Какво всъщност представляват магнитните полета? Промени в магнитните свойства на материалите
Магнитните полета се срещат в природата и могат да бъдат създадени изкуствено. Човекът забеляза техните полезни свойства, които се научи да прилага в ежедневието. Какъв е източникът на магнитното поле?
Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/1-17-768x560..jpg 795w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
Земното магнитно поле
Как се развива учението за магнитното поле
Магнитните свойства на някои вещества са забелязани още в древността, но тяхното изучаване наистина започва в средновековна Европа. Използвайки малки стоманени игли, учен от Франция, Перегрин, откри пресичането на линиите на магнитната сила в определени точки - полюсите. Само три века по-късно, воден от това откритие, Гилбърт продължава да го изучава и впоследствие защитава хипотезата си, че Земята има собствено магнитно поле.
Бързото развитие на теорията за магнетизма започва в началото на 19 век, когато Ампер открива и описва влиянието на електрическото поле върху възникването на магнитно поле, а откритието на Фарадей за електромагнитната индукция установява обратна връзка.
Какво е магнитно поле
Магнитното поле се проявява чрез силов ефект върху електрически заряди, които са в движение, или върху тела, които имат магнитен момент.
Източници на магнитно поле:
- Проводници, през които преминава електрически ток;
- Постоянни магнити;
- Променящо се електрическо поле.
Data-lazy-type="image" data-src="http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/2-18-600x307.jpg?.jpg 600w, https://elquanta. ru/wp-content/uploads/2018/02/2-18-768x393..jpg 800w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
Източници на магнитно поле
Основната причина за появата на магнитно поле е еднаква за всички източници: електрическите микрозаряди - електрони, йони или протони - имат свой собствен магнитен момент или са в насочено движение.
важно!Електрическите и магнитните полета се генерират взаимно, променяйки се с времето. Тази зависимост се определя от уравненията на Максуел.
Характеристики на магнитното поле
Характеристиките на магнитното поле са:
- Магнитен поток, скаларна величина, която определя колко линии на магнитното поле преминават през дадено напречно сечение. Означава се с буквата F. Изчислява се по формулата:
F = B x S x cos α,
където B е векторът на магнитната индукция, S е сечението, α е ъгълът на наклон на вектора спрямо перпендикуляра, начертан към равнината на сечението. Мерна единица – weber (Wb);
Data-lazy-type="image" data-src="http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/3-17-600x450.jpg?.jpg 600w, https://elquanta. ru/wp-content/uploads/2018/02/3-17.jpg 720w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
Магнитен поток
- Векторът на магнитната индукция (B) показва силата, действаща върху носителите на заряд. Тя е насочена към северния полюс, където сочи обичайната магнитна стрелка. Магнитната индукция се измерва количествено в тесла (T);
- MF напрежение (N). Определя се от магнитната проницаемост на различни среди. Във вакуум пропускливостта се приема за единица. Посоката на вектора на напрежението съвпада с посоката на магнитната индукция. Мерна единица – A/m.
Как да представим магнитно поле
Лесно е да се видят проявите на магнитно поле на примера на постоянен магнит. Има два полюса и в зависимост от ориентацията двата магнита се привличат или отблъскват. Магнитното поле характеризира процесите, протичащи по време на това:
- MP се описва математически като векторно поле. Тя може да бъде конструирана с помощта на множество вектори на магнитна индукция B, всеки от които е насочен към северния полюс на стрелката на компаса и има дължина в зависимост от магнитната сила;
- Алтернативен начин за представяне на това е използването на полеви линии. Тези линии никога не се пресичат, не започват или спират никъде, образувайки затворени контури. MF линиите се комбинират в области с по-често разположение, където магнитното поле е най-силно.
важно!Плътността на силовите линии показва силата на магнитното поле.
Въпреки че MP не може да се види в реалността, линиите на полето могат лесно да бъдат визуализирани в реалния свят чрез поставяне на железни стружки в MP. Всяка частица се държи като малък магнит със северен и южен полюс. Резултатът е модел, подобен на силови линии. Човек не е в състояние да усети въздействието на MP.
Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/4-13.jpg 640w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
Линии на магнитното поле
Измерване на магнитно поле
Тъй като това е векторно количество, има два параметъра за измерване на MF: сила и посока. Посоката може лесно да се измери с помощта на компас, свързан към полето. Пример е компас, поставен в магнитното поле на Земята.
Измерването на други характеристики е много по-трудно. Практическите магнитометри се появяват едва през 19 век. Повечето от тях работят, като използват силата, която електронът усеща, докато се движи по MP.
Jpg?x15027" alt="Магнитометър" width="414" height="600">!}
Магнитометър
Много прецизно измерване на малки магнитни полета стана практически осъществимо след откриването на гигантско магнитосъпротивление в слоести материали през 1988 г. Това откритие във фундаменталната физика бързо беше приложено към технологията на магнитния твърд диск за съхранение на данни в компютри, което доведе до хилядократно увеличение на капацитета за съхранение само за няколко години.
В общоприетите системи за измерване MP се измерва в тестове (T) или гаус (G). 1 T = 10000 Gs. Често се използва Гаус, защото Тесла е твърде голямо поле.
интересноМалък магнит върху хладилника създава магнитно поле, равно на 0,001 тесла, а средното магнитно поле на Земята е 0,00005 тесла.
Природата на магнитното поле
Магнетизмът и магнитните полета са прояви на електромагнитна сила. Има два възможни начина за организиране на енергиен заряд в движение и, следователно, магнитно поле.
Първият е да свържете проводника към източник на ток, около него се образува MF.
важно!Тъй като токът (броят на зарядите в движение) се увеличава, MP нараства пропорционално. Когато се отдалечите от жицата, полето намалява в зависимост от разстоянието. Това се описва от закона на Ампер.
Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/6-9.jpg 720w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
Закон на Ампер
Някои материали, които имат по-висока магнитна проницаемост, са способни да концентрират магнитни полета.
Тъй като магнитното поле е вектор, е необходимо да се определи неговата посока. За обикновен ток, протичащ през прав проводник, посоката може да се намери с помощта на правилото на дясната ръка.
За да използвате правилото, трябва да си представите, че жицата се хваща с дясната ви ръка, а палецът показва посоката на тока. След това четирите останали пръста ще покажат посоката на вектора на магнитната индукция около проводника.
Jpeg?.jpeg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/7.jpeg 612w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
Правило на дясната ръка
Вторият начин за създаване на магнитно поле е да се използва фактът, че в някои вещества се появяват електрони, които имат свой собствен магнитен момент. Ето как работят постоянните магнити:
- Въпреки че атомите често имат много електрони, те се свързват най-вече така, че общото магнитно поле на двойката се анулира. Два електрона, сдвоени по този начин, се казва, че имат противоположен спин. Следователно, за да магнетизирате нещо, имате нужда от атоми, които имат един или повече електрони с еднакъв спин. Например желязото има четири такива електрона и е подходящо за направата на магнити;
- Милиардите електрони, които се намират в атомите, могат да бъдат произволно ориентирани и няма да има общо MF, без значение колко несдвоени електрони има материалът. Той трябва да бъде стабилен при ниски температури, за да осигури обща предпочитана ориентация на електроните. Високата магнитна проницаемост причинява намагнитването на такива вещества при определени условия извън влиянието на магнитните полета. Те са феромагнитни;
- Други материали могат да проявяват магнитни свойства в присъствието на външно магнитно поле. Външното поле служи за подравняване на всички завъртания на електрони, което изчезва след отстраняване на МФ. Тези вещества са парамагнитни. Металът на вратата на хладилника е пример за парамагнитен материал.
Земното магнитно поле
Земята може да бъде представена под формата на кондензаторни пластини, чийто заряд има обратен знак: "минус" на земната повърхност и "плюс" в йоносферата. Между тях има атмосферен въздух като изолиращ дистанционер. Гигантският кондензатор поддържа постоянен заряд поради влиянието на земното МП. Използвайки тези знания, можете да създадете схема за получаване на електрическа енергия от магнитното поле на Земята. Вярно е, че резултатът ще бъдат ниски стойности на напрежението.
Трябва да вземете:
- заземително устройство;
- жицата;
- Трансформатор на Тесла, способен да генерира високочестотни трептения и да създава коронен разряд, йонизиращ въздуха.
Data-lazy-type="image" data-src="http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/8-3-592x600.jpg?.jpg 592w, https://elquanta. ru/wp-content/uploads/2018/02/8-3.jpg 644w" sizes="(max-width: 592px) 100vw, 592px">
Намотка на Тесла
Намотката на Tesla ще действа като емитер на електрони. Цялата конструкция е свързана заедно и за да се осигури достатъчна потенциална разлика, трансформаторът трябва да бъде повдигнат на значителна височина. Така ще се създаде електрическа верига, през която ще тече малък ток. Невъзможно е да се получи голямо количество електроенергия с помощта на това устройство.
Електричеството и магнетизмът доминират в много от световете около нас, от най-фундаменталните процеси в природата до авангардни електронни устройства.
Видео
Терминът "магнитно поле" обикновено означава определено енергийно пространство, в което се проявяват силите на магнитното взаимодействие. Те засягат:
отделни вещества: феримагнетици (метали - предимно чугун, желязо и техните сплави) и техния клас ферити, независимо от състоянието;
движещи се заряди на електричество.
Наричат се физически тела, които имат общ магнитен момент на електрони или други частици постоянни магнити. Тяхното взаимодействие е показано на снимката магнитни силови линии.
Те са образувани след поставяне на постоянен магнит на гърба на картонен лист с равномерен слой железни стърготини. Картината показва ясни маркировки на северния (N) и южния (S) полюс с посоката на линиите на полето спрямо тяхната ориентация: изход от северния полюс и вход на юг.
Как се създава магнитно поле?
Източници на магнитно поле са:
постоянни магнити;
подвижни заряди;
променящо се във времето електрическо поле.
Всяко дете от детската градина е запознато с действието на постоянните магнити. В крайна сметка той вече трябваше да извайва снимки на магнити върху хладилника, взети от пакети с всякакви деликатеси.
Електрическите заряди в движение обикновено имат значително по-голяма енергия на магнитното поле от. Той също така се обозначава със силови линии. Нека да разгледаме правилата за изчертаването им за прав проводник с ток I.
Линията на магнитното поле е начертана в равнина, перпендикулярна на движението на тока, така че във всяка точка силата, действаща върху северния полюс на магнитната стрелка, е насочена тангенциално към тази линия. Това създава концентрични кръгове около движещия се заряд.
Посоката на тези сили се определя от добре познатото правило за винт или камък с дясно навиване на резбата.
Правило на Gimlet
Необходимо е да позиционирате гимлета коаксиално с текущия вектор и да завъртите дръжката така, че транслационното движение на гимлета да съвпада с неговата посока. След това ориентацията на линиите на магнитното поле ще бъде показана чрез завъртане на дръжката.
В пръстеновидния проводник въртеливото движение на дръжката съвпада с посоката на тока, а транслационното движение показва ориентацията на индукцията.
Магнитните силови линии винаги напускат северния полюс и навлизат в южния полюс. Те продължават вътре в магнита и никога не са отворени.
Правила за взаимодействие на магнитни полета
Магнитните полета от различни източници се добавят едно към друго, за да образуват получено поле.
В този случай магнитите с противоположни полюси (N - S) се привличат, а с еднакви полюси (N - N, S - S) се отблъскват. Силите на взаимодействие между полюсите зависят от разстоянието между тях. Колкото по-близо са изместени полюсите, толкова по-голяма е генерираната сила.
Основни характеристики на магнитното поле
Те включват:
вектор на магнитна индукция (В);
магнитен поток (F);
свързаност на потока (Ψ).
Интензитетът или силата на въздействието на полето се оценява чрез стойността вектор на магнитна индукция. Определя се от стойността на силата “F”, създадена от преминаването на ток “I” през проводник с дължина “l”. В =F/(I∙l)
Единицата за измерване на магнитната индукция в системата SI е тесла (в памет на физика, който изучава тези явления и ги описва с помощта на математически методи). В руската техническа литература се обозначава с "Tl", а в международната документация се приема символът "T".
1 T е индукцията на такъв равномерен магнитен поток, който действа със сила от 1 нютон за всеки метър дължина на прав проводник, перпендикулярен на посоката на полето, когато през този проводник преминава ток от 1 ампер.
1T=1∙N/(A∙m)
Посоката на вектор B се определя от правило на лявата ръка.
Ако поставите дланта на лявата си ръка в магнитно поле, така че силовите линии от северния полюс да влизат в дланта под прав ъгъл и поставите четири пръста по посока на тока в проводника, тогава изпъкналият палец ще посочете посоката на силата върху този проводник.
В случай, че проводникът с електрически ток не е разположен под прав ъгъл спрямо магнитните силови линии, силата, действаща върху него, ще бъде пропорционална на големината на протичащия ток и компонента на проекцията на дължината на проводника с ток върху равнина, разположена в перпендикулярна посока.
Силата, действаща върху електрически ток, не зависи от материалите, от които е направен проводникът, и от площта на напречното му сечение. Дори ако този проводник изобщо не съществува и движещите се заряди започват да се движат в друга среда между магнитните полюси, тогава тази сила няма да се промени по никакъв начин.
Ако вътре в магнитно поле във всички точки векторът B има една и съща посока и величина, тогава такова поле се счита за равномерно.
Всяка среда, която има , влияе върху стойността на индукционния вектор B .
Магнитен поток (F)
Ако разгледаме преминаването на магнитна индукция през определена област S, тогава индукцията, ограничена от нейните граници, ще се нарича магнитен поток.
Когато зоната е наклонена под някакъв ъгъл α спрямо посоката на магнитната индукция, магнитният поток намалява с размера на косинуса на ъгъла на наклона на зоната. Максималната му стойност се създава, когато зоната е перпендикулярна на неговата проникваща индукция. Ф=В·S
Единицата за измерване на магнитния поток е 1 weber, дефинирана от преминаването на индукция от 1 тесла през площ от 1 квадратен метър.
Поточна връзка
Този термин се използва за получаване на общото количество магнитен поток, създаден от определен брой проводници с ток, разположени между полюсите на магнита.
За случая, когато един и същ ток I преминава през намотката на намотка с брой навивки n, тогава общият (свързан) магнитен поток от всички навивки се нарича свързване на потока Ψ.
Ψ=n·Ф . Единицата за връзка на потока е 1 weber.
Как се образува магнитно поле от променливо електрическо
Електромагнитното поле, взаимодействащо с електрически заряди и тела с магнитни моменти, е комбинация от две полета:
електрически;
магнитен.
Те са взаимосвързани, представляват комбинация помежду си и когато едното се промени във времето, в другото се получават определени отклонения. Например, когато се създаде променливо синусоидално електрическо поле в трифазен генератор, едновременно се образува същото магнитно поле с характеристиките на подобни променливи хармоници.
Магнитни свойства на веществата
Във връзка с взаимодействието с външно магнитно поле веществата се разделят на:
антиферомагнетицис балансирани магнитни моменти, поради което се създава много ниска степен на намагнитване на тялото;
Диамагнети със свойството да магнетизират вътрешно поле срещу действието на външно. Когато няма външно поле, техните магнитни свойства не се проявяват;
парамагнитни материали с намагнитващи свойства на вътрешното поле по посока на външното поле, които имат ниска степен;
феромагнетици, които имат магнитни свойства без приложено външно поле при температури под точката на Кюри;
феримагнетици с магнитни моменти, неуравновесени по големина и посока.
Всички тези свойства на веществата са намерили различни приложения в съвременните технологии.
Магнитни вериги
Всички трансформатори, индуктори, електрически машини и много други устройства работят на тази основа.
Например, в работещ електромагнит, магнитният поток преминава през магнитна сърцевина, изработена от феромагнитна стомана и въздух с изразени неферомагнитни свойства. Комбинацията от тези елементи образува магнитна верига.
Повечето електрически устройства имат магнитни вериги в своя дизайн. Прочетете повече за това в тази статия -
МАГНИТНО ПОЛЕ
Магнитното поле е специален вид материя, невидима и неосезаема за хората,
съществуващи независимо от нашето съзнание.
Дори в древни времена учените са предполагали, че нещо съществува около магнит.
Магнитна игла.
Магнитната игла е устройство, необходимо при изучаване на магнитното действие на електрическия ток.
Това е малък магнит, монтиран на върха на игла и има два полюса: северен и южен.Магнитната игла може да се върти свободно на върха на иглата.
Северният край на магнитната стрелка винаги сочи на "север".
Линията, свързваща полюсите на магнитната стрелка, се нарича ос на магнитната стрелка.
Подобна магнитна стрелка има във всеки компас - устройство за ориентиране.
Откъде произлиза магнитното поле?
Експериментът на Ерстед (1820) - показва как проводник с ток взаимодейства с магнитна стрелка.
Когато електрическата верига е затворена, магнитната стрелка се отклонява от първоначалното си положение; когато веригата се отвори, магнитната стрелка се връща в първоначалното си положение.
В пространството около проводник, по който тече ток (и в общия случай около всеки движещ се електрически заряд), възниква магнитно поле.
Магнитните сили на това поле действат върху иглата и я завъртат.
Като цяло можем да кажем
че около движещи се електрически заряди възниква магнитно поле.
Електрическият ток и магнитното поле са неразделни едно от друго.
ИНТЕРЕСНО Е, ЧЕ...
Много небесни тела - планети и звезди - имат свои собствени магнитни полета.
Най-близките ни съседи обаче - Луната, Венера и Марс - нямат магнитно поле,
подобно на земното.
___
Гилбърт открива, че когато парче желязо се приближи до единия полюс на магнита, другият полюс започва да привлича по-силно. Тази идея е патентована само 250 години след смъртта на Гилбърт.
През първата половина на 90-те години, когато се появиха нови грузински монети - лари,
местните джебчии са се сдобили с магнити,
защото металът, от който са направени тези монети, е добре привлечен от магнит!
Ако вземете доларова банкнота от ъгъла и я държите близо до мощен магнит
(например с форма на подкова), създавайки неравномерно магнитно поле, лист хартия
ще се отклони към един от полюсите. Оказва се, че мастилото върху доларовата банкнота съдържа железни соли.
притежаващи магнитни свойства, така че доларът е привлечен от един от полюсите на магнита.
Ако държите голям магнит близо до дърводелски нивелир, балонът ще се движи.
Факт е, че нивото на мехурчетата е пълно с диамагнитна течност. Когато такава течност се постави в магнитно поле, вътре в нея се създава магнитно поле в обратна посока и тя се изтласква извън полето. Следователно мехурчето в течността се доближава до магнита.
ТРЯБВА ДА ЗНАЕТЕ ЗА ТЯХ!
Организаторът на бизнеса с магнитни компаси в руския флот беше известен учен девиатор,
капитан от 1-ви ранг, автор на научни трудове по теория на компаса I.P. Белаванец.
Участник в околосветското пътуване на фрегатата "Палада" и участник в Кримската война от 1853-56 г. Той е първият в света, който размагнитва кораб (1863 г.)
и реши проблема с инсталирането на компаси в желязна подводница.
През 1865 г. той е назначен за ръководител на първата в страната компасна обсерватория в Кронщад.
