Câmpul magnetic este același. Proprietățile undelor electromagnetice

Să înțelegem împreună ce este un câmp magnetic. La urma urmei, mulți oameni trăiesc în acest domeniu toată viața și nici măcar nu se gândesc la asta. E timpul să-l reparăm!

Un câmp magnetic

Un câmp magnetic – un fel special materie. Se manifestă în acțiune la mișcare sarcini electriceși corpuri care au propriul moment magnetic (magneți permanenți).

Important: un câmp magnetic nu acționează asupra sarcinilor staționare! Un câmp magnetic este creat și prin mișcarea sarcinilor electrice sau prin schimbarea în timp câmp electric, sau momentele magnetice ale electronilor din atomi. Adică orice fir prin care trece curent devine și el magnet!

Un corp care are propriul său câmp magnetic.

Un magnet are poli numiti nord si sud. Denumirile „nord” și „sud” sunt date doar pentru comoditate (ca „plus” și „minus” în electricitate).

Câmpul magnetic este reprezentat de forță linii magnetice. Liniile de forță sunt continue și închise, iar direcția lor coincide întotdeauna cu direcția forțelor câmpului. Dacă așchiile de metal sunt împrăștiate în jurul unui magnet permanent, particulele de metal vor arăta o imagine clară. linii de forță câmp magnetic care iese din nord și intră în polul sud. Caracteristica grafică a câmpului magnetic - linii de forță.

Caracteristicile câmpului magnetic

Principalele caracteristici ale câmpului magnetic sunt inducție magnetică, flux magnetic Și permeabilitatea magnetică. Dar să vorbim despre totul în ordine.

Imediat, observăm că toate unitățile de măsură sunt date în sistem SI.

Inductie magnetica B – vector cantitate fizica, care este principala caracteristică de putere a câmpului magnetic. Notat prin literă B . Unitatea de măsură a inducției magnetice - Tesla (Tl).

Inducția magnetică indică cât de puternic este un câmp prin determinarea forței cu care acționează asupra unei sarcini. Această forță se numește forța Lorentz.

Aici q - taxa, v - viteza sa într-un câmp magnetic, B - inducție, F este forța Lorentz cu care câmpul acționează asupra sarcinii.

F- o mărime fizică egală cu produsul inducției magnetice prin aria conturului și cosinusul dintre vectorul de inducție și normala la planul conturului prin care trece fluxul. Fluxul magnetic este o caracteristică scalară a câmpului magnetic.

Putem spune că fluxul magnetic caracterizează numărul de linii de inducție magnetică care pătrund într-o unitate de suprafață. Fluxul magnetic se măsoară în Weberach (WB).

Permeabilitatea magnetică este coeficientul care determină proprietățile magnetice ale mediului. Unul dintre parametrii de care depinde inducerea magnetică a câmpului este permeabilitatea magnetică.

Planeta noastră a fost un magnet imens de câteva miliarde de ani. Inducerea câmpului magnetic al Pământului variază în funcție de coordonate. La ecuator, este de aproximativ 3,1 ori 10 la minus a cincea putere a lui Tesla. În plus, există anomalii magnetice, unde valoarea și direcția câmpului diferă semnificativ de zonele învecinate. Una dintre cele mai mari anomalii magnetice de pe planetă - KurskȘi anomalie magnetică braziliană.

Originea câmpului magnetic al Pământului este încă un mister pentru oamenii de știință. Se presupune că sursa câmpului este miezul de metal lichid al Pământului. Miezul se mișcă, ceea ce înseamnă că aliajul topit fier-nichel se mișcă, iar mișcarea particulelor încărcate este curentul electric care generează câmpul magnetic. Problema este că această teorie geodinam) nu explică modul în care câmpul este menținut stabil.

Pământul este un uriaș dipol magnetic. Polii magnetici nu coincid cu cei geografici, desi sunt in imediata apropiere. În plus, polii magnetici ai Pământului se mișcă. Deplasarea lor a fost înregistrată din 1885. De exemplu, în ultima sută de ani, polul magnetic din emisfera sudică s-a deplasat cu aproape 900 de kilometri, iar acum se află în Oceanul de Sud. Polul emisferei arctice se deplasează peste Oceanul Arctic spre anomalia magnetică din Siberia de Est, viteza de mișcare a acestuia (conform datelor din 2004) a fost de aproximativ 60 de kilometri pe an. Acum există o accelerare a mișcării polilor - în medie, viteza crește cu 3 kilometri pe an.

Care este semnificația câmpului magnetic al Pământului pentru noi?În primul rând, câmpul magnetic al Pământului protejează planeta de razele cosmice și de vântul solar. Particulele încărcate din spațiul adânc nu cad direct pe pământ, ci sunt deviate de un magnet gigant și se mișcă de-a lungul liniilor sale de forță. Astfel, toate lucrurile vii sunt protejate de radiațiile dăunătoare.

De-a lungul istoriei Pământului, au existat mai multe inversiuni(modificări) polilor magnetici. inversarea polului este atunci când își schimbă locul. Ultima dată când acest fenomen a avut loc acum aproximativ 800 de mii de ani și au existat peste 400 de inversări geomagnetice în istoria Pământului. Unii oameni de știință cred că, având în vedere accelerația observată a mișcării polilor magnetici, următoarea inversare a polilor ar trebui să fie așteptată în următoarele două mii de ani.

Din fericire, nu se așteaptă o inversare a polilor în secolul nostru. Deci, vă puteți gândi la plăcutul și vă puteți bucura de viață în câmpul constant bun vechi al Pământului, luând în considerare principalele proprietăți și caracteristici ale câmpului magnetic. Și pentru ca tu să faci asta, există autorii noștri, cărora li se pot încredința unele dintre necazurile educaționale cu încredere în succes! si alte tipuri de lucrari puteti comanda la link.

Câmpul magnetic al Pământului

Un câmp magnetic este un câmp de forță care acționează asupra sarcinilor electrice în mișcare și asupra corpurilor care au un moment magnetic, indiferent de starea mișcării lor.

Sursele unui câmp magnetic macroscopic sunt corpuri magnetizate, conductori purtători de curent și corpuri încărcate electric în mișcare. Natura acestor surse este aceeași: câmpul magnetic apare ca urmare a mișcării microparticulelor încărcate (electroni, protoni, ioni) și, de asemenea, datorită prezenței propriului moment magnetic (spin) în microparticule.

Un câmp magnetic alternativ apare și atunci când câmpul electric se modifică în timp. La rândul său, când câmpul magnetic se modifică în timp, câmp electric. Descriere completa câmpurile electrice și magnetice în relația lor dau ecuațiile Maxwell. Pentru a caracteriza câmpul magnetic, este adesea introdus conceptul de linii de forță de câmp (linii de inducție magnetică).

Să măsoare caracteristicile câmpului magnetic şi proprietăți magnetice se folosesc substante tipuri variate magnetometre. Unitatea de inducție a câmpului magnetic în sistemul de unități CGS este Gauss (Gs), în sistem international unități (SI) - Tesla (T), 1 T = 104 Gs. Intensitatea este măsurată, respectiv, în oersteds (Oe) și amperi pe metru (A / m, 1 A / m \u003d 0,01256 Oe; energia câmpului magnetic - în Erg / cm 2 sau J / m 2, 1 J / m 2 \u003d 10 erg/cm2.

Busola reacţionează
la câmpul magnetic al pământului

Câmpurile magnetice din natură sunt extrem de diverse atât în ​​dimensiunea lor, cât și în efectele pe care le provoacă. Câmpul magnetic al Pământului, care formează magnetosfera Pământului, se extinde până la o distanță de 70-80 mii km în direcția Soarelui și multe milioane de km în direcția opusă. La suprafața Pământului, câmpul magnetic este în medie de 50 μT, la limita magnetosferei ~ 10 -3 G. Câmpul geomagnetic protejează suprafața Pământului și biosfera de fluxul de particule încărcate de la vântul solar și parțial de razele cosmice. Influența câmpului geomagnetic însuși asupra activității vitale a organismelor este studiată de magnetobiologie. În spațiul apropiat Pământului, câmpul magnetic formează o capcană magnetică pentru particulele încărcate cu energie înaltă - centura de radiații a Pământului. Particulele conținute în centura de radiații reprezintă un pericol semnificativ în timpul zborurilor spațiale. Originea câmpului magnetic al Pământului este asociată cu mișcările convective ale conductorului substanță lichidăîn miezul pământului.

Măsurătorile directe cu ajutorul navelor spațiale au arătat că corpurile cosmice cele mai apropiate de Pământ - Luna, planetele Venus și Marte nu au propriul câmp magnetic, similar cu cel al Pământului. De pe alte planete sistem solar doar Jupiter și, aparent, Saturn au propriile lor câmpuri magnetice, suficiente pentru a crea capcane magnetice planetare. Câmpuri magnetice de până la 10 gauss și o serie de fenomene caracteristice (furtuni magnetice, emisii radio sincrotron și altele) au fost găsite pe Jupiter, indicând un rol semnificativ al câmpului magnetic în procesele planetare.

© Foto: http://www.tesis.lebedev.ru
Fotografia Soarelui
într-un spectru îngust

Câmpul magnetic interplanetar este în principal câmpul vântului solar (plasmă în continuă expansiune a coroanei solare). Aproape de orbita Pământului, câmpul interplanetar este de ~ 10 -4 -10 -5 Gs. Regularitatea câmpului magnetic interplanetar poate fi perturbată din cauza dezvoltării diferite feluri instabilitatea plasmei, trecerea undelor de șoc și propagarea fluxurilor de particule rapide generate de erupțiile solare.

În toate procesele de pe Soare - erupții, apariția de pete și proeminențe, nașterea razelor cosmice solare, câmpul magnetic joacă un rol important. Măsurătorile bazate pe efectul Zeeman au arătat că câmpul magnetic pete solare ajunge la câteva mii de gauss, proeminențe sunt deținute de câmpuri de ~ 10-100 gauss (cu o valoare medie a câmpului magnetic total al Soarelui ~ 1 gauss).

Furtuni magnetice

Furtunile magnetice sunt perturbări puternice ale câmpului magnetic al Pământului, care perturbă brusc cursul zilnic lin al elementelor magnetismului terestru. Furtunile magnetice durează de la câteva ore până la câteva zile și sunt observate simultan pe tot Pământul.

De regulă, furtunile magnetice constau din faze preliminare, inițiale și principale, precum și o fază de recuperare. În faza preliminară se observă modificări nesemnificative ale câmpului geomagnetic (în principal la latitudini mari), precum și excitarea oscilațiilor caracteristice de câmp de scurtă perioadă. Faza inițială este caracterizată printr-o schimbare bruscă a componentelor individuale ale câmpului pe întregul Pământ, iar faza principală se caracterizează prin fluctuații mari ale câmpului și o scădere puternică a componentei orizontale. În faza de recuperare a furtunii magnetice, câmpul revine la valoarea sa normală.

Influența vântului solar
spre magnetosfera terestră

Furtunile magnetice sunt cauzate de fluxurile de plasmă solară din regiunile active ale Soarelui, suprapuse unui vânt solar calm. Prin urmare, furtunile magnetice sunt observate mai des în apropierea maximelor ciclului de 11 ani de activitate solară. Ajungând pe Pământ, fluxurile de plasmă solară măresc compresia magnetosferei, provocând faza inițială a unei furtuni magnetice și pătrund parțial în magnetosfera Pământului. Intrarea particulelor de înaltă energie în atmosfera superioară a Pământului și impactul lor asupra magnetosferei duc la generarea și amplificarea de curenți electrici în aceasta, atingând cea mai mare intensitate în regiunile polare ale ionosferei, motiv pentru care prezența unei zone de activitate magnetică la latitudine mare. Modificările în sistemele de curent magnetosferic-ionosferic se manifestă pe suprafața Pământului sub formă de perturbații magnetice neregulate.

În fenomenele microcosmosului, rolul câmpului magnetic este la fel de esențial ca la scară cosmică. Acest lucru se datorează existenței tuturor particulelor - elementele structurale ale materiei (electroni, protoni, neutroni), un moment magnetic, precum și acțiunii unui câmp magnetic asupra sarcinilor electrice în mișcare.

Aplicarea câmpurilor magnetice în știință și tehnologie. Câmpurile magnetice sunt de obicei împărțite în slabe (până la 500 Gs), medii (500 Gs - 40 kGs), puternice (40 kGs - 1 MGs) și superputernice (peste 1 MGs). Practic, toată inginerie electrică, inginerie radio și electronică se bazează pe utilizarea câmpurilor magnetice slabe și medii. Câmpurile magnetice slabe și medii se obțin folosind magneți permanenți, electromagneți, solenoizi nerăciți, magneți supraconductori.

Surse de câmp magnetic

Toate sursele de câmpuri magnetice pot fi împărțite în artificiale și naturale. Principalele surse naturale ale câmpului magnetic sunt câmpul magnetic propriu al Pământului și vântul solar. Toate sursele artificiale câmpuri electromagnetice cu care noastre lumea modernăși casele noastre în special. Citiți mai multe despre și citiți despre a noastră.

Transportul electric este o sursă puternică de câmp magnetic în intervalul de la 0 la 1000 Hz. Transport feroviar foloseste curent alternativ. Transportul urban este permanent. Valorile maxime ale inducției câmpului magnetic în transportul electric suburban ajung la 75 µT, valorile medii sunt de aproximativ 20 µT. Valori medii pentru vehiculele conduse de curent continuu fixat la 29 μT. În tramvaie, unde firul de retur este șine, câmpurile magnetice se compensează reciproc la o distanță mult mai mare decât firele unui troleibuz, iar în interiorul troleibuzului fluctuațiile câmpului magnetic sunt mici chiar și în timpul accelerației. Dar cele mai mari fluctuații ale câmpului magnetic sunt în metrou. Când compoziția este trimisă, mărimea câmpului magnetic de pe platformă este de 50-100 μT și mai mult, depășind câmpul geomagnetic. Chiar și atunci când trenul a dispărut de mult în tunel, câmpul magnetic nu revine la valoarea anterioară. Abia după ce compoziția trece de următorul punct de conectare la șina de contact, câmpul magnetic va reveni la valoarea veche. Adevărat, uneori nu are timp: următorul tren se apropie deja de peron, iar când încetinește, câmpul magnetic se schimbă din nou. În mașină în sine, câmpul magnetic este și mai puternic - 150-200 μT, adică de zece ori mai mult decât într-un tren convențional.

Valorile inducției câmpurilor magnetice pe care le întâlnim cel mai des Viata de zi cu zi prezentată în diagrama de mai jos. Privind această diagramă, devine clar că suntem expuși la câmpuri magnetice tot timpul și peste tot. Potrivit unor oameni de știință, câmpurile magnetice cu o inducție peste 0,2 µT sunt considerate dăunătoare. Desigur, trebuie luate anumite măsuri de precauție pentru a ne proteja de efectele nocive ale câmpurilor din jurul nostru. Fac doar câteva reguli simple Puteți reduce foarte mult expunerea corpului la câmpurile magnetice.

Actualul SanPiN 2.1.2.2801-10 „Modificări și completări nr. 1 la SanPiN 2.1.2.2645-10 „Cerințe sanitare și epidemiologice pentru condițiile de viață în clădiri și spații rezidențiale” spune următoarele: „Maxim nivel admisibil slăbirea câmpului geomagnetic din incintă Cladiri rezidentiale este setat la 1,5". De asemenea, valorile maxime admise ale intensității și intensității câmpului magnetic cu o frecvență de 50 Hz sunt setate:

• in spatii de locuit - 5 μT sau 4 dimineata;
• în spații nerezidențiale clădiri rezidențiale, în zona rezidențială, inclusiv pe teritoriul terenurilor de grădină - 10 μT sau 8 A/m.

Pe baza acestor standarde, toată lumea poate calcula câte aparate electrice pot fi pornite și în starea de așteptare în fiecare cameră în particular, sau pe baza cărora vor fi emise recomandări privind normalizarea spațiului de locuit.

Videoclipuri similare

Un mic film științific despre câmpul magnetic al Pământului

Referințe

1. Marea Enciclopedie Sovietică.

Este bine cunoscut faptul că câmpul magnetic este utilizat pe scară largă în viața de zi cu zi, la locul de muncă și în cercetare științifică. Este suficient să denumim astfel de dispozitive ca generatoare curent alternativ, motoare electrice, relee, acceleratoare particule elementareși diverși senzori. Să luăm în considerare mai detaliat ce este un câmp magnetic și cum se formează.

Ce este un câmp magnetic - definiție

Un câmp magnetic este un câmp de forță care acționează asupra particulelor încărcate în mișcare. Mărimea câmpului magnetic depinde de viteza de schimbare a acestuia. După această caracteristică, se disting două tipuri de câmp magnetic: dinamic și gravitațional.

Câmpul magnetic gravitațional apare numai în apropierea particulelor elementare și se formează în funcție de caracteristicile structurii acestora. Sursele unui câmp magnetic dinamic sunt sarcinile electrice în mișcare sau corpurile încărcate, conductorii purtători de curent, precum și substanțele magnetizate.

Proprietățile câmpului magnetic

Marele om de știință francez André Ampere a reușit să afle două proprietăți fundamentale ale câmpului magnetic:

1. Principala diferență dintre un câmp magnetic și un câmp electric și principala sa proprietate este că este relativ. Dacă luați un corp încărcat, lăsați-l nemișcat în orice cadru de referință și plasați un ac magnetic în apropiere, acesta va îndrepta, ca de obicei, spre nord. Adică nu va detecta niciun alt câmp decât cel al pământului. Dacă începeți să mutați acest corp încărcat în raport cu săgeata, atunci va începe să se rotească - acest lucru indică faptul că atunci când corpul încărcat se mișcă, apare și un câmp magnetic, pe lângă cel electric. Astfel, un câmp magnetic apare dacă și numai dacă există o sarcină în mișcare.
2. Un câmp magnetic acţionează asupra altui curent electric. Deci, îl puteți detecta urmărind mișcarea particulelor încărcate - într-un câmp magnetic ele se vor devia, conductorii cu curent se vor mișca, cadrul cu curent se va întoarce, substanțele magnetizate se vor deplasa. Aici ar trebui să ne amintim acul busolei magnetice, de obicei pictat în interior culoarea albastra- este doar o bucată de fier magnetizat. Indică întotdeauna spre nord, deoarece Pământul are un câmp magnetic. Întreaga noastră planetă este un magnet uriaș: Centura Magnetică Sudică este situată la Polul Nord, iar Polul Nord Magnetic este situat la Polul Geografic Sud.

În plus, proprietățile câmpului magnetic includ următoarele caracteristici:

1. Puterea câmpului magnetic este descrisă prin inducție magnetică - aceasta este o mărime vectorială care determină puterea cu care câmpul magnetic afectează sarcinile în mișcare.
2. Câmpul magnetic poate fi de tip constant și variabil. Primul este generat de un câmp electric care nu se modifică în timp, inducția unui astfel de câmp fiind și ea neschimbată. Al doilea este cel mai adesea generat folosind inductori alimentați cu curent alternativ.
3. Câmpul magnetic nu poate fi perceput de simțurile umane și este înregistrat doar de senzori speciali.

Când este conectat la doi conductori paraleli curent electric, acestea vor atrage sau respinge, în funcție de direcția (polaritatea) curentului conectat. Acest lucru se explică prin apariția unui tip special de materie în jurul acestor conductori. Această materie se numește câmp magnetic (MF). Forța magnetică este forța cu care conductorii acționează unul asupra celuilalt.

Teoria magnetismului a apărut în antichitate, în civilizația antică a Asiei. În Magnezia, în munți, au găsit o stâncă specială, din care bucăți puteau fi atrase unele de altele. După numele locului, această rasă a fost numită „magneți”. O bară magnetică conține doi poli. Proprietățile sale magnetice sunt deosebit de pronunțate la poli.

Un magnet atârnat pe un fir va arăta părțile laterale ale orizontului cu polii săi. Polii săi vor fi îndreptați spre nord și spre sud. Busola funcționează pe acest principiu. Polii opuși ai doi magneți se atrag și polii asemănători se resping.

Oamenii de știință au descoperit că un ac magnetizat, situat în apropierea conductorului, deviază atunci când trece un curent electric prin el. Acest lucru sugerează că în jurul lui se formează un MF.

Câmpul magnetic afectează:

Mișcarea sarcinilor electrice.
Substanțe numite feromagneți: fier, fontă, aliajele acestora.

Magneții permanenți sunt corpuri care au un moment magnetic comun al particulelor încărcate (electroni).

1 - Polul sud al magnetului
2 - Polul nord al magnetului
3 - MP pe exemplul pilii metalice
4 - Direcția câmpului magnetic

Liniile de câmp apar atunci când un magnet permanent se apropie de o foaie de hârtie pe care se toarnă un strat de pilitură de fier. Figura arată clar locurile polilor cu linii de forță orientate.

Surse de câmp magnetic

• Câmp electric care se modifică în timp.
• taxe mobile.
• magneți permanenți.

Cunoaștem magneții permanenți încă din copilărie. Au fost folosite ca jucării care atrăgeau diverse piese metalice spre sine. Au fost atașate la frigider, au fost încorporate în diverse jucării.

Sarcinile electrice care sunt în mișcare au adesea mai multă energie magnetică decât magneții permanenți.

Proprietăți

• şef semn distinctiv iar proprietatea câmpului magnetic este relativitatea. Dacă un corp încărcat este lăsat nemișcat într-un anumit cadru de referință și un ac magnetic este plasat în apropiere, atunci acesta va îndrepta spre nord și, în același timp, nu va „simți” un câmp străin, cu excepția câmpului terestre. . Și dacă corpul încărcat începe să se miște în apropierea săgeții, atunci câmpul magnetic va apărea în jurul corpului. Ca rezultat, devine clar că MF se formează numai atunci când o anumită sarcină se mișcă.
• Câmpul magnetic este capabil să influențeze și să influențeze curentul electric. Poate fi detectat prin monitorizarea mișcării electronilor încărcați. Într-un câmp magnetic, particulele cu o sarcină se vor devia, conductorii cu un curent care curge se vor mișca. Cadrul alimentat de curent se va roti, iar materialele magnetizate se vor deplasa la o anumită distanță. Acul busolei este cel mai adesea colorat în albastru. Este o bandă de oțel magnetizat. Busola este întotdeauna orientată spre nord, deoarece Pământul are un câmp magnetic. Întreaga planetă este ca un magnet mare cu polii săi.

Câmpul magnetic nu este perceput de organele umane și poate fi detectat doar de dispozitive și senzori speciali. Este variabilă și permanentă. Un câmp alternativ este creat de obicei de inductori speciali care funcționează pe curent alternativ. Un câmp constant este format dintr-un câmp electric constant.

reguli

Luați în considerare regulile de bază pentru imaginea unui câmp magnetic pentru diverși conductori.

regula gimlet

Linia de forță este reprezentată într-un plan, care este situat la un unghi de 90 0 față de calea curentului, astfel încât în ​​fiecare punct forța să fie direcționată tangențial la linie.

Pentru a determina direcția forțelor magnetice, trebuie să vă amintiți regula unui braț cu filet pe dreapta.

Grila trebuie să fie poziționată de-a lungul aceleiași axe cu vectorul curent, mânerul trebuie rotit astfel încât brațul să se miște în direcția direcției sale. În acest caz, orientarea liniilor este determinată prin rotirea mânerului brațului.

Regula brațului inelului

Mișcarea de translație a brațului în conductor, realizată sub formă de inel, arată modul în care este orientată inducția, rotația coincide cu fluxul de curent.

Liniile de forță au continuarea lor în interiorul magnetului și nu pot fi deschise.

Un câmp magnetic surse diferite rezumate unul cu altul. Procedând astfel, ei creează un câmp comun.

Magneții cu același pol se resping reciproc, în timp ce cei cu poli diferiți se atrag. Valoarea puterii interacțiunii depinde de distanța dintre ele. Pe măsură ce polii se apropie, forța crește.

Parametrii câmpului magnetic

• Înlănțuirea fluxului ( Ψ ).
• Vector de inducție magnetică ( ÎN).
• Flux magnetic ( F).

Intensitatea câmpului magnetic se calculează prin mărimea vectorului de inducție magnetică, care depinde de forța F, și este format din curentul I printr-un conductor având lungimea l: V \u003d F / (I * l).

Inducția magnetică este măsurată în Tesla (Tl), în onoarea omului de știință care a studiat fenomenele magnetismului și s-a ocupat de metodele de calcul ale acestora. 1 T este egal cu inducerea fluxului magnetic de către forță 1 N pe lungime 1m conductor drept în unghi 90 0 pe direcția câmpului, cu un curent care curge de un amper:

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

regula mana stanga

Regula găsește direcția vectorului de inducție magnetică.

Dacă palma mâinii stângi este plasată în câmp astfel încât liniile câmpului magnetic să intre în palmă de la polul nord la 90 0 și 4 degete sunt plasate de-a lungul curentului, deget mare arată direcția forței magnetice.

Dacă conductorul se află la un unghi diferit, atunci forța va depinde direct de curent și de proiecția conductorului pe un plan în unghi drept.

Forța nu depinde de tipul materialului conductor și de secțiunea transversală a acestuia. Dacă nu există conductor, iar sarcinile se mișcă într-un alt mediu, atunci forța nu se va schimba.

Când direcția vectorului câmpului magnetic într-o direcție de o magnitudine, câmpul se numește uniform. Medii diferite afectează dimensiunea vectorului de inducție.

flux magnetic

Inducția magnetică care trece printr-o anumită zonă S și limitată de această zonă este un flux magnetic.

Dacă aria are o pantă la un anumit unghi α față de linia de inducție, fluxul magnetic este redus cu dimensiunea cosinusului acestui unghi. Valoarea sa cea mai mare se formează atunci când aria este la unghi drept față de inducția magnetică:

F \u003d B * S.

Fluxul magnetic este măsurat într-o unitate precum "weber", care este egal cu fluxul de inducție prin valoare 1 T după zonă în 1 m2.

Legătura de flux

Acest concept este folosit pentru a crea sens general flux magnetic, care este creat dintr-un anumit număr de conductori situati între polii magnetici.

Când acelaşi curent eu curge prin înfășurare cu numărul de spire n, fluxul magnetic total format de toate spirele este legătura de flux.

Legătura de flux Ψ măsurată în weberi și este egal cu: Ψ = n * F.

Proprietăți magnetice

Permeabilitatea determină cât de mult câmpul magnetic într-un anumit mediu este mai mic sau mai mare decât inducția câmpului în vid. Se spune că o substanță este magnetizată dacă are propriul câmp magnetic. Când o substanță este plasată într-un câmp magnetic, aceasta devine magnetizată.

Oamenii de știință au determinat motivul pentru care corpurile dobândesc proprietăți magnetice. Conform ipotezei oamenilor de știință, în interiorul substanțelor există curenți electrici de magnitudine microscopică. Un electron are propriul său moment magnetic, care are o natură cuantică, se mișcă de-a lungul unei anumite orbite în atomi. Acești curenți mici determină proprietățile magnetice.

Dacă curenții se mișcă aleatoriu, atunci câmpurile magnetice cauzate de aceștia se autocompensează. Câmpul exterior face ca curentii să fie ordonați, deci se formează un câmp magnetic. Aceasta este magnetizarea substanței.

Diferite substanțe pot fi împărțite în funcție de proprietățile de interacțiune cu câmpurile magnetice.

Ele sunt împărțite în grupuri:

Paramagneți- substante care au proprietati de magnetizare in directia campului exterior, cu posibilitate redusa de magnetism. Au o putere de câmp pozitivă. Aceste substanțe includ clorura ferică, manganul, platina etc.
Ferimagneți- substanţe cu momente magnetice care sunt dezechilibrate ca direcţie şi valoare. Se caracterizează prin prezența antiferomagnetismului necompensat. Intensitatea câmpului și temperatura afectează susceptibilitatea lor magnetică (diverși oxizi).
feromagneți- substante cu sensibilitate pozitiva crescuta, in functie de intensitate si temperatura (cristale de cobalt, nichel etc.).
Diamagneții– au proprietatea de magnetizare în sens opus câmpului exterior, adică sens negativ susceptibilitate magnetică, independent de intensitate. În absența unui câmp, această substanță nu va avea proprietăți magnetice. Aceste substanțe includ: argint, bismut, azot, zinc, hidrogen și alte substanțe.
Antiferomagneți - au un moment magnetic echilibrat, rezultand formarea grad scăzut magnetizarea materiei. Când sunt încălzite, ele suferă o tranziție de fază a substanței, în care apar proprietăți paramagnetice. Când temperatura scade sub o anumită limită, astfel de proprietăți nu vor apărea (crom, mangan).

Magneții considerați sunt, de asemenea, clasificați în încă două categorii:

Materiale magnetice moi . Au forță coercitivă scăzută. În câmpurile magnetice slabe, ele se pot satura. În timpul procesului de inversare a magnetizării, au pierderi nesemnificative. Ca rezultat, astfel de materiale sunt utilizate pentru producerea de miezuri. Dispozitive electrice funcționează pe tensiune alternativă ( , generator, ).
magnetic dur materiale. Au o valoare crescută a forței coercitive. Pentru a le remagnetiza, este necesar un câmp magnetic puternic. Astfel de materiale sunt utilizate în producția de magneți permanenți.

Proprietăți magnetice diverse substanteîși găsesc utilizarea în proiecte și invenții tehnice.

Circuite magnetice

Combinarea mai multor substanțe magnetice numit circuit magnetic. Sunt asemănări și sunt determinate de legi analoge ale matematicii.

Bazat pe circuite magnetice Dispozitive electrice, inductanță, . Într-un electromagnet funcțional, fluxul curge printr-un circuit magnetic format dintr-un material feromagnetic și aer, care nu este un feromagnet. Combinația acestor componente este un circuit magnetic. Multe dispozitive electrice conțin circuite magnetice în proiectarea lor.

Pentru a înțelege ce este o caracteristică a unui câmp magnetic, ar trebui definite multe fenomene. În același timp, trebuie să vă amintiți în prealabil cum și de ce apare. Aflați care este puterea caracteristică a unui câmp magnetic. De asemenea, este important ca un astfel de câmp să apară nu numai în magneți. În acest sens, nu strica să menționăm caracteristicile câmpului magnetic al pământului.

Apariția câmpului

Pentru început, este necesar să descriem aspectul câmpului. După aceea, puteți descrie câmpul magnetic și caracteristicile acestuia. Apare în timpul mișcării particulelor încărcate. Poate afecta în special conductoarele conductoare. Interacțiunea dintre un câmp magnetic și sarcinile în mișcare, sau conductorii prin care trece curentul, are loc datorită forțelor numite electromagnetice.

Intensitatea sau puterea caracteristică a câmpului magnetic într-un anumit punct spațial este determinată folosind inducția magnetică. Acesta din urmă este notat cu simbolul B.

Reprezentarea grafică a câmpului

Câmpul magnetic și caracteristicile acestuia pot fi reprezentate grafic folosind linii de inducție. Această definiție se numește drepte, tangentele la care în orice punct vor coincide cu direcția vectorului y al inducției magnetice.

Aceste linii sunt incluse în caracteristicile câmpului magnetic și sunt folosite pentru a determina direcția și intensitatea acestuia. Cu cât este mai mare intensitatea câmpului magnetic, cu atât vor fi trase mai multe linii de date.

Ce sunt liniile magnetice

Liniile magnetice ale conductoarelor drepte cu curent au forma unui cerc concentric, al cărui centru este situat pe axa acestui conductor. Direcția liniilor magnetice din apropierea conductoarelor cu curent este determinată de regula brațului, care sună astfel: dacă brațul este amplasat astfel încât să fie înșurubat în conductor în direcția curentului, atunci direcția de rotația mânerului corespunde direcției liniilor magnetice.

Pentru o bobină cu curent, direcția câmpului magnetic va fi determinată și de regula gimletului. De asemenea, este necesar să se rotească mânerul în direcția curentului în spirele solenoidului. Direcția liniilor de inducție magnetică va corespunde cu direcția mișcării de translație a brațului.

Este principala caracteristică a câmpului magnetic.

Creat de un singur curent, în condiții egale, câmpul va diferi în intensitate în diferite medii datorită proprietăților magnetice diferite ale acestor substanțe. Proprietățile magnetice ale mediului sunt caracterizate de permeabilitatea magnetică absolută. Se măsoară în henri pe metru (g/m).

Caracteristica câmpului magnetic include permeabilitatea magnetică absolută a vidului, numită constantă magnetică. Valoarea care determină de câte ori va diferi permeabilitatea magnetică absolută a mediului de constantă se numește permeabilitatea magnetică relativă.

Permeabilitatea magnetică a substanțelor

Aceasta este o cantitate adimensională. Substanțele cu o valoare a permeabilității mai mică de unu se numesc diamagnetice. În aceste substanțe, câmpul va fi mai slab decât în ​​vid. Aceste proprietăți sunt prezente în hidrogen, apă, cuarț, argint etc.

Mediile cu o permeabilitate magnetică mai mare decât unitatea sunt numite paramagnetice. În aceste substanțe, câmpul va fi mai puternic decât în ​​vid. Aceste medii și substanțe includ aer, aluminiu, oxigen, platină.

În cazul substanțelor paramagnetice și diamagnetice, valoarea permeabilității magnetice nu va depinde de tensiunea câmpului extern, magnetizant. Aceasta înseamnă că valoarea este constantă pentru o anumită substanță.

Feromagneții aparțin unui grup special. Pentru aceste substanțe, permeabilitatea magnetică va ajunge la câteva mii sau mai mult. Aceste substanțe, care au proprietatea de a fi magnetizate și de a amplifica câmpul magnetic, sunt utilizate pe scară largă în inginerie electrică.

Puterea câmpului

Pentru a determina caracteristicile câmpului magnetic, împreună cu vectorul de inducție magnetică, se poate folosi o valoare numită intensitatea câmpului magnetic. Acest termen definește intensitatea câmpului magnetic extern. Direcția câmpului magnetic într-un mediu cu aceleași proprietățiîn toate direcţiile vectorul intensitate va coincide cu vectorul de inducţie magnetică în punctul câmpului.

Puterile feromagneților se explică prin prezența în ei a unor piese mici magnetizate arbitrar, care pot fi reprezentate ca magneți mici.

În absența unui câmp magnetic, o substanță feromagnetică poate să nu aibă proprietăți magnetice pronunțate, deoarece câmpurile de domeniu capătă orientări diferite, iar câmpul lor magnetic total este zero.

Conform caracteristicii principale a câmpului magnetic, dacă un feromagnet este plasat într-un câmp magnetic extern, de exemplu, într-o bobină cu curent, atunci sub influența câmpului extern, domeniile se vor întoarce în direcția câmpului extern. . Mai mult, câmpul magnetic de la bobină va crește, iar inducția magnetică va crește. Dacă câmpul extern este suficient de slab, atunci doar o parte din toate domeniile ale căror câmpuri magnetice se apropie de direcția câmpului extern se va răsturna. Pe măsură ce puterea câmpului extern crește, numărul de domenii rotite va crește și ca o anumită valoare tensiunea câmpului extern, aproape toate piesele vor fi desfășurate astfel încât câmpurile magnetice să fie situate în direcția câmpului extern. Această stare se numește saturație magnetică.

Relația dintre inducția magnetică și intensitate

Relația dintre inducția magnetică a unei substanțe feromagnetice și puterea unui câmp extern poate fi reprezentată folosind un grafic numit curbă de magnetizare. La curba graficului curbei, rata de creștere a inducției magnetice scade. După o îndoire, unde tensiunea atinge o anumită valoare, are loc saturația, iar curba se ridică ușor, dobândind treptat forma unei linii drepte. În această secțiune, inducția este în continuare în creștere, dar destul de lent și numai datorită creșterii puterii câmpului extern.

Dependența grafică a acestor indicatori nu este directă, ceea ce înseamnă că raportul lor nu este constant, iar permeabilitatea magnetică a materialului nu este un indicator constant, ci depinde de câmpul extern.

Modificări ale proprietăților magnetice ale materialelor

Cu o creștere a puterii curentului până la saturație completă într-o bobină cu miez feromagnetic și scăderea sa ulterioară, curba de magnetizare nu va coincide cu curba de demagnetizare. Cu intensitate zero, inducția magnetică nu va avea aceeași valoare, dar va dobândi un indicator numit inducția magnetică reziduală. Situația cu întârzierea inducției magnetice din forța de magnetizare se numește histerezis.

Pentru a demagnetiza complet miezul feromagnetic din bobină, este necesar să se dea un curent invers, care va crea tensiunea necesară. Pentru diferite substanțe feromagnetice este necesar un segment de lungimi diferite. Cu cât este mai mare, cu atât este nevoie de mai multă energie pentru demagnetizare. Valoarea la care materialul este complet demagnetizat se numește forță coercitivă.

Cu o creștere suplimentară a curentului în bobină, inducția va crește din nou până la indicele de saturație, dar cu o direcție diferită a liniilor magnetice. La demagnetizarea în sens opus se va obține inducția reziduală. Fenomenul magnetismului rezidual este folosit pentru a crea magneți permanenți din substanțe cu un magnetism rezidual ridicat. Din substanțe care au capacitatea de a se remagnetiza, miezurile sunt create pentru mașini și dispozitive electrice.

regula mana stanga

Forța care acționează asupra unui conductor cu curent are o direcție determinată de regula mâinii stângi: când palma mâinii fecioare este situată în așa fel încât linii magnetice intră în el și patru degete sunt extinse în direcția curentului în conductor, degetul mare îndoit va indica direcția forței. Această forță este perpendiculară pe vectorul de inducție și pe curent.

Un conductor purtător de curent care se mișcă într-un câmp magnetic este considerat un prototip al unui motor electric, care se schimbă energie electricaîn mecanică.

Regula pentru mâna dreaptă

În timpul mișcării conductorului într-un câmp magnetic, în interiorul acestuia este indusă o forță electromotoare, care are o valoare proporțională cu inducția magnetică, lungimea conductorului implicat și viteza de mișcare a acestuia. Această dependență se numește inducție electromagnetică. La determinarea direcției EMF indusă în conductor, se folosește regula mana dreapta: când mâna dreaptă este poziționată la fel ca în exemplul din stânga, liniile magnetice intră în palmă, iar degetul mare indică direcția de mișcare a conductorului, degetele întinse indică direcția EMF indusă. Mișcarea într-un flux magnetic sub influența unui exterior forta mecanica Un conductor este cel mai simplu exemplu de generator electric în care energia mecanică este convertită în energie electrică.

Poate fi formulat diferit: într-un circuit închis, se induce un EMF, cu orice modificare a fluxului magnetic acoperit de acest circuit, EDE din circuit este numeric egal cu rata de modificare a fluxului magnetic care acoperă acest circuit.

Această formă oferă un indicator EMF mediu și indică dependența EMF nu de fluxul magnetic, ci de rata de schimbare a acestuia.

Legea lui Lenz

De asemenea, trebuie să vă amintiți legea lui Lenz: curentul indus de o modificare a câmpului magnetic care trece prin circuit, cu câmpul său magnetic, împiedică această modificare. Dacă spirele bobinei sunt străpunse de fluxuri magnetice de diferite mărimi, atunci EMF indus pe întreaga bobină este egal cu suma EMF în diferite spire. Suma fluxurilor magnetice ale diferitelor spire ale bobinei se numește legătură de flux. Unitatea de măsură a acestei mărimi, precum și fluxul magnetic, este weber.

Când curentul electric din circuit se modifică, se modifică și fluxul magnetic creat de acesta. Cu toate acestea, conform legii inductie electromagnetica, în interiorul conductorului este indus un EMF. Apare în legătură cu o modificare a curentului în conductor, de aceea acest fenomen se numește auto-inducție, iar EMF indus în conductor se numește auto-inducție EMF.

Legătura fluxului și fluxul magnetic depind nu numai de puterea curentului, ci și de dimensiunea și forma unui conductor dat și de permeabilitatea magnetică a substanței înconjurătoare.

inductanța conductorului

Coeficientul de proporționalitate se numește inductanța conductorului. Indică capacitatea unui conductor de a crea o legătură de flux atunci când electricitatea trece prin el. Acesta este unul dintre principalii parametri ai circuitelor electrice. Pentru anumite circuite, inductanța este o constantă. Va depinde de dimensiunea conturului, de configurația acestuia și de permeabilitatea magnetică a mediului. În acest caz, puterea curentului din circuit și fluxul magnetic nu vor conta.

Definițiile și fenomenele de mai sus oferă o explicație a ceea ce este un câmp magnetic. Sunt prezentate și principalele caracteristici ale câmpului magnetic, cu ajutorul cărora se poate defini acest fenomen.