Ako vznikajú magnetické polia. Ako vzniká magnetické pole Zeme?
Preto samotný koncept vznikol v elektrodynamike súčasne s konceptom „elektrického poľa“. Najprv ho predstavil M. Faraday a o niečo neskôr J. Maxwell, aby vysvetlil, prečo majú elektrické náboje taký relatívne krátky interakčný dosah.
Na živo
Otcovia elektrodynamiky verili, že pole vzniká deformáciou éteru – neviditeľného špekulatívneho média, ktoré vypĺňa všetko, čo existuje (Einstein pri práci na teórii relativity zrušil pojem éter). Aj keď sa to moderným ľuďom môže zdať zvláštne, až do 20. storočia fyzici naozaj nepochybovali o určitej látke, ktorá preniká všetkým, čo existuje. Fyzici nevedeli vysvetliť, ako vznikajú magnetické polia a aká je ich podstata.
Keď sa začala používať špeciálna teória relativity (SRT) a éter bol „oficiálne odstránený“, priestor sa stal „prázdnym“, ale polia naďalej interagovali aj vo vákuu, čo je nemožné medzi nehmotnými objektmi (aspoň podľa k SRT), takže fyzici považovali za potrebné priradiť niektoré atribúty elektrickým a magnetickým poliam. Vznikajú pojmy ako hmota, hybnosť a energetické polia.
Vlastnosti magnetického poľa
Jeho prvá vlastnosť vysvetľuje podstatu jeho vzniku: magnetické pole môže vzniknúť len vplyvom pohybujúcich sa nábojov (elektrónov) elektrického prúdu. Silová charakteristika magnetického poľa sa nazýva magnetická indukcia, je prítomná v ktoromkoľvek bode poľa.
Vplyv poľa sa vzťahuje len na pohybujúce sa náboje, magnety a vodiče. Môže byť dvoch typov: variabilný a konštantný. Magnetické pole je možné merať iba pomocou špeciálnych prístrojov; ľudské zmysly ho nezaznamenajú (hoci biológovia veria, že niektoré živočíchy v ňom môžu vnímať zmeny). Podstatou ďalšej vlastnosti magnetického poľa je, že má elektrodynamickú povahu, nielen preto, že môže ovplyvňovať len pohybujúce sa náboje, ale aj preto, že je samo vytvárané pohybom nábojov.
Ako vidieť
Hoci ľudské zmysly nedokážu rozpoznať prítomnosť magnetického poľa, jeho smer sa dá určiť pomocou magnetizovanej šípky. Magnetické pole však môžete „vidieť“ pomocou listu papiera a jednoduchých železných pilín. Musíte položiť list papiera na permanentný magnet a navrch posypať piliny, po ktorých sa železné piliny zoradia pozdĺž uzavretých a súvislých siločiar.
Smer siločiar sa určuje pomocou pravidla pravej ruky, ktoré sa tiež nazýva „pravidlo gimlet“. Ak vezmete vodič do ruky tak, aby bol váš palec v smere prúdu (prúd sa pohybuje od mínus do plus), zostávajúce prsty budú ukazovať smer elektrických vedení.
Geomagnetizmus
Magnetické polia sa vytvárajú pohybom nábojov, ale aká je potom povaha geomagnetizmu? Naša planéta má magnetické pole, ktoré ju chráni pred škodlivým slnečným žiarením a priemer poľa je niekoľkonásobne väčší ako priemer Zeme. Má heterogénny tvar, na „slnečnej strane“ sa vplyvom slnečného vetra sťahuje a na nočnej strane sa tiahne vo forme dlhého širokého chvosta.
Predpokladá sa, že na našej planéte sa magnetické polia vytvárajú pohybom prúdov v jadre, ktoré pozostáva z tekutého kovu. Toto sa nazýva „hydromagnetické dynamo“. Keď látka dosiahne teplotu niekoľko tisíc stupňov Kelvina, jej vodivosť sa stane dostatočne vysokou na to, aby pohyby, dokonca aj v slabo magnetizovanom prostredí, začali vytvárať elektrické prúdy, ktoré zase vytvárajú magnetické polia.
V miestnych oblastiach sú magnetické polia vytvárané zmagnetizovanými horninami z horných vrstiev planéty, ktoré tvoria zemskú kôru.
Pohyb pólov
Od roku 1885 sa začala registrácia pohybu magnetických pólov. Za posledné storočie sa južný pól (pól na južnej pologuli) posunul o 900 kilometrov a severný (arktický) magnetický pól sa posunul o 120 kilometrov za 11 rokov od roku 1973 a o ďalších 150 v nasledujúcich desiatich rokoch podľa najnovších údajov sa rýchlosť premiestňovania arktického pólu zvýšila z 10 kilometrov za rok na 60.
Vedci síce vedia, ako vzniká magnetické pole Zeme, ale pohyb pólov ovplyvniť nedokážu a predpokladajú, že čoskoro dôjde k ďalšej inverzii. Ide o prirodzený proces, na planéte to nie je prvýkrát, no nie je známe, ako takýto proces u ľudí dopadne.
Poďme spoločne pochopiť, čo je magnetické pole. Koniec koncov, veľa ľudí žije v tejto oblasti celý život a ani o tom nepremýšľajú. Je čas to napraviť!
Magnetické pole
Magnetické pole- zvláštny druh hmoty. Prejavuje sa pôsobením na pohybujúce sa elektrické náboje a telesá, ktoré majú vlastný magnetický moment (permanentné magnety).
Dôležité: magnetické pole neovplyvňuje stacionárne náboje! Magnetické pole vzniká aj pohybom elektrických nábojov, alebo časovo premenným elektrickým poľom, alebo magnetickými momentmi elektrónov v atómoch. To znamená, že každý drôt, cez ktorý preteká prúd, sa tiež stane magnetom!
Teleso, ktoré má svoje magnetické pole.
Magnet má póly nazývané severný a južný. Označenia „sever“ a „juh“ sú uvedené len pre pohodlie (ako „plus“ a „mínus“ v elektrine).
Magnetické pole je reprezentované magnetické siločiary. Siločiary sú súvislé a uzavreté a ich smer sa vždy zhoduje so smerom pôsobenia síl poľa. Ak sú kovové hobliny rozptýlené okolo permanentného magnetu, kovové častice ukážu jasný obraz magnetických siločiar vychádzajúcich zo severného pólu a vstupujúcich do južného pólu. Grafická charakteristika magnetického poľa - siločiary.
Charakteristika magnetického poľa
Hlavné charakteristiky magnetického poľa sú magnetická indukcia, magnetický tok A magnetická permeabilita. Ale povedzme si o všetkom pekne po poriadku.
Okamžite si všimnime, že všetky merné jednotky sú uvedené v systéme SI.
Magnetická indukcia B – vektorová fyzikálna veličina, ktorá je hlavnou silovou charakteristikou magnetického poľa. Označené písmenom B . Jednotka merania magnetickej indukcie - Tesla (T).
Magnetická indukcia ukazuje, aké silné je pole určením sily, ktorú pôsobí na náboj. Táto sila sa nazýva Lorentzova sila.
Tu q - poplatok, v - jeho rýchlosť v magnetickom poli, B - indukcia, F - Lorentzova sila, ktorou pole pôsobí na náboj.
F- fyzikálne množstvo rovnajúce sa súčinu magnetickej indukcie plochou obvodu a kosínusu medzi indukčným vektorom a normálou k rovine obvodu, cez ktorý prechádza tok. Magnetický tok je skalárna charakteristika magnetického poľa.
Môžeme povedať, že magnetický tok charakterizuje počet magnetických indukčných čiar prenikajúcich jednotkovou plochou. Magnetický tok sa meria v Weberach (Wb).
Magnetická priepustnosť– koeficient, ktorý určuje magnetické vlastnosti média. Jedným z parametrov, od ktorých závisí magnetická indukcia poľa, je magnetická permeabilita.
Naša planéta je už niekoľko miliárd rokov obrovským magnetom. Indukcia magnetického poľa Zeme sa mení v závislosti od súradníc. Na rovníku je to približne 3,1 krát 10 na mínus pätinu Teslovu mocninu. Okrem toho existujú magnetické anomálie, kde sa hodnota a smer poľa výrazne líšia od susedných oblastí. Niektoré z najväčších magnetických anomálií na planéte - Kursk A Brazílske magnetické anomálie.
Pôvod magnetického poľa Zeme zostáva pre vedcov stále záhadou. Predpokladá sa, že zdrojom poľa je tekuté kovové jadro Zeme. Jadro sa pohybuje, čo znamená, že roztavená zliatina železa a niklu sa pohybuje a pohyb nabitých častíc je elektrický prúd, ktorý vytvára magnetické pole. Problém je v tom, že táto teória ( geodynamo) nevysvetľuje, ako sa pole udržiava stabilné.
Zem je obrovský magnetický dipól. Magnetické póly sa nezhodujú s geografickými, hoci sú v tesnej blízkosti. Okrem toho sa magnetické póly Zeme pohybujú. Ich vysídlenie sa zaznamenáva od roku 1885. Napríklad za posledných sto rokov sa magnetický pól na južnej pologuli posunul takmer o 900 kilometrov a teraz sa nachádza v južnom oceáne. Pól arktickej pologule sa pohybuje cez Severný ľadový oceán do východnej Sibírskej magnetickej anomálie (podľa údajov z roku 2004) bol asi 60 kilometrov za rok. Teraz dochádza k zrýchleniu pohybu pólov - v priemere rastie rýchlosť o 3 kilometre za rok.
Aký význam má pre nás magnetické pole Zeme? V prvom rade magnetické pole Zeme chráni planétu pred kozmickým žiarením a slnečným vetrom. Nabité častice z hlbokého vesmíru nepadajú priamo na zem, ale sú odklonené obrovským magnetom a pohybujú sa po jeho siločiarach. Všetko živé je tak chránené pred škodlivým žiarením.
V priebehu histórie Zeme došlo k niekoľkým udalostiam. inverzie(zmeny) magnetických pólov. Inverzia pólov- vtedy si vymenia miesta. Naposledy sa tento jav vyskytol asi pred 800 tisíc rokmi a celkovo bolo v histórii Zeme viac ako 400 geomagnetických inverzií Niektorí vedci sa domnievajú, že vzhľadom na pozorované zrýchlenie pohybu magnetických pólov ide o ďalší pól inverzia by sa mala očakávať v najbližších niekoľkých tisícoch rokov.
Našťastie sa zmena pólu v našom storočí ešte neočakáva. To znamená, že po zvážení základných vlastností a charakteristík magnetického poľa môžete premýšľať o príjemných veciach a užívať si život v starom dobrom konštantnom poli Zeme. A aby ste to dokázali, sú tu naši autori, ktorým môžete niektoré výchovné strasti s dôverou zveriť! a iné druhy prác si môžete objednať pomocou odkazu.
Magnetické pole si pamätáme ešte zo školy, ale to, čo predstavuje, nie je niečo, čo sa „objaví“ v spomienkach každého. Obnovme si to, čo sme prebrali, a možno vám povieme niečo nové, užitočné a zaujímavé.
Stanovenie magnetického poľa
Magnetické pole je silové pole, ktoré ovplyvňuje pohybujúce sa elektrické náboje (častice). Vďaka tomuto silovému poľu sa predmety navzájom priťahujú. Existujú dva typy magnetických polí:
- Gravitačná - vzniká výlučne v blízkosti elementárnych častíc a mení sa svojou silou na základe charakteristík a štruktúry týchto častíc.
- Dynamický, produkovaný v objektoch s pohyblivými elektrickými nábojmi (vysielače prúdu, magnetizované látky).
Označenie pre magnetické pole prvýkrát zaviedol M. Faraday v roku 1845, aj keď jeho význam bol trochu chybný, pretože sa verilo, že elektrický aj magnetický vplyv a interakcia sa uskutočňujú na základe toho istého materiálneho poľa. Neskôr v roku 1873 D. Maxwell „predstavil“ kvantovú teóriu, v ktorej sa tieto pojmy začali oddeľovať a predtým odvodené silové pole sa nazývalo elektromagnetické pole.
Ako vzniká magnetické pole?
Magnetické polia rôznych predmetov ľudské oko nevníma a zaznamenajú ho iba špeciálne senzory. Zdrojom vzniku magnetického silového poľa v mikroskopickom meradle je pohyb magnetizovaných (nabitých) mikročastíc, ktorými sú:
- ióny;
- elektróny;
- protóny.
K ich pohybu dochádza v dôsledku spinového magnetického momentu, ktorý je prítomný v každej mikročastici.
Magnetické pole, kde ho možno nájsť?
Bez ohľadu na to, aké zvláštne to môže znieť, takmer všetky predmety okolo nás majú svoje vlastné magnetické pole. Hoci v poňatí mnohých má magnetické pole len kamienok zvaný magnet, ktorý k sebe priťahuje železné predmety. V skutočnosti sila príťažlivosti existuje vo všetkých objektoch, ale prejavuje sa v menšej valencii.
Malo by sa tiež objasniť, že silové pole, nazývané magnetické, sa objavuje iba vtedy, keď sa elektrické náboje alebo telesá pohybujú.
Stacionárne náboje majú elektrické silové pole (môže byť prítomné aj v pohybujúcich sa nábojoch). Ukazuje sa, že zdroje magnetického poľa sú:
- permanentné magnety;
- pohyblivé poplatky.
Magnetické pole už dlho vyvolávalo v ľuďoch veľa otázok, no aj teraz zostáva málo známym javom. Mnohí vedci sa snažili študovať jeho charakteristiky a vlastnosti, pretože výhody a potenciál využitia poľa boli nepopierateľné fakty.
Pozrime sa na všetko v poriadku. Ako teda funguje a tvorí akékoľvek magnetické pole? Správne, z elektrického prúdu. A prúd je podľa učebníc fyziky smerový tok nabitých častíc, však? Takže keď prúd prechádza ktorýmkoľvek vodičom, okolo neho začne pôsobiť určitý druh hmoty – magnetické pole. Magnetické pole môže byť vytvorené prúdom nabitých častíc alebo magnetickými momentmi elektrónov v atómoch. Teraz toto pole a hmota majú energiu, vidíme ju v elektromagnetických silách, ktoré môžu ovplyvniť prúd a jeho náboje. Magnetické pole začína ovplyvňovať tok nabitých častíc a tie menia počiatočný smer pohybu kolmo na samotné pole.
Magnetické pole možno nazvať aj elektrodynamické, pretože sa vytvára v blízkosti pohybujúcich sa častíc a ovplyvňuje iba pohybujúce sa častice. Je dynamický vďaka tomu, že má špeciálnu štruktúru rotujúcich biónov v oblasti vesmíru. Bežný pohybujúci sa elektrický náboj ich môže prinútiť otáčať sa a pohybovať sa. Bióny prenášajú akékoľvek možné interakcie v tejto oblasti vesmíru. Preto pohybujúci sa náboj priťahuje jeden pól všetkých biónov a núti ich rotovať. Iba on ich môže vyviesť zo stavu pokoja, nič iné, pretože iné sily ich nebudú môcť ovplyvniť.
V elektrickom poli sú nabité častice, ktoré sa pohybujú veľmi rýchlo a môžu prejsť 300 000 km za sekundu. Svetlo má rovnakú rýchlosť. Magnetické pole nemôže existovať bez elektrického náboja. To znamená, že častice spolu neuveriteľne úzko súvisia a existujú v spoločnom elektromagnetickom poli. To znamená, že ak dôjde k zmenám v magnetickom poli, dôjde k zmenám v elektrickom. Tento zákon je tiež opačný.
Hovoríme tu veľa o magnetickom poli, ale ako si ho predstaviť? Voľným ľudským okom to nevidíme. Navyše vďaka neskutočne rýchlemu šíreniu poľa nemáme čas ho detekovať pomocou rôznych zariadení. Ale na to, aby si si niečo naštudoval, potrebuješ mať o tom aspoň nejakú predstavu. Často je tiež potrebné znázorniť magnetické pole v diagramoch. Na uľahčenie pochopenia sú nakreslené podmienené siločiary. Odkiaľ ich majú? Boli vynájdené z nejakého dôvodu.
Skúsme vidieť magnetické pole pomocou malých kovových pilín a obyčajného magnetu. Nasypme tieto piliny na rovný povrch a vystavme ich magnetickému poľu. Potom uvidíme, že sa budú pohybovať, otáčať a zoraďovať do vzoru alebo vzoru. Výsledný obrázok ukáže približný vplyv síl v magnetickom poli. Všetky sily a teda aj siločiary sú na tomto mieste súvislé a uzavreté.
Magnetická strelka má podobné charakteristiky a vlastnosti ako kompas a používa sa na určenie smeru siločiar. Ak spadne do zóny pôsobenia magnetického poľa, vidíme smer pôsobenia síl od jeho severného pólu. Potom vyzdvihneme niekoľko záverov: vrchol obyčajného permanentného magnetu, z ktorého vychádzajú siločiary, je označený ako severný pól magnetu. Zatiaľ čo južný pól označuje bod, kde sú sily uzavreté. No, siločiary vo vnútri magnetu nie sú v diagrame zvýraznené.
Magnetické pole, jeho vlastnosti a charakteristiky majú pomerne široké uplatnenie, pretože v mnohých problémoch je potrebné ho brať do úvahy a študovať. Toto je najdôležitejší fenomén vo vede fyziky. Neodmysliteľne sú s ňou spojené zložitejšie veci ako magnetická permeabilita a indukcia. Aby sme vysvetlili všetky dôvody vzniku magnetického poľa, musíme sa spoliehať na skutočné vedecké fakty a potvrdenie. V opačnom prípade pri zložitejších problémoch môže nesprávny prístup narušiť integritu teórie.
Teraz si uveďme príklady. Všetci poznáme našu planétu. Poviete, že nemá magnetické pole? Možno máte pravdu, ale vedci tvrdia, že procesy a interakcie vo vnútri zemského jadra spôsobujú vznik obrovského magnetického poľa, ktoré sa tiahne tisíce kilometrov. Ale v každom magnetickom poli musia byť jeho póly. A existujú, len sa nachádzajú trochu ďalej od geografického pólu. Ako to cítime? Napríklad vtáky majú vyvinuté navigačné schopnosti a navigujú sa najmä pomocou magnetického poľa. S jeho pomocou sa teda husi bezpečne dostanú do Laponska. Tento jav využívajú aj špeciálne navigačné prístroje.
Magnetické pole je špeciálna forma hmoty, ktorú vytvárajú magnety, vodiče s prúdom (pohybujúce sa nabité častice) a ktorú možno detekovať interakciou magnetov, vodičov s prúdom (pohybujúce sa nabité častice).
Oerstedova skúsenosť
Prvými pokusmi (uskutočnenými v roku 1820), ktoré ukázali, že medzi elektrickými a magnetickými javmi existuje hlboké prepojenie, boli experimenty dánskeho fyzika H. Oersteda.
Magnetická ihla umiestnená v blízkosti vodiča sa otáča o určitý uhol, keď je zapnutý prúd vo vodiči. Po otvorení okruhu sa šípka vráti do pôvodnej polohy.
Zo skúseností G. Oersteda vyplýva, že okolo tohto vodiča je magnetické pole.
Amperova skúsenosť
Dva paralelné vodiče, ktorými preteká elektrický prúd, sa navzájom ovplyvňujú: priťahujú sa, ak sú prúdy v rovnakom smere, a odpudzujú, ak sú prúdy v opačnom smere. K tomu dochádza v dôsledku interakcie magnetických polí vznikajúcich okolo vodičov.
Vlastnosti magnetického poľa
1. Materiálne, t.j. existuje nezávisle od nás a našich vedomostí o ňom.
2. Vytvorené magnetmi, vodičmi s prúdom (pohybujúce sa nabité častice)
3. Zistené interakciou magnetov, vodičov s prúdom (pohybujúce sa nabité častice)
4. Pôsobí na magnety, vodiče s prúdom (pohybujúce sa nabité častice) určitou silou
5. V prírode neexistujú žiadne magnetické náboje. Nemôžete oddeliť severný a južný pól a získať telo s jedným pólom.
6. Dôvod, prečo majú telesá magnetické vlastnosti, našiel francúzsky vedec Ampere. Ampere predložil záver, že magnetické vlastnosti akéhokoľvek telesa sú určené uzavretými elektrickými prúdmi vo vnútri.
Tieto prúdy predstavujú pohyb elektrónov okolo obežných dráh v atóme.
Ak sú roviny, v ktorých tieto prúdy cirkulujú, umiestnené voči sebe náhodne v dôsledku tepelného pohybu molekúl, ktoré tvoria teleso, potom sa ich interakcie vzájomne kompenzujú a teleso nevykazuje žiadne magnetické vlastnosti.
A naopak: ak sú roviny, v ktorých sa elektróny otáčajú, navzájom rovnobežné a smery normál k týmto rovinám sa zhodujú, potom takéto látky zosilňujú vonkajšie magnetické pole.
7. Magnetické sily pôsobia v magnetickom poli v určitých smeroch, ktoré sa nazývajú magnetické siločiary. S ich pomocou môžete pohodlne a prehľadne ukázať magnetické pole v konkrétnom prípade.
Aby bolo magnetické pole presnejšie znázornené, bolo dohodnuté, že na tých miestach, kde je pole silnejšie, by mali byť siločiary znázornené hustejšie, t.j. bližšie k sebe. A naopak, na miestach, kde je pole slabšie, sa zobrazuje menej siločiar, t.j. menej často lokalizované.
8. Magnetické pole je charakterizované vektorom magnetickej indukcie.
Vektor magnetickej indukcie je vektorová veličina charakterizujúca magnetické pole.
Smer vektora magnetickej indukcie sa zhoduje so smerom severného pólu voľnej magnetickej ihly v danom bode.
Smer vektora indukcie poľa a sila prúdu I súvisia podľa „pravidla pravej skrutky (gimlet)“:
ak zaskrutkujete gimlet v smere prúdu vo vodiči, potom sa smer rýchlosti pohybu konca jeho rukoväte v danom bode zhoduje so smerom vektora magnetickej indukcie v tomto bode.
/ magnetické pole
Téma: Magnetické pole
Pripravil: Baygarashev D.M.
Kontroloval: Gabdullina A.T.
Magnetické pole
Ak sú dva paralelné vodiče pripojené k zdroju prúdu tak, že nimi prechádza elektrický prúd, potom sa vodiče v závislosti od smeru prúdu v nich buď odpudzujú alebo priťahujú.
Vysvetlenie tohto javu je možné z pozície vzniku špeciálneho druhu hmoty okolo vodičov – magnetického poľa.
Sily, s ktorými prúdové vodiče interagujú, sa nazývajú magnetické.
Magnetické pole- ide o zvláštny druh hmoty, ktorej špecifikom je pôsobenie na pohybujúci sa elektrický náboj, vodiče s prúdom, telesá s magnetickým momentom, so silou závislou od vektora rýchlosti náboja, smeru prúdu v vodič a smer magnetického momentu telesa.
História magnetizmu siaha do staroveku, do starovekých civilizácií v Malej Ázii. Práve na území Malej Ázie, v Magnesii, sa našli horniny, ktorých vzorky sa navzájom priťahovali. Na základe názvu oblasti sa takéto vzorky začali nazývať „magnety“. Akýkoľvek magnet v tvare tyče alebo podkovy má dva konce nazývané póly; Práve na tomto mieste sú jeho magnetické vlastnosti najvýraznejšie. Ak zavesíte magnet na šnúrku, jeden pól bude vždy smerovať na sever. Na tomto princípe je založený kompas. Severný pól voľne visiaceho magnetu sa nazýva severný pól magnetu (N). Opačný pól sa nazýva južný pól (S).
Magnetické póly sa navzájom ovplyvňujú: ako póly sa odpudzujú a na rozdiel od pólov sa priťahujú. Podobne ako pri koncepte elektrického poľa obklopujúceho elektrický náboj sa zavádza aj koncept magnetického poľa okolo magnetu.
V roku 1820 Oersted (1777-1851) zistil, že magnetická ihla umiestnená vedľa elektrického vodiča sa pri prechode prúdu vodičom vychýli, t.j. okolo vodiča s prúdom sa vytvorí magnetické pole. Ak vezmeme rám s prúdom, potom vonkajšie magnetické pole interaguje s magnetickým poľom rámu a má naň orientačný účinok, t.j. existuje poloha rámu, v ktorej má vonkajšie magnetické pole naň maximálny rotačný účinok. a existuje poloha, keď je sila krútiaceho momentu nulová.
Magnetické pole v ľubovoľnom bode možno charakterizovať vektorom B, ktorý je tzv vektor magnetickej indukcie alebo magnetická indukcia v bode.
Magnetická indukcia B je vektorová fyzikálna veličina, ktorá je silová charakteristika magnetického poľa v bode. Rovná sa pomeru maximálneho mechanického momentu síl pôsobiacich na rám s prúdom umiestneným v rovnomernom poli k súčinu sily prúdu v ráme a jeho plochy:
Smer vektora magnetickej indukcie B sa považuje za smer kladnej normály k rámu, ktorý súvisí s prúdom v ráme podľa pravidla pravej skrutky, s mechanickým krútiacim momentom rovným nule.
Rovnakým spôsobom, ako boli znázornené čiary intenzity elektrického poľa, sú znázornené indukčné čiary magnetického poľa. Magnetická siločiara je imaginárna čiara, ktorej dotyčnica sa zhoduje so smerom B v bode.
Smery magnetického poľa v danom bode možno definovať aj ako smer, ktorý udáva
severný pól strelky kompasu umiestnenej v tomto bode. Predpokladá sa, že siločiary magnetického poľa smerujú zo severného pólu na juh.
Smer magnetických indukčných čiar magnetického poľa vytvoreného elektrickým prúdom, ktorý preteká priamym vodičom, je určený pravidlom gimletu alebo pravej skrutky. Za smer magnetických indukčných čiar sa považuje smer otáčania hlavy skrutky, ktorý by zabezpečil jej translačný pohyb v smere elektrického prúdu (obr. 59).
kde n01 = 4 Pi 10-7V s/(A m). - magnetická konštanta, R - vzdialenosť, I - sila prúdu vo vodiči.
Na rozdiel od elektrostatických siločiar, ktoré začínajú kladným nábojom a končia záporným nábojom, sú magnetické siločiary vždy uzavreté. Nebol zistený žiadny magnetický náboj podobný elektrickému náboju.
Jedna tesla (1 T) sa berie ako jednotka indukcie - indukcia takého rovnomerného magnetického poľa, v ktorom maximálny mechanický krútiaci moment 1 Nm pôsobí na rám s plochou 1 m2, cez ktorý prechádza prúd 1 A tečie.
Indukciu magnetického poľa možno určiť aj silou pôsobiacou na vodič s prúdom v magnetickom poli.
Na vodič s prúdom umiestnený v magnetickom poli pôsobí ampérová sila, ktorej veľkosť je určená nasledujúcim výrazom:
kde I je sila prúdu vo vodiči, l - dĺžka vodiča, B je veľkosť vektora magnetickej indukcie a je uhol medzi vektorom a smerom prúdu.
Smer sily Ampér môžeme určiť pravidlom ľavej ruky: dlaň ľavej ruky položíme tak, aby magnetické indukčné čiary vstupovali do dlane, štyri prsty umiestnime v smere prúdu vo vodiči, potom ohnutý palec ukazuje smer ampérovej sily.
Ak vezmeme do úvahy, že I = q 0 nSv a dosadíme tento výraz do (3.21), dostaneme F = q 0 nSh/B sin a. Počet častíc (N) v danom objeme vodiča je N = nSl, potom F = q 0 NvB sin a.
Určme silu, ktorou pôsobí magnetické pole na jednotlivé nabité častice pohybujúce sa v magnetickom poli:
Táto sila sa nazýva Lorentzova sila (1853-1928). Smer Lorentzovej sily možno určiť pravidlom ľavej ruky: dlaň ľavej ruky položíme tak, aby čiary magnetickej indukcie vstupovali do dlane, štyri prsty ukazujú smer pohybu kladného náboja, veľký ohnutý prst ukazuje smer Lorentzovej sily.
Interakčná sila medzi dvoma paralelnými vodičmi prenášajúcimi prúdy I 1 a I 2 sa rovná:
Kde l -časť vodiča umiestnená v magnetickom poli. Ak sú prúdy v rovnakom smere, potom sa vodiče priťahujú (obr. 60), ak sú v opačnom smere, odpudzujú sa. Sily pôsobiace na každý vodič majú rovnakú veľkosť a opačný smer. Vzorec (3.22) je základom na určenie jednotky prúdu 1 ampér (1 A).
Magnetické vlastnosti látky charakterizuje skalárna fyzikálna veličina – magnetická permeabilita, ktorá ukazuje, koľkokrát sa indukcia B magnetického poľa v látke, ktorá úplne vypĺňa pole, líši veľkosťou od indukcie B 0 magnetického poľa v r. vákuum:
Podľa magnetických vlastností sú všetky látky rozdelené na diamagnetické, paramagnetické A feromagnetické.
Uvažujme o povahe magnetických vlastností látok.
Elektróny v obale atómov látky sa pohybujú po rôznych dráhach. Pre zjednodušenie považujeme tieto dráhy za kruhové a každý elektrón obiehajúci okolo atómového jadra možno považovať za kruhový elektrický prúd. Každý elektrón ako kruhový prúd vytvára magnetické pole, ktoré nazývame orbitálne. Okrem toho má elektrón v atóme svoje vlastné magnetické pole, ktoré sa nazýva spinové pole.
Ak pri zavedení do vonkajšieho magnetického poľa s indukciou B 0 vznikne vo vnútri látky indukcia B< В 0 , то такие вещества называются диамагнитными (n 1).
V diamagnetických materiáloch, v neprítomnosti vonkajšieho magnetického poľa, sú magnetické polia elektrónov kompenzované a keď sú vložené do magnetického poľa, indukcia magnetického poľa atómu sa stáva nasmerovanou proti vonkajšiemu poľu. Diamagnetický materiál je vytlačený z vonkajšieho magnetického poľa.
U paramagnetické materiálov, magnetická indukcia elektrónov v atómoch nie je úplne kompenzovaná a atóm ako celok sa javí ako malý permanentný magnet. Zvyčajne v látke sú všetky tieto malé magnety orientované náhodne a celková magnetická indukcia všetkých ich polí je nulová. Ak umiestnite paramagnet do vonkajšieho magnetického poľa, potom sa všetky malé magnety - atómy budú otáčať vo vonkajšom magnetickom poli ako strelky kompasu a magnetické pole v látke sa zvýši ( n >= 1).
Feromagnetické sú tie materiály, v ktorých n" 1. Vo feromagnetických materiáloch sa vytvárajú takzvané domény, makroskopické oblasti spontánnej magnetizácie.
V rôznych doménach majú indukcie magnetického poľa rôzne smery (obr. 61) a vo veľkom kryštáli
vzájomne sa kompenzujú. Pri zavedení feromagnetickej vzorky do vonkajšieho magnetického poľa sa hranice jednotlivých domén posúvajú tak, že sa zväčšuje objem domén orientovaných pozdĺž vonkajšieho poľa.
S nárastom indukcie vonkajšieho poľa B 0 sa zvyšuje magnetická indukcia magnetizovanej látky. Pri niektorých hodnotách B 0 sa indukcia prestáva prudko zvyšovať. Tento jav sa nazýva magnetická saturácia.
Funkcia feromagnetické materiály - jav hysterézie, ktorý spočíva v nejednoznačnej závislosti indukcie v materiáli na indukcii vonkajšieho magnetického poľa pri jeho zmene.
Magnetická hysterézna slučka je uzavretá krivka (cdc`d`c), vyjadrujúca závislosť indukcie v materiáli od amplitúdy indukcie vonkajšieho poľa s periodickou pomerne pomalou zmenou vonkajšieho poľa (obr. 62).
Hysterézna slučka je charakterizovaná nasledujúcimi hodnotami: B s, Br, B c. B s - maximálna hodnota indukcie materiálu pri B 0s; V r je zvyšková indukcia, ktorá sa rovná hodnote indukcie v materiáli, keď sa indukcia vonkajšieho magnetického poľa zníži z B0s na nulu; -B c a B c - koercitívna sila - hodnota rovnajúca sa indukcii vonkajšieho magnetického poľa potrebného na zmenu indukcie v materiáli zo zvyškovej na nulovú.
Pre každé feromagnetikum existuje teplota (Curieho bod (J. Curie, 1859-1906), nad ktorou feromagnetik stráca svoje feromagnetické vlastnosti.
Existujú dva spôsoby, ako uviesť zmagnetizované feromagnetikum do demagnetizovaného stavu: a) zahriať sa nad Curieov bod a ochladiť; b) zmagnetizujte materiál striedavým magnetickým poľom s pomaly klesajúcou amplitúdou.
Feromagnety s nízkou zvyškovou indukciou a koercitívnou silou sa nazývajú mäkké magnetické. Uplatnenie nachádzajú v zariadeniach, kde sa feromagnety často musia premagnetizovať (jadrá transformátorov, generátory a pod.).
Na výrobu permanentných magnetov sa používajú magneticky tvrdé feromagnety, ktoré majú vysokú koercitívnu silu.
STANOVENIE INDUKCIE MAGNETICKÉHO POĽA NA OSI KRUŽNÉHO PRÚDU
Cieľ práce : študovať vlastnosti magnetického poľa, zoznámiť sa s pojmom magnetická indukcia. Určte indukciu magnetického poľa na osi kruhového prúdu.
Teoretický úvod. Magnetické pole. Existencia magnetického poľa v prírode sa prejavuje v početných javoch, z ktorých najjednoduchšie sú vzájomné pôsobenie pohybujúcich sa nábojov (prúdov), prúdu a permanentného magnetu, dvoch permanentných magnetov. Magnetické pole vektor . To znamená, že pre jeho kvantitatívny popis v každom bode v priestore je potrebné nastaviť vektor magnetickej indukcie. Niekedy sa toto množstvo jednoducho nazýva magnetická indukcia . Smer vektora magnetickej indukcie sa zhoduje so smerom magnetickej ihly umiestnenej v uvažovanom bode priestoru a bez iných vplyvov.
Pretože magnetické pole je silové pole, je znázornené pomocou magnetické indukčné čiary - priamky, ktorých dotyčnice sa v každom bode zhodujú so smerom vektora magnetickej indukcie v týchto bodoch poľa. Je zvyčajné nakresliť cez jednu oblasť kolmú na , počet magnetických indukčných čiar rovný veľkosti magnetickej indukcie. Hustota čiar teda zodpovedá hodnote IN . Experimenty ukazujú, že v prírode neexistujú žiadne magnetické náboje. V dôsledku toho sú magnetické indukčné čiary uzavreté. Magnetické pole sa nazýva homogénny, ak sú indukčné vektory vo všetkých bodoch tohto poľa rovnaké, to znamená, že majú rovnakú veľkosť a majú rovnaké smery.
Pre magnetické pole je to pravda princíp superpozície: magnetická indukcia výsledného poľa vytvoreného niekoľkými prúdmi alebo pohyblivými nábojmi sa rovná vektorový súčet magnetické indukčné polia vytvorené každým prúdom alebo pohybujúcim sa nábojom.
V rovnomernom magnetickom poli pôsobí na priamy vodič Ampérový výkon:
kde je vektor rovnajúci sa veľkosti dĺžky vodiča l a zhoduje sa so smerom prúdu ja v tejto príručke.
Smer ampérovej sily je určený Pravidlo pravej skrutky(vektory , a tvoria systém pravotočivých skrutiek): ak je skrutka s pravotočivým závitom umiestnená kolmo na rovinu tvorenú vektormi a a otočená z do pod najmenším uhlom, potom translačný pohyb skrutky bude indikovať smer sily V skalárnom tvare možno vzťah (1) zapísať takto:
F = I× l× B× hriech a alebo (2).
Z posledného vzťahu to vyplýva fyzikálny význam magnetickej indukcie : magnetická indukcia rovnomerného poľa sa číselne rovná sile pôsobiacej na vodič s prúdom 1 A, dlhý 1 m, umiestnený kolmo na smer poľa.
Jednotkou SI magnetickej indukcie je Tesla (T): .
Magnetické pole kruhového prúdu. Elektrický prúd nielenže interaguje s magnetickým poľom, ale ho aj vytvára. Skúsenosti ukazujú, že vo vákuu vytvára prúdový prvok magnetické pole s indukciou v bode v priestore
(3) ,
kde je koeficient proporcionality, m° = 4p x 10-7 H/m– magnetická konštanta, – vektor, ktorý sa číselne rovná dĺžke prvku vodiča a zhoduje sa v smere s elementárnym prúdom, – vektor polomeru ťahaný od prvku vodiča k uvažovanému bodu poľa, r – modul polomerového vektora. Vzťah (3) experimentálne založili Biot a Savart, analyzoval ho Laplace, a preto sa nazýva Biot-Savart-Laplaceov zákon. Podľa pravidla pravej skrutky sa vektor magnetickej indukcie v uvažovanom bode ukáže ako kolmý na prúdový prvok a vektor polomeru.
Na základe Biot-Savart-Laplaceovho zákona a princípu superpozície sú magnetické polia elektrických prúdov tečúcich vo vodičoch ľubovoľnej konfigurácie vypočítané integráciou po celej dĺžke vodiča. Napríklad magnetická indukcia magnetického poľa v strede kruhovej cievky s polomerom R , cez ktorý preteká prúd ja , rovná sa:
Magnetické indukčné čiary kruhových a dopredných prúdov sú znázornené na obrázku 1. Na osi kruhového prúdu je magnetická indukčná čiara rovná. Smer magnetickej indukcie súvisí so smerom prúdu v obvode Pravidlo pravej skrutky. Keď sa aplikuje na kruhový prúd, môže byť formulovaný nasledovne: ak sa skrutka s pravotočivým závitom otáča v smere kruhového prúdu, potom translačný pohyb skrutky udáva smer magnetických indukčných čiar, dotyčnice, ktoré sa v každom bode zhodujú s vektorom magnetickej indukcie.
, (5)
Kde R - polomer prstenca, X – vzdialenosť od stredu prstenca k bodu na osi, v ktorom sa určuje magnetická indukcia.
Aká je definícia, magnetické pole..??
Roger
V modernej fyzike sa „magnetické pole“ považuje za jedno zo silových polí, ktoré vedie k pôsobeniu magnetickej sily na pohybujúce sa elektrické náboje. Magnetické pole vzniká pohybom elektrických nábojov, zvyčajne elektrických prúdov, ako aj striedavým elektrickým poľom. Existuje hypotéza o možnosti existencie magnetických nábojov, čo v zásade elektrodynamika nezakazuje, ale doteraz neboli takéto náboje (magnetické monopóly) objavené. V rámci Maxwellovej elektrodynamiky sa ukázalo, že magnetické pole úzko súvisí s elektrickým poľom, čo viedlo k vzniku jednotného konceptu elektromagnetického poľa.
Fyzika poľa trochu mení postoj k magnetickému poľu. Po prvé, dokazuje, že magnetické náboje v zásade nemôžu existovať. Po druhé, magnetické pole sa neukáže ako nezávislé pole rovnaké ako elektrické, ale ako jedna z troch dynamických korekcií, ktoré vznikajú pri pohybe elektrických nábojov. Fyzika poľa preto považuje za základ iba elektrické pole a magnetická sila sa stáva jedným z derivátov elektrickej interakcie.
P.S. Profesor je samozrejme hrnček, ale má vybavenie....
Marie
Magnetické pole je zložka elektromagnetického poľa, ktorá sa objavuje v prítomnosti časovo premenného elektrického poľa. Okrem toho môže byť magnetické pole vytvorené prúdom nabitých častíc alebo magnetickými momentmi elektrónov v atómoch (permanentné magnety). Hlavnou charakteristikou magnetického poľa je jeho sila, určená vektorom magnetickej indukcie \vec(\mathbf(B)). V SI sa magnetická indukcia meria v Tesla (T).
Fyzikálne vlastnosti
Magnetické pole je tvorené časovo premenlivým elektrickým poľom alebo vlastnými magnetickými momentmi častíc. Okrem toho môže byť magnetické pole vytvorené prúdom nabitých častíc. V jednoduchých prípadoch to možno zistiť z Biot-Savart-Laplaceovho zákona alebo cirkulačnej vety (známej aj ako Amperov zákon). V zložitejších situáciách sa hľadá ako riešenie Maxwellových rovníc
Magnetické pole sa prejavuje pôsobením na magnetické momenty častíc a telies, na pohybujúce sa nabité častice (alebo vodiče s prúdom). Sila pôsobiaca na nabitú časticu pohybujúcu sa v magnetickom poli sa nazýva Lorentzova sila. Je úmerná náboju častice a vektorovému súčinu poľa a rýchlosti častice.
Matematické znázornenie
Vektorová veličina, ktorá tvorí pole v priestore s nulovou divergenciou.
