Kaj imenujemo magnetno polje. Magnetno polje in njegove značilnosti - predavanje

Magnet je telo, ki okoli sebe tvori magnetno polje.

Sila, ki jo ustvari magnet, bo delovala na nekatere kovine: železo, nikelj in kobalt. Predmete iz teh kovin privlači magnet.
(vžigalica in zamašek se ne privlačita, žebljiček le na desno polovico magneta, sponka za papir na poljubno mesto)

Obstajata dve področji, kjer je sila privlačnosti največja. Imenujejo se palice. Če magnet obesite na tanko nit, se bo razprl na določen način. En konec bo vedno kazal proti severu, drugi konec pa proti jugu. Zato se en pol imenuje severni, drugi pa južni.

Jasno lahko vidite učinek magnetnega polja, ki nastane okoli magneta. Magnet postavimo na površino, na katero smo predhodno nasuli kovinske opilke. Pod vplivom magnetnega polja se žagovina razporedi v obliki elipsastih krivulj. Po videzu teh krivulj si lahko predstavljamo, kako se magnetne silnice nahajajo v prostoru. Njihova smer je običajno označena od severa proti jugu.

Če vzamemo dva enaka magneta in poskušamo njuna pola približati, bomo ugotovili, da se različni poli privlačijo, podobni pa odbijajo.

Tudi naša Zemlja ima magnetno polje, imenovano magnetno polje Zemlja. Severni konec puščice vedno kaže proti severu. Zato je severni geografski pol Zemlje južni magnetni pol, ker se nasprotna magnetna pola privlačita. Prav tako je geografski južni pol severni magnetni pol.

Severni konec igle kompasa vedno kaže proti severu, saj ga privlači Zemljin južni magnetni pol.

Če pod žico, ki je napeta v smeri od severa proti jugu in skozi katero teče tok, postavimo kompas, bomo videli, da bo magnetna igla odstopala. To dokazuje, da elektrika okoli sebe ustvarja magnetno polje.

Če pod žico, po kateri teče električni tok, postavimo več kompasov, bomo videli, da bodo vse puščice odstopale za enak kot. To pomeni, da je magnetno polje, ki ga ustvari žica, enako čez različna področja. Zato lahko sklepamo, da imajo magnetne silnice za vsak prevodnik obliko koncentričnih krogov.

Smer silnic magnetnega polja lahko določimo s pravilom desna roka. Če želite to narediti, morate z desno roko miselno stisniti vodnik z električnim tokom, tako da se razširi palec desna roka je pokazala smer električnega toka, nato pa bodo upognjeni prsti pokazali smer magnetnih silnic.

Če kovinsko žico zvijemo v spiralo in po njej spustimo električni tok, potem se magnetna polja vsakega posameznega obrata seštejejo v skupno polje spirale.

Delovanje magnetnega polja spirale je podobno delovanju magnetnega polja trajnega magneta. To načelo je bilo osnova za ustvarjanje elektromagneta. Tako kot trajni magnet ima južni in severni pol. Severni tečaj je kraj, od koder prihajajo črte magnetnega polja.

Moč trajnega magneta se s časom ne spreminja. Z elektromagnetom je drugače. Moč elektromagneta lahko spremenimo na tri načine.

Prvi način. V spiralo postavimo kovinsko jedro. V tem primeru se seštejeta delovanje magnetnega polja jedra in magnetnega polja spirale.

Drugi način. Povečajmo število obratov spirale. Več kot ima spirala, večji je učinek sile magnetnega polja.

Tretji način. Povečajmo jakost električnega toka, ki teče v spirali. Povečala se bodo magnetna polja posameznih ovojev, zato se bo povečalo tudi skupno magnetno polje spirale.

Zvočnik

Zvočna naprava vključuje elektromagnet in trajni magnet. Elektromagnet, ki je povezan z membrano zvočnika, je nameščen na togo pritrjenem permanentnem magnetu. Hkrati ostane membrana mobilna. Spustimo izmenični električni tok skozi elektromagnet, katerega vrsta je odvisna od zvočne vibracije. S spreminjanjem električnega toka se spreminja učinek magnetnega polja v elektromagnetu.

Posledično se bo elektromagnet privlačil ali odbijal od trajnega magneta z različnimi močmi. Poleg tega bo membrana zvočnika izvajala popolnoma enake vibracije kot elektromagnet. Tako se bo tisto, kar je bilo povedano v mikrofon, slišalo po zvočniku.

Pokliči

Električni zvonec lahko uvrstimo med električne releje. Vzrok za prekinitveni zvočni signal so občasni kratki stiki in odprti tokokrogi.

Ko pritisnete gumb za zvonec, se električni krog sklene. Jeziček zvona pritegne elektromagnet in udari po zvonu. V tem primeru jezik odpre električni krog. Tok preneha teči, elektromagnet ne deluje in jezik se vrne v prvotni položaj. Električni krog se spet sklene, jezik spet pritegne elektromagnet in udari po zvoncu. Ta postopek se bo nadaljeval, dokler pritiskamo na klicni gumb.

Električni motor

Namestimo prosto vrtečo se magnetno iglo pred elektromagnet in jo zavrtimo. To gibanje lahko ohranimo, če elektromagnet vklopimo v trenutku, ko magnetna igla obrne isti pol proti elektromagnetu.

Privlačna sila elektromagneta zadostuje, da se rotacijsko gibanje igle ne ustavi.

(na sliki magnet prejme impulz, ko je rdeča puščica blizu in je pritisnjen gumb. Če pritisnete gumb, ko je zelena puščica blizu, se elektromagnet ustavi)

To načelo je osnova elektromotorja. Le da se v njem ne vrti magnetna igla, temveč elektromagnet, imenovan armatura, v statično pritrjenem magnetu v obliki podkve, ki se imenuje stator. Zaradi večkratnega zapiranja in odpiranja tokokroga se elektromagnet, t.j. sidro se bo nenehno vrtelo.

Električni tok vstopa v armaturo skozi dva kontakta, ki sta dva izolirana polobroča. To povzroči, da elektromagnet nenehno spreminja polarnost. Ko sta nasprotna pola nasproti drug drugemu, začne motor upočasnjevati. Toda v tem trenutku elektromagnet spremeni polarnost in zdaj sta nasproti drug drugemu enaka pola. Odrinejo in motor se še naprej vrti.

Generator

Priključimo voltmeter na konce spirale in začnemo nihati trajni magnet pred njenimi zavoji. V tem primeru bo voltmeter pokazal prisotnost napetosti. Iz tega lahko sklepamo, da na električni prevodnik vpliva spreminjajoče se magnetno polje.

Iz tega sledi zakon električne indukcije: napetost bo obstajala na koncih indukcijske tuljave, dokler je tuljava v spreminjajočem se magnetnem polju.

Več kot ima indukcijska tuljava, več napetosti se pojavi na njenih koncih. Napetost lahko povečate tako, da povečate magnetno polje ali povzročite njegovo hitrejše spreminjanje. Kovinsko jedro, vstavljeno v indukcijsko tuljavo, poveča indukcijsko napetost, saj se magnetno polje poveča zaradi magnetizacije jedra.
(magnet začne močneje valovati pred tuljavo, zaradi česar se igla voltmetra veliko bolj odkloni)

Generator je nasprotje elektromotorja. Sidro, tj. Elektromagnet se vrti v magnetnem polju trajnega magneta. Zaradi vrtenja armature se magnetno polje, ki deluje nanjo, nenehno spreminja. Posledično se spremeni nastala indukcijska napetost. Med polnim vrtenjem armature bo napetost polovico časa pozitivna in polovico časa negativna. Primer tega je vetrni generator, ki proizvaja izmenično napetost.

Transformator

Po zakonu indukcije se napetost pojavi, ko se spremeni magnetno polje v indukcijski tuljavi. Toda magnetno polje tuljave se bo spremenilo le, če se v njem pojavi izmenična napetost.

Magnetno polje se spremeni od nič do končne vrednosti. Če tuljavo priključite na vir napetosti, bo nastalo izmenično magnetno polje ustvarilo kratkotrajno indukcijsko napetost, ki bo nasprotovala glavni napetosti. Za opazovanje pojava inducirane napetosti ni treba uporabiti dveh tuljav. To je mogoče storiti z eno tuljavo, vendar se ta proces imenuje samoindukcija. Napetost v tuljavi doseže svoj maksimum čez nekaj časa, ko se magnetno polje preneha spreminjati in postane konstantno.

Na enak način se spremeni magnetno polje, če tuljavo odklopimo od vira napetosti. V tem primeru pride tudi do pojava samoindukcije, ki nasprotuje padajoči napetosti. Zato napetost ne pade na nič takoj, ampak z določeno zakasnitvijo.

Če na tuljavo nenehno priklapljamo in odklapljamo vir napetosti, se bo magnetno polje okoli nje nenehno spreminjalo. Hkrati se pojavi tudi izmenična indukcijska napetost. Zdaj namesto tega priključimo tuljavo na vir izmenične napetosti. Čez nekaj časa se pojavi izmenična indukcijska napetost.

Priključimo prvo tuljavo na vir izmenične napetosti. Zahvaljujoč kovinskemu jedru bo nastalo izmenično magnetno polje delovalo tudi na drugo tuljavo. To pomeni, da se lahko izmenična napetost prenaša iz enega električnega tokokroga v drugega, tudi če ti tokokrogi med seboj niso povezani.

Če vzamemo dve tuljavi z enakimi parametri, lahko v drugi dobimo enako napetost, ki deluje na prvo tuljavo. Ta pojav se uporablja v transformatorjih. Samo namen transformatorja je ustvariti drugačno napetost v drugi tuljavi, drugačno od prve. Za to mora imeti druga tuljava večje ali manjše število ovojev.

Če je imela prva tuljava 1000 obratov, druga pa 10, bo napetost v drugem tokokrogu le stotina napetosti v prvem. Toda moč toka se poveča skoraj stokrat. Zato so potrebni visokonapetostni transformatorji velika moč trenutno

Viri konstantna magnetna polja (PMF) na delovnih mestih so trajni magneti, elektromagneti, visokonapetostni enosmerni sistemi (DC daljnovodi, elektrolitske kopeli itd.).

Trajni magneti in elektromagneti se pogosto uporabljajo v instrumentaciji, v magnetnih podložkah žerjavov, v magnetnih separatorjih, v napravah za magnetno obdelavo vode, v magnetohidrodinamičnih generatorjih (MHD), napravah za jedrsko magnetno resonanco (NMR) in elektronsko paramagnetno resonanco (EPR). tudi v fizioterapevtski praksi.

Glavni fizikalni parametri, ki označujejo PMP, so poljska jakost (N), magnetni pretok (F) in magnetna indukcija (V). Merska enota SI za jakost magnetnega polja je amper na meter (A/m), magnetni pretok - Weber (Wb ), gostota magnetnega pretoka (magnetna indukcija) - tesla (T ).

Ugotovljene so bile spremembe v zdravstvenem stanju oseb, ki delajo z viri PMF. Najpogosteje se te spremembe kažejo v obliki vegetativne distonije, astenovegetativnega in perifernega vazovegetativnega sindroma ali njihove kombinacije.

V skladu z veljavnim standardom v naši državi ("Najvišje dovoljene ravni izpostavljenosti stalnim magnetnim poljem pri delu z magnetnimi napravami in magnetnimi materiali" št. 1742-77) napetost PMF na delovnih mestih ne sme presegati 8 kA / m (10 mT ). Dovoljene vrednosti PMF, ki jih priporoča Mednarodni odbor za neionizirajoče sevanje (1991), se razlikujejo glede na prebivalstvo, lokacijo izpostavljenosti in čas dela. Za profesionalce: 0,2 T - s polno izpostavljenostjo (8 ur); 2 T - s kratkotrajno izpostavljenostjo telesu; 5 T - s kratkotrajno izpostavljenostjo rokam. Za prebivalstvo stopnja trajne izpostavljenosti PMF ne sme presegati 0,01 T.

Viri RF EMR se pogosto uporabljajo v najrazličnejših panogah Narodno gospodarstvo. Uporabljajo se za prenos informacij na daljavo (radiodifuzija, radiotelefonske komunikacije, televizija, radar itd.). V industriji se EMR radijskih valov uporablja za indukcijsko in dielektrično segrevanje materialov (kaljenje, taljenje, spajkanje, varjenje, brizganje kovin, ogrevanje notranjih kovinskih delov električnih vakuumskih naprav med črpanjem, sušenje lesa, segrevanje plastike, lepljenje plastičnih mas, toplota). zdravljenje prehrambeni izdelki in itd.). EMR se pogosto uporablja v znanstvena raziskava(radiospektroskopija, radioastronomija) in medicina (fizioterapija, kirurgija, onkologija). V nekaterih primerih se EMI pojavi kot stranski neizkoriščen dejavnik, na primer v bližini nadzemnih daljnovodov (OHT), transformatorskih postaj, električnih naprav, vključno z gospodinjskimi. Glavni viri EMF RF sevanja v okolju služijo antenski sistemi radarske postaje(radar), radijske in televizijske postaje, vključno z mobilnimi radijskimi komunikacijskimi sistemi in nadzemnimi električnimi vodi.

Človeško in živalsko telo je zelo občutljivo na učinke RF EMF.

Kritični organi in sistemi vključujejo: osrednje živčni sistem, oči, spolne žleze in po nekaterih avtorjih hematopoetski sistem. Biološki učinek teh sevanj je odvisen od valovne dolžine (ali frekvence sevanja), načina generiranja (kontinuirano, pulzno) in pogojev izpostavljenosti telesa (kontinuirano, občasno; splošno, lokalno; intenzivnost; trajanje). Ugotovljeno je, da se biološka aktivnost zmanjšuje z naraščajočo valovno dolžino (ali padajočo frekvenco) sevanja. Najbolj aktivni so centi-, deci in metrski razponi radijskih valov. Lezije, ki jih povzroča RF EMR, so lahko akutne ali kronične. Akutni nastanejo pod vplivom znatne intenzivnosti toplotnega sevanja. Pojavijo se izjemno redko - v primeru nesreč ali hudih kršitev varnostnih predpisov na radarju. Za strokovni pogoji Bolj značilne so kronične lezije, ki se običajno odkrijejo po več letih dela z mikrovalovnimi viri EMR.

Glavni regulativni dokumenti ki urejajo dovoljene ravni izpostavljenosti RF EMR so: GOST 12.1.006 - 84 “SSBT. Elektromagnetna polja radijskih frekvenc.

Sprejemljive ravni" in SanPiN 2.2.4/2.1.8.055-96 " Elektromagnetno sevanje radiofrekvenčno območje«. Standardizirajo izpostavljenost energiji (EE) za električno (E) in magnetno (H) polje ter gostoto energijskega pretoka (EF) za delovni dan (tabela 5.11).

Tabela 5.11.

Najvišje dovoljene ravni (MAL) na delovni dan za delavce

Z EMR RF

Parameter	Frekvenčna območja, MHz
Ime	Enota	0,003-3	3-30	30-300	300-300000
EE E	(V/m) 2 *h				-
uh n	(A/m) 2 *h		-	-	-
ppe	(μW/cm 2)* h	-	-	-

Za celotno populacijo s stalno izpostavljenostjo so bile določene naslednje MRL za električno poljsko jakost, V/m:

Frekvenčno območje MHz

0,03-0,30........................................................... 25

0,3-3,0.............................................................. 15

3-30.................................................................. 10

30-300............................................................... 3*

300-300000...................................................... 10

* Razen za televizijske postaje, pri katerih se daljinski upravljalniki razlikujejo glede na

odvisno od frekvence od 2,5 do 5 V/m.

Naprave, ki delujejo v radiofrekvenčnem območju, vključujejo video zaslone osebnih računalniških terminalov. Dandanes so osebni računalniki (PC). široka uporaba v proizvodnji, v znanstvenih raziskavah, v zdravstvenih ustanovah, v vsakdanjem življenju, na univerzah, v šolah in celo v vrtcih. Ko se uporabljajo v proizvodnji, lahko osebni računalniki, odvisno od tehnoloških nalog, dolgo časa (v delovnem dnevu) vplivajo na človeško telo. V vsakdanjem življenju je čas, ko uporabljate osebni računalnik, popolnoma neobvladljiv.

Za PC video terminale (VDT) so nameščeni naslednji EMI PDU (SanPiN 2.2.2.542-96 "Higienske zahteve za video terminale, osebne elektronske računalnike in organizacijo dela") - tabela. 5.12.

Tabela 5.12. Najvišje dovoljene ravni EMR, ki jih ustvarjajo RCCB

Poglej tudi: Portal:Fizika

Magnetno polje lahko ustvari tok nabitih delcev in/ali magnetni momenti elektronov v atomih (ter magnetni momenti drugih delcev, čeprav v opazno manjši meri) (trajni magneti).

Poleg tega se pojavi v prisotnosti časovno spremenljivega električnega polja.

Glavna značilnost jakosti magnetnega polja je vektor magnetne indukcije (vektor indukcije magnetnega polja). Z matematičnega vidika je to vektorsko polje, ki opredeljuje in specificira fizični koncept magnetnega polja. Zaradi jedrnatosti se vektor magnetne indukcije pogosto imenuje magnetno polje (čeprav to verjetno ni najbolj stroga uporaba izraza).

Druga temeljna značilnost magnetnega polja (alternativa magnetni indukciji in tesno povezana z njo, skoraj enaka po fizični vrednosti) je vektorski potencial .

Magnetno polje lahko imenujemo posebna vrsta snovi, skozi katero pride do interakcije med premikajočimi se nabitimi delci ali telesi z magnetnim momentom.

Magnetna polja so nujna (v kontekstu) posledica obstoja električnih polj.

Z vidika kvantne teorije polja je magnetna interakcija, kako poseben primer elektromagnetno interakcijo izvaja temeljni brezmasni bozon - foton (delec, ki ga lahko predstavimo kot kvantno vzbujanje elektromagnetnega polja), pogosto (na primer v vseh primerih statičnih polj) - virtualni.

Viri magnetnega polja

Magnetno polje ustvarja (generira) tok nabitih delcev, ali časovno spremenljivo električno polje, ali lastni magnetni momenti delcev (slednje zaradi enotnosti slike lahko formalno reduciramo na električne tokove ).

Izračun

IN enostavni primeri magnetno polje prevodnika s tokom (vključno s primerom toka, ki je poljubno porazdeljen po volumnu ali prostoru) je mogoče najti iz zakona Biot-Savart-Laplace ali izreka o kroženju (znanega tudi kot Amperov zakon). Načeloma je ta metoda omejena na primer (približek) magnetostatike - to je primer stalnih (če govorimo o strogi uporabnosti) ali precej počasi spreminjajočih se (če govorimo o približni aplikaciji) magnetnih in električnih polj.

V več težke situacije iščemo kot rešitev Maxwellovih enačb.

Manifestacija magnetnega polja

Magnetno polje se kaže v vplivu na magnetne momente delcev in teles, na gibajoče se nabite delce (ali vodnike s tokom). Silo, ki deluje na električno nabit delec, ki se giblje v magnetnem polju, imenujemo Lorentzova sila, ki je vedno usmerjena pravokotno na vektorja v in B. Sorazmeren je z nabojem delca q, komponenta hitrosti v, pravokotno na smer vektorja magnetnega polja B, in velikost indukcije magnetnega polja B. V sistemu enot SI je Lorentzova sila izražena na naslednji način:

v sistemu enot GHS:

kjer oglati oklepaji označujejo vektorski produkt.

Prav tako (zaradi delovanja Lorentzove sile na nabite delce, ki se gibljejo vzdolž prevodnika) deluje magnetno polje na prevodnik s tokom. Sila, ki deluje na vodnik, po katerem teče tok, se imenuje Amperova sila. Ta sila je sestavljena iz sil, ki delujejo na posamezne naboje, ki se premikajo znotraj prevodnika.

Interakcija dveh magnetov

Eden najpogostejših v običajno življenje manifestacije magnetnega polja - medsebojno delovanje dveh magnetov: kot se pola odbijata, nasprotna pola se privlačita. Interakcijo med magneti je mamljivo opisati kot interakcijo med dvema monopoloma, s formalnega vidika pa je ta ideja povsem izvedljiva in pogosto zelo priročna ter zato praktično uporabna (v izračunih); podrobna analiza pa pokaže, da v resnici to ni povsem pravilen opis pojavov (najočitnejše vprašanje, ki ga v okviru takšnega modela ni mogoče razložiti, je vprašanje, zakaj monopolov nikoli ni mogoče ločiti, tj. zakaj eksperiment pokaže, da nobeno izolirano telo dejansko nima magnetnega naboja; poleg tega je šibkost model je, da ni uporaben za magnetno polje, ki ga ustvari makroskopski tok, in zato, če ga ne obravnavamo kot čisto formalno tehniko, vodi le do zapleta teorije v temeljnem smislu).

Pravilneje bi bilo reči, da na magnetni dipol, postavljen v neenakomerno polje, deluje sila, ki teži k njegovemu vrtenju, tako da je magnetni moment dipola poravnan z magnetnim poljem. Toda noben magnet ne izkusi (skupne) sile enotnega magnetnega polja. Sila, ki deluje na magnetni dipol z magnetnim momentom m izraženo s formulo:

Silo, ki deluje na magnet (ki ni enotočkovni dipol) iz neenotnega magnetnega polja, je mogoče določiti s seštevanjem vseh sil (določenih s to formulo), ki delujejo na osnovne dipole, ki sestavljajo magnet.

Vendar pa je možen pristop, ki reducira interakcijo magnetov na Amperejevo silo, in samo zgornjo formulo za silo, ki deluje na magnetni dipol, lahko dobimo tudi na osnovi Amperove sile.

Pojav elektromagnetne indukcije

Vektorsko polje H merjeno v amperih na meter (A/m) v sistemu SI in v oerstedih v GHS. Oersted in Gaussian sta enaki količini, njuna delitev je zgolj terminološka.

Energija magnetnega polja

Povečanje gostote energije magnetnega polja je enako:

H- jakost magnetnega polja, B- magnetna indukcija

V linearnem tenzorskem približku je magnetna prepustnost tenzor (označujemo ga) in množenje vektorja z njim je tenzorsko (matrično) množenje:

ali v komponentah.

Gostota energije v tem približku je enaka:

- komponente tenzorja magnetne prepustnosti, - tenzor, predstavljen z matriko, inverzno matriki tenzorja magnetne prepustnosti, - magnetna konstanta

Pri izbiri koordinatnih osi, ki sovpadajo z glavnimi osmi tenzorja magnetne prepustnosti, so formule v komponentah poenostavljene:

- diagonalne komponente tenzorja magnetne prepustnosti v lastnih oseh (preostale komponente v teh posebnih koordinatah - in samo v njih! - so enake nič).

V izotropnem linearnem magnetu:

- relativna magnetna prepustnost

V vakuumu in:

Energijo magnetnega polja v induktorju lahko najdemo po formuli:

Ф - magnetni pretok, I - tok, L - induktivnost tuljave ali zavoja s tokom.

Magnetne lastnosti snovi

S temeljnega vidika, kot je navedeno zgoraj, lahko magnetno polje ustvari (in torej - v kontekstu tega odstavka - in oslabi ali okrepi) spremenljivka električno polje, električni tokovi v obliki tokov nabitih delcev ali magnetnih momentov delcev.

Specifična mikroskopska zgradba in lastnosti različnih snovi (pa tudi njihovih zmesi, zlitin, agregatnih stanj, kristalnih modifikacij itd.) privedejo do tega, da se lahko na makroskopski ravni pod vplivom zunanjega magnetnega polja obnašajo precej različno. (zlasti njegovo oslabitev ali krepitev v različnih stopnjah).

V zvezi s tem so snovi (in okolja na splošno) glede na njihove magnetne lastnosti razdeljene v naslednje glavne skupine:

Antiferomagneti so snovi, v katerih je vzpostavljen antiferomagnetni red za magnetne momente atomov ali ionov: magnetni momenti snovi so usmerjeni nasprotno in enako močni.
Diamagneti so snovi, ki so namagnetene v nasprotni smeri zunanjega magnetnega polja.
Paramagnetne snovi so snovi, ki se v zunanjem magnetnem polju namagnetijo v smeri zunanjega magnetnega polja.
Feromagneti so snovi, v katerih se pod določeno kritično temperaturo (Curiejeva točka) vzpostavi feromagnetni red velikega dosega magnetnih momentov.
Ferimagneti so materiali, v katerih so magnetni momenti snovi usmerjeni v nasprotni smeri in niso enaki po jakosti.
Zgoraj naštete skupine snovi vključujejo predvsem navadne trdne ali (nekatere) tekoče snovi ter pline. Interakcija z magnetnim poljem superprevodnikov in plazme je bistveno drugačna.

Toki Fuko

Foucaultovi tokovi (vrtinčni tokovi) so zaprti električni tokovi v masivnem prevodniku, ki nastanejo, ko se spremeni magnetni tok, ki prodira vanj. So inducirani tokovi, ki nastanejo v prevodnem telesu bodisi kot posledica časovne spremembe magnetnega polja, v katerem se nahaja, bodisi kot posledica gibanja telesa v magnetnem polju, kar povzroči spremembo magnetnega polja. pretok skozi telo ali kateri koli njegov del. V skladu z Lenzovim pravilom je magnetno polje Foucaultovih tokov usmerjeno tako, da nasprotuje spremembi magnetnega pretoka, ki inducira te tokove.

Zgodovina razvoja idej o magnetnem polju

Čeprav so bili magneti in magnetizem znani že veliko prej, se je preučevanje magnetnega polja začelo leta 1269, ko je francoski znanstvenik Peter Peregrine (vitez Pierre of Mericourt) z jeklenimi iglami označil magnetno polje na površini sferičnega magneta in ugotovil, da nastalo črte magnetnega polja so se sekale v dveh točkah, ki ju je po analogiji s poloma Zemlje imenoval "poli". Skoraj tri stoletja pozneje je William Gilbert Colchester uporabil delo Petra Peregrinusa in prvič dokončno izjavil, da je Zemlja magnet. Izdano leta 1600, Gilbertovo delo "De Magnete", je postavil temelje magnetizma kot znanosti.

Tri odkritja zapored so izpodbijala to »osnovo magnetizma«. Prvič, leta 1819, je Hans Christian Oersted odkril, da električni tok okoli sebe ustvarja magnetno polje. Nato je leta 1820 André-Marie Ampère pokazal, da se vzporedne žice, po katerih teče tok v isti smeri, privlačijo. Končno sta Jean-Baptiste Biot in Félix Savart leta 1820 odkrila zakon, imenovan Biot-Savart-Laplaceov zakon, ki je pravilno napovedal magnetno polje okoli katere koli žice pod napetostjo.

Ob razširitvi teh poskusov je Ampère leta 1825 objavil svoj uspešen model magnetizma. V njem je prikazal enakovrednost električnega toka v magnetih in namesto dipolov magnetnih nabojev Poissonovega modela predlagal idejo, da je magnetizem povezan s stalno tekočimi tokovnimi zankami. Ta ideja je pojasnila, zakaj magnetnega naboja ni bilo mogoče izolirati. Poleg tega je Ampere izpeljal po njem imenovani zakon, ki je tako kot Biot-Savart-Laplaceov zakon pravilno opisal magnetno polje, ki ga ustvarja enosmerni tok, uvedel pa je tudi izrek o kroženju magnetnega polja. Tudi v tem delu je Ampère skoval izraz "elektrodinamika", da bi opisal odnos med elektriko in magnetizmom.

Čeprav jakost magnetnega polja gibajočega se električnega naboja, implicirana v Amperovem zakonu, ni bila izrecno navedena, jo je Hendrik Lorentz leta 1892 izpeljal iz Maxwellovih enačb. Hkrati je bila klasična teorija elektrodinamike v bistvu zaključena.

Dvajseto stoletje je razširilo poglede na elektrodinamiko, zahvaljujoč nastanku teorije relativnosti in kvantne mehanike. Albert Einstein je v svojem članku iz leta 1905, v katerem je utemeljil svojo teorijo relativnosti, pokazal, da sta električna in magnetna polja del istega pojava, obravnavanega v različne sisteme odštevanje. (Glejte Moving Magnet and the Conductor Problem – miselni eksperiment, ki je končno pomagal Einsteinu razviti posebno teorijo relativnosti). Končno je bila kvantna mehanika združena z elektrodinamiko, da je nastala kvantna elektrodinamika (QED).

Poglej tudi

Magnetni filmski vizualizator

Opombe

TSB. 1973, "Sovjetska enciklopedija".
V posebnih primerih lahko magnetno polje obstaja v odsotnosti električnega polja, toda na splošno je magnetno polje tesno povezano z električnim, tako dinamično (medsebojno ustvarjanje spremenljivk z električnim in magnetnim poljem drug drugega) , in to v smislu, da ob prehodu na nov sistem referenčnega se magnetno in električno polje izražata eno skozi drugega, kar pomeni, da ju na splošno ni mogoče brezpogojno ločiti.
Yavorsky B. M., Detlaf A. A. Handbook of Physics: 2. izdaja, revidirana. - M.: Nauka, Glavna redakcija fizične in matematične literature, 1985, - 512 str.
V SI se magnetna indukcija meri v teslah (T), v sistemu CGS pa v gaussih.
V sistemu enot CGS natančno sovpadajo, v SI pa se razlikujejo s konstantnim koeficientom, kar seveda ne spremeni dejstva njihove praktične fizične istovetnosti.
Najpomembnejša in očitna razlika pri tem je, da je sila, ki deluje na gibajoči se delec (ali na magnetni dipol), izračunana natančno skozi in ne skozi . Tudi vsaka druga fizikalno pravilna in smiselna merilna metoda bo omogočila natančno merjenje, čeprav se za formalne izračune včasih izkaže za bolj priročno - kar je pravzaprav smisel uvedbe te pomožne količine (sicer bi šlo brez nje). skupaj, samo z uporabo
Vendar pa moramo dobro razumeti, da se številne temeljne lastnosti te »materije« bistveno razlikujejo od lastnosti tiste običajne vrste »materije«, ki bi jo lahko označili z izrazom »snov«.
Glej Amperov izrek.
Za enakomerno polje daje ta izraz ničelno silo, saj so vsi derivati enaki nič B po koordinatah.
Sivuhin D.V. Tečaj splošne fizike. - Ed. 4., stereotipno. - M.: Fizmatlit; Založba MIPT, 2004. - T. III. Elektrika. - 656 s. - ISBN 5-9221-0227-3; ISBN 5-89155-086-5.

Razumejmo skupaj, kaj je magnetno polje. Navsezadnje veliko ljudi živi na tem področju vse življenje in o tem sploh ne razmišlja. Čas je, da to popravimo!

Magnetno polje

Magnetno polje- posebna vrsta snovi. Kaže se v delovanju na premikajoče se električne naboje in telesa, ki imajo svoj magnetni moment (trajni magneti).

Pomembno: magnetno polje ne vpliva na stacionarne naboje! Magnetno polje nastane tudi zaradi premikanja električnih nabojev ali časovno spremenljivega električnega polja ali magnetnih momentov elektronov v atomih. Se pravi, vsaka žica, po kateri teče tok, postane tudi magnet!

Telo, ki ima svoje magnetno polje.

Magnet ima pola, ki se imenujeta severni in južni. Oznaki "sever" in "jug" sta podani samo zaradi priročnosti (kot "plus" in "minus" pri elektriki).

Magnetno polje predstavlja magnetni daljnovodi. Silnice so zvezne in sklenjene, njihova smer pa vedno sovpada s smerjo delovanja silnic polja. Če so kovinski ostružki razpršeni okoli trajnega magneta, bodo kovinski delci pokazali jasno sliko daljnovodi magnetno polje zapušča sever in vstopa v južni pol. Grafična značilnost magnetnega polja - silnice.

Značilnosti magnetnega polja

Glavne značilnosti magnetnega polja so magnetna indukcija, magnetni tok in magnetna prepustnost. Toda pogovorimo se o vsem po vrsti.

Naj takoj opozorimo, da so v sistemu podane vse merske enote SI.

Magnetna indukcija B – vektorska fizikalna veličina, ki je glavna sila, značilna za magnetno polje. Označeno s črko B . Merska enota magnetne indukcije – Tesla (T).

Magnetna indukcija kaže, kako močno je polje, tako da določi silo, s katero deluje na naboj. Ta sila se imenuje Lorentzova sila.

Tukaj q - napolniti, v - njegova hitrost v magnetnem polju, B - indukcija, F - Lorentzova sila, s katero polje deluje na naboj.

F- fizikalna količina, enako zmnožku magnetna indukcija na območju obrisa in kosinus med indukcijskim vektorjem in normalo na ravnino obrisa, skozi katero prehaja tok. Magnetni pretok je skalarna karakteristika magnetnega polja.

Lahko rečemo, da magnetni tok označuje število magnetnih indukcijskih linij, ki prodirajo na enoto površine. Magnetni pretok se meri v Weberach (Wb).

Magnetna prepustnost– koeficient, ki določa magnetne lastnosti medija. Eden od parametrov, od katerih je odvisna magnetna indukcija polja, je magnetna prepustnost.

Naš planet je že nekaj milijard let ogromen magnet. Indukcija zemeljskega magnetnega polja se spreminja glede na koordinate. Na ekvatorju je približno 3,1 krat 10 na minus peto Teslovo potenco. Poleg tega obstajajo magnetne anomalije, kjer se vrednost in smer polja bistveno razlikujeta od sosednjih območij. Nekaj največjih magnetnih anomalij na planetu - Kursk in Brazilske magnetne anomalije.

Izvor zemeljskega magnetnega polja za znanstvenike še vedno ostaja skrivnost. Predpostavlja se, da je izvor polja tekoče kovinsko jedro Zemlje. Jedro se premika, kar pomeni, da se premika staljena zlitina železa in niklja, gibanje nabitih delcev pa je električni tok, ki ustvarja magnetno polje. Težava je v tem, da ta teorija ( geodinamo) ne pojasnjuje, kako se polje ohranja stabilno.

Zemlja je ogromen magnetni dipol. Magnetni poli ne sovpadajo z geografskimi, čeprav so v neposredni bližini. Poleg tega se zemeljski magnetni poli premikajo. Njihovo selitev beležijo od leta 1885. Na primer, v zadnjih sto letih se je magnetni pol na južni polobli premaknil za skoraj 900 kilometrov in se zdaj nahaja v južnem oceanu. Pol arktične poloble se premika skozi Arktični ocean do vzhodnosibirske magnetne anomalije, njegova hitrost gibanja (po podatkih iz leta 2004) je bila približno 60 kilometrov na leto. Zdaj je gibanje polov pospešeno - v povprečju se hitrost poveča za 3 kilometre na leto.

Kakšen pomen ima za nas zemeljsko magnetno polje? Prvič, Zemljino magnetno polje ščiti planet pred kozmičnimi žarki in sončnim vetrom. Nabiti delci iz globokega vesolja ne padejo neposredno na tla, ampak jih orjaški magnet odbije in se premikajo vzdolž njegovih silnic. Tako so vsa živa bitja zaščitena pred škodljivimi sevanji.

V zgodovini Zemlje se je zgodilo več dogodkov. inverzije(spremembe) magnetnih polov. Inverzija polov- takrat zamenjajo mesta. Nazadnje se je ta pojav zgodil pred približno 800 tisoč leti, skupno pa je bilo v zgodovini Zemlje več kot 400 geomagnetnih inverzij.Nekateri znanstveniki menijo, da je glede na opaženo pospeševanje gibanja magnetnih polov naslednji pol inverzijo je treba pričakovati v naslednjih nekaj tisoč letih.

Na srečo v našem stoletju še ni pričakovati spremembe polov. To pomeni, da lahko razmišljate o prijetnih stvareh in uživate v življenju v dobrem starem konstantnem polju Zemlje, ob upoštevanju osnovnih lastnosti in značilnosti magnetnega polja. In da vam bo to uspelo, so tu naši avtorji, ki jim lahko z zaupanjem zaupate nekaj vzgojnih tegob! in druge vrste del lahko naročite preko povezave.

Če skozi železo spustimo električni tok, bo železo med prehajanjem toka pridobilo magnetne lastnosti. Nekatere snovi, na primer kaljeno jeklo in številne zlitine, ne izgubijo svojih magnetnih lastnosti tudi po izklopu toka, za razliko od elektromagnetov.

Ta telesa, ki dolgo časa ohranjajo magnetizacijo, se imenujejo trajni magneti. Ljudje so se najprej naučili proizvajati trajne magnete iz naravnih magnetov - magnetne železove rude, nato pa so se jih naučili izdelovati sami iz drugih snovi in jih umetno magnetizirati.

Magnetno polje trajnega magneta

Trajni magneti imajo dva pola, imenovana severno in južno magnetno polje. Med tema poloma se magnetno polje nahaja v obliki zaprtih linij, usmerjenih od severnega proti južnemu polu. Magnetno polje trajnega magneta deluje na kovinske predmete in druge magnete.

Če približate dva magneta z enakimi poli, se bosta odbijala. In če imajo različna imena, potem se privlačijo. Zdi se, da so magnetne črte nasprotnih nabojev zaprte druga proti drugi.

Če kovinski predmet vstopi v polje magneta, ga magnet namagneti in sam kovinski predmet postane magnet. Privlači ga njen nasprotni pol glede na magnet, zato se zdi, da se kovinska telesa »prilepijo« na magnete.

Zemljino magnetno polje in magnetne nevihte

Magnetnega polja nimajo samo magneti, ampak tudi naš domači planet. Zemljino magnetno polje določa delovanje kompasa, ki so ga ljudje že od antičnih časov uporabljali za navigacijo po terenu. Zemlja ima, tako kot vsak drug magnet, dva pola - severnega in južnega. Zemljini magnetni poli so blizu geografskih polov.

Zemljine magnetne silnice »izstopajo« iz Zemljinega severnega pola in »vstopajo« na lokaciji južnega pola. Fizika eksperimentalno potrjuje obstoj zemeljskega magnetnega polja, vendar ga še ne more povsem pojasniti. Menijo, da so razlog za obstoj zemeljskega magnetizma tokovi, ki tečejo znotraj Zemlje in v ozračju.

Občasno se pojavijo tako imenovane "magnetne nevihte". Zaradi sončne aktivnosti in oddajanja tokov nabitih delcev s strani Sonca se zemeljsko magnetno polje za kratek čas spremeni. V zvezi s tem se lahko kompas obnaša nenavadno in je moten prenos različnih elektromagnetnih signalov v ozračju.

Takšna neurja lahko povzročijo nelagodje pri nekaterih občutljivih ljudeh, saj motnja normalnega zemeljskega magnetizma povzroči rahle spremembe v precej tanek instrument– naše telo. Menijo, da s pomočjo zemeljskega magnetizma ptice selivke in živali selivke najdejo pot domov.

Ponekod na Zemlji obstajajo območja, kjer kompas ne kaže vedno proti severu. Takšna mesta imenujemo anomalije. Takšne anomalije se najpogosteje razlagajo z ogromnimi nahajališči železove rude v majhnih globinah, ki izkrivljajo naravno magnetno polje Zemlje.