tym, aby móc określić, w którą półprzestrzeń (względem płaszczyzny cewki) skierowane jest pole magnetyczne. Znowu mamy dwie alternatywne zasady.

zasada wskazówki godzinowej. Linie pola idą tam, patrząc, skąd prąd wydaje się krążyć w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara.

śruba reguła. Linie pola idą tam, gdzie śruba (z konwencjonalnymi gwintami prawoskrętnymi) poruszałaby się, gdyby została obrócona w kierunku prądu.

Jak widać role prądu i pola są odwrócone – w porównaniu z sformułowaniami tych zasad dla prądu stałego.

Pole magnetyczne cewki z prądem

Cewka okaże się, że jeśli jest ciasno, zwój w zwój nawinie się drut w wystarczająco długą spiralę (rys. 5 - zdjęcie ze strony en.wikipedia.org). Cewka może mieć kilkadziesiąt, setki, a nawet tysiące zwojów. Cewka jest również nazywana Elektrozawór.

Ryż. 5. Cewka (elektrozawór)

Pole magnetyczne jednego zwoju, jak wiemy, nie wygląda na bardzo proste. Pola? poszczególne zwoje cewki nakładają się na siebie i wydaje się, że wynik powinien być bardzo zagmatwany. Tak jednak nie jest: pole długiej cewki ma nadspodziewanie prostą budowę (rys. 6).

Ryż. 6. pole cewki z prądem

Na tym rysunku prąd w cewce płynie w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, patrząc od lewej strony (staje się tak, jeśli na ryc. 5 prawy koniec cewki jest podłączony do „plusa” źródła prądu, a lewy koniec do „minus”). Widzimy, że pole magnetyczne cewki ma dwie charakterystyczne właściwości.

1. Wewnątrz cewki, z dala od jej krawędzi, pole magnetyczne jest jednorodny: w każdym punkcie wektor indukcji magnetycznej jest taki sam pod względem wielkości i kierunku. Linie pola są równoległymi liniami prostymi; wyginają się tylko w pobliżu krawędzi cewki, gdy wychodzą.

2. Na zewnątrz cewki pole jest bliskie zeru. Im więcej zwojów w cewce, tym słabsze pole na zewnątrz.

Zauważ, że nieskończenie długa cewka w ogóle nie emituje pola: poza cewką nie ma pola magnetycznego. Wewnątrz takiej cewki pole jest wszędzie jednolite.

Czy to ci nic nie przypomina? Cewka jest „magnetycznym” odpowiednikiem kondensatora. Pamiętasz, że kondensator tworzy jednorodny pole elektryczne, którego linie są zagięte tylko przy krawędziach płytek, a poza kondensatorem pole jest bliskie zeru; kondensator z nieskończonymi płytkami w ogóle nie uwalnia pola, a pole jest wszędzie w nim jednolite.

A teraz - główna obserwacja. Porównaj proszę obraz linii pola magnetycznego na zewnątrz cewki (rys. 6) z liniami pola magnesu na rys. jeden . To to samo, prawda? A teraz dochodzimy do pytania, które prawdopodobnie miałeś dawno temu: jeśli pole magnetyczne jest generowane przez prądy i działa na prądy, to jaki jest powód pojawienia się pola magnetycznego w pobliżu magnesu trwałego? W końcu ten magnes nie wydaje się być przewodnikiem z prądem!

Hipoteza Ampère'a. Prądy elementarne

Początkowo sądzono, że oddziaływanie magnesów jest spowodowane specjalnymi ładunkami magnetycznymi skoncentrowanymi na biegunach. Ale, w przeciwieństwie do elektryczności, nikt nie był w stanie wyizolować ładunku magnetycznego; w końcu, jak już powiedzieliśmy, nie udało się uzyskać osobno biegunów północnego i południowego magnesu - bieguny są zawsze obecne w magnesie parami.

Wątpliwości co do ładunków magnetycznych pogłębiło doświadczenie Oersteda, kiedy okazało się, że pole magnetyczne jest generowane przez prąd elektryczny. Ponadto okazało się, że dla dowolnego magnesu można dobrać przewodnik z prądem o odpowiedniej konfiguracji, tak aby pole tego przewodnika pokrywało się z polem magnesu.

Ampere wysunął śmiałą hipotezę. Nie ma ładunków magnetycznych. Działanie magnesu tłumaczy się zamkniętymi w nim prądami elektrycznymi..

Czym są te prądy? Te prądy elementarne krążyć w atomach i cząsteczkach; są one związane z ruchem elektronów na orbitach atomowych. Pole magnetyczne dowolnego ciała składa się z pól magnetycznych tych prądów elementarnych.

Prądy elementarne mogą być losowo rozmieszczone względem siebie. Wtedy ich pola znoszą się nawzajem, a ciało nie wykazuje właściwości magnetycznych.

Ale jeśli prądy elementarne są skoordynowane, to ich pola, sumując się, wzmacniają się nawzajem. Ciało staje się magnesem (rys. 7; pole magnetyczne będzie skierowane w naszą stronę; północny biegun magnesu będzie również skierowany w naszą stronę).

Ryż. 7. Prądy elementarne magnesu

Hipoteza Ampere'a o prądach elementarnych wyjaśniała właściwości magnesów: nagrzewanie i potrząsanie magnesem niszczy układ jego prądów elementarnych i właściwości magnetyczne osłabiać. Nierozłączność biegunów magnesu stała się oczywista: w miejscu przecięcia magnesu na końcach otrzymujemy te same prądy elementarne. Zdolność ciała do namagnesowania w polu magnetycznym tłumaczy się skoordynowanym ustawieniem prądów elementarnych, które właściwie „kręcą się” (o rotacji prądu kołowego w polu magnetycznym przeczytasz w następnym arkuszu).

Hipoteza Ampère'a okazała się słuszna – pokazała dalszy rozwój fizyka. Pojęcie prądów elementarnych stało się integralną częścią teorii atomu, rozwiniętej już w XX wieku - prawie sto lat po błyskotliwym zgadywaniu Ampère'a.

Już w VI wieku. PNE. w Chinach wiedziano, że niektóre rudy mają zdolność przyciągania się nawzajem i przyciągania przedmiotów żelaznych. Kawałki takich rud znaleziono w pobliżu miasta Magnesia w Azji Mniejszej, więc otrzymały nazwę magnesy.

Jaka jest interakcja między magnesem a żelaznymi przedmiotami? Przypomnij sobie, dlaczego przyciągają naelektryzowane ciała? Ponieważ w pobliżu ładunku elektrycznego powstaje osobliwa forma materii - pole elektryczne. Wokół magnesu znajduje się podobna forma materii, ale ma ona inny charakter pochodzenia (wszak ruda jest obojętna elektrycznie), nazywa się ją pole magnetyczne.

Do badania pola magnetycznego stosuje się magnesy proste lub w kształcie podkowy. Niektóre miejsca magnesu mają największy efekt, nazywa się je bieguny(Północ i południe). Przeciwne bieguny magnetyczne przyciągają i podobnie jak bieguny odpychają.

Aby uzyskać charakterystykę mocy pola magnetycznego, użyj wektor indukcji pola magnetycznego B. Pole magnetyczne jest przedstawione graficznie za pomocą linii siły ( linie indukcji magnetycznej). Linie są zamknięte, nie mają początku ani końca. Miejscem, z którego wychodzą linie magnetyczne jest biegun północny (północny), linie magnetyczne wchodzą na biegun południowy (południowy).

Pole magnetyczne może być „widoczne” za pomocą opiłków żelaza.

Pole magnetyczne przewodnika przewodzącego prąd

A teraz co znaleźliśmy Hans Christian Oersted I André Marie Ampère w 1820 roku. Okazuje się, że pole magnetyczne istnieje nie tylko wokół magnesu, ale także wokół dowolnego przewodnika z prądem. Każdy drut, na przykład przewód od lampy, przez który przepływa prąd elektryczny, jest magnesem! Przewód z prądem oddziałuje z magnesem (spróbuj zbliżyć do niego kompas), dwa przewody z prądem oddziałują ze sobą.

Linie siły pola magnetycznego prądu stałego są okręgami wokół przewodnika.

Kierunek wektora indukcji magnetycznej

Kierunek pola magnetycznego w danym punkcie można zdefiniować jako kierunek wskazujący północny biegun igły kompasu umieszczonej w tym punkcie.

Kierunek linii indukcji magnetycznej zależy od kierunku prądu w przewodniku.

Kierunek wektora indukcyjnego określa reguła świder ręczny lub rządzić prawa ręka.

Wektor indukcji magnetycznej

Jest to wielkość wektorowa, która charakteryzuje działanie siły pola.

Indukcja pola magnetycznego nieskończonego przewodnika prostoliniowego prądem w odległości r od niego:

Indukcja pola magnetycznego w środku cienkiej okrągłej cewki o promieniu r:

Indukcja pola magnetycznego Elektrozawór(cewka, której zwoje są zasilane szeregowo w jednym kierunku):

Zasada superpozycji

Jeżeli pole magnetyczne w danym punkcie przestrzeni jest tworzone przez kilka źródeł tego pola, to indukcja magnetyczna jest sumą wektorów indukcji każdego z pól z osobna

Ziemia to nie tylko duży ładunek ujemny i źródło pola elektrycznego, ale jednocześnie pole magnetyczne naszej planety jest zbliżone do pola gigantycznego magnesu bezpośredniego.

Południe geograficzne jest zbliżone do północy magnetycznej, a północ geograficzna jest zbliżone do południa magnetycznego. Jeśli kompas zostanie umieszczony w polu magnetycznym Ziemi, to jego północna strzałka będzie zorientowana wzdłuż linii indukcji magnetycznej w kierunku południowego bieguna magnetycznego, czyli powie nam, gdzie znajduje się geograficzna północ.

Charakterystyczne elementy magnetyzmu ziemskiego zmieniają się bardzo powoli w czasie - zmiany świeckie. Jednak od czasu do czasu pojawiają się burze magnetyczne, kiedy ziemskie pole magnetyczne jest silnie zniekształcone przez kilka godzin, a następnie stopniowo powraca do swoich poprzednich wartości. Tak drastyczna zmiana wpływa na samopoczucie ludzi.

Pole magnetyczne Ziemi jest „tarczą” osłaniającą naszą planetę przed cząsteczkami przenikającymi z kosmosu („wiatr słoneczny”). W pobliżu biegunów magnetycznych przepływy cząstek zbliżają się znacznie bliżej powierzchni Ziemi. Podczas silnych rozbłysków słonecznych magnetosfera ulega deformacji, a cząsteczki te mogą przedostawać się do górnych warstw atmosfery, gdzie zderzają się z cząsteczkami gazu, tworząc zorze polarne.

Cząsteczki dwutlenku żelaza na folii magnetycznej są dobrze namagnesowane podczas procesu nagrywania.

Pociągi maglev ślizgają się po powierzchni bez żadnego tarcia. Pociąg rozpędza się do 650 km/h.

Pracy mózgu, pulsacji serca towarzyszą impulsy elektryczne. W takim przypadku w narządach powstaje słabe pole magnetyczne.

Pole magnetyczne, co to jest? - specjalny rodzaj materiał;
Gdzie to istnieje? - wokół poruszających się ładunków elektrycznych (w tym wokół przewodnika przewodzącego prąd)
Jak odkryć? - za pomocą igły magnetycznej (lub opiłków żelaza) lub poprzez oddziaływanie na przewodnik przewodzący prąd.

Doświadczenie Oersteda:

Igła magnetyczna obraca się, gdy przez przewodnik zaczyna przepływać prąd. aktualne, ponieważ Wokół przewodnika przewodzącego prąd powstaje pole magnetyczne.

Oddziaływanie dwóch przewodów z prądem:

Każdy przewodnik przewodzący prąd ma wokół siebie własne pole magnetyczne, które działa z pewną siłą na sąsiedni przewodnik.

W zależności od kierunku prądów przewodniki mogą się wzajemnie przyciągać lub odpychać.

pamiętaj przeszłość rok akademicki:

LINIE MAGNETYCZNE (lub inaczej linie indukcji magnetycznej)

Jak zobrazować pole magnetyczne? - za pomocą linii magnetycznych;
Linie magnetyczne, co to jest?

Są to wyimaginowane linie, wzdłuż których umieszczone są igły magnetyczne w polu magnetycznym. Linie magnetyczne można poprowadzić przez dowolny punkt pola magnetycznego, mają kierunek i są zawsze zamknięte.

Wróć myślami do zeszłego roku szkolnego:

NIEJEDNORODNE POLE MAGNETYCZNE

Charakterystyka niejednorodnego pola magnetycznego: linie magnetyczne są zakrzywione, gęstość linii magnetycznych jest różna, siła z jaką pole magnetyczne działa na igłę magnetyczną jest różna w różnych punktach tego pola pod względem wielkości i kierunku.

Gdzie istnieje niejednorodne pole magnetyczne?

Wokół prostego przewodnika przewodzącego prąd;

Wokół magnesu sztabkowego;

Wokół elektrozaworu (cewki z prądem).

JEDNORODNE POLE MAGNETYCZNE

Charakterystyka jednorodnego pola magnetycznego: linie magnetyczne są równoległymi liniami prostymi, gęstość linii magnetycznych jest wszędzie taka sama; siła, z jaką pole magnetyczne działa na igłę magnetyczną, jest taka sama we wszystkich punktach tego pola w kierunku wielkości.

Gdzie istnieje jednolite pole magnetyczne?
- wewnątrz magnesu sztabkowego i wewnątrz elektromagnesu, jeśli jego długość jest znacznie większa niż średnica.

CIEKAWE

Zdolność żelaza i jego stopów do silnego namagnesowania zanika po podgrzaniu do wysokiej temperatury. Czyste żelazo traci tę zdolność po podgrzaniu do 767 ° C.

Potężne magnesy, stosowany w wielu nowoczesnych produktach, może wpływać na działanie rozruszników serca i wszczepionych urządzeń sercowych u pacjentów kardiologicznych. Zwykłe magnesy żelazne lub ferrytowe, które łatwo odróżnić dzięki ich matowoszarym zabarwieniu, mają niewielką siłę i nie stanowią większego problemu.
Jednak ostatnio pojawiły się bardzo silne magnesy- brylantowy w kolorze srebrnym i reprezentujący stop neodymu, żelaza i boru. Tworzone przez nie pole magnetyczne jest bardzo silne, dlatego znajdują szerokie zastosowanie w dyskach komputerowych, słuchawkach i głośnikach, a także w zabawkach, biżuterii, a nawet odzieży.

Kiedyś na drogach głównego miasta Majorki pojawił się francuski statek wojskowy „La Rolain”. Jego stan był tak opłakany, że statek ledwo dotarł do nabrzeża o własnych siłach.Kiedy na pokład weszli francuscy naukowcy, w tym dwudziestodwuletni Arago, okazało się, że statek został zniszczony przez piorun. Podczas gdy komisja dokonywała inspekcji statku, kręcąc głowami na widok spalonych masztów i nadbudówek, Arago pospieszył do kompasów i zobaczył to, czego się spodziewał: igły kompasu wskazywały w różnych kierunkach…

Rok później, przekopując szczątki genueńskiego statku, który rozbił się w pobliżu Algieru, Arago odkrył, że igły kompasu zostały rozmagnesowane. Statek kierował się na południe, w stronę skał, oszukany przez uderzony piorunem kompas magnetyczny.

W. Karcew. Magnes na trzy tysiąclecia.

Kompas magnetyczny został wynaleziony w Chinach.
Już 4000 lat temu zabrały ze sobą karawany gliniany garnek i „zaopiekował się nim na drodze bardziej niż wszystkimi twoimi drogimi ładunkami”. W nim na powierzchni płynu na drewnianym pacy połóż kamień kochający żelazo. Mógł odwracać się i cały czas wskazywać podróżnikom w kierunku południowym, co przy braku słońca pomagało im udać się do studni.
Na początku naszej ery Chińczycy nauczyli się wytwarzać sztuczne magnesy, namagnesowując żelazną igłę.
Dopiero tysiąc lat później Europejczycy zaczęli używać namagnesowanej igły kompasu.

ZIEMIOWE POLE MAGNETYCZNE

Ziemia jest dużym magnesem trwałym.
Południowy biegun magnetyczny, chociaż znajduje się według ziemskich standardów w pobliżu północnego bieguna geograficznego, dzieli je jednak około 2000 km.
Na powierzchni Ziemi istnieją terytoria, gdzie własne pole magnetyczne jest silnie zniekształcone przez pole magnetyczne rud żelaza występujące na płytkiej głębokości. Jednym z tych terytoriów jest anomalia magnetyczna Kurska znajdująca się w regionie Kurska.

Indukcja magnetyczna pola magnetycznego Ziemi wynosi tylko około 0,0004 Tesli.
___

Na pole magnetyczne Ziemi wpływa zwiększona aktywność słoneczna. Mniej więcej raz na 11,5 roku wzrasta tak bardzo, że komunikacja radiowa zostaje zakłócona, pogarsza się samopoczucie ludzi i zwierząt, a igły kompasu zaczynają nieprzewidywalnie „tańczyć” z boku na bok. W tym przypadku mówią, że nadchodzi burza magnetyczna. Zwykle trwa od kilku godzin do kilku dni.

Pole magnetyczne Ziemi od czasu do czasu zmienia swoją orientację, powodując zarówno wahania świeckie (trwające 5–10 tys. lat), jak i całkowicie reorientację, tj. odwracanie biegunów magnetycznych (2–3 razy na milion lat). Wskazuje na to pole magnetyczne odległych epok „zamrożonych” w skałach osadowych i wulkanicznych. Zachowania się pola geomagnetycznego nie można nazwać chaotycznym, podlega ono rodzajowi „harmonogramu”.

Kierunek i wielkość pola geomagnetycznego wyznaczają procesy zachodzące w jądrze Ziemi. Charakterystyczny czas odwrócenia polaryzacji wyznaczony przez wewnętrzny stały rdzeń wynosi od 3 do 5 tysięcy lat, a wyznaczony przez zewnętrzny płynny rdzeń około 500 lat. Te czasy mogą wyjaśnić obserwowaną dynamikę pola geomagnetycznego. Modelowanie komputerowe biorąc pod uwagę różne procesy wewnątrzziemskie, wykazał możliwość odwrócenia pola magnetycznego za około 5 tysięcy lat.

FOCUSJE Z MAGNESAMI

Istniejąca do 1842 roku „świątynia uroków, czyli mechaniczny, optyczny i fizyczny gabinet pana Gamuleckiego de Coll” słynnego rosyjskiego iluzjonisty Gamuleckiego, zasłynęła m.in. kandelabry i dywany z dywanami wciąż można było zauważyć z daleka najwyższa platforma schody, pozłacana figura anioła, wykonana w naturalnym ludzkim wzroście, która unosiła się w pozycji poziomej nad drzwiami biura, nie będąc podwieszona ani podparta. Każdy mógł się upewnić, że figurka nie ma żadnych podpór. Kiedy goście weszli na podium, anioł podniósł rękę, podniósł róg do ust i zagrał na nim, poruszając palcami w najbardziej naturalny sposób. Gamuletsky powiedział, że od dziesięciu lat staram się znaleźć punkt i wagę magnesu i żelaza, aby utrzymać anioła w powietrzu. Oprócz pracy zużyłem na ten cud dużo pieniędzy.

W średniowieczu tak zwane „posłuszne ryby”, wykonane z drewna, były bardzo powszechną liczbą iluzyjną. Pływali w basenie i słuchali najlżejszego machnięcia ręki maga, co powodowało, że poruszali się we wszystkich kierunkach. Sekret triku był niezwykle prosty: w rękawie maga ukryty był magnes, a w głowy ryb włożono kawałki żelaza.
Z czasem bliżej nas były manipulacje Anglika Jonasa. Jego numer podpisu: Jonas zaprosił niektórych widzów do postawienia zegara na stole, po czym, nie dotykając zegara, arbitralnie zmienił położenie wskazówek.
Współczesną realizacją takiego pomysłu są dobrze znane elektrykom sprzęgła elektromagnetyczne, za pomocą których można obracać urządzeniami oddzielonymi od silnika jakąś przeszkodą, np. ścianą.

W połowie lat 80. XIX wieku rozeszła się plotka o słoniu naukowcu, który potrafił nie tylko dodawać i odejmować, ale nawet mnożyć, dzielić i wydobywać korzenie. Dokonano tego w następujący sposób. Na przykład trener zapytał słonia: „Ile jest siedem osiem?” Przed słoniem znajdowała się tablica z numerami. Po pytaniu słoń wziął wskaźnik i pewnie pokazał liczbę 56. W ten sam sposób przeprowadzono podział i ekstrakcję. pierwiastek kwadratowy. Sztuczka była dość prosta: pod każdą cyfrą na tablicy był ukryty mały elektromagnes. Kiedy słoniowi zadano pytanie, do uzwojenia magnesu znajdującego się, co oznacza poprawną odpowiedź, przyłożono prąd. Żelazny wskaźnik w trąbie słonia został przyciągnięty do właściwej liczby. Odpowiedź przyszła automatycznie. Mimo prostoty tego treningu, długo nie można było rozwikłać tajemnicy sztuczki, a „wyuczony słoń” cieszył się ogromnym sukcesem.

Bez wątpienia linie pola magnetycznego są teraz znane wszystkim. Przynajmniej nawet w szkole ich manifestacja jest pokazana na lekcjach fizyki. Pamiętacie, jak nauczyciel umieścił magnes trwały (lub nawet dwa, łącząc orientację ich biegunów) pod kartkę papieru, a na nią wylał opiłki metalu zabrane w sali ćwiczeń porodowych? Jest całkiem jasne, że metal musiał być trzymany na arkuszu, ale zaobserwowano coś dziwnego - wyraźnie zaznaczono linie, wzdłuż których układały się trociny. Uwaga - nie równomiernie, ale w paski. To są linie pola magnetycznego. A raczej ich manifestacja. Co się wtedy wydarzyło i jak można to wytłumaczyć?

Zacznijmy od daleka. Wraz z nami w widzialnym świecie fizycznym współistnieje szczególny rodzaj materii - pole magnetyczne. Zapewnia interakcję między ruchem cząstki elementarne lub większe ciała z ładunek elektryczny lub naturalne Elektryczne i nie tylko są ze sobą połączone, ale często same się generują. Na przykład drut niosący Elektryczność tworzy wokół siebie pole magnetyczne. Prawdą jest również odwrotność: działanie naprzemiennych pól magnetycznych na zamkniętym obwodzie przewodzącym powoduje ruch w nim nośników ładunku. Ta ostatnia właściwość jest wykorzystywana w generatorach, które dostarczają energię elektryczną do wszystkich odbiorców. Uderzającym przykładem pól elektromagnetycznych jest światło.

Linie siły pola magnetycznego wokół przewodnika obracają się lub, co również jest prawdą, charakteryzują się ukierunkowanym wektorem indukcji magnetycznej. Kierunek obrotu określa reguła świdra. Wskazane linie są konwencją, ponieważ pole rozchodzi się równomiernie we wszystkich kierunkach. Chodzi o to, że można go przedstawić jako nieskończoną liczbę linii, z których niektóre mają bardziej wyraźne napięcie. Dlatego niektóre „linie” są wyraźnie zaznaczone i trociny. Co ciekawe, linie siły pola magnetycznego nigdy nie są przerywane, więc nie można jednoznacznie powiedzieć, gdzie jest początek, a gdzie koniec.

W przypadku magnesu stałego (lub podobnego elektromagnesu) zawsze są dwa bieguny, które otrzymały konwencjonalne nazwy Północ i południe. Linie wymienione w tym przypadku to pierścienie i owale łączące oba bieguny. Czasami opisuje się to w kategoriach oddziałujących na siebie monopoli, ale wtedy pojawia się sprzeczność, zgodnie z którą monopoli nie da się rozdzielić. Oznacza to, że każda próba podzielenia magnesu spowoduje powstanie kilku dwubiegunowych części.

Bardzo interesujące są właściwości linii siły. Mówiliśmy już o ciągłości, ale możliwość wytworzenia prądu elektrycznego w przewodniku ma znaczenie praktyczne. Znaczenie tego jest następujące: jeśli obwód przewodzący jest przecinany liniami (lub sam przewodnik porusza się w polu magnetycznym), to elektronom na zewnętrznych orbitach atomów materiału przekazywana jest dodatkowa energia, umożliwiając im rozpocząć niezależny ruch ukierunkowany. Można powiedzieć, że pole magnetyczne wydaje się „wybijać” naładowane cząstki z sieci krystalicznej. Zjawisko to zostało nazwane Indukcja elektromagnetyczna i jest obecnie głównym sposobem uzyskania pierwotnego energia elektryczna. Został odkryty eksperymentalnie w 1831 roku przez angielskiego fizyka Michaela Faradaya.

Badanie pól magnetycznych rozpoczęło się już w 1269 roku, kiedy P. Peregrine odkrył oddziaływanie magnesu kulistego ze stalowymi igłami. Prawie 300 lat później W.G. Colchester zasugerował, że sam jest ogromnym magnesem o dwóch biegunach. Ponadto zjawiska magnetyczne badali tak znani naukowcy jak Lorentz, Maxwell, Ampère, Einstein itp.

Pole magnetyczne - moc pole , działając na poruszające się ładunki elektryczne i na ciała z magnetyczny moment, niezależnie od stanu ich ruchu;magnetyczny składnik elektromagnetyczny pola .

Linie pola magnetycznego są liniami urojonymi, których styczne w każdym punkcie pola pokrywają się z wektorem indukcji magnetycznej.

Dla pola magnetycznego obowiązuje zasada superpozycji: w każdym punkcie przestrzeni wektor indukcji magnetycznej b∑ → B∑→tworzony w tym momencie przez wszystkie źródła pól magnetycznych jest równy sumie wektorów wektorów indukcji magnetycznej bk→ Bk→utworzone w tym momencie przez wszystkie źródła pól magnetycznych:

28. Prawo Biota-Savarta-Laplace'a. Pełne obowiązujące prawo.

Sformułowanie prawa Biota Savarta Laplace'a jest następujące: Przy przejściu prąd stały wzdłuż zamkniętej pętli w próżni, dla punktu w odległości r0 od pętli, indukcja magnetyczna będzie miała postać.

gdzie mam prąd w obwodzie

kontur gamma, wzdłuż którego przeprowadzana jest integracja

r0 dowolny punkt

Pełne obowiązujące prawo jest to prawo dotyczące cyrkulacji wektora natężenia pola magnetycznego i prądu.

Obieg wektora natężenia pola magnetycznego wzdłuż obwodu jest równy sumie algebraicznej prądów objętych tym obwodem.

29. Pole magnetyczne przewodnika z prądem. Moment magnetyczny prądu kołowego.

30. Działanie pola magnetycznego na przewodnik z prądem. Prawo Ampera. Oddziaływanie prądów .

F = B I l sinα ,

gdzie α - kąt między wektorami indukcji magnetycznej i prądu,b - indukcja pola magnetycznego,i - prąd w przewodzie,ja - długość przewodu.

Oddziaływanie prądów. Jeżeli w obwodzie prądu stałego znajdują się dwa przewody, to: Ściśle rozmieszczone równoległe przewodniki połączone szeregowo odpychają się nawzajem. Przewodniki połączone równolegle przyciągają się.

31. Działanie pól elektrycznych i magnetycznych na poruszający się ładunek. Siła Lorentza.

Siła Lorentza - siła, z którym pole elektromagnetyczne zgodnie z klasyczną (niekwantową) elektrodynamika działa na punkt naładowany cząstka. Czasami siła Lorentza nazywana jest siłą działającą na ruch z prędkością opłata tylko z boku pole magnetyczne, często pełna siła - z pola elektromagnetycznego w ogóle , czyli z boku elektryczny I magnetyczny pola.

32. Działanie pola magnetycznego na materię. Dia-, para- i ferromagnesy. Histereza magnetyczna.

b= b 0 + b 1

gdzie b⃗ B → - indukcja pola magnetycznego w materii; b⃗ 0 B→0 - indukcja pola magnetycznego w próżni, b⃗ 1 B→1 - indukcja magnetyczna pola, które powstało w wyniku namagnesowania substancji.

Substancje, dla których przenikalność magnetyczna jest nieco mniejsza niż jedność (μ< 1), называются diamagnety, nieco większa niż jeden (μ > 1) - paramagnesy.

ferromagnes - substancja lub materiał, w którym obserwuje się zjawisko ferromagnetyzm, tj. pojawienie się samorzutnego namagnesowania w temperaturze poniżej temperatury Curie.

Magnetyczny histereza - zjawisko zależności wektor namagnesowanie I wektor magnetyczny pola w materiał nie tylko od przywiązany zewnętrzny pola, ale I od tło ta próbka