Магнітне поле рівне. Властивості електромагнітних хвиль

Давайте разом розумітися на тому, що таке магнітне поле. Адже багато людей живуть у цьому полі все життя і навіть не замислюються над ним. Час це виправити!

Магнітне поле

Магнітне поле – особливий видматерії. Воно проявляється у дії на які рухаються електричні зарядиі тіла, які мають власний магнітний момент (постійні магніти).

Важливо: на нерухомі заряди магнітне поле діє! Створюється магнітне поле також електричними зарядами, що рухаються, або змінюються в часі електричним полем, або магнітними моментами електронів у атомах. Тобто будь-який провід, яким тече струм, стає також і магнітом!

Тіло, що має власне магнітне поле.

Магніт має полюси, звані північним і південним. Позначення "північний" та "південний" дано лише для зручності (як "плюс" та "мінус" в електриці).

Магнітне поле зображається за допомогою силових магнітних ліній. Силові лінії безперервні і замкнуті, які напрям завжди збігається з напрямом дії сил поля. Якщо навколо постійного магніту розсипати металеву стружку, то частинки металу покажуть наочну картину. силових лініймагнітного поля, що виходять із північного та входять у південний полюс. Графічна характеристика магнітного поля – силові лінії.

Характеристики магнітного поля

Основними характеристиками магнітного поля є магнітна індукція, магнітний потік і магнітна проникність. Але давайте про все по порядку.

Відразу зазначимо, що всі одиниці виміру наводяться у системі СІ.

Магнітна індукція B - Векторна фізична величина, що є основною силовою характеристикою магнітного поля Позначається буквою B . Одиниця виміру магнітної індукції – Тесла (Тл).

Магнітна індукція показує, наскільки сильним є поле, визначаючи силу, з якою воно діє на заряд. Ця сила називається силою Лоренця.

Тут q - Заряд, v - його швидкість у магнітному полі, B - індукція, F - сила Лоренца, з якою поле діє заряд.

Ф– фізична величина, що дорівнює добутку магнітної індукції на площу контуру та косинус між вектором індукції та нормаллю до площини контуру, через який проходить потік. Магнітний потік – скалярна характеристика магнітного поля.

Можна сказати, що магнітний потік характеризує кількість ліній магнітної індукції, що пронизують одиницю площі. Магнітний потік вимірюється в Веберах (Вб).

Магнітна проникність- Коефіцієнт, що визначає магнітні властивості середовища. Одним із параметрів, від яких залежить магнітна індукція поля, є магнітна проникність.

Наша планета протягом кількох мільярдів років є величезним магнітом. Індукція магнітного поля Землі змінюється в залежності від координат. На екваторі вона дорівнює приблизно 3,1 на 10 мінус п'ятого ступеня Тесла. До того ж існують магнітні аномалії, де значення та напрямок поля суттєво відрізняються від сусідніх областей. Одні з найбільших магнітних аномалій на планеті Курськаі Бразильська магнітні аномалії.

Походження магнітного поля Землі досі залишається загадкою для вчених. Передбачається, що джерелом поля є рідке металеве ядро ​​Землі. Ядро рухається, отже, рухається розплавлений залізо-нікелевий сплав, а рух заряджених частинок - це і є електричний струм, що породжує магнітне поле. Проблема в тому, що ця теорія ( геодинамо) не пояснює того, як поле зберігається стійким.

Земля – величезний магнітний диполь.Магнітні полюси не збігаються з географічними, хоч і перебувають у безпосередній близькості. Більше того, магнітні полюси Землі рухаються. Їхнє зміщення реєструється з 1885 року. Наприклад, за останні сто років магнітний полюс у Південній півкулі змістився майже на 900 кілометрів і зараз перебуває у Південному океані. Полюс арктичної півкулі рухається через Північний Льодовитий океан до Східно-Сибірської магнітної аномалії, швидкість його пересування (за даними 2004 року) склала близько 60 кілометрів на рік. Наразі спостерігається прискорення руху полюсів – у середньому швидкість зростає на 3 кілометри на рік.

Яким є значення магнітного поля Землі для нас?Насамперед магнітне поле Землі захищає планету від космічних променів та сонячного вітру. Заряджені частинки далекого космосу не падають прямо на землю, а відхиляються гігантським магнітом і рухаються вздовж його силових ліній. Таким чином, все живе виявляється захищеним від згубної радіації.

За історію Землі відбувалося кілька інверсій(Змін) магнітних полюсів. Інверсія полюсів- Це коли вони міняються місцями. Останній раз це явище сталося близько 800 тисяч років тому, а всього геомагнітних інверсій в історії Землі було більше 400. Деякі вчені вважають, що з урахуванням прискорення руху магнітних полюсів наступної інверсії полюсів, що спостерігається, слід очікувати в найближчі пару тисяч років.

На щастя, у нашому столітті зміни полюсів поки що не очікується. А значить, можна думати про приємне і насолоджуватися життям у старому доброму постійному полі Землі, розглянувши основні властивості та характеристики магнітного поля. А щоб Ви могли це робити, існують наші автори, яким можна з впевненістю в успіху доручити частину навчальних турбот! та інші типи робіт ви можете замовити за посиланням.

Магнітне поле Землі

Магнітне поле — це силове поле, що діє на електричні заряди, що рухаються, і на тіла, що володіють магнітним моментом, незалежно від стану їх руху.

Джерелами макроскопічного магнітного поля є намагнічені тіла, провідники зі струмом і електрично заряджені тіла, що рухаються. Природа цих джерел є єдиною: магнітне поле виникає в результаті руху заряджених мікрочастинок (електронів, протонів, іонів), а також завдяки наявності у мікрочастинок власного (спинового) магнітного моменту.

Змінне магнітне поле виникає також за зміни в часі електричного поля. У свою чергу при зміні в часі магнітного поля виникає електричне поле. Повний описелектричного і магнітного полів у тому взаємозв'язку дають Максвелла рівняння. Для характеристики магнітного поля часто запроваджують поняття силових ліній поля (ліній магнітної індукції).

Для вимірювання характеристик магнітного поля та магнітних властивостейречовин застосовують різного типумагнітометри. Одиницею індукції магнітного поля в системі одиниць СГС є Гаус (Гс), Міжнародній системіодиниць (СІ) – Тесла (Тл), 1 Тл = 104 Гс. Напруженість вимірюється відповідно в ерстедах (Е) і амперах на метр (А/м, 1 А/м = 0,01256 Е; енергія магнітного поля - в Ерг/см 2 або Дж/м 2 , 1 Дж/м 2 = 10 ерг/см 2 .

Компас реагує
на магнітне поле Землі

Магнітні поля в природі надзвичайно різноманітні як за своїми масштабами, так і за ефектами, що викликаються ними. Магнітне поле Землі, що утворює земну магнітосферу, простягається до відстані в 70-80 тисяч кілометрів у напрямку до Сонця і на багато мільйонів кілометрів у протилежному напрямку. У Землі магнітне полі дорівнює в середньому 50 мкТл, на межі магнітосфери ~ 10 -3 Гс. Геомагнітне поле екранує поверхню Землі та біосферу від потоку заряджених частинок сонячного вітру та частково космічних променів. Вплив геомагнітного поля на життєдіяльність організмів вивчає магнітобіологія. У навколоземному просторі магнітне поле утворює магнітну пастку для заряджених частинок високих енергій – радіаційний пояс Землі. Частки, що містяться в радіаційному поясі, становлять значну небезпеку при польотах в космос. Походження магнітного поля Землі пов'язують із конвективними рухами провідного рідкої речовиниу земному ядрі.

Безпосередні виміри за допомогою космічних апаратів показали, що найближчі до Землі космічні тіла - Місяць, планети Венера та Марс не мають власного магнітного поля, подібного до земного. З інших планет Сонячної системиТільки Юпітер і, мабуть, Сатурн мають власні магнітні поля, достатні для створення планетарних магнітних пасток. На Юпітері виявлено магнітні поля до 10 Гс та ряд характерних явищ (магнітні бурі, синхротронне радіовипромінювання та інші), що вказують на значну роль магнітного поля у планетарних процесах.

© Фото: http://www.tesis.lebedev.ru
Світлина Сонця
у вузькому спектрі

Міжпланетне магнітне поле - це головним чином поле сонячного вітру (плазми сонячної корони, що безперервно розширюється). Поблизу орбіти Землі міжпланетне поле ~ 10 -4 -10 -5 Гс. Регулярність міжпланетного магнітного поля може порушуватися через розвиток різних видівплазмової нестійкості, проходження ударних хвиль та поширення потоків швидких частинок, народжених сонячними спалахами.

У всіх процесах на Сонці - спалахах, появі плям та протуберанців, народженні сонячних космічних променів магнітне поле відіграє найважливішу роль. Вимірювання, що базуються на ефекті Зеемана, показали, що магнітне поле сонячних плямдосягає кількох тисяч Гс, протуберанці утримуються полями ~ 10-100 Гс (при середньому значенні загального магнітного поля Сонця ~ 1 Гс).

Магнітні бурі

Магнітні бурі - сильні збурення магнітного поля Землі, що різко порушують плавний добовий перебіг елементів земного магнетизму. Магнітні бурі тривають від кількох годин до кількох діб і спостерігаються одночасно по всій Землі.

Як правило, магнітні бурі складаються з попередньої, початкової та головної фаз, а також фази відновлення. У попередній фазі спостерігаються незначні зміни геомагнітного поля (переважно у високих широтах), і навіть порушення характерних короткоперіодичних коливань поля. Початкова фаза характеризується раптовою зміною окремих складових поля по всій Землі, а головна - великими коливаннями поля та сильним зменшенням горизонтальної складової. У фазі відновлення магнітної бурі поле повертається до свого нормального значення.

Вплив сонячного вітру
на магнітосферу Землі

Магнітні бурі викликаються потоками сонячної плазми з активних областей Сонця, що накладаються на спокійний вітер. Тому магнітні бурі найчастіше спостерігаються поблизу максимумів 11-річного циклу сонячної активності. Досягаючи Землі, потоки сонячної плазми збільшують стиск магнітосфери, викликаючи початкову фазу магнітної бурі і частково проникають всередину магнітосфери Землі. Попадання частинок високих енергій у верхню атмосферу Землі та їх вплив на магнітосферу призводять до генерації та посилення в ній електричних струмів, що досягають найбільшої інтенсивності у полярних областях іоносфери, з чим пов'язана наявність високоширотної зони магнітної активності. Зміни магнітосферно-іоносферних струмових систем виявляються на поверхні Землі у вигляді іррегулярних магнітних збурень.

У явищах мікросвіту роль магнітного поля настільки ж істотна, як у космічних масштабах. Це пояснюється існуванням у всіх частинок - структурних елементів речовини (електронів, протонів, нейтронів), магнітного моменту, а також дією магнітного поля на електричні заряди, що рухаються.

Застосування магнітних полів у науці та техніці. Магнітні поля зазвичай поділяють на слабкі (до 500 Гс), середні (500 Гс – 40 кГс), сильні (40 кГс – 1 МГс) та надсильні (понад 1 МГс). На використанні слабких та середніх магнітних полів заснована практично вся електротехніка, радіотехніка та електроніка. Слабкі та середні магнітні поля отримують за допомогою постійних магнітів, електромагнітів, неохолоджуваних соленоїдів, надпровідних магнітів.

Джерела магнітного поля

Усі джерела магнітних полів можна розділити на штучні та природні. Основними природними джерелами магнітного поля є власне магнітне поле планети Земля та сонячний вітер. До штучних джерел можна віднести все електромагнітні поля, якими так рясніє наш сучасний світ, та наші будинки зокрема. Докладніше про, і читайте на нашому.

Транспорт на електропривод є потужним джерелом магнітного поля в діапазоні від 0 до 1000 Гц. Залізничний транспортвикористовує змінний струм. Міський транспорт – постійний. Максимальні значення індукції магнітного поля у приміському електротранспорті досягають 75 мкТл, середні значення – близько 20 мкТл. Середні значення на транспорті з приводом від постійного струмузафіксовано на рівні 29 мкТл. У трамваїв, де зворотний провід - рейки, магнітні поля компенсують один одного на набагато більшій відстані, ніж у дротів тролейбуса, а всередині тролейбуса коливання магнітного поля невеликі навіть при розгоні. Але найбільші коливання магнітного поля – у метро. При відправленні складу величина магнітного поля на платформі становить 50-100 мкТл та більше, перевищуючи геомагнітне поле. Навіть коли поїзд давно зник у тунелі, магнітне поле не повертається до колишнього значення. Лише після того, як склад пройде наступну точку підключення до контактної рейки, магнітне поле повернеться до старого значення. Щоправда, іноді не встигає: до платформи вже наближається наступний поїзд і за його гальмування магнітне поле знову змінюється. У самому вагоні магнітне поле ще сильніше - 150-200 мкТл, тобто вдесятеро більше, ніж у звичайній електричці.

Значення індукції магнітних полів, що найчастіше зустрічаються нами в повсякденному життінаведено на діаграмі нижче. Дивлячись на цю діаграму стає ясно, що ми зазнаємо впливу магнітних полів постійно і повсюдно. На думку вчених, шкідливими вважаються магнітні поля з індукцією понад 0,2 мкТл. Природно, що слід вживати певних запобіжних заходів, щоб убезпечити себе від згубного впливу навколишніх полів. Просто виконуючи кілька нескладних правилВи можете значно знизити вплив магнітних полів на свій організм.

У діючих СанПіН 2.1.2.2801-10 «Зміни та доповнення №1 до СанПіН 2.1.2.2645-10 «Санітарно-епідеміологічні вимоги до умов проживання в житлових будинках та приміщеннях» сказано таке: допустимий рівеньослаблення геомагнітного поля у приміщеннях житлових будівельвстановлюється рівним 1,5". Також встановлені гранично допустимі значення інтенсивності та напруженості магнітного поля частотою 50 Гц:

• у житлових приміщеннях - 5 мкТлабо 4 А/м;
• в нежитлових приміщенняхжитлових будинків, на селитебній території, у тому числі на території садових ділянок. 10 мкТлабо 8 А/м.

Виходячи із зазначених нормативів кожен може розрахувати скільки електричних приладів може перебувати у включеному стані та в стані очікування в кожному конкретному приміщенні або ж, на підставі якого будуть видані рекомендації щодо нормалізації житлового простору.

Відеоматеріали на тему

Невеликий науковий фільм про магнітне поле Землі

Використана література

1. Велика Радянська Енциклопедія.

Добре відомо широке застосування магнітного поля в побуті, на виробництві та наукових дослідженнях. Достатньо назвати такі пристрої, як генератори змінного струму, електродвигуни, реле, прискорювачі елементарних частинокта різні датчики. Розглянемо докладніше, що являє собою магнітне поле і як воно утворюється.

Що таке магнітне поле - визначення

Магнітне поле - це силове поле, що діє на заряджені частинки, що рухаються. Розмір магнітного поля залежить від швидкості його зміни. Відповідно до цієї ознаки виділяють два типи магнітного поля: динамічне та гравітаційне.

Гравітаційне магнітне поле виникає лише поблизу елементарних частинок і формується залежно від особливостей їхньої будови. Джерелами динамічного магнітного поля є електричні заряди, що рухаються, або заряджені тіла, провідники зі струмом, а також намагнічені речовини.

Властивості магнітного поля

Великому французькому вченому Андре Амперу вдалося з'ясувати дві основні властивості магнітного поля:

1. Основна відмінність магнітного поля від електричного та його основна властивість полягає в тому, що воно має відносний характер. Якщо ви візьмете заряджене тіло, залиште його нерухомим в будь-якій системі відліку і помістіть поруч магнітну стрілку, вона буде, як завжди, вказувати на північ. Тобто вона не виявить жодного поля, окрім земного. Якщо ж ви почнете переміщати це заряджене тіло щодо стрілки, то вона почне повертатися - це говорить про те, що під час руху зарядженого тіла виникає ще й магнітне поле, крім електричного. Таким чином, магнітне поле з'являється тоді і тільки тоді, коли є заряд, що рухається.
2. Магнітне поле діє інший електричний струм. Так, виявити його можна, простеживши рух заряджених частинок, - у магнітному полі вони відхилятимуться, провідники зі струмом рухатимуться, рамка зі струмом повертатиметься, намагнічені речовини зміщуватимуться. Тут слід згадати магнітну стрілку компаса, зазвичай пофарбовану в синій колір, - Адже це просто шматочок намагніченого заліза. Він завжди орієнтується на північ, тому що Земля має магнітне поле. Вся наша планета є величезним магнітом: на Північному полюсі розташований південний магнітний пояс, а на Південному географічному полюсі знаходиться північний магнітний полюс.

Крім цього, до властивостей магнітного поля відносять такі характеристики:

1. Сила магнітного поля описується магнітною індукцією - це векторна величина, що визначає, з якою силою магнітне поле впливає на заряди, що рухаються.
2. Магнітне поле може бути постійного та змінного типу. Перше породжується електричним полем, що не змінюється в часі, індукція такого поля також незмінна. Друге найчастіше генерується за допомогою індукторів, що живляться змінним струмом.
3. Магнітне поле не може бути сприйняте органами чуття людини і фіксується лише спеціальними датчиками.

При підключенні до двох паралельних провідників електричного струму, вони будуть притягуватися або відштовхуватись, залежно від напрямку (полярності) підключеного струму. Це пояснюється явищем виникнення матерії особливий навколо цих провідників. Ця матерія називається магнітним полем (МП). Магнітною силою називається сила, з якою провідники діють один на одного.

Теорія магнетизму виникла ще в давнину, в античній цивілізації Азії. У Магнезії у горах знайшли особливу породу, шматки якої могли притягатися між собою. Назвою місця цю породу назвали «магнетиками». Стрижневий магніт містить два полюси. На полюсах особливо виявляються його магнітні властивості.

Магніт, що висить на нитці, своїми полюсами показуватиме сторони горизонту. Його полюси будуть повернуті на північ та південь. На такому принципі діє пристрій компасу. Різноіменні полюси двох магнітів притягуються, а однойменні відштовхуються.

Вчені виявили, що намагнічена стрілка, що знаходиться біля провідника, відхиляється при проходженні електричним струмом. Це свідчить, що навколо нього утворюється МП.

Магнітне поле впливає на:

Електричні заряди, що переміщаються.
Речовини, які називаються феромагнетиками: залізо, чавун, їх сплави.

Постійні магніти – тіла, які мають загальний магнітний момент заряджених частинок (електронів).

1 - Південний полюс магніту
2 - Північний полюс магніту
3 — МП на прикладі металевої тирси
4 - Напрямок магнітного поля

Силові лінії з'являються при наближенні постійного магніту до паперового листа, на який насипаний шар залізної тирси. На малюнку чітко видно місця полюсів із орієнтованими силовими лініями.

Джерела магнітного поля

• Електричне поле, що змінюється у часі.
• Рухливі заряди.
• Постійні магніти.

З дитинства нам знайомі постійні магніти. Вони використовувалися як іграшки, які притягували до себе різні металеві деталі. Їх прикріплювали до холодильника, вони були вбудовані у різні іграшки.

Електричні заряди, що перебувають у русі, найчастіше мають більше магнітної енергії, порівняно з постійними магнітами.

Властивості

• Головним відмітною ознакоюта властивістю магнітного поля є відносність. Якщо нерухомо залишити заряджене тіло в деякій системі відліку, а поруч розташувати магнітну стрілку, вона вкаже на північ, і при цьому не «відчує» стороннього поля, крім поля землі. А якщо заряджене тіло почати рухати біля стрілки, навколо тіла з'явиться МП. Через війну стає зрозуміло, що МП формується лише за пересуванні деякого заряду.
• Магнітне поле здатне впливати та впливати на електричний струм. Його можна знайти, якщо проконтролювати рух заряджених електронів. У магнітному полі частинки із зарядом відхиляться, провідники з струмом, що протікають, будуть переміщатися. Рамка з підключеним живленням струму повертається, а намагнічені матеріали перемістяться на деяку відстань. Стрілка компаса найчастіше забарвлюється у синій колір. Вона є смужкою намагніченої сталі. Компас орієнтується завжди північ, оскільки Землі є МП. Вся планета – це великий магніт зі своїми полюсами.

Магнітне поле не сприймається людськими органами, і може фіксуватися лише спеціальними приладами та датчиками. Воно буває змінного та постійного вигляду. Змінне поле зазвичай створюється спеціальними індукторами, які працюють від змінного струму. Постійне поле формується постійним електричним полем.

Правила

Розглянемо основні правила зображення магнітного поля різних провідників.

Правило буравчика

Силова лінія зображується в площині, яка розташована під кутом 90 0 шляху руху струму таким чином, щоб у кожній точці сила була спрямована по дотичній до лінії.

Щоб визначити напрямок магнітних сил, потрібно згадати правило буравчика з правим різьбленням.

Буравчик потрібно розташувати по одній осі з вектором струму, рукоятку обертати таким чином, щоб буравчик рухався у бік напряму. І тут орієнтація ліній визначиться обертанням рукоятки буравчика.

Правило буравчика для кільця

Поступальне переміщення буравчика у провіднику, виконаному як кільця, показує, як орієнтована індукція, обертання збігається з течією струму.

Силові лінії мають своє продовження всередині магніту і не можуть бути розімкнуті.

Магнітне поле різних джерелпідсумовуються між собою. У цьому вони створюють спільне поле.

Магніти з однаковими полюсами відштовхуються, з різними – притягуються. Значення сили взаємодії залежить від віддаленості між ними. При наближенні полюсів сила зростає.

Параметри магнітного поля

• Зчеплення потоків ( Ψ ).
• Вектор магнітної індукції ( В).
• Магнітний потік ( Ф).

Інтенсивність магнітного поля обчислюється розміром вектора магнітної індукції, яка залежить від сили F, та формується струмом I по провіднику, що має довжину l: В = F / (I * l).

Магнітна індукція вимірюється в Тесла (Тл), на честь вченого, який вивчав явища магнетизму та займався їх методами розрахунку. 1 Тл дорівнює індукції магнітного потоку силою 1 Нна довжині 1 мпрямого провідника, що знаходиться під кутом 90 0 до напрямку поля, при струмі в один ампер:

1 Тл = 1 х Н/(А х м).

Правило лівої руки

Правило знаходить напрямок вектора магнітної індукції.

Якщо долоню лівої руки розмістити в полі, щоб лінії магнітного поля входили в долоню з північного полюса під 90 0 а 4 пальця розмістити за течією струму, великий палецьпокаже напрямок магнітної сили.

Якщо провідник знаходиться під іншим кутом, то сила прямо залежатиме від струму та проекції провідника на площину, що знаходиться під прямим кутом.

Сила не залежить від виду матеріалу провідника та його перерізу. Якщо провідника немає, а заряди рухаються в іншому середовищі, то сила не зміниться.

При напрямку вектора магнітного поля в один бік однієї величини поле називається рівномірним. Різні середовища впливають розмір вектора індукції.

Магнітний потік

Магнітна індукція, що проходить деякою площею S і обмежена цією площею, є магнітним потоком.

Якщо площа має нахил на деякий кут до лінії індукції, магнітний потік знижується на розмір косинуса цього кута. Найбільша його величина утворюється під час перебування площі під прямим кутом до магнітної індукції:

Ф = В * S.

Магнітний потік вимірюється у такій одиниці, як «вебер», який дорівнює перебігу індукції величиною 1 Тлза площею в 1 м 2.

Потокосчеплення

Таке поняття застосовується для створення загального значеннямагнітного потоку, створеного від деякого числа провідників, що знаходяться між магнітними полюсами.

У разі коли однаковий струм Iпротікає по обмотці з кількістю витків n, загальний магнітний потік, утворений усіма витками є потоком зчеплення.

Потокосчеплення Ψ вимірюється в веберах, і так само: Ψ = n * Ф.

Магнітні властивості

Магнітна проникність визначає, наскільки магнітне поле у ​​певному середовищі нижче або вище за індукцію поля у вакуумі. Речовину називають намагніченою, якщо вона утворює своє магнітне поле. При поміщенні речовини в магнітне поле у ​​нього утворюється намагніченість.

Вчені визначили причину, через яку тіла отримують магнітні властивості. Згідно з гіпотезою вчених усередині речовин є електричні струми мікроскопічної величини. Електрон має свій магнітний момент, який має квантову природу, рухається по деякій орбіті в атомах. Саме такими малими струмами визначаються магнітні властивості.

Якщо струми рухаються безладно, то магнітні поля, що їх викликають, самокомпенсуються. Зовнішнє поле робить струми упорядкованими, тому формується магнітне поле. Це є намагніченістю речовини.

Різні речовини можна розділити на властивості взаємодії з магнітними полями.

Їх поділяють на групи:

Парамагнетики– речовини, що мають властивості намагнічування у напрямку зовнішнього поля, що мають низьку можливість магнетизму. Вони мають позитивну напругу поля. До таких речовин відносять хлорне залізо, марганець, платину тощо.
Феррімагнетики– речовини з неврівноваженими за напрямом та значенням магнітними моментами. Вони характерно наявність некомпенсованого антиферомагнетизму. Напруженість поля та температура впливає на їх магнітну сприйнятливість (різні оксиди).
Феромагнетики– речовини з підвищеною позитивною сприйнятливістю, що залежить від напруженості та температури (кристали кобальту, нікелю тощо).
Діамагнетики– мають властивість намагнічування у протилежному напрямку зовнішнього поля, тобто, негативне значеннямагнітної сприйнятливості, яка залежить від напруженості. За відсутності поля цієї речовини нічого очікувати магнітних властивостей. До таких речовин відносяться: срібло, вісмут, азот, цинк, водень та інші речовини.
Антиферомагнетики - Мають урівноважений магнітний момент, внаслідок чого утворюється низький ступіньнамагнічування речовини. Вони при нагріванні здійснюється фазовий перехід речовини, у якому виникають парамагнитные властивості. При зниженні температури нижче певної межі, такі властивості не з'являтимуться (хром, марганець).

Розглянуті магнетики також класифікуються ще за двома категоріями:

Магнітом'які матеріали . Вони мають низьку коерцитивну силу. При малопотужних магнітних полях можуть увійти в насичення. При процесі перемагнічування вони спостерігаються незначні втрати. Внаслідок цього такі матеріали використовуються для виробництва сердечників. електричних пристроїв, що функціонують на змінній напрузі ( , генератор, ).
Магнітотвердіматеріали. Вони мають підвищену величину коерцитивної сили. Щоб їх перемагнітити, знадобиться сильне магнітне поле. Такі матеріали використовуються у виробництві постійних магнітів.

Магнітні властивості різних речовинзнаходять своє використання в технічних проектах та винаходах.

Магнітні ланцюги

Об'єднання кількох магнітних речовинназивається магнітним ланцюгом. Вони є подібністю та визначаються аналогічними законами математики.

На основі магнітних ланцюгів діють електричні прилади, індуктивності, . У функціонуючого електромагніту потік протікає по магнітопроводу, виготовленому з феромагнітного матеріалу та повітря, який не є феромагнетиком. Об'єднання цих компонентів є магнітним ланцюгом. Багато електричних пристроїв у своїй конструкції містять магнітні ланцюги.

Для того, що є характеристикою магнітного поля, слід дати визначення багатьом явищам. При цьому заздалегідь слід згадати, як і чому воно з'являється. Дізнатись, що є силовою характеристикою магнітного поля. При цьому важливим є те, що подібне поле може зустрічатися не тільки у магнітів. У зв'язку із цим не завадить згадати характеристику магнітного поля землі.

Виникнення поля

Спочатку слід описати виникнення поля. Після цього можна описати магнітне поле та його характеристики. Воно з'являється під час переміщення заряджених частинок. Може впливати на особливо на струмопровідні провідники. Взаємодія між магнітним полем і зарядами, що рухаються, або провідниками, якими тече струм, відбувається завдяки силам, іменованим електромагнітними.

Інтенсивність або силова характеристика магнітного поля у певній просторовій точці визначаються за допомогою магнітної індукції. Остання позначається символом.

Графічне уявлення поля

Магнітне поле та його характеристики можуть бути представлені у графічній формі за допомогою ліній індукції. Даним визначенням називають лінії, дотичні до яких у будь-якій точці збігатимуться з напрямком вектора у магнітної індукції.

Названі лінії входять у характеристику магнітного поля та застосовуються для визначення його напрямку та інтенсивності. Що інтенсивність магнітного поля, то більше вписувалося даних ліній буде проведено.

Що таке магнітні лінії

Магнітні лінії у прямолінійних провідників зі струмом мають форму концентричного кола, центр якого розташовується на осі даного провідника. Напрямок магнітних ліній біля провідників зі струмом визначається за правилом буравчика, яке звучить так: якщо буравчик буде розташований так, що він загвинчуватиметься у провідник за напрямком струму, тоді напрям звернення рукоятки відповідає напрямку магнітних ліній.

У котушки зі струмом напрямок магнітного поля визначатиметься також за правилом буравчика. Також потрібно обертати рукоятку за напрямком струму у витках соленоїда. Напрямок ліній магнітної індукції відповідатиме напрямку поступального руху буравчика.

Є основною характеристикою магнітного поля.

Створюване одним струмом, за рівних умов, поле буде різнитися за своєю інтенсивністю в різних середовищах через магнітні властивості, що розрізняються в цих речовинах. Магнітні властивості середовища характеризуються абсолютною магнітною проникністю. Вимірюється у генрі на метр (г/м).

У характеристику магнітного поля входить абсолютна магнітна проникність вакууму, яка називається магнітною постійною. Значення, що визначає, у скільки разів абсолютна магнітна проникність середовища відрізнятиметься від постійної, називається відносною магнітною проникністю.

Магнітна проникність речовин

Це безрозмірна величина. Речовини, що мають значення проникності менше одиниці, називаються діамагнітними. У цих речовинах поле буде слабшим, ніж у вакуумі. Ці властивості присутні у водню, води, кварцу, срібла та ін.

Середовища з магнітною проникністю, що перевищує одиницю, звуться парамагнітними. У цих речовинах поле буде сильнішим, ніж у вакуумі. До цих середовищ і речовин відносять повітря, алюміній, кисень, платину.

У випадку з парамагнітними та діамагнітними речовинами значення магнітної проникності не залежатиме від напруги зовнішнього поля, що намагнічує. Це означає, що величина є постійною для певної речовини.

До особливої ​​групи належать феромагнетики. У цих речовин магнітна проникність досягатиме кількох тисяч і більше. У названих речовин, що мають властивість намагнічуватися та посилювати магнітне поле, існує широке використання в електротехніці.

Напруженість поля

Для визначення параметрів магнітного поля разом з вектором магнітної індукції може застосовуватися значення, що називається напруженістю магнітного поля. Цей термін є визначальною інтенсивність зовнішнього магнітного поля. Напрямок магнітного поля в середовищі однаковими властивостямипо всіх напрямках вектор напруженості співпадатиме з вектором магнітної індукції в точці поля.

Сильні у феромагнітів пояснюються присутністю в них довільно намагнічених малих частин, які можуть бути представлені у вигляді малих магнітів.

З відсутнім магнітним полем феромагнітне речовина може мати виражених магнітних властивостей, оскільки поля доменів набувають різну орієнтацію, та його загальне магнітне поле дорівнює нулю.

За основною характеристикою магнітного поля, якщо феромагніт буде поміщений у зовнішнє магнітне поле, наприклад, у котушку зі струмом, то під впливом зовнішнього поля домени розгорнуться у напрямку зовнішнього поля. Притому магнітне поле у ​​котушки посилиться, і магнітна індукція збільшиться. Якщо ж зовнішнє поле досить слабке, то перевернеться лише частина всіх доменів, магнітні поля яких у напрямку наближаються до напрямку зовнішнього поля. Протягом збільшення сили зовнішнього поля число повернутих доменів зростатиме, і при певному значеннінапруги зовнішнього поля майже всі частини будуть розгорнуті так, що магнітні поля розташуються у напрямку зовнішнього поля. Цей стан називається магнітним насиченням.

Зв'язок магнітної індукції та напруженості

Взаємопов'язаність магнітної індукції феромагнітної речовини та напруженості зовнішнього поля може зображуватись за допомогою графіка, званого кривою намагнічування. У місці вигину графіка крива швидкість зростання магнітної індукції зменшується. Після вигину, де напруженість досягає певного показника, відбувається насичення, і крива трохи піднімається, поступово набуваючи форми прямої. На даній ділянці індукція все ще зростає, але досить повільно і лише за рахунок зростання напруженості зовнішнього поля.

Графічна залежність даних показника перестав бути прямий, отже, їх ставлення який завжди, і магнітна проникність матеріалу не постійний показник, а залежить від зовнішнього поля.

Зміни магнітних властивостей матеріалів

При збільшенні сили струму до повного насичення в котушці з феромагнітним сердечником і подальшим її зменшенням крива намагнічування не співпадатиме з кривою розмагнічування. З нульовою напруженістю магнітна індукція не матиме таке ж значення, а набуде певного показника, що називається залишковою магнітною індукцією. Ситуація з відставанням магнітної індукції від сили, що намагнічує, називається гістерезисом.

Для повного розмагнічування феромагнітного осердя в котушці потрібно дати струм зворотної спрямованості, який створить необхідну напруженість. Для різних феромагнітних речовин потрібний відрізок різної довжини. Чим він більший, тим більший обсяг енергії необхідний для розмагнічування. Значення, у якому відбувається повне розмагнічування матеріалу, називається коэрцитивною силою.

При подальшому збільшенні струму в котушці індукція знову збільшиться до показника насичення, але з іншим напрямом магнітних ліній. При розмагнічуванні у зворотному напрямку буде отримано залишкову індукцію. Явище залишкового магнетизму застосовується під час створення постійних магнітів із речовин із великим показником залишкового магнетизму. З речовин, що мають здатність до перемагнічування, створюються осердя для електричних машин та приладів.

Правило лівої руки

Сила, що впливає на провідник зі струмом, має напрямок, що визначається за правилом лівої руки: при розташуванні долоні дівої руки таким чином, що магнітні лініївходять до неї, і чотири пальці витягнуті у напрямку струму у провіднику, відігнутий великий палець вкаже напрям сили. Ця сила перпендикулярна вектору індукції та струму.

Провідник із струмом, що переміщається в магнітному полі, вважається прообразом електродвигуна, який змінює електричну енергіюу механічну.

Правило правої руки

Під час руху провідника в магнітному полі всередині нього індукується електрорушійна сила, яка має значення, пропорційне магнітній індукції, задіяній довжині провідника та швидкості його переміщення. Ця залежність називається електромагнітною індукцією. При визначенні напрямку індукованої ЕРС у провіднику використовують правило правої руки: при розміщенні правої руки так само, як у прикладі з лівої, магнітні лінії входять у долоню, а великий палець вказує напрямок переміщення провідника, витягнуті пальці вкажуть напрямок індукованої ЕРС. Переміщається в магнітному потоці під впливом зовнішньої механічної силипровідник є найпростішим прикладом електричного генератора, в якому перетворюється механічна енергія на електричну.

Може бути сформульований по-іншому: у замкнутому контурі відбувається індукування ЕРС, при будь-якій зміні магнітного потоку, що охоплюється даним контуром, ЕДЕ в контурі чисельно дорівнює швидкості зміни магнітного потоку, що охоплює цей контур.

Дана форма надає усереднений показник ЕРС та вказує на залежність ЕРС не від магнітного потоку, а від швидкості його зміни.

Закон Ленца

Також слід згадати закон Ленца: струм, що індукується при зміні магнітного поля, що проходить через контур, своїм магнітним полем перешкоджає цій зміні. Якщо витки у котушки пронизуються різними за величиною магнітними потоками, то індукована по цілій котушці ЕРС дорівнює сумі ЕДЕ у різних витках. Сума магнітних потоків різних витків котушки називається потокозчепленням. Одиниця виміру цієї величини, як і магнітного потоку, - вебер.

При зміні електричного струму в контурі відбувається зміна та створеного ним магнітного потоку. При цьому згідно із законом електромагнітної індукції, Всередині провідника відбувається індукування ЕРС. Вона у зв'язку зі зміною струму в провіднику, тому це явище називають самоіндукцією, і індукована в провіднику ЕРС називається ЕРС самоіндукції.

Потокосцепление і магнітний потік залежить від однієї лише сили струму, а й від величини і форми даного провідника, і магнітної проникності навколишнього речовини.

Індуктивність провідника

Коефіцієнт пропорційності називається індуктивністю провідника. Він означає здатність провідника створювати потокосцепление під час проходження крізь нього електрики. Це є одним із основних параметрів електричних ланцюгів. Для певних ланцюгів індуктивність є незмінним показником. Вона залежатиме від величини контуру, його конфігурації та магнітної проникності середовища. При цьому сила струму в контурі та магнітний потік не матимуть значення.

Вищеописані визначення та явища дають пояснення тому, що є магнітним полем. Також наводяться основні характеристики магнітного поля, з яких можна дати визначення даного явища.