¿Qué son esencialmente los campos magnéticos? Cambios en las propiedades magnéticas de los materiales.
Los campos magnéticos existen en la naturaleza y pueden crearse artificialmente. La persona notó sus características útiles, que aprendió a aplicar en la vida cotidiana. ¿Cuál es la fuente del campo magnético?
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El campo magnético de la Tierra
Cómo se desarrolló la doctrina del campo magnético
Las propiedades magnéticas de algunas sustancias se observaron en la antigüedad, pero su estudio realmente comenzó en la Europa medieval. Utilizando pequeñas agujas de acero, el científico francés Peregrine descubrió la intersección de líneas de fuerza magnética en determinados puntos: los polos. Sólo tres siglos después, guiado por este descubrimiento, Gilbert continuó estudiándolo y posteriormente defendió su hipótesis de que la Tierra tiene su propio campo magnético.
El rápido desarrollo de la teoría del magnetismo comenzó a principios del siglo XIX, cuando Ampere descubrió y describió la influencia del campo eléctrico en la aparición de un campo magnético, y el descubrimiento de la inducción electromagnética por parte de Faraday estableció una relación inversa.
¿Qué es un campo magnético?
Un campo magnético se manifiesta en un efecto de fuerza sobre cargas eléctricas que están en movimiento, o sobre cuerpos que tienen un momento magnético.
Fuentes de campo magnético:
- Conductores por los que pasa la corriente eléctrica;
- Magnetos permanentes;
- Campo eléctrico cambiante.
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Fuentes de campo magnético
La causa fundamental de la aparición de un campo magnético es idéntica para todas las fuentes: las microcargas eléctricas (electrones, iones o protones) tienen su propio momento magnético o están en movimiento direccional.
¡Importante! Los campos eléctricos y magnéticos se generan mutuamente y cambian con el tiempo. Esta relación está determinada por las ecuaciones de Maxwell.
Características del campo magnético.
Las características del campo magnético son:
- Flujo magnético, una cantidad escalar que determina cuántas líneas de campo magnético pasan a través de una sección transversal determinada. Denotado por la letra F. Calculado usando la fórmula:
F = B x S x cos α,
donde B es el vector de inducción magnética, S es la sección, α es el ángulo de inclinación del vector con respecto a la perpendicular trazada al plano de la sección. Unidad de medida – weber (Wb);
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Flujo magnético
- El vector de inducción magnética (B) muestra la fuerza que actúa sobre los portadores de carga. Se dirige hacia el polo norte, donde apunta la habitual aguja magnética. La inducción magnética se mide cuantitativamente en Tesla (T);
- Tensión MF (N). Determinado por la permeabilidad magnética de varios medios. En el vacío, la permeabilidad se toma como unidad. La dirección del vector de tensión coincide con la dirección de la inducción magnética. Unidad de medida – A/m.
Cómo representar un campo magnético
Es fácil ver las manifestaciones de un campo magnético utilizando el ejemplo de un imán permanente. Tiene dos polos y dependiendo de la orientación los dos imanes se atraen o se repelen. El campo magnético caracteriza los procesos que ocurren durante este:
- El MP se describe matemáticamente como un campo vectorial. Se puede construir mediante muchos vectores de inducción magnética B, cada uno de los cuales está dirigido hacia el polo norte de la aguja de la brújula y tiene una longitud que depende de la fuerza magnética;
- Una forma alternativa de representar esto es utilizar líneas de campo. Estas líneas nunca se cruzan, no comienzan ni terminan en ningún lugar, formando bucles cerrados. Las líneas MF se combinan en áreas con una ubicación más frecuente, donde el campo magnético es más fuerte.
¡Importante! La densidad de las líneas de campo indica la fuerza del campo magnético.
Aunque el MP no se puede ver en la realidad, las líneas de campo se pueden visualizar fácilmente en el mundo real colocando limaduras de hierro en el MP. Cada partícula se comporta como un pequeño imán con un polo norte y un polo sur. El resultado es un patrón similar a líneas de fuerza. Una persona no puede sentir el impacto de MP.
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Líneas de campo magnético
Medición de campo magnético
Dado que se trata de una cantidad vectorial, existen dos parámetros para medir MF: fuerza y dirección. La dirección se puede medir fácilmente usando una brújula conectada al campo. Un ejemplo es una brújula colocada en el campo magnético de la Tierra.
Medir otras características es mucho más difícil. Los magnetómetros prácticos no aparecieron hasta el siglo XIX. La mayoría de ellos funcionan utilizando la fuerza que siente el electrón mientras se mueve a lo largo del MP.
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Magnetómetro
La medición muy precisa de pequeños campos magnéticos se ha vuelto prácticamente factible desde el descubrimiento de la magnetorresistencia gigante en materiales estratificados en 1988. Este descubrimiento en física fundamental se aplicó rápidamente a la tecnología de discos duros magnéticos para el almacenamiento de datos en computadoras, lo que multiplicó por mil la capacidad de almacenamiento en tan solo unos pocos años.
En los sistemas de medición generalmente aceptados, el MP se mide en pruebas (T) o gauss (G). 1 T = 10000 Gs. Gauss se utiliza a menudo porque Tesla es un campo demasiado grande.
Interesante. Un pequeño imán en un refrigerador crea un campo magnético igual a 0,001 Tesla, y el campo magnético de la Tierra es en promedio de 0,00005 Tesla.
La naturaleza del campo magnético.
El magnetismo y los campos magnéticos son manifestaciones de la fuerza electromagnética. Hay dos formas posibles de organizar una carga de energía en movimiento y, por tanto, un campo magnético.
La primera es conectar el cable a una fuente de corriente, se forma un MF a su alrededor.
¡Importante! A medida que aumenta la corriente (el número de cargas en movimiento), el MP aumenta proporcionalmente. A medida que te alejas del cable, el campo disminuye dependiendo de la distancia. Esto se describe mediante la ley de Ampere.
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ley de amperio
Algunos materiales que tienen mayor permeabilidad magnética son capaces de concentrar campos magnéticos.
Como el campo magnético es un vector, es necesario determinar su dirección. Para una corriente ordinaria que fluye a través de un cable recto, la dirección se puede encontrar usando la regla de la mano derecha.
Para utilizar la regla, debes imaginar que agarras el cable con tu mano derecha y tu pulgar indica la dirección de la corriente. Luego, los cuatro dedos restantes mostrarán la dirección del vector de inducción magnética alrededor del conductor.
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regla de la mano derecha
La segunda forma de crear un campo magnético es aprovechar el hecho de que en algunas sustancias aparecen electrones que tienen su propio momento magnético. Así funcionan los imanes permanentes:
- Aunque los átomos suelen tener muchos electrones, en su mayoría se unen de modo que el campo magnético total del par se cancela. Se dice que dos electrones emparejados de esta manera tienen espín opuesto. Por lo tanto, para magnetizar algo, se necesitan átomos que tengan uno o más electrones con el mismo espín. Por ejemplo, el hierro tiene cuatro de esos electrones y es adecuado para fabricar imanes;
- Los miles de millones de electrones que se encuentran en los átomos pueden orientarse aleatoriamente y no habrá MF general, sin importar cuántos electrones desapareados tenga el material. Debe ser estable a bajas temperaturas para proporcionar una orientación general preferida de los electrones. La alta permeabilidad magnética provoca la magnetización de dichas sustancias en determinadas condiciones fuera de la influencia de los campos magnéticos. Estos son ferromagnéticos;
- Otros materiales pueden exhibir propiedades magnéticas en presencia de un campo magnético externo. El campo externo sirve para alinear todos los espines de los electrones, que desaparece después de que se elimina el MF. Estas sustancias son paramagnéticas. El metal de la puerta de un frigorífico es un ejemplo de material paramagnético.
El campo magnético de la Tierra
La Tierra se puede representar en forma de placas de condensadores, cuya carga tiene el signo opuesto: "menos" en la superficie terrestre y "más" en la ionosfera. Entre ellos pasa el aire atmosférico a modo de distanciador aislante. El condensador gigante mantiene una carga constante debido a la influencia de las MF terrestres. Con este conocimiento, puede crear un esquema para obtener energía eléctrica del campo magnético de la Tierra. Es cierto que el resultado serán valores de voltaje bajos.
Tener que tomar:
- dispositivo de puesta a tierra;
- el alambre;
- Transformador Tesla capaz de generar oscilaciones de alta frecuencia y crear una descarga de corona, ionizando el aire.
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Bobina de Tesla
La bobina de Tesla actuará como emisor de electrones. Toda la estructura está conectada entre sí y, para garantizar una diferencia de potencial suficiente, el transformador debe elevarse a una altura considerable. Así, se creará un circuito eléctrico por el que circulará una pequeña corriente. Es imposible obtener una gran cantidad de electricidad con este dispositivo.
La electricidad y el magnetismo dominan muchos de los mundos que nos rodean, desde los procesos más fundamentales de la naturaleza hasta los dispositivos electrónicos de última generación.
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El término "campo magnético" suele significar un determinado espacio de energía en el que se manifiestan las fuerzas de interacción magnética. Afectan:
sustancias individuales: ferrimagnetos (metales, principalmente hierro fundido, hierro y sus aleaciones) y su clase de ferritas, independientemente de su estado;
cargas móviles de electricidad.
Los cuerpos físicos que tienen un momento magnético total de electrones u otras partículas se llaman magnetos permanentes. Su interacción se muestra en la imagen. líneas de fuerza magnética.
Se formaron tras colocar un imán permanente en la parte posterior de una lámina de cartón con una capa uniforme de limaduras de hierro. La imagen muestra marcas claras de los polos norte (N) y sur (S) con la dirección de las líneas de campo en relación con su orientación: salida por el polo norte y entrada por el sur.
¿Cómo se crea un campo magnético?
Las fuentes del campo magnético son:
magnetos permanentes;
cargas en movimiento;
campo eléctrico variable en el tiempo.
Todo niño de jardín de infancia está familiarizado con la acción de los imanes permanentes. Al fin y al cabo, ya tenía que esculpir en el frigorífico dibujos de imanes, extraídos de paquetes con todo tipo de delicias.
Las cargas eléctricas en movimiento suelen tener una energía de campo magnético significativamente mayor que. También se designa por líneas de fuerza. Veamos las reglas para dibujarlos para un conductor recto con corriente I.
La línea del campo magnético se traza en un plano perpendicular al movimiento de la corriente de modo que en cada punto la fuerza que actúa sobre el polo norte de la aguja magnética se dirige tangencialmente a esta línea. Esto crea círculos concéntricos alrededor de la carga en movimiento.
La dirección de estas fuerzas está determinada por la conocida regla de un tornillo o barrena con rosca a la derecha.
regla de barrena
Es necesario colocar la barrena coaxialmente con el vector actual y girar el mango para que el movimiento de traslación de la barrena coincida con su dirección. Luego, la orientación de las líneas del campo magnético se mostrará girando el mango.
En un conductor de anillo, el movimiento de rotación del mango coincide con la dirección de la corriente y el movimiento de traslación indica la orientación de la inducción.
Las líneas de fuerza magnética siempre salen del polo norte y entran en el polo sur. Continúan dentro del imán y nunca se abren.
Reglas para la interacción de campos magnéticos.
Los campos magnéticos de diferentes fuentes se suman entre sí para formar un campo resultante.
En este caso, los imanes con polos opuestos (N - S) se atraen entre sí, y con polos iguales (N - N, S - S) se repelen. Las fuerzas de interacción entre los polos dependen de la distancia entre ellos. Cuanto más se acercan los polos, mayor es la fuerza generada.
Características básicas del campo magnético.
Éstas incluyen:
vector de inducción magnética (B);
flujo magnético (F);
enlace de flujo (Ψ).
La intensidad o fuerza del impacto de campo se estima por el valor vector de inducción magnética. Está determinada por el valor de la fuerza “F” creada por el paso de la corriente “I” a través de un conductor de longitud “l”. В =F/(I∙l)
La unidad de medida de la inducción magnética en el sistema SI es Tesla (en memoria del físico que estudió estos fenómenos y los describió mediante métodos matemáticos). En la literatura técnica rusa se denomina "Tl" y en la documentación internacional se adopta el símbolo "T".
1 T es la inducción de tal flujo magnético uniforme, que actúa con una fuerza de 1 newton por cada metro de longitud de un conductor recto perpendicular a la dirección del campo, cuando una corriente de 1 amperio pasa a través de este conductor.
1T=1∙N/(A∙m)
La dirección del vector B está determinada por regla de la mano izquierda.
Si coloca la palma de su mano izquierda en un campo magnético de modo que las líneas de fuerza del polo norte entren en la palma en ángulo recto y coloca cuatro dedos en la dirección de la corriente en el conductor, entonces el pulgar que sobresale indique la dirección de la fuerza sobre este conductor.
En el caso de que un conductor con corriente eléctrica no esté ubicado en ángulo recto con las líneas de fuerza magnéticas, la fuerza que actúa sobre él será proporcional a la magnitud de la corriente que fluye y la componente de la proyección de la longitud del conductor con corriente sobre un plano situado en la dirección perpendicular.
La fuerza que actúa sobre una corriente eléctrica no depende de los materiales de los que está hecho el conductor ni de su sección transversal. Incluso si este conductor no existe en absoluto y las cargas en movimiento comienzan a moverse en otro medio entre los polos magnéticos, entonces esta fuerza no cambiará de ninguna manera.
Si dentro de un campo magnético en todos los puntos el vector B tiene la misma dirección y magnitud, entonces dicho campo se considera uniforme.
Cualquier entorno que tenga , afecta el valor del vector de inducción B .
Flujo magnético (F)
Si consideramos el paso de la inducción magnética a través de un área determinada S, entonces la inducción limitada por sus límites se llamará flujo magnético.
Cuando el área está inclinada en algún ángulo α con respecto a la dirección de inducción magnética, el flujo magnético disminuye en la cantidad del coseno del ángulo de inclinación del área. Su valor máximo se crea cuando el área es perpendicular a su inducción penetrante. Ф=В·S
La unidad de medida del flujo magnético es 1 weber, definida por el paso de inducción de 1 tesla a través de un área de 1 metro cuadrado.
Enlace de flujo
Este término se utiliza para obtener la cantidad total de flujo magnético creado a partir de un cierto número de conductores portadores de corriente ubicados entre los polos de un imán.
Para el caso en que la misma corriente I pasa a través del devanado de una bobina con un número de vueltas n, entonces el flujo magnético total (vinculado) de todas las vueltas se llama enlace de flujo Ψ.
Ψ=n·Ф . La unidad de enlace de flujo es 1 weber.
¿Cómo se forma un campo magnético a partir de una electricidad alterna?
El campo electromagnético, que interactúa con cargas eléctricas y cuerpos con momentos magnéticos, es una combinación de dos campos:
eléctrico;
magnético.
Están interconectados, representan una combinación de otros y cuando uno cambia con el tiempo, ocurren ciertas desviaciones en el otro. Por ejemplo, cuando se crea un campo eléctrico sinusoidal alterno en un generador trifásico, al mismo tiempo se forma el mismo campo magnético con las características de armónicos alternos similares.
Propiedades magnéticas de las sustancias.
En relación a la interacción con un campo magnético externo, las sustancias se dividen en:
antiferroimanes con momentos magnéticos equilibrados, por lo que se crea un grado muy bajo de magnetización del cuerpo;
Diamagnetos con la propiedad de magnetizar un campo interno contra la acción de uno externo. Cuando no hay campo externo, sus propiedades magnéticas no aparecen;
materiales paramagnéticos con propiedades magnetizantes del campo interno en la dirección del campo externo, que tienen un grado bajo;
ferroimanes, que tienen propiedades magnéticas sin un campo externo aplicado a temperaturas inferiores al punto de Curie;
ferrimagnetos con momentos magnéticos desequilibrados en magnitud y dirección.
Todas estas propiedades de las sustancias han encontrado diversas aplicaciones en la tecnología moderna.
Circuitos magnéticos
Todos los transformadores, inductores, máquinas eléctricas y muchos otros dispositivos funcionan sobre esta base.
Por ejemplo, en un electroimán en funcionamiento, el flujo magnético pasa a través de un núcleo magnético hecho de acero ferromagnético y aire con pronunciadas propiedades no ferromagnéticas. La combinación de estos elementos forma un circuito magnético.
La mayoría de los dispositivos eléctricos tienen circuitos magnéticos en su diseño. Lea más sobre esto en este artículo:
UN CAMPO MAGNÉTICO
Un campo magnético es un tipo especial de materia, invisible e intangible para los humanos,
existiendo independientemente de nuestra conciencia.
Ya en la antigüedad, los pensadores científicos suponían que algo existía alrededor de un imán.
Aguja magnética.
Una aguja magnética es un dispositivo necesario para estudiar la acción magnética de la corriente eléctrica.
Es un pequeño imán montado en la punta de una aguja y tiene dos polos: norte y sur. La aguja magnética puede girar libremente sobre la punta de la aguja.
El extremo norte de la aguja magnética siempre apunta al "norte".
La línea que conecta los polos de la aguja magnética se llama eje de la aguja magnética.
En cualquier brújula se encuentra una aguja magnética similar: un dispositivo para orientarse.
¿Dónde se origina el campo magnético?
El experimento de Oersted (1820): muestra cómo un conductor con corriente interactúa con una aguja magnética.
Cuando se cierra el circuito eléctrico, la aguja magnética se desvía de su posición original; cuando se abre el circuito, la aguja magnética vuelve a su posición original.
Un campo magnético surge en el espacio alrededor de un conductor que transporta corriente (y en el caso general alrededor de cualquier carga eléctrica en movimiento).
Las fuerzas magnéticas de este campo actúan sobre la aguja y la hacen girar.
En general podemos decir
que surge un campo magnético alrededor de cargas eléctricas en movimiento.
La corriente eléctrica y el campo magnético son inseparables entre sí.
ES INTERESANTE QUE...
Muchos cuerpos celestes (planetas y estrellas) tienen sus propios campos magnéticos.
Sin embargo, nuestros vecinos más cercanos (la Luna, Venus y Marte) no tienen campo magnético.
similar al terrenal.
___
Gilbert descubrió que cuando se acerca un trozo de hierro a un polo de un imán, el otro polo comienza a atraerse con más fuerza. Esta idea fue patentada sólo 250 años después de la muerte de Gilbert.
En la primera mitad de los años 90, cuando aparecieron nuevas monedas georgianas: lari,
los carteristas locales han adquirido imanes,
porque ¡El metal del que se hicieron estas monedas fue bien atraído por un imán!
Si tomas un billete de un dólar por la esquina y lo acercas a un imán potente
(por ejemplo, en forma de herradura), creando un campo magnético no uniforme, trozo de papel
se desviará hacia uno de los polos. Resulta que la tinta del billete de un dólar contiene sales de hierro.
posee propiedades magnéticas, por lo que el dólar es atraído por uno de los polos del imán.
Si sostienes un imán grande cerca del nivel de burbuja de un carpintero, la burbuja se moverá.
El hecho es que el nivel de burbuja está lleno de líquido diamagnético. Cuando un líquido de este tipo se coloca en un campo magnético, se crea en su interior un campo magnético en la dirección opuesta y se expulsa del campo. Por tanto, la burbuja del líquido se acerca al imán.
¡NECESITAS SABER SOBRE ELLOS!
El organizador del negocio de las brújulas magnéticas en la Armada rusa era un famoso científico desviado,
Capitán de 1er rango, autor de trabajos científicos sobre la teoría de la brújula I.P. Belavanets.
Participante en la vuelta al mundo en la fragata "Pallada" y participante en la Guerra de Crimea de 1853-56. Fue el primero en el mundo en desmagnetizar un barco (1863)
y resolvió el problema de instalar brújulas dentro de un submarino de hierro.
En 1865 fue nombrado director del primer Observatorio Compass del país en Kronstadt.
