Magnetfältet är detsamma. Egenskaper hos elektromagnetiska vågor

Låt oss tillsammans förstå vad ett magnetfält är. När allt kommer omkring bor många människor i detta område hela livet och tänker inte ens på det. Dags att fixa det!

Ett magnetfält

Ett magnetfält – speciell sort materia. Det visar sig i handling när man flyttar elektriska laddningar och kroppar som har sitt eget magnetiska moment (permanenta magneter).

Viktigt: ett magnetfält verkar inte på stationära laddningar! Ett magnetiskt fält skapas också genom att elektriska laddningar flyttas eller förändras i tid elektriskt fält, eller magnetiska moment av elektroner i atomer. Det vill säga, vilken tråd som helst genom vilken ström flyter blir också en magnet!

En kropp som har ett eget magnetfält.

En magnet har poler som kallas norr och söder. Beteckningarna "norra" och "södra" ges endast för bekvämlighet (som "plus" och "minus" i el).

Magnetfältet representeras av kraft magnetiska linjer. Kraftlinjerna är kontinuerliga och slutna, och deras riktning sammanfaller alltid med fältkrafternas riktning. Om metallspån är utspridda runt en permanentmagnet kommer metallpartiklarna att visa en tydlig bild. kraftlinjer magnetfält som kommer ut från norr och går in i sydpolen. Grafisk egenskap hos magnetfältet - kraftlinjer.

Magnetiska fältegenskaper

De viktigaste egenskaperna hos magnetfältet är magnetisk induktion, magnetiskt flöde och magnetisk permeabilitet. Men låt oss prata om allt i ordning.

Omedelbart noterar vi att alla måttenheter anges i systemet SI.

Magnetisk induktion B - vektor fysisk kvantitet, som är magnetfältets huvudeffektkarakteristik. Betecknas med bokstav B . Måttenheten för magnetisk induktion - Tesla (Tl).

Magnetisk induktion indikerar hur starkt ett fält är genom att bestämma kraften med vilken det verkar på en laddning. Denna kraft kallas Lorentz kraft.

Här q - ladda, v - dess hastighet i ett magnetfält, B - induktion, F är den Lorentz-kraft med vilken fältet verkar på laddningen.

F- en fysisk kvantitet som är lika med produkten av magnetisk induktion av konturens area och cosinus mellan induktionsvektorn och normalen till konturenplanet genom vilket flödet passerar. Magnetiskt flöde är en skalär egenskap hos ett magnetfält.

Vi kan säga att det magnetiska flödet kännetecknar antalet magnetiska induktionslinjer som penetrerar en enhetsarea. Det magnetiska flödet mäts i Weberach (WB).

Magnetisk permeabilitetär koefficienten som bestämmer mediets magnetiska egenskaper. En av parametrarna som den magnetiska induktionen av fältet beror på är den magnetiska permeabiliteten.

Vår planet har varit en enorm magnet i flera miljarder år. Induktionen av jordens magnetfält varierar beroende på koordinaterna. Vid ekvatorn är det cirka 3,1 gånger 10 till Teslas minus femte potens. Dessutom finns det magnetiska anomalier, där fältets värde och riktning skiljer sig markant från närliggande områden. En av de största magnetiska anomalierna på planeten - Kursk och Brasiliansk magnetisk anomali.

Ursprunget till jordens magnetfält är fortfarande ett mysterium för forskare. Det antas att källan till fältet är jordens flytande metallkärna. Kärnan rör sig, vilket innebär att den smälta järn-nickellegeringen rör sig, och rörelsen av laddade partiklar är den elektriska ström som genererar magnetfältet. Problemet är att denna teori geodynamo) förklarar inte hur fältet hålls stabilt.

Jorden är en enorm magnetisk dipol. De magnetiska polerna sammanfaller inte med de geografiska, även om de ligger i närheten. Dessutom rör sig jordens magnetiska poler. Deras förflyttning har registrerats sedan 1885. Till exempel, under de senaste hundra åren har den magnetiska polen på södra halvklotet förskjutits med nästan 900 kilometer och är nu i södra oceanen. Polen på det arktiska halvklotet rör sig över Ishavet mot den östsibiriska magnetiska anomalien, hastigheten på dess rörelse (enligt 2004 data) var cirka 60 kilometer per år. Nu sker en acceleration av polernas rörelse - i genomsnitt växer hastigheten med 3 kilometer per år.

Vilken betydelse har jordens magnetfält för oss? Först och främst skyddar jordens magnetfält planeten från kosmiska strålar och solvinden. Laddade partiklar från rymden faller inte direkt till marken, utan avleds av en jättemagnet och rör sig längs dess kraftlinjer. Allt levande är alltså skyddat från skadlig strålning.

Under jordens historia har det funnits flera inversioner(förändringar) av magnetiska poler. Polinversionär när de byter plats. Förra gången detta fenomen inträffade för cirka 800 tusen år sedan, och det fanns mer än 400 geomagnetiska omkastningar i jordens historia. Vissa forskare tror att, med tanke på den observerade accelerationen av magnetpolernas rörelse, borde nästa polomkastning vara väntas inom de närmaste tusen åren.

Lyckligtvis förväntas ingen polvändning i vårt sekel. Så du kan tänka på det trevliga och njuta av livet i det gamla goda konstantfältet på jorden, efter att ha övervägt magnetfältets huvudegenskaper och egenskaper. Och så att du kan göra detta, det finns våra författare, till vilka du kan anförtro en del av de pedagogiska problemen med förtroende för framgång! och andra typer av arbeten kan du beställa på länken.

Jordens magnetfält

Ett magnetfält är ett kraftfält som verkar på rörliga elektriska laddningar och på kroppar som har ett magnetiskt moment, oavsett tillståndet i deras rörelse.

Källorna till ett makroskopiskt magnetfält är magnetiserade kroppar, strömförande ledare och rörliga elektriskt laddade kroppar. Naturen hos dessa källor är densamma: magnetfältet uppstår som ett resultat av rörelsen av laddade mikropartiklar (elektroner, protoner, joner), och även på grund av närvaron av deras eget (spin) magnetiska moment i mikropartiklarna.

Ett växelmagnetiskt fält uppstår också när det elektriska fältet förändras över tiden. I sin tur, när magnetfältet ändras med tiden, elektriskt fält. Full beskrivning elektriska och magnetiska fält i deras förhållande ger Maxwells ekvationer. För att karakterisera magnetfältet introduceras ofta begreppet fältkraftslinjer (magnetinduktionslinjer).

För att mäta egenskaperna hos magnetfältet och magnetiska egenskaperämnen används olika typer magnetometrar. Enheten för magnetfältsinduktion i CGS-systemet av enheter är Gauss (Gs), in internationella systemet enheter (SI) - Tesla (T), 1 T = 104 Gs. Intensiteten mäts i oersted (Oe) respektive ampere per meter (A / m, 1 A / m \u003d 0,01256 Oe; magnetfältsenergi - i Erg / cm 2 eller J / m 2, 1 J / m 2 \u003d 10 erg/cm2.

Kompass reagerar
till jordens magnetfält

Magnetiska fält i naturen är extremt olika både i sin skala och i de effekter de orsakar. Jordens magnetfält, som bildar jordens magnetosfär, sträcker sig upp till ett avstånd på 70-80 tusen km i solens riktning och många miljoner km i motsatt riktning. På jordens yta är magnetfältet i genomsnitt 50 μT, vid magnetosfärens gräns ~ 10 -3 G. Det geomagnetiska fältet skyddar jordens yta och biosfären från flödet av laddade partiklar från solvinden och delvis från kosmiska strålar. Inverkan av det geomagnetiska fältet i sig på organismernas vitala aktivitet studeras av magnetobiologi. I rymden nära jorden bildar magnetfältet en magnetfälla för laddade partiklar med hög energi – jordens strålningsbälte. Partiklar som finns i strålningsbältet utgör en betydande fara under rymdfärder. Ursprunget till jordens magnetiska fält är associerat med konvektiv rörelser av ledande flytande ämne i jordens kärna.

Direkta mätningar med hjälp av rymdfarkoster visade att de kosmiska kropparna närmast jorden – Månen, planeterna Venus och Mars inte har ett eget magnetfält, liknande jordens. Från andra planeter solsystem bara Jupiter och, tydligen, Saturnus har sina egna magnetfält, tillräckligt för att skapa planetariska magnetiska fällor. Magnetiska fält upp till 10 gauss och ett antal karakteristiska fenomen (magnetiska stormar, synkrotronradioemission och andra) har hittats på Jupiter, vilket indikerar en betydande roll för magnetfältet i planetära processer.

© Foto: http://www.tesis.lebedev.ru
Fotografi av solen
i ett smalt spektrum

Det interplanetära magnetfältet är huvudsakligen fältet för solvinden (solkoronans ständigt expanderande plasma). Nära jordens omloppsbana är det interplanetära fältet ~ 10 -4 -10 -5 Gs. Regelbundenheten hos det interplanetära magnetfältet kan störas på grund av utvecklingen olika sorter plasmainstabilitet, passage av stötvågor och utbredning av strömmar av snabba partiklar som genereras av solflammor.

I alla processer på solen - flammor, uppkomsten av fläckar och prominenser, födelsen av solens kosmiska strålar, spelar magnetfältet en viktig roll. Mätningar baserade på Zeeman-effekten visade att magnetfältet solfläckar når flera tusen gauss, hålls prominenser av fält på ~ 10-100 gauss (med ett medelvärde av solens totala magnetfält ~ 1 gauss).

Magnetiska stormar

Magnetiska stormar är starka störningar av jordens magnetfält, som kraftigt stör det jämna dagliga förloppet av elementen i jordmagnetism. Magnetiska stormar varar från flera timmar till flera dagar och observeras samtidigt över hela jorden.

Som regel består magnetiska stormar av preliminära, initiala och huvudfaser, samt en återhämtningsfas. I den preliminära fasen observeras obetydliga förändringar i det geomagnetiska fältet (främst på höga latituder), liksom exciteringen av karakteristiska kortperiodiska fältsvängningar. Den initiala fasen kännetecknas av en plötslig förändring av enskilda fältkomponenter över hela jorden, och huvudfasen kännetecknas av stora fältfluktuationer och en kraftig minskning av den horisontella komponenten. I återhämtningsfasen för magnetisk storm återgår fältet till sitt normala värde.

Solvindens inverkan
till jordens magnetosfär

Magnetiska stormar orsakas av flöden av solplasma från aktiva områden av solen, överlagrade på en lugn solvind. Därför observeras magnetiska stormar oftare nära maxima för den 11-åriga cykeln av solaktivitet. När solens plasmaflöden når jorden ökar komprimeringen av magnetosfären, vilket orsakar den inledande fasen av en magnetisk storm och tränger delvis in i jordens magnetosfär. Inträdet av högenergipartiklar i jordens övre atmosfär och deras inverkan på magnetosfären leder till generering och förstärkning av elektriska strömmar i den, och når den högsta intensiteten i jonosfärens polära områden, vilket är orsaken till närvaron av en zon på hög latitud av magnetisk aktivitet. Förändringar i de magnetosfäriska-jonosfäriska strömsystemen visar sig på jordens yta i form av oregelbundna magnetiska störningar.

I mikrokosmos fenomen är magnetfältets roll lika väsentlig som på en kosmisk skala. Detta beror på förekomsten av alla partiklar - materiens strukturella element (elektroner, protoner, neutroner), ett magnetiskt moment, såväl som verkan av ett magnetfält på rörliga elektriska laddningar.

Tillämpning av magnetfält inom vetenskap och teknik. Magnetiska fält delas vanligtvis in i svaga (upp till 500 Gs), medium (500 Gs - 40 kGs), starka (40 kGs - 1 MGs) och superstarka (över 1 MGs). Praktiskt taget all elektroteknik, radioteknik och elektronik bygger på användningen av svaga och medelstora magnetfält. Svaga och medelstora magnetiska fält erhålls med hjälp av permanentmagneter, elektromagneter, okylda solenoider, supraledande magneter.

Magnetfältkällor

Alla källor till magnetfält kan delas in i artificiella och naturliga. De huvudsakliga naturliga källorna till magnetfältet är jordens eget magnetfält och solvinden. Alla konstgjorda källor elektromagnetiska fält med vilken vår modern värld och våra hus i synnerhet. Läs mer om, och läs på vår.

Elektrisk transport är en kraftfull källa till magnetfält i intervallet från 0 till 1000 Hz. Järnvägstransporter använder växelström. Stadstrafiken är permanent. De maximala värdena för magnetfältsinduktionen i förorts elektriska transporter når 75 µT, medelvärdena är cirka 20 µT. Medelvärden för fordon som körs av likström fixerad vid 29 μT. I spårvagnar, där returtråden är skenor, kompenserar magnetfälten varandra på mycket större avstånd än trådarna på en trolleybuss, och inne i trolleybussen är magnetfältsfluktuationerna små även vid acceleration. Men de största svängningarna i magnetfältet finns i tunnelbanan. När kompositionen skickas är magnituden på magnetfältet på plattformen 50-100 μT och mer, vilket överstiger det geomagnetiska fältet. Även när tåget för länge sedan försvunnit in i tunneln återgår inte magnetfältet till sitt tidigare värde. Först efter att kompositionen passerat nästa anslutningspunkt till kontaktskenan kommer magnetfältet att återgå till det gamla värdet. Det är sant, ibland har det inte tid: nästa tåg närmar sig redan plattformen, och när det saktar ner ändras magnetfältet igen. I själva bilen är magnetfältet ännu starkare - 150-200 μT, det vill säga tio gånger mer än i ett konventionellt tåg.

Värdena på induktionen av magnetfälten som vi oftast möter i Vardagsliv visas i diagrammet nedan. När man tittar på detta diagram blir det tydligt att vi utsätts för magnetfält hela tiden och överallt. Enligt vissa forskare anses magnetiska fält med en induktion över 0,2 µT vara skadliga. Naturligtvis bör vissa försiktighetsåtgärder vidtas för att skydda oss från de skadliga effekterna av fälten runt omkring oss. Gör bara några enkla regler Du kan avsevärt minska din kropps exponering för magnetfält.

Den nuvarande SanPiN 2.1.2.2801-10 "Ändringar och tillägg nr 1 till SanPiN 2.1.2.2645-10 "Sanitära och epidemiologiska krav på levnadsförhållanden i bostadshus och lokaler" säger följande: "Maximum tillåten nivå försvagning av det geomagnetiska fältet i lokalerna bostadshusär inställd på 1,5". Dessutom är de högsta tillåtna värdena för magnetfältets intensitet och styrka med en frekvens på 50 Hz inställda:

• i bostadsutrymmen - 5 μT eller 4 på morgonen;
• i lokaler för icke-bostäder bostadshus, på bostadsområdet, inklusive på trädgårdstomtens territorium - 10 μT eller 8 A/m.

Baserat på dessa standarder kan alla beräkna hur många elektriska apparater som kan vara på och i standby-läge i varje särskilt rum, eller på grundval av vilka rekommendationer kommer att utfärdas om normalisering av bostadsutrymmet.

Relaterade videoklipp

En liten vetenskaplig film om jordens magnetfält

Referenser

1. Stora sovjetiska encyklopedin.

Det är välkänt att magnetfältet används flitigt i vardagen, på jobbet och i vetenskaplig forskning. Det räcker med att namnge sådana enheter som generatorer växelström, elmotorer, reläer, acceleratorer elementarpartiklar och olika sensorer. Låt oss överväga mer i detalj vad ett magnetfält är och hur det bildas.

Vad är ett magnetfält - definition

Ett magnetfält är ett kraftfält som verkar på rörliga laddade partiklar. Storleken på magnetfältet beror på graden av dess förändring. Enligt denna funktion särskiljs två typer av magnetfält: dynamiska och gravitationella.

Det gravitationsmagnetiska fältet uppstår endast nära elementarpartiklar och bildas beroende på egenskaperna hos deras struktur. Källorna till ett dynamiskt magnetfält är rörliga elektriska laddningar eller laddade kroppar, strömförande ledare, såväl som magnetiserade ämnen.

Magnetfältsegenskaper

Den store franske forskaren André Ampere lyckades ta reda på två grundläggande egenskaper hos magnetfältet:

1. Den största skillnaden mellan ett magnetfält och ett elektriskt fält och dess huvudsakliga egenskap är att det är relativt. Om du tar en laddad kropp, lämnar den orörlig i valfri referensram och placerar en magnetnål i närheten, kommer den som vanligt att peka norrut. Det vill säga, den kommer inte att upptäcka något annat fält än jordens. Om du börjar röra den här laddade kroppen i förhållande till pilen kommer den att börja vända - detta indikerar att när den laddade kroppen rör sig uppstår även ett magnetfält, förutom det elektriska. Således uppstår ett magnetfält om och endast om det finns en rörlig laddning.
2. Magnetfältet verkar på en annan elektrisk ström. Så du kan upptäcka det genom att spåra rörelsen av laddade partiklar - i ett magnetfält kommer de att avvika, ledare med ström kommer att röra sig, ramen med ström kommer att vända, magnetiserade ämnen kommer att skifta. Här bör vi komma ihåg den magnetiska kompassnålen, vanligtvis målad i blå färg– det är bara en bit magnetiserat järn. Den pekar alltid norrut eftersom jorden har ett magnetfält. Hela vår planet är en enorm magnet: det sydmagnetiska bältet ligger på nordpolen och den magnetiska nordpolen ligger vid den sydliga geografiska polen.

Dessutom inkluderar magnetfältets egenskaper följande egenskaper:

1. Magnetfältets styrka beskrivs av magnetisk induktion - detta är en vektormängd som bestämmer styrkan med vilken magnetfältet påverkar rörliga laddningar.
2. Magnetfältet kan vara av konstant och variabel typ. Den första genereras av ett elektriskt fält som inte förändras med tiden, induktionen av ett sådant fält är också oförändrad. Den andra genereras oftast med hjälp av induktorer som drivs av växelström.
3. Magnetfältet kan inte uppfattas av de mänskliga sinnena och registreras endast av speciella sensorer.

När den är ansluten till två parallella ledare elektrisk ström, kommer de att attrahera eller stöta bort, beroende på riktningen (polariteten) för den anslutna strömmen. Detta förklaras av utseendet av en speciell typ av materia runt dessa ledare. Detta ämne kallas magnetfältet (MF). Magnetisk kraft är den kraft med vilken ledarna verkar på varandra.

Teorin om magnetism uppstod i antiken, i Asiens antika civilisation. I Magnesia, i bergen, hittade de en speciell sten, vars delar kunde attraheras till varandra. Efter namnet på platsen kallades denna ras "magneter". En stångmagnet innehåller två poler. Dess magnetiska egenskaper är särskilt uttalade vid polerna.

En magnet som hänger på en tråd visar sidorna av horisonten med sina poler. Dess stolpar kommer att vändas mot norr och söder. Kompassen fungerar enligt denna princip. Motsatta poler av två magneter attraherar och lika poler stöter bort.

Forskare har funnit att en magnetiserad nål, som ligger nära ledaren, avviker när en elektrisk ström passerar genom den. Detta tyder på att en MF bildas runt den.

Magnetfältet påverkar:

Flytta elektriska laddningar.
Ämnen som kallas ferromagneter: järn, gjutjärn, deras legeringar.

Permanenta magneter är kroppar som har ett gemensamt magnetiskt moment av laddade partiklar (elektroner).

1 - Magnetens sydpol
2 - Magnetens nordpol
3 - MP om exemplet med metallspån
4 - Magnetfältets riktning

Fältlinjer uppstår när en permanentmagnet närmar sig ett pappersark som ett lager av järnspån hälls på. Figuren visar tydligt stolparnas platser med orienterade kraftlinjer.

Magnetfältkällor

• Elektriskt fält som förändras med tiden.
• mobilavgifter.
• permanentmagneter.

Vi har känt permanentmagneter sedan barndomen. De användes som leksaker som lockade till sig olika metalldelar. De var fästa i kylskåpet, de var inbyggda i olika leksaker.

Elektriska laddningar som är i rörelse har ofta mer magnetisk energi än permanentmagneter.

Egenskaper

• chef signum och magnetfältets egenskap är relativitet. Om en laddad kropp lämnas orörlig i en viss referensram, och en magnetisk nål placeras i närheten, kommer den att peka mot norr, och samtidigt kommer den inte att "känna" ett främmande fält, förutom jordens fält . Och om den laddade kroppen börjar röra sig nära pilen, kommer magnetfält att dyka upp runt kroppen. Som ett resultat blir det tydligt att MF endast bildas när en viss laddning rör sig.
• Magnetfältet kan påverka och påverka den elektriska strömmen. Det kan detekteras genom att övervaka rörelsen av laddade elektroner. I ett magnetfält kommer partiklar med en laddning att avvika, ledare med en flytande ström kommer att röra sig. Den strömdrivna ramen kommer att rotera, och de magnetiserade materialen kommer att röra sig ett visst avstånd. Kompassnålen är oftast blåfärgad. Det är en remsa av magnetiserat stål. Kompassen är alltid orienterad mot norr, eftersom jorden har ett magnetfält. Hela planeten är som en stor magnet med sina poler.

Magnetfältet uppfattas inte av mänskliga organ, och kan endast detekteras av speciella enheter och sensorer. Den är variabel och permanent. Ett växelfält skapas vanligtvis av speciella induktorer som arbetar på växelström. Ett konstant fält bildas av ett konstant elektriskt fält.

regler

Tänk på de grundläggande reglerna för bilden av ett magnetfält för olika ledare.

gimlet regel

Kraftlinjen är avbildad i ett plan, som är placerat i en vinkel på 90 0 mot strömbanan så att kraften vid varje punkt riktas tangentiellt mot linjen.

För att bestämma riktningen för magnetiska krafter måste du komma ihåg regeln för en gimlet med en högergänga.

Gimlet måste placeras längs samma axel som strömvektorn, handtaget måste vridas så att gimlet rör sig i sin riktning. I det här fallet bestäms linjernas orientering genom att vrida handtaget på gimlet.

Ring Gimlet regel

Den translationella rörelsen av gimlet i ledaren, gjord i form av en ring, visar hur induktionen är orienterad, rotationen sammanfaller med strömflödet.

Kraftlinjerna har sin fortsättning inuti magneten och kan inte vara öppna.

Ett magnetfält olika källor sammanfattat med varandra. Genom att göra det skapar de ett gemensamt fält.

Magneter med samma pol stöter bort varandra, medan de med olika poler attraherar. Värdet av styrkan av interaktion beror på avståndet mellan dem. När polerna närmar sig ökar kraften.

Parametrar för magnetfält

• Stream kedja ( Ψ ).
• Magnetisk induktionsvektor ( PÅ).
• Magnetiskt flöde ( F).

Magnetfältets intensitet beräknas av storleken på den magnetiska induktionsvektorn, som beror på kraften F, och som bildas av strömmen I genom en ledare med en längd l: V \u003d F / (I * l).

Magnetisk induktion mäts i Tesla (Tl), för att hedra vetenskapsmannen som studerade magnetismens fenomen och behandlade deras beräkningsmetoder. 1 T är lika med induktionen av det magnetiska flödet av kraften 1 N på längden 1m rak ledare i vinkel 90 0 till fältets riktning, med en ström på en ampere:

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

vänsterhandsregel

Regeln hittar riktningen för den magnetiska induktionsvektorn.

Om vänster handflata placeras i fältet så att magnetfältets linjer kommer in i handflatan från nordpolen vid 90 0 och 4 fingrar placeras längs strömmen, tumme visar den magnetiska kraftens riktning.

Om ledaren är i en annan vinkel, kommer kraften direkt att bero på strömmen och projektionen av ledaren på ett plan i rät vinkel.

Kraften beror inte på typen av ledarmaterial och dess tvärsnitt. Om det inte finns någon ledare och laddningarna rör sig i ett annat medium, kommer kraften inte att förändras.

När magnetfältsvektorns riktning i en riktning av en storlek, kallas fältet enhetligt. Olika miljöer påverkar storleken på induktionsvektorn.

magnetiskt flöde

Magnetisk induktion som passerar genom ett visst område S och begränsas av detta område är ett magnetiskt flöde.

Om området har en lutning i någon vinkel α mot induktionslinjen, reduceras det magnetiska flödet med storleken på cosinus för denna vinkel. Dess största värde bildas när området är i rät vinkel mot den magnetiska induktionen:

F \u003d B * S.

Magnetiskt flöde mäts i en enhet som t.ex "weber", vilket är lika med flödet av induktion med värdet 1 T efter område i 1 m 2.

Fluxkoppling

Detta koncept används för att skapa allmän betydelse magnetiskt flöde, som skapas av ett visst antal ledare placerade mellan de magnetiska polerna.

När samma ström jag strömmar genom lindningen med antalet varv n, är det totala magnetiska flödet som bildas av alla varven flödeslänken.

Fluxkoppling Ψ mätt i webers och är lika med: Ψ = n * F.

Magnetiska egenskaper

Permeabiliteten avgör hur mycket magnetfältet i ett visst medium är lägre eller högre än fältinduktionen i ett vakuum. Ett ämne sägs vara magnetiserat om det har ett eget magnetfält. När ett ämne placeras i ett magnetfält blir det magnetiserat.

Forskare har bestämt orsaken till att kroppar förvärvar magnetiska egenskaper. Enligt forskarnas hypotes finns det elektriska strömmar av mikroskopisk storlek inuti ämnen. En elektron har sitt eget magnetiska moment, som har en kvantnatur, rör sig längs en viss bana i atomer. Det är dessa små strömmar som bestämmer de magnetiska egenskaperna.

Om strömmarna rör sig slumpmässigt, är magnetfälten som orsakas av dem självkompenserande. Det yttre fältet gör strömmarna ordnade, så ett magnetfält bildas. Detta är magnetiseringen av ämnet.

Olika ämnen kan delas in efter egenskaperna hos interaktion med magnetfält.

De är indelade i grupper:

Paramagneter- ämnen som har magnetiseringsegenskaper i riktning mot det yttre fältet, med låg möjlighet till magnetism. De har en positiv fältstyrka. Dessa ämnen inkluderar järnklorid, mangan, platina, etc.
Ferrimagneter- ämnen med magnetiska moment som är obalanserade i riktning och värde. De kännetecknas av närvaron av okompenserad antiferromagnetism. Fältstyrka och temperatur påverkar deras magnetiska känslighet (olika oxider).
ferromagneter- ämnen med ökad positiv känslighet, beroende på intensitet och temperatur (kristaller av kobolt, nickel, etc.).
Diamagneter- har egenskapen att magnetisera i motsatt riktning av det yttre fältet, dvs. negativ betydelse magnetisk susceptibilitet, oberoende av intensiteten. I frånvaro av ett fält kommer detta ämne inte att ha magnetiska egenskaper. Dessa ämnen inkluderar: silver, vismut, kväve, zink, väte och andra ämnen.
Antiferromagneter - har ett balanserat magnetiskt moment, vilket resulterar i formationen låg grad magnetisering av materia. När de värms upp genomgår de en fasövergång av ämnet, där paramagnetiska egenskaper uppstår. När temperaturen sjunker under en viss gräns kommer sådana egenskaper inte att visas (krom, mangan).

De övervägda magneterna klassificeras också i ytterligare två kategorier:

Mjuka magnetiska material . De har låg tvångskraft. I svaga magnetfält kan de mättas. Under processen med magnetiseringsomkastning har de obetydliga förluster. Som ett resultat används sådana material för tillverkning av kärnor. elektriska apparater arbetar på växelspänning ( , generator, ).
hård magnetisk material. De har ett ökat värde av tvångskraft. För att ommagnetisera dem krävs ett starkt magnetfält. Sådana material används vid tillverkning av permanentmagneter.

Magnetiska egenskaper olika ämnen hitta sin användning i tekniska konstruktioner och uppfinningar.

Magnetiska kretsar

Kombinera flera magnetiska ämnen kallas en magnetisk krets. De är likheter och bestäms av analoga matematiklagar.

Baserat på magnetiska kretsar elektriska apparater, induktans, . I en fungerande elektromagnet strömmar flödet genom en magnetisk krets gjord av ett ferromagnetiskt material och luft, som inte är en ferromagnet. Kombinationen av dessa komponenter är en magnetisk krets. Många elektriska apparater innehåller magnetiska kretsar i sin design.

För att förstå vad som är kännetecken för ett magnetfält bör många fenomen definieras. Samtidigt måste du komma ihåg i förväg hur och varför det visas. Ta reda på vad som är kraftkarakteristiken för ett magnetfält. Det är också viktigt att ett sådant fält inte bara kan uppstå i magneter. I detta avseende skadar det inte att nämna egenskaperna hos jordens magnetfält.

Uppkomsten av fältet

Till att börja med är det nödvändigt att beskriva fältets utseende. Efter det kan du beskriva magnetfältet och dess egenskaper. Det uppträder under rörelsen av laddade partiklar. Kan påverka särskilt ledande ledare. Interaktionen mellan ett magnetfält och rörliga laddningar, eller ledare genom vilka ström flyter, uppstår på grund av krafter som kallas elektromagnetiska.

Intensiteten eller effektkarakteristiken för magnetfältet vid en viss rumslig punkt bestäms med hjälp av magnetisk induktion. Det senare betecknas med symbolen B.

Grafisk representation av fältet

Magnetfältet och dess egenskaper kan representeras grafiskt med hjälp av induktionslinjer. Denna definition kallas linjer, tangenterna till vilka vid vilken punkt som helst kommer att sammanfalla med riktningen för vektorn y för den magnetiska induktionen.

Dessa linjer ingår i magnetfältets egenskaper och används för att bestämma dess riktning och intensitet. Ju högre intensitet magnetfältet har, desto fler datalinjer kommer att ritas.

Vad är magnetiska linjer

De magnetiska linjerna av raka ledare med ström har formen av en koncentrisk cirkel, vars centrum är beläget på denna ledares axel. Riktningen för de magnetiska linjerna nära ledarna med ström bestäms av regeln för gimlet, som låter så här: om gimlet är placerad så att den kommer att skruvas in i ledaren i strömriktningen, då riktningen av vridning av handtaget motsvarar magnetlinjernas riktning.

För en spole med ström kommer magnetfältets riktning också att bestämmas av gimletregeln. Det är också nödvändigt att vrida handtaget i strömriktningen i solenoidens varv. Riktningen på linjerna för magnetisk induktion kommer att motsvara riktningen för translatorns rörelse hos gimlet.

Det är det huvudsakliga kännetecknet för magnetfältet.

Skapat av en ström, under lika förhållanden, kommer fältet att skilja sig i sin intensitet i olika medier på grund av de olika magnetiska egenskaperna i dessa ämnen. Mediets magnetiska egenskaper kännetecknas av absolut magnetisk permeabilitet. Det mäts i höns per meter (g/m).

Egenskapen för magnetfältet inkluderar vakuumets absoluta magnetiska permeabilitet, kallad magnetkonstanten. Värdet som bestämmer hur många gånger mediets absoluta magnetiska permeabilitet kommer att skilja sig från konstanten kallas den relativa magnetiska permeabiliteten.

Magnetisk permeabilitet av ämnen

Detta är en dimensionslös mängd. Ämnen med ett permeabilitetsvärde på mindre än ett kallas diamagnetiska. I dessa ämnen kommer fältet att vara svagare än i vakuum. Dessa egenskaper finns i väte, vatten, kvarts, silver, etc.

Medier med en magnetisk permeabilitet som är större än enhet kallas paramagnetiska. I dessa ämnen kommer fältet att vara starkare än i vakuum. Dessa medier och ämnen inkluderar luft, aluminium, syre, platina.

När det gäller paramagnetiska och diamagnetiska ämnen kommer värdet av magnetisk permeabilitet inte att bero på spänningen hos det externa, magnetiserande fältet. Det betyder att värdet är konstant för ett visst ämne.

Ferromagneter tillhör en speciell grupp. För dessa ämnen kommer den magnetiska permeabiliteten att nå flera tusen eller mer. Dessa ämnen, som har egenskapen att magnetiseras och förstärka magnetfältet, används i stor utsträckning inom elektroteknik.

Fältstyrka

För att bestämma magnetfältets egenskaper, tillsammans med den magnetiska induktionsvektorn, kan ett värde som kallas magnetfältets styrka användas. Denna term definierar intensiteten av det externa magnetfältet. Riktningen av magnetfältet i ett medium med samma egenskaper i alla riktningar kommer intensitetsvektorn att sammanfalla med den magnetiska induktionsvektorn vid fältpunkten.

Styrkan hos ferromagneter förklaras av närvaron i dem av godtyckligt magnetiserade små delar, som kan representeras som små magneter.

I frånvaro av ett magnetfält kan ett ferromagnetiskt ämne inte ha uttalade magnetiska egenskaper, eftersom domänfälten får olika orienteringar och deras totala magnetfält är noll.

Enligt huvudkarakteristiken för magnetfältet, om en ferromagnet placeras i ett externt magnetfält, till exempel i en spole med ström, kommer domänerna under påverkan av det yttre fältet att vända sig i riktning mot det yttre fältet . Dessutom kommer magnetfältet vid spolen att öka, och den magnetiska induktionen kommer att öka. Om det yttre fältet är tillräckligt svagt kommer bara en del av alla domäner vars magnetfält närmar sig det yttre fältets riktning att vända. När styrkan på det externa fältet ökar, kommer antalet roterade domäner att öka, och som visst värde spänning i det yttre fältet kommer nästan alla delar att utplaceras så att magnetfälten är placerade i riktning mot det yttre fältet. Detta tillstånd kallas magnetisk mättnad.

Samband mellan magnetisk induktion och intensitet

Förhållandet mellan den magnetiska induktionen av ett ferromagnetiskt ämne och styrkan hos ett yttre fält kan avbildas med hjälp av en graf som kallas magnetiseringskurvan. Vid kurvans kurvdiagram minskar ökningshastigheten för magnetisk induktion. Efter en böj, där spänningen når en viss nivå, uppstår mättnad, och kurvan stiger något och gradvis får formen av en rak linje. I detta avsnitt växer induktionen fortfarande, men ganska långsamt och bara på grund av en ökning av styrkan hos det yttre fältet.

Det grafiska beroendet av dessa indikatorer är inte direkt, vilket innebär att deras förhållande inte är konstant, och materialets magnetiska permeabilitet är inte en konstant indikator, utan beror på det yttre fältet.

Förändringar i materialens magnetiska egenskaper

Med en ökning av strömstyrkan till full mättnad i en spole med en ferromagnetisk kärna och dess efterföljande minskning kommer magnetiseringskurvan inte att sammanfalla med avmagnetiseringskurvan. Med noll intensitet kommer den magnetiska induktionen inte att ha samma värde, utan kommer att få någon indikator som kallas restmagnetisk induktion. Situationen med eftersläpning av magnetisk induktion från magnetiseringskraften kallas hysteres.

För att helt avmagnetisera den ferromagnetiska kärnan i spolen är det nödvändigt att ge en omvänd ström, vilket kommer att skapa den nödvändiga spänningen. För olika ferromagnetiska ämnen behövs ett segment av olika längd. Ju större den är, desto mer energi behövs för avmagnetisering. Värdet vid vilket materialet är helt avmagnetiserat kallas för tvångskraften.

Med en ytterligare ökning av strömmen i spolen kommer induktionen återigen att öka till mättnadsindex, men med en annan riktning av magnetlinjerna. Vid avmagnetisering i motsatt riktning erhålls restinduktion. Fenomenet restmagnetism används för att skapa permanenta magneter av ämnen med hög restmagnetism. Från ämnen som har förmågan att ommagnetisera skapas kärnor för elektriska maskiner och enheter.

vänsterhandsregel

Kraften som verkar på en ledare med ström har en riktning som bestäms av regeln för vänster hand: när jungfruhandens handflata är placerad på ett sådant sätt att magnetiska linjer in i den, och fyra fingrar sträcks ut i riktning mot strömmen i ledaren, kommer den böjda tummen att indikera kraftens riktning. Denna kraft är vinkelrät mot induktionsvektorn och strömmen.

En strömförande ledare som rör sig i ett magnetfält anses vara en prototyp av en elektrisk motor, som förändras elektrisk energi till mekaniska.

Högerhandsregel

Under ledarens rörelse i ett magnetfält induceras en elektromotorisk kraft inuti den, som har ett värde som är proportionellt mot den magnetiska induktionen, längden på den inblandade ledaren och hastigheten på dess rörelse. Detta beroende kallas elektromagnetisk induktion. Vid bestämning av riktningen för den inducerade EMF i ledaren används regeln höger hand: när höger hand är placerad på samma sätt som i exemplet från vänster kommer magnetlinjerna in i handflatan, och tummen indikerar ledarens rörelseriktning, de utsträckta fingrarna indikerar riktningen för den inducerade EMF. Rör sig i ett magnetiskt flöde under påverkan av en yttre mekanisk kraft En ledare är det enklaste exemplet på en elektrisk generator där mekanisk energi omvandlas till elektrisk energi.

Det kan formuleras annorlunda: i en sluten krets induceras en EMF, med varje förändring i det magnetiska flödet som täcks av denna krets, är EDE i kretsen numeriskt lika med förändringshastigheten för det magnetiska flödet som täcker denna krets.

Detta formulär ger en genomsnittlig EMF-indikator och indikerar EMF:s beroende inte av det magnetiska flödet, utan på hastigheten för dess förändring.

Lenz lag

Du måste också komma ihåg Lenz lag: strömmen som induceras av en förändring i magnetfältet som passerar genom kretsen, med dess magnetfält, förhindrar denna förändring. Om spolvarven genomborras av magnetiska flöden av olika storlek, är EMF som induceras på hela spolen lika med summan av EMF i olika varv. Summan av de magnetiska flödena av olika varv av spolen kallas flödeslänkning. Måttenheten för denna kvantitet, liksom det magnetiska flödet, är weber.

När den elektriska strömmen i kretsen ändras ändras också det magnetiska flödet som skapas av den. Dock enligt lagen elektromagnetisk induktion, en EMF induceras inuti ledaren. Det uppträder i samband med en förändring av strömmen i ledaren, därför kallas detta fenomen för självinduktion, och EMF som induceras i ledaren kallas självinduktion EMF.

Fluxlänkning och magnetiskt flöde beror inte bara på strömstyrkan, utan också på storleken och formen på en given ledare och den magnetiska permeabiliteten hos det omgivande ämnet.

ledarinduktans

Proportionalitetskoefficienten kallas ledarens induktans. Det betecknar en ledares förmåga att skapa flödeslänkning när elektricitet passerar genom den. Detta är en av huvudparametrarna för elektriska kretsar. För vissa kretsar är induktansen en konstant. Det kommer att bero på storleken på konturen, dess konfiguration och mediets magnetiska permeabilitet. I det här fallet kommer strömstyrkan i kretsen och det magnetiska flödet inte att spela någon roll.

Ovanstående definitioner och fenomen ger en förklaring av vad ett magnetfält är. Det magnetiska fältets huvudegenskaper ges också, med hjälp av vilket det är möjligt att definiera detta fenomen.