Pole magnetyczne jest takie samo. Właściwości fal elektromagnetycznych

Zrozummy razem, czym jest pole magnetyczne. W końcu wielu ludzi żyje w tej dziedzinie przez całe życie i nawet o tym nie myśli. Czas to naprawić!

Pole magnetyczne

Pole magnetyczne – specjalny rodzaj materiał. Przejawia się w działaniu w ruchu ładunki elektryczne oraz ciała posiadające własny moment magnetyczny (magnesy trwałe).

Uwaga: pole magnetyczne nie działa na ładunki stacjonarne! Pole magnetyczne jest również tworzone przez poruszające się ładunki elektryczne lub zmieniające się w czasie pole elektryczne, czyli momenty magnetyczne elektronów w atomach. Oznacza to, że każdy drut, przez który przepływa prąd, również staje się magnesem!

Ciało, które ma własne pole magnetyczne.

Magnes ma bieguny zwane północą i południem. Oznaczenia „północny” i „południowy” podano tylko dla wygody (jako „plus” i „minus” w elektryczności).

Pole magnetyczne jest reprezentowane przez wymuszać linie magnetyczne. Linie sił są ciągłe i zamknięte, a ich kierunek zawsze pokrywa się z kierunkiem sił pola. Jeśli metalowe wióry zostaną rozrzucone wokół magnesu trwałego, cząsteczki metalu pokażą wyraźny obraz. linie siły pole magnetyczne wychodzące z północy i wchodzące na biegun południowy. Charakterystyka graficzna pola magnetycznego - linie sił.

Charakterystyka pola magnetycznego

Główne cechy pola magnetycznego to Indukcja magnetyczna, strumień magnetyczny oraz przepuszczalność magnetyczna. Ale porozmawiajmy o wszystkim w porządku.

Od razu zauważamy, że w systemie podane są wszystkie jednostki miary SI.

Indukcja magnetyczna B - wektor wielkość fizyczna, która jest główną charakterystyką mocy pola magnetycznego. Oznaczone literą B . Jednostka miary indukcji magnetycznej - Tesla (Tl).

Indukcja magnetyczna wskazuje, jak silne jest pole, określając siłę, z jaką działa na ładunek. Ta siła nazywa się Siła Lorentza.

Tutaj q - opłata, v - jego prędkość w polu magnetycznym, B - wprowadzenie, F jest siłą Lorentza, z którą pole działa na ładunek.

F- wielkość fizyczna równa iloczynowi indukcji magnetycznej przez obszar konturu i cosinus między wektorem indukcji a normalną do płaszczyzny konturu, przez który przepływa przepływ. Strumień magnetyczny to skalarna charakterystyka pola magnetycznego.

Można powiedzieć, że strumień magnetyczny charakteryzuje liczbę linii indukcji magnetycznej penetrujących jednostkę powierzchni. Strumień magnetyczny jest mierzony w Weberach (WB).

Przepuszczalność magnetyczna jest współczynnikiem, który określa właściwości magnetyczne ośrodka. Jednym z parametrów, od których zależy indukcja magnetyczna pola, jest przenikalność magnetyczna.

Nasza planeta od kilku miliardów lat jest ogromnym magnesem. Indukcja pola magnetycznego Ziemi zmienia się w zależności od współrzędnych. Na równiku jest to około 3,1 razy 10 do minus piątej potęgi Tesli. Ponadto występują anomalie magnetyczne, w których wartość i kierunek pola znacznie odbiegają od sąsiednich obszarów. Jedna z największych anomalii magnetycznych na naszej planecie - Kursk oraz Brazylijska anomalia magnetyczna.

Pochodzenie ziemskiego pola magnetycznego wciąż pozostaje tajemnicą dla naukowców. Zakłada się, że źródłem pola jest ciekły metalowy rdzeń Ziemi. Rdzeń się porusza, co oznacza, że ​​stopiony stop żelaza i niklu porusza się, a ruch naładowanych cząstek to prąd elektryczny, który generuje pole magnetyczne. Problem w tym, że ta teoria geodynamo) nie wyjaśnia, w jaki sposób utrzymuje się stabilność pola.

Ziemia jest ogromnym dipolem magnetycznym. Bieguny magnetyczne nie pokrywają się z biegunami geograficznymi, chociaż znajdują się w bliskiej odległości. Co więcej, poruszają się bieguny magnetyczne Ziemi. Ich przemieszczenie odnotowuje się od 1885 roku. Na przykład w ciągu ostatnich stu lat biegun magnetyczny na półkuli południowej przesunął się o prawie 900 kilometrów i obecnie znajduje się na Oceanie Południowym. Biegun półkuli arktycznej przesuwa się przez Ocean Arktyczny w kierunku anomalii magnetycznej Wschodniej Syberii, prędkość jego ruchu (według danych z 2004 r.) wynosiła około 60 kilometrów na rok. Teraz następuje przyspieszenie ruchu biegunów - średnio prędkość rośnie o 3 kilometry rocznie.

Jakie znaczenie ma dla nas pole magnetyczne Ziemi? Przede wszystkim ziemskie pole magnetyczne chroni planetę przed promieniowaniem kosmicznym i wiatrem słonecznym. Naładowane cząstki z kosmosu nie spadają bezpośrednio na ziemię, ale są odbijane przez gigantyczny magnes i poruszają się wzdłuż linii jego siły. W ten sposób wszystkie żywe istoty są chronione przed szkodliwym promieniowaniem.

W historii Ziemi było ich kilka inwersje(zmiany) biegunów magnetycznych. Odwrócenie bieguna wtedy zmieniają miejsca. Ostatni raz to zjawisko miało miejsce około 800 tysięcy lat temu, a w historii Ziemi było ponad 400 odwróceń geomagnetycznych.Niektórzy naukowcy uważają, że biorąc pod uwagę obserwowane przyspieszenie ruchu biegunów magnetycznych, następna zmiana biegunów powinna nastąpić spodziewany w ciągu najbliższych kilku tysięcy lat.

Na szczęście w naszym stuleciu nie oczekuje się odwrócenia biegunów. Możesz więc myśleć o przyjemnym i cieszyć się życiem w starym dobrym, stałym polu Ziemi, biorąc pod uwagę główne właściwości i cechy pola magnetycznego. Abyś mógł to zrobić, są nasi autorzy, którym można powierzyć niektóre problemy edukacyjne z ufnością w sukces! i inne rodzaje prac można zamówić pod linkiem.

Pole magnetyczne Ziemi

Pole magnetyczne to pole siłowe, które działa na poruszające się ładunki elektryczne oraz na ciała posiadające moment magnetyczny, niezależnie od stanu ich ruchu.

Źródłami makroskopowego pola magnetycznego są ciała namagnesowane, przewodniki przewodzące prąd i poruszające się ciała naładowane elektrycznie. Natura tych źródeł jest taka sama: pole magnetyczne powstaje w wyniku ruchu naładowanych mikrocząstek (elektronów, protonów, jonów), a także dzięki obecności w mikrocząstkach ich własnego (spinowego) momentu magnetycznego.

Zmienne pole magnetyczne występuje również, gdy pole elektryczne zmienia się w czasie. Z kolei, gdy pole magnetyczne zmienia się w czasie, pole elektryczne. Pełny opis pola elektryczne i magnetyczne w ich relacji dają równania Maxwella. Aby scharakteryzować pole magnetyczne, często wprowadza się pojęcie linii pola sił (linie indukcji magnetycznej).

Aby zmierzyć charakterystykę pola magnetycznego i właściwości magnetyczne używane są substancje różne rodzaje magnetometry. Jednostką indukcji pola magnetycznego w układzie jednostek CGS jest Gauss (Gs), in międzynarodowy system jednostki (SI) - Tesla (T), 1 T = 104 Gs. Intensywność mierzy się odpowiednio w erstedach (Oe) i amperach na metr (A / m, 1 A / m \u003d 0,01256 Oe; energia pola magnetycznego - w Erg / cm 2 lub J / m 2, 1 J / m 2 \u003d 10 erg/cm2.

Kompas reaguje
do ziemskiego pola magnetycznego

Pola magnetyczne w przyrodzie są niezwykle zróżnicowane zarówno pod względem skali, jak i powodowanych przez nie skutków. Pole magnetyczne Ziemi, które tworzy magnetosferę Ziemi, rozciąga się na odległość 70-80 tys. km w kierunku Słońca i wiele milionów km w kierunku przeciwnym. Na powierzchni Ziemi pole magnetyczne wynosi średnio 50 μT, na granicy magnetosfery ~ 10 -3 G. Pole geomagnetyczne osłania powierzchnię Ziemi i biosferę przed przepływem naładowanych cząstek z wiatru słonecznego i częściowo przed promieniowaniem kosmicznym. Wpływ samego pola geomagnetycznego na życiową aktywność organizmów jest badany przez magnetobiologię. W przestrzeni bliskiej Ziemi pole magnetyczne tworzy pułapkę magnetyczną dla naładowanych cząstek o wysokiej energii - pas radiacyjny Ziemi. Cząstki zawarte w pasie radiacyjnym stanowią poważne zagrożenie podczas lotów kosmicznych. Pochodzenie pola magnetycznego Ziemi jest związane z konwekcyjnymi ruchami przewodzącego płynna substancja w jądrze ziemi.

Bezpośrednie pomiary za pomocą sondy kosmicznej wykazały, że ciała kosmiczne najbliższe Ziemi - Księżyc, planety Wenus i Mars nie mają własnego pola magnetycznego, podobnego do ziemskiego. Z innych planet Układ Słoneczny tylko Jowisz i najwyraźniej Saturn mają własne pola magnetyczne, wystarczające do stworzenia planetarnych pułapek magnetycznych. Na Jowiszu odkryto pola magnetyczne do 10 gausów oraz szereg charakterystycznych zjawisk (burze magnetyczne, emisja radiowa synchrotronowa i inne), co wskazuje na istotną rolę pola magnetycznego w procesach planetarnych.

© Zdjęcie: http://www.tesis.lebedev.ru
Zdjęcie Słońca
w wąskim spektrum

Międzyplanetarne pole magnetyczne to głównie pole wiatru słonecznego (ciągle rozszerzająca się plazma korony słonecznej). W pobliżu orbity Ziemi pole międzyplanetarne wynosi ~ 10 -4 -10 -5 Gs. Regularność międzyplanetarnego pola magnetycznego może zostać zakłócona w wyniku rozwoju różnego rodzaju niestabilność plazmy, przechodzenie fal uderzeniowych i propagację strumieni szybkich cząstek generowanych przez rozbłyski słoneczne.

We wszystkich procesach na Słońcu - rozbłyskach, pojawianiu się plam i protuberancji, narodzinach słonecznych promieni kosmicznych, ważną rolę odgrywa pole magnetyczne. Pomiary oparte na efekcie Zeemana wykazały, że pole magnetyczne plamy słoneczne osiąga kilka tysięcy gausów, protuberancje są utrzymywane przez pola ~ 10-100 gausów (przy średniej wartości całkowitego pola magnetycznego Słońca ~ 1 gaus).

burze magnetyczne

Burze magnetyczne to silne zaburzenia pola magnetycznego Ziemi, które gwałtownie zakłócają płynny dobowy przebieg elementów ziemskiego magnetyzmu. Burze magnetyczne trwają od kilku godzin do kilku dni i są obserwowane jednocześnie na całej Ziemi.

Z reguły burze magnetyczne składają się z fazy wstępnej, początkowej i głównej oraz fazy regeneracji. W fazie wstępnej obserwuje się nieznaczne zmiany pola geomagnetycznego (głównie na dużych szerokościach geograficznych), a także wzbudzanie charakterystycznych krótkookresowych oscylacji pola. Faza początkowa charakteryzuje się nagłą zmianą poszczególnych składowych pola na całej Ziemi, a faza główna charakteryzuje się dużymi fluktuacjami pola i silnym spadkiem składowej poziomej. W fazie regeneracji po burzy magnetycznej pole powraca do swojej normalnej wartości.

Wpływ wiatru słonecznego
do ziemskiej magnetosfery

Burze magnetyczne są wywoływane przez przepływy plazmy słonecznej z aktywnych obszarów Słońca, nałożonej na spokojny wiatr słoneczny. Dlatego burze magnetyczne są częściej obserwowane w pobliżu maksimów 11-letniego cyklu aktywności słonecznej. Docierając do Ziemi, przepływy plazmy słonecznej zwiększają kompresję magnetosfery, powodując początkową fazę burzy magnetycznej i częściowo wnikają w magnetosferę Ziemi. Wnikanie wysokoenergetycznych cząstek do górnych warstw atmosfery Ziemi i ich oddziaływanie na magnetosferę prowadzi do powstania i wzmocnienia w niej prądów elektrycznych, osiągających największe natężenie w rejonach polarnych jonosfery, co jest przyczyną obecność strefy aktywności magnetycznej o dużej szerokości geograficznej. Zmiany w układach prądów magnetosferyczno-jonosferycznych objawiają się na powierzchni Ziemi w postaci nieregularnych zaburzeń magnetycznych.

W zjawiskach mikrokosmosu rola pola magnetycznego jest tak samo istotna, jak w skali kosmicznej. Wynika to z istnienia wszystkich cząstek - elementów strukturalnych materii (elektronów, protonów, neutronów), momentu magnetycznego, a także działania pola magnetycznego na poruszające się ładunki elektryczne.

Zastosowanie pól magnetycznych w nauce i technice. Pola magnetyczne dzieli się zwykle na słabe (do 500 G), średnie (500 G - 40 kG), silne (40 kG - 1 MG) i supersilne (powyżej 1 MG). Praktycznie cała elektrotechnika, radiotechnika i elektronika opierają się na wykorzystaniu słabych i średnich pól magnetycznych. Słabe i średnie pola magnetyczne uzyskuje się za pomocą magnesów trwałych, elektromagnesów, niechłodzonych elektromagnesów, magnesów nadprzewodzących.

Źródła pola magnetycznego

Wszystkie źródła pól magnetycznych można podzielić na sztuczne i naturalne. Głównymi naturalnymi źródłami pola magnetycznego są własne pole magnetyczne Ziemi i wiatr słoneczny. Wszystkie sztuczne źródła pola elektromagnetyczne z którym nasz nowoczesny świat a w szczególności nasze domy. Przeczytaj więcej i przeczytaj na naszym.

Transport elektryczny jest potężnym źródłem pola magnetycznego w zakresie od 0 do 1000 Hz. Transport kolejowy wykorzystuje prąd przemienny. Transport miejski jest stały. Maksymalne wartości indukcji pola magnetycznego w podmiejskim transporcie elektrycznym sięgają 75 µT, średnie wartości to około 20 µT. Wartości średnie dla pojazdów prowadzonych przez prąd stały ustalona na 29 μT. W tramwajach, gdzie przewodem powrotnym są szyny, pola magnetyczne kompensują się na znacznie większej odległości niż przewody trolejbusu, a wewnątrz trolejbusu wahania pola magnetycznego są niewielkie nawet podczas przyspieszania. Ale największe wahania pola magnetycznego występują w metrze. Gdy kompozycja jest wysyłana, wielkość pola magnetycznego na platformie wynosi 50-100 μT i więcej, przekraczając pole geomagnetyczne. Nawet gdy pociąg już dawno zniknął w tunelu, pole magnetyczne nie wraca do swojej poprzedniej wartości. Dopiero po tym, jak kompozycja przejdzie przez kolejny punkt połączenia z szyną stykową, pole magnetyczne powróci do starej wartości. To prawda, że ​​czasami nie ma czasu: następny pociąg już zbliża się do peronu, a gdy zwalnia, pole magnetyczne ponownie się zmienia. W samym wagonie pole magnetyczne jest jeszcze silniejsze - 150-200 μT, czyli dziesięciokrotnie więcej niż w konwencjonalnym pociągu.

Wartości indukcji pól magnetycznych, z którymi najczęściej spotykamy się w Życie codzienne pokazano na poniższym schemacie. Patrząc na ten diagram, staje się jasne, że cały czas i wszędzie jesteśmy narażeni na działanie pól magnetycznych. Według niektórych naukowców pola magnetyczne o indukcji powyżej 0,2 µT są uważane za szkodliwe. Oczywiście należy podjąć pewne środki ostrożności, aby chronić się przed szkodliwym wpływem otaczających nas pól. Po prostu robię kilka proste zasady Możesz znacznie zmniejszyć ekspozycję swojego ciała na pola magnetyczne.

Obecny SanPiN 2.1.2.2801-10 „Zmiany i uzupełnienia nr 1 do SanPiN 2.1.2.2645-10 „Wymagania sanitarno-epidemiologiczne dotyczące warunków życia w budynkach mieszkalnych i lokalach” mówi: „Maksymalna dopuszczalny poziom osłabienie pola geomagnetycznego w pomieszczeniach budynki mieszkalne jest ustawiony na 1,5". Ponadto maksymalne dopuszczalne wartości natężenia i natężenia pola magnetycznego o częstotliwości 50 Hz są ustawione:

• w pomieszczeniach mieszkalnych - 5 μT lub 4 rano;
• w lokale niemieszkalne budynki mieszkalne, na osiedlu mieszkaniowym, w tym na terenie działek ogrodowych - 10 μT lub 8 godz.

Na podstawie tych norm każdy może obliczyć, ile urządzeń elektrycznych może być włączonych iw stanie czuwania w każdym pomieszczeniu lub na podstawie których zostaną wydane zalecenia dotyczące normalizacji przestrzeni życiowej.

Powiązane wideo

Mały film naukowy o polu magnetycznym Ziemi

Bibliografia

1. Wielka sowiecka encyklopedia.

Powszechnie wiadomo, że pole magnetyczne ma szerokie zastosowanie w życiu codziennym, w pracy oraz w dzieciństwie badania naukowe. Wystarczy nazwać takie urządzenia jak generatory prąd przemienny, silniki elektryczne, przekaźniki, akceleratory cząstki elementarne i różne czujniki. Rozważmy bardziej szczegółowo, czym jest pole magnetyczne i jak się ono tworzy.

Co to jest pole magnetyczne - definicja

Pole magnetyczne to pole siłowe działające na poruszające się naładowane cząstki. Wielkość pola magnetycznego zależy od szybkości jego zmiany. Zgodnie z tą cechą rozróżnia się dwa rodzaje pola magnetycznego: dynamiczne i grawitacyjne.

Grawitacyjne pole magnetyczne powstaje tylko w pobliżu cząstek elementarnych i powstaje w zależności od cech ich struktury. Źródłem dynamicznego pola magnetycznego są poruszające się ładunki elektryczne lub ciała naładowane, przewodniki przewodzące prąd, a także substancje namagnesowane.

Właściwości pola magnetycznego

Wielkiemu francuskiemu naukowcowi André Ampere udało się odkryć dwie podstawowe właściwości pola magnetycznego:

1. Główną różnicą między polem magnetycznym a polem elektrycznym i jego główną właściwością jest to, że jest względne. Jeśli weźmiesz naładowane ciało, pozostawisz je nieruchomo w dowolnym układzie odniesienia i umieścisz w pobliżu magnetyczną igłę, jak zwykle będzie ona wskazywać północ. Oznacza to, że nie wykryje żadnego pola poza ziemskim. Jeśli zaczniesz poruszać tym naładowanym ciałem względem strzałki, zacznie się ono obracać - oznacza to, że gdy naładowane ciało się porusza, oprócz pola elektrycznego powstaje również pole magnetyczne. Tak więc pole magnetyczne pojawia się wtedy i tylko wtedy, gdy jest poruszający się ładunek.
2. Pole magnetyczne działa na inny prąd elektryczny. Można go więc wykryć śledząc ruch naładowanych cząstek - w polu magnetycznym będą się one odchylać, przewodniki z prądem będą się poruszać, rama z prądem się obróci, namagnesowane substancje przesuną się. Przypomnijmy tutaj igłę kompasu magnetycznego, zwykle malowaną niebieski kolor- to tylko kawałek namagnesowanego żelaza. Zawsze wskazuje na północ, ponieważ Ziemia ma pole magnetyczne. Cała nasza planeta jest ogromnym magnesem: południowy pas magnetyczny znajduje się na biegunie północnym, a północny biegun magnetyczny znajduje się na południowym biegunie geograficznym.

Ponadto właściwości pola magnetycznego obejmują następujące cechy:

1. Siłę pola magnetycznego opisuje indukcja magnetyczna – jest to wielkość wektorowa, która określa siłę, z jaką pole magnetyczne oddziałuje na poruszające się ładunki.
2. Pole magnetyczne może być typu stałego i zmiennego. Pierwsza jest generowana przez niezmienne w czasie pole elektryczne, indukcja takiego pola również pozostaje niezmieniona. Druga jest najczęściej generowana za pomocą cewek indukcyjnych zasilanych prądem przemiennym.
3. Pole magnetyczne nie jest odbierane zmysłami człowieka i jest rejestrowane tylko przez specjalne czujniki.

Po podłączeniu do dwóch równoległych przewodów prąd elektryczny, będą przyciągać lub odpychać, w zależności od kierunku (polaryzacji) podłączonego prądu. Tłumaczy się to pojawieniem się wokół tych przewodników specjalnego rodzaju materii. Ta materia nazywa się polem magnetycznym (MF). Siła magnetyczna to siła, z jaką przewodniki oddziałują na siebie.

Teoria magnetyzmu powstała w starożytności, w starożytnej cywilizacji Azji. W Magnezji, w górach, znaleźli specjalną skałę, której kawałki mogły się do siebie przyciągać. Pod nazwą tego miejsca rasa ta została nazwana „magnesami”. Magnes sztabkowy zawiera dwa bieguny. Jego właściwości magnetyczne są szczególnie widoczne na biegunach.

Magnes zawieszony na nitce ukaże boki horyzontu swoimi biegunami. Jej bieguny będą zwrócone na północ i południe. Kompas działa na tej zasadzie. Przeciwległe bieguny dwóch magnesów przyciągają i jak bieguny odpychają.

Naukowcy odkryli, że namagnesowana igła, znajdująca się w pobliżu przewodnika, odchyla się, gdy przepływa przez nią prąd elektryczny. Sugeruje to, że wokół niego tworzy się MF.

Pole magnetyczne wpływa na:

Przenoszenie ładunków elektrycznych.
Substancje zwane ferromagnetykami: żelazo, żeliwo, ich stopy.

Magnesy trwałe to ciała, które mają wspólny moment magnetyczny naładowanych cząstek (elektronów).

1 - Biegun południowy magnesu
2 - Biegun północny magnesu
3 - MP na przykładzie opiłków metalowych
4 - Kierunek pola magnetycznego

Linie pola pojawiają się, gdy magnes trwały zbliża się do arkusza papieru, na który wylewa się warstwę opiłków żelaza. Rysunek wyraźnie pokazuje miejsca biegunów z ukierunkowanymi liniami sił.

Źródła pola magnetycznego

• Pole elektryczne, które zmienia się w czasie.
• opłaty mobilne.
• magnesy trwałe.

Znamy magnesy trwałe od dzieciństwa. Były używane jako zabawki, które przyciągały do ​​siebie różne metalowe części. Zostały przymocowane do lodówki, zostały wbudowane w różne zabawki.

Ładunki elektryczne, które są w ruchu, często mają większą energię magnetyczną niż magnesy trwałe.

Nieruchomości

• szef piętno a właściwością pola magnetycznego jest względność. Jeśli naładowane ciało pozostanie nieruchome w pewnym układzie odniesienia, a igła magnetyczna zostanie umieszczona w pobliżu, wówczas będzie wskazywać na północ, a jednocześnie nie będzie „czuć” obcego pola, z wyjątkiem pola ziemskiego . A jeśli naładowane ciało zacznie poruszać się w pobliżu strzałki, wokół ciała pojawi się pole magnetyczne. W rezultacie staje się jasne, że MF powstaje tylko wtedy, gdy porusza się określony ładunek.
• Pole magnetyczne jest w stanie wpływać i wpływać na prąd elektryczny. Można to wykryć, monitorując ruch naładowanych elektronów. W polu magnetycznym cząstki z ładunkiem będą się odchylać, przewodniki z płynącym prądem będą się poruszać. Zasilana prądem rama będzie się obracać, a namagnesowane materiały przesuną się na pewną odległość. Igła kompasu jest najczęściej zabarwiona na niebiesko. Jest to pasek z namagnesowanej stali. Kompas jest zawsze zorientowany na północ, ponieważ Ziemia ma pole magnetyczne. Cała planeta jest jak wielki magnes z biegunami.

Pole magnetyczne nie jest odbierane przez narządy ludzkie i może być wykryte jedynie przez specjalne urządzenia i czujniki. Jest zmienny i trwały. Pole przemienne jest zwykle tworzone przez specjalne cewki indukcyjne, które działają na prąd przemienny. Stałe pole tworzy stałe pole elektryczne.

zasady

Rozważ podstawowe zasady dotyczące obrazu pola magnetycznego dla różnych przewodników.

zasada świderka

Linia siły jest przedstawiona na płaszczyźnie, która znajduje się pod kątem 90° do toru prądu tak, że w każdym punkcie siła jest skierowana stycznie do linii.

Aby określić kierunek sił magnetycznych, musisz pamiętać o zasadzie świdra z gwintem prawoskrętnym.

Świder musi być ustawiony wzdłuż tej samej osi co bieżący wektor, uchwyt musi być obrócony tak, aby świder poruszał się zgodnie z jego kierunkiem. W takim przypadku orientację linii określa się, obracając uchwyt świdra.

Zasada Ring Gimlet

Ruch translacyjny świdra w przewodniku, wykonany w formie pierścienia, pokazuje, jak zorientowana jest indukcja, obrót pokrywa się z przepływem prądu.

Linie siły mają swoją kontynuację wewnątrz magnesu i nie mogą być otwarte.

Pole magnetyczne różne źródła podsumowali ze sobą. W ten sposób tworzą wspólne pole.

Magnesy z tym samym biegunem odpychają się nawzajem, a te z różnymi biegunami przyciągają. Wartość siły oddziaływania zależy od odległości między nimi. W miarę zbliżania się biegunów siła wzrasta.

Parametry pola magnetycznego

• Łączenie strumieni ( Ψ ).
• Wektor indukcji magnetycznej ( W).
• Strumień magnetyczny ( F).

Natężenie pola magnetycznego jest obliczane na podstawie wielkości wektora indukcji magnetycznej, który zależy od siły F i jest tworzony przez prąd I płynący przez przewodnik o długości l: V \u003d F / (I * l).

Indukcję magnetyczną mierzy się w Tesli (Tl), na cześć naukowca, który badał zjawiska magnetyzmu i zajmował się ich metodami obliczeniowymi. 1 T jest równe indukcji strumienia magnetycznego przez siłę 1 N na długości 1m przewód prosty pod kątem 90 0 w kierunku pola, z płynącym prądem jednego ampera:

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

zasada lewej ręki

Reguła określa kierunek wektora indukcji magnetycznej.

Jeśli dłoń lewej ręki jest umieszczona w polu tak, że linie pola magnetycznego wchodzą do dłoni z bieguna północnego o 90 0, a 4 palce są umieszczone wzdłuż prądu, kciuk pokazuje kierunek siły magnetycznej.

Jeśli przewodnik jest pod innym kątem, siła będzie bezpośrednio zależeć od prądu i rzutu przewodnika na płaszczyznę pod kątem prostym.

Siła nie zależy od rodzaju materiału przewodnika i jego przekroju. Jeśli nie ma przewodnika, a ładunki poruszają się w innym medium, siła się nie zmieni.

Gdy kierunek wektora pola magnetycznego w jednym kierunku o jednej wielkości, pole nazywa się jednolitym. Różne środowiska wpływają na wielkość wektora indukcyjnego.

strumień magnetyczny

Indukcja magnetyczna przechodząca przez pewien obszar S i ograniczona przez ten obszar jest strumieniem magnetycznym.

Jeśli obszar ma nachylenie pod pewnym kątem α do linii indukcyjnej, strumień magnetyczny jest redukowany o wielkość cosinusa tego kąta. Jego największa wartość powstaje, gdy obszar jest pod kątem prostym do indukcji magnetycznej:

F \u003d B * S.

Strumień magnetyczny jest mierzony w jednostce takiej jak „weber”, który jest równy przepływowi indukcji o wartość 1 T według obszaru w 1m2.

Połączenie topnika

Ta koncepcja służy do tworzenia Ogólne znaczenie strumień magnetyczny, który powstaje z pewnej liczby przewodników znajdujących się między biegunami magnetycznymi.

Kiedy ten sam prąd I przepływa przez uzwojenie z liczbą zwojów n, całkowity strumień magnetyczny utworzony przez wszystkie zwoje jest połączeniem strumienia.

Połączenie topnika Ψ mierzony w weberach i jest równy: Ψ = n * F.

Właściwości magnetyczne

Przepuszczalność określa, o ile pole magnetyczne w danym ośrodku jest mniejsze lub wyższe niż indukcja pola w próżni. Mówi się, że substancja jest namagnesowana, jeśli ma własne pole magnetyczne. Kiedy substancja zostanie umieszczona w polu magnetycznym, zostaje namagnesowana.

Naukowcy ustalili, dlaczego ciała nabierają właściwości magnetycznych. Zgodnie z hipotezą naukowców, w substancjach znajdują się prądy elektryczne o mikroskopijnej wielkości. Elektron posiada własny moment magnetyczny, który ma charakter kwantowy, porusza się w atomach po określonej orbicie. To właśnie te małe prądy decydują o właściwościach magnetycznych.

Jeżeli prądy poruszają się losowo, to wywołane przez nie pola magnetyczne kompensują się samoistnie. Pole zewnętrzne sprawia, że ​​prądy są uporządkowane, więc powstaje pole magnetyczne. To jest namagnesowanie substancji.

Różne substancje można podzielić według właściwości oddziaływania z polami magnetycznymi.

Są podzielone na grupy:

Paramagnesy- substancje posiadające właściwości magnetyzujące w kierunku pola zewnętrznego, o niskim prawdopodobieństwie magnetyzmu. Mają pozytywną siłę pola. Substancje te obejmują chlorek żelaza, mangan, platynę itp.
Ferrimagnesy- substancje o momentach magnetycznych niezrównoważonych pod względem kierunku i wartości. Charakteryzują się obecnością nieskompensowanego antyferromagnetyzmu. Siła pola i temperatura wpływają na ich podatność magnetyczną (różne tlenki).
ferromagnesy- substancje o podwyższonej podatności dodatniej, zależnej od intensywności i temperatury (kryształy kobaltu, niklu itp.).
Diamagnesy– mają właściwość namagnesowania w kierunku przeciwnym do pola zewnętrznego, czyli negatywne znaczenie podatność magnetyczna, niezależna od intensywności. W przypadku braku pola ta substancja nie będzie miała właściwości magnetycznych. Substancje te obejmują: srebro, bizmut, azot, cynk, wodór i inne substancje.
Antyferromagnetyki - mieć zrównoważony moment magnetyczny, w wyniku czego powstaje niski stopień namagnesowanie materii. Po podgrzaniu ulegają przemianie fazowej substancji, w której powstają właściwości paramagnetyczne. Gdy temperatura spadnie poniżej pewnej granicy, takie właściwości nie pojawią się (chrom, mangan).

Rozważane magnesy dzielą się również na dwie kolejne kategorie:

Miękkie materiały magnetyczne . Mają małą siłę przymusu. W słabych polach magnetycznych mogą się nasycać. W procesie odwracania namagnesowania mają one nieznaczne straty. W efekcie takie materiały są wykorzystywane do produkcji rdzeni. urządzenia elektryczne działający na napięcie przemienne ( , generator, ).
twardy magnetyczny materiały. Mają zwiększoną wartość siły przymusu. Aby je przemagnesować, potrzebne jest silne pole magnetyczne. Takie materiały są wykorzystywane do produkcji magnesów trwałych.

Właściwości magnetyczne różne substancje znajdują zastosowanie w projektach technicznych i wynalazkach.

Obwody magnetyczne

Łączenie wielu substancje magnetyczne zwany obwodem magnetycznym. Są to podobieństwa i wyznaczają je analogiczne prawa matematyki.

Oparte na obwodach magnetycznych urządzenia elektryczne, indukcyjność , . W działającym elektromagnesie przepływ przepływa przez obwód magnetyczny wykonany z materiału ferromagnetycznego i powietrza, który nie jest ferromagnesem. Połączenie tych elementów to obwód magnetyczny. Wiele urządzeń elektrycznych zawiera w swojej konstrukcji obwody magnetyczne.

Aby zrozumieć, czym charakteryzuje się pole magnetyczne, należy zdefiniować wiele zjawisk. Jednocześnie musisz z góry pamiętać, jak i dlaczego się pojawia. Dowiedz się, jaka jest moc charakterystyczna pola magnetycznego. Ważne jest również to, że takie pole może wystąpić nie tylko w magnesach. W związku z tym nie zaszkodzi wspomnieć o właściwościach ziemskiego pola magnetycznego.

Pojawienie się pola

Na początek należy opisać wygląd pola. Następnie możesz opisać pole magnetyczne i jego charakterystykę. Pojawia się podczas ruchu naładowanych cząstek. Może mieć wpływ zwłaszcza na przewodniki przewodzące. Interakcja między polem magnetycznym a poruszającymi się ładunkami lub przewodnikami, przez które przepływa prąd, zachodzi dzięki siłom zwanym elektromagnetycznymi.

Charakterystykę natężenia lub mocy pola magnetycznego w określonym punkcie przestrzennym określa się za pomocą indukcji magnetycznej. Ten ostatni jest oznaczony symbolem B.

Graficzna reprezentacja pola

Pole magnetyczne i jego charakterystykę można przedstawić graficznie za pomocą linii indukcyjnych. Ta definicja nazywa się liniami, styczne, do których w dowolnym punkcie będą się pokrywać z kierunkiem wektora y indukcji magnetycznej.

Linie te są zawarte w charakterystyce pola magnetycznego i służą do określania jego kierunku i natężenia. Im wyższa intensywność pola magnetycznego, tym więcej linii danych zostanie narysowanych.

Czym są linie magnetyczne

Linie magnetyczne prostych przewodników z prądem mają kształt koncentrycznego koła, którego środek znajduje się na osi tego przewodnika. Kierunek linii magnetycznych w pobliżu przewodów z prądem określa zasada świdra, która brzmi tak: jeśli świder jest umieszczony tak, że zostanie wkręcony w przewodnik w kierunku prądu, to kierunek obrót rączki odpowiada kierunkowi linii magnetycznych.

W przypadku cewki z prądem kierunek pola magnetycznego będzie również określony przez regułę świderka. Wymagane jest również obracanie klamki w kierunku prądu w zwojach elektrozaworu. Kierunek linii indukcji magnetycznej będzie odpowiadał kierunkowi ruchu translacyjnego świdra.

Jest to główna cecha pola magnetycznego.

Wytworzone przez jeden prąd, w równych warunkach, pole będzie różniło się intensywnością w różnych ośrodkach ze względu na różne właściwości magnetyczne tych substancji. Właściwości magnetyczne ośrodka charakteryzują się bezwzględną przenikalnością magnetyczną. Jest mierzony w henrach na metr (g/m).

Charakterystyka pola magnetycznego obejmuje absolutną przenikalność magnetyczną próżni, zwaną stałą magnetyczną. Wartość, która określa, ile razy bezwzględna przenikalność magnetyczna ośrodka będzie się różnić od stałej, nazywana jest przenikalnością magnetyczną względną.

Przenikalność magnetyczna substancji

Jest to ilość bezwymiarowa. Substancje o wartości przepuszczalności mniejszej niż jeden nazywane są diamagnetycznymi. W tych substancjach pole będzie słabsze niż w próżni. Te właściwości są obecne w wodorze, wodzie, kwarcu, srebrze itp.

Media o przenikalności magnetycznej większej niż jedność nazywane są paramagnetycznymi. W tych substancjach pole będzie silniejsze niż w próżni. Te media i substancje obejmują powietrze, aluminium, tlen, platynę.

W przypadku substancji paramagnetycznych i diamagnetycznych wartość przenikalności magnetycznej nie będzie zależeć od napięcia zewnętrznego pola magnesującego. Oznacza to, że wartość jest stała dla danej substancji.

Ferromagnesy należą do specjalnej grupy. Dla tych substancji przepuszczalność magnetyczna osiągnie kilka tysięcy lub więcej. Substancje te, które mają właściwość namagnesowania i wzmacniania pola magnetycznego, znajdują szerokie zastosowanie w elektrotechnice.

Siła pola

Do określenia charakterystyki pola magnetycznego wraz z wektorem indukcji magnetycznej można wykorzystać wartość zwaną natężeniem pola magnetycznego. Termin ten określa natężenie zewnętrznego pola magnetycznego. Kierunek pola magnetycznego w ośrodku o te same właściwości we wszystkich kierunkach wektor natężenia zbiega się z wektorem indukcji magnetycznej w punkcie pola.

Siłę ferromagnesów tłumaczy się obecnością w nich dowolnie namagnesowanych małych części, które można przedstawić jako małe magnesy.

W przypadku braku pola magnetycznego substancja ferromagnetyczna może nie mieć wyraźnych właściwości magnetycznych, ponieważ pola domeny uzyskują różne orientacje, a ich całkowite pole magnetyczne wynosi zero.

Zgodnie z główną charakterystyką pola magnetycznego, jeśli ferromagnes zostanie umieszczony w zewnętrznym polu magnetycznym, na przykład w cewce z prądem, to pod wpływem pola zewnętrznego domeny obrócą się w kierunku pola zewnętrznego . Ponadto pole magnetyczne na cewce wzrośnie, a indukcja magnetyczna wzrośnie. Jeśli pole zewnętrzne jest wystarczająco słabe, to tylko część wszystkich domen, których pola magnetyczne zbliżają się do kierunku pola zewnętrznego, odwróci się. Wraz ze wzrostem siły pola zewnętrznego, liczba domen rotowanych będzie wzrastać i jak pewna wartość napięcie pola zewnętrznego, prawie wszystkie części zostaną rozmieszczone tak, aby pola magnetyczne były skierowane w kierunku pola zewnętrznego. Ten stan nazywamy nasyceniem magnetycznym.

Związek między indukcją magnetyczną a natężeniem

Zależność między indukcją magnetyczną substancji ferromagnetycznej a natężeniem pola zewnętrznego można zobrazować za pomocą wykresu zwanego krzywą namagnesowania. Na zakręcie wykresu krzywej szybkość wzrostu indukcji magnetycznej maleje. Po zakręcie, gdzie naprężenie osiąga określoną wartość, następuje nasycenie, a krzywa lekko się podnosi, stopniowo przybierając kształt linii prostej. Na tym odcinku indukcja wciąż rośnie, ale raczej powoli i tylko ze względu na wzrost siły pola zewnętrznego.

Zależność graficzna tych wskaźników nie jest bezpośrednia, co oznacza, że ​​ich stosunek nie jest stały, a przenikalność magnetyczna materiału nie jest wskaźnikiem stałym, lecz zależy od pola zewnętrznego.

Zmiany właściwości magnetycznych materiałów

Wraz ze wzrostem natężenia prądu do pełnego nasycenia w cewce z rdzeniem ferromagnetycznym i jego późniejszym spadkiem krzywa magnesowania nie będzie pokrywać się z krzywą rozmagnesowania. Przy zerowej intensywności indukcja magnetyczna nie będzie miała tej samej wartości, ale uzyska pewien wskaźnik zwany resztkową indukcją magnetyczną. Sytuacja z opóźnieniem indukcji magnetycznej od siły magnesującej nazywana jest histerezą.

Aby całkowicie rozmagnesować rdzeń ferromagnetyczny w cewce, konieczne jest podanie prądu wstecznego, który wytworzy niezbędne napięcie. W przypadku różnych materiałów ferromagnetycznych potrzebny jest segment o różnej długości. Im jest większy, tym więcej energii potrzeba do rozmagnesowania. Wartość, przy której materiał jest całkowicie rozmagnesowany, nazywana jest siłą przymusu.

Wraz z dalszym wzrostem prądu w cewce indukcja ponownie wzrośnie do wskaźnika nasycenia, ale z innym kierunkiem linii magnetycznych. Podczas rozmagnesowywania w przeciwnym kierunku uzyskana zostanie indukcja szczątkowa. Zjawisko magnetyzmu szczątkowego wykorzystuje się do tworzenia magnesów trwałych z substancji o wysokim magnetyzmie szczątkowym. Z substancji, które mają zdolność przemagnesowania, powstają rdzenie do maszyn i urządzeń elektrycznych.

zasada lewej ręki

Siła działająca na przewodnik z prądem ma kierunek określony regułą lewej ręki: gdy dłoń dziewiczej dłoni jest umieszczona w taki sposób, że linie magnetyczne wejdź do niego, a cztery palce są wyciągnięte w kierunku prądu w przewodniku, zgięty kciuk wskaże kierunek siły. Siła ta jest prostopadła do wektora indukcyjnego i prądu.

Przewodzący prąd poruszający się w polu magnetycznym jest uważany za prototyp silnika elektrycznego, który się zmienia energia elektryczna na mechaniczne.

Zasada prawej ręki

Podczas ruchu przewodnika w polu magnetycznym indukuje się w nim siła elektromotoryczna, która ma wartość proporcjonalną do indukcji magnetycznej, długości zaangażowanego przewodnika i prędkości jego ruchu. Ta zależność nazywana jest indukcją elektromagnetyczną. Przy określaniu kierunku indukowanego pola elektromagnetycznego w przewodzie stosowana jest reguła prawa ręka: gdy prawa ręka jest ustawiona tak samo jak w przykładzie z lewej, linie magnetyczne wchodzą do dłoni, a kciuk wskazuje kierunek ruchu przewodnika, wyciągnięte palce wskazują kierunek indukowanego pola elektromagnetycznego. Poruszanie się w strumieniu magnetycznym pod wpływem zewnętrznego siła mechaniczna Przewodnik jest najprostszym przykładem generatora elektrycznego, w którym energia mechaniczna jest przekształcana w energię elektryczną.

Można to sformułować inaczej: w obwodzie zamkniętym indukowana jest siła elektromotoryczna, przy każdej zmianie strumienia magnetycznego pokrywanego przez ten obwód, EDE w obwodzie jest liczbowo równe szybkości zmiany strumienia magnetycznego pokrywającego ten obwód.

Ta forma zapewnia średni wskaźnik pola elektromagnetycznego i wskazuje zależność pola elektromagnetycznego nie od strumienia magnetycznego, ale od szybkości jego zmiany.

Prawo Lenza

Trzeba też pamiętać o prawie Lenza: prąd indukowany przez zmianę pola magnetycznego przechodzącego przez obwód, wraz z jego polem magnetycznym, zapobiega tej zmianie. Jeżeli zwoje cewki są przebijane przez strumienie magnetyczne o różnych wielkościach, wówczas siła elektromotoryczna indukowana na całej cewce jest równa sumie siły elektromotorycznej w różnych zwojach. Suma strumieni magnetycznych różnych zwojów cewki nazywana jest połączeniem strumienia. Jednostką miary tej wielkości oraz strumienia magnetycznego jest weber.

Kiedy zmienia się prąd elektryczny w obwodzie, zmienia się również wytworzony przez niego strumień magnetyczny. Jednak zgodnie z prawem Indukcja elektromagnetyczna, wewnątrz przewodnika indukowana jest siła elektromotoryczna. Pojawia się w związku ze zmianą prądu w przewodniku, dlatego zjawisko to nazywa się samoindukcją, a pole elektromagnetyczne indukowane w przewodniku nazywa się samoindukcją.

Sprzężenie strumienia i strumień magnetyczny zależą nie tylko od natężenia prądu, ale także od wielkości i kształtu danego przewodnika oraz przepuszczalności magnetycznej otaczającej substancji.

indukcyjność przewodnika

Współczynnik proporcjonalności nazywany jest indukcyjnością przewodnika. Oznacza zdolność przewodnika do tworzenia połączenia strumieniowego, gdy przepływa przez niego energia elektryczna. Jest to jeden z głównych parametrów obwodów elektrycznych. W przypadku niektórych obwodów indukcyjność jest stała. Będzie to zależeć od wielkości konturu, jego konfiguracji i przepuszczalności magnetycznej ośrodka. W takim przypadku natężenie prądu w obwodzie i strumień magnetyczny nie będą miały znaczenia.

Powyższe definicje i zjawiska wyjaśniają, czym jest pole magnetyczne. Podano również główne cechy pola magnetycznego, za pomocą których można zdefiniować to zjawisko.