Što su u biti magnetska polja. Promjene magnetskih svojstava materijala

Magnetska polja nastaju prirodno i mogu se stvoriti umjetno. Osoba je primijetila njihova korisna svojstva, koja je naučila primijeniti u svakodnevnom životu. Što je izvor magnetskog polja?

jpg?.jpg 600w

Zemljino magnetsko polje

Kako se razvilo učenje o magnetskom polju

Magnetska svojstva nekih tvari uočena su još u antici, ali njihovo proučavanje zapravo je počelo u srednjovjekovnoj Europi. Koristeći male čelične igle, francuski znanstvenik Peregrine otkrio je sjecište magnetskih silnica u određenim točkama - polovima. Samo tri stoljeća kasnije, vođen ovim otkrićem, Gilbert je nastavio proučavati i nakon toga obranio svoju hipotezu da Zemlja ima vlastito magnetsko polje.

Nagli razvoj teorije magnetizma započeo je početkom 19. stoljeća, kada je Ampère otkrio i opisao utjecaj električnog polja na pojavu magnetskog polja, a Faradayevim otkrićem elektromagnetske indukcije uspostavio je obrnuti odnos.

Što je magnetsko polje

Magnetsko polje se očituje djelovanjem sile na električne naboje koji se gibaju, odnosno na tijela koja imaju magnetski moment.

Izvori magnetskog polja:

1. vodiči kroz koje prolazi električna struja;
2. trajni magneti;
3. promjenjivo električno polje.

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">

Izvori magnetskog polja

Osnovni uzrok magnetskog polja identičan je za sve izvore: električni mikronaboji - elektroni, ioni ili protoni - imaju vlastiti magnetski moment ili su u usmjerenom gibanju.

Važno! Međusobno stvaraju električna i magnetska polja koja se mijenjaju tijekom vremena. Ovaj odnos je određen Maxwellovim jednadžbama.

Karakteristike magnetskog polja

Karakteristike magnetskog polja su:

1. Magnetski tok, skalarna veličina koja određuje koliko linija magnetskog polja prolazi kroz određeni presjek. Označava se slovom F. Izračunava se prema formuli:

F = B x S x cos α,

gdje je B vektor magnetske indukcije, S je presjek, α je kut nagiba vektora prema okomici povučenoj na ravninu presjeka. Mjerna jedinica - weber (Wb);

Data-lazy-type="image" data-src="http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/3-17-600x450.jpg?.jpg 600w, https://elquanta. en/wp-content/uploads/2018/02/3-17.jpg 720w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

magnetski tok

1. Vektor magnetske indukcije (B) pokazuje silu koja djeluje na nositelje naboja. Usmjeren je prema sjevernom polu, kamo pokazuje uobičajena magnetska igla. Kvantitativno se magnetska indukcija mjeri u teslama (Tl);
2. MP napetost (N). Određena je magnetskom propusnošću različitih medija. U vakuumu se permeabilnost uzima kao jedinica. Smjer vektora intenziteta poklapa se sa smjerom magnetske indukcije. Mjerna jedinica - A / m.

Kako prikazati magnetsko polje

Lako je vidjeti manifestacije magnetskog polja na primjeru trajnog magneta. Ima dva pola, a ovisno o orijentaciji, dva se magneta privlače ili odbijaju. Magnetsko polje karakterizira procese koji se odvijaju u ovom slučaju:

1. MP se matematički opisuje kao vektorsko polje. Može se konstruirati pomoću mnogih vektora magnetske indukcije B, od kojih je svaki usmjeren prema sjevernom polu igle kompasa i ima duljinu ovisno o magnetskoj sili;
2. Alternativni način predstavljanja je korištenje linija sile. Te se linije nikada ne sijeku, nikada ne započinju niti prestaju bilo gdje, tvoreći zatvorene petlje. MF linije se kombiniraju u češćim područjima gdje je magnetsko polje najjače.

Važno! Gustoća linija polja pokazuje jakost magnetskog polja.

Iako se MF ne može vidjeti u stvarnosti, linije sile se mogu lako vizualizirati u stvarnom svijetu postavljanjem željeznih strugotina u MF. Svaka se čestica ponaša poput sićušnog magneta sa sjevernim i južnim polom. Rezultat je uzorak sličan linijama sile. Osoba nije u stanju osjetiti utjecaj MP.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/4-13.jpg 640w

Linije magnetskog polja

Mjerenje magnetskog polja

Budući da je ovo vektorska veličina, postoje dva parametra za mjerenje MF: sila i smjer. Smjer je lako izmjeriti kompasom spojenim na polje. Primjer je kompas postavljen u Zemljino magnetsko polje.

Mjerenje ostalih karakteristika je puno teže. Praktični magnetometri pojavili su se tek u 19. stoljeću. Većina njih radi pomoću sile koju elektron osjeća kada se kreće kroz magnetsko polje.

Jpg?x15027" alt="(!LANG:Magnetometar" width="414" height="600">!}

Magnetometar

Vrlo precizno mjerenje malih magnetskih polja postalo je praktično od otkrića golemog magnetskog otpora u slojevitim materijalima 1988. godine. Ovo otkriće u fundamentalnoj fizici brzo je primijenjeno na tehnologiju magnetskog tvrdog diska za pohranu podataka u računalima, što je rezultiralo tisućustrukim povećanjem kapaciteta pohrane u samo nekoliko godina.

U općeprihvaćenim mjernim sustavima, MF se mjeri u testovima (T) ili u gaussu (G). 1 T = 10000 gausa. Gauss se često koristi jer je Tesla preveliko polje.

Zanimljiv. Mali magnet za hladnjak stvara MF jednak 0,001 T, a Zemljino magnetsko polje u prosjeku iznosi 0,00005 T.

Priroda magnetskog polja

Magnetizam i magnetska polja manifestacije su elektromagnetske sile. Postoje dva moguća načina kako organizirati energetski naboj u gibanju i, posljedično, magnetsko polje.

Prvi je spajanje žice na izvor struje, oko njega se formira MF.

Važno! Kako struja (broj naboja u gibanju) raste, MP proporcionalno raste. Kako se udaljavate od žice, polje se smanjuje s udaljenošću. To je opisano Amperovim zakonom.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/6-9.jpg 720w

Amperov zakon

Neki materijali s većom magnetskom propusnošću sposobni su koncentrirati magnetska polja.

Budući da je magnetsko polje vektor, potrebno je odrediti njegov smjer. Za običnu struju koja teče kroz ravnu žicu, smjer se može odrediti pravilom desne ruke.

Da bismo koristili pravilo, moramo zamisliti da se žica uhvati desnom rukom, a palac pokazuje smjer struje. Zatim će ostala četiri prsta pokazati smjer vektora magnetske indukcije oko vodiča.

Jpeg?.jpeg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/7.jpeg 612w

Pravilo desne ruke

Drugi način stvaranja MF je korištenje činjenice da se u nekim tvarima pojavljuju elektroni koji imaju svoj magnetski moment. Ovako rade trajni magneti:

1. Iako atomi često imaju mnogo elektrona, oni su uglavnom povezani na takav način da se ukupno magnetsko polje para poništava. Za dva elektrona sparena na ovaj način kaže se da imaju suprotne spinove. Stoga, da biste nešto magnetizirali, potrebni su vam atomi koji imaju jedan ili više elektrona s istim spinom. Na primjer, željezo ima četiri takva elektrona i pogodno je za izradu magneta;
2. Milijarde elektrona u atomima mogu biti nasumično usmjerene i neće postojati zajedničko magnetsko polje, bez obzira koliko nesparenih elektrona materijal ima. Mora biti stabilan na niskoj temperaturi kako bi osigurao ukupnu poželjnu orijentaciju elektrona. Visoka magnetska permeabilnost uzrokuje magnetizaciju takvih tvari pod određenim uvjetima izvan utjecaja magnetskog polja. To su feromagneti;
3. Drugi materijali mogu pokazivati ​​magnetska svojstva u prisutnosti vanjskog magnetskog polja. Vanjsko polje služi za izjednačavanje svih spinova elektrona, koje nestaje nakon uklanjanja MF. Ove tvari su paramagnetske. Metalna vrata hladnjaka primjer su paramagneta.

Zemljino magnetsko polje

Zemlja se može prikazati u obliku ploča kondenzatora, čiji naboj ima suprotan predznak: "minus" - na zemljinoj površini i "plus" - u ionosferi. Između njih je atmosferski zrak kao izolacijska brtva. Ogromni kondenzator zadržava konstantan naboj zbog utjecaja zemljinog magnetskog polja. Koristeći ovo znanje, moguće je izraditi shemu za dobivanje električne energije iz magnetskog polja Zemlje. Istina, rezultat će biti niske vrijednosti napona.

Treba uzeti:

• uređaj za uzemljenje;
• žica;
• Teslin transformator, sposoban generirati visokofrekventne oscilacije i stvoriti koronsko pražnjenje, ionizirajući zrak.

Data-lazy-type="image" data-src="http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/8-3-592x600.jpg?.jpg 592w, https://elquanta. en/wp-content/uploads/2018/02/8-3.jpg 644w" sizes="(max-width: 592px) 100vw, 592px">

Teslina zavojnica

Teslina zavojnica će djelovati kao emiter elektrona. Cijela konstrukcija je međusobno povezana, a kako bi se osigurala dovoljna razlika potencijala, transformator se mora podići na znatnu visinu. Tako će se stvoriti električni krug kroz koji će teći mala struja. Pomoću ovog uređaja nemoguće je dobiti veliku količinu električne energije.

Elektricitet i magnetizam dominiraju mnogim svjetovima koji okružuju čovjeka: od najtemeljnijih procesa u prirodi do najsuvremenijih elektroničkih uređaja.

Video

Pod pojmom "magnetsko polje" obično se podrazumijeva određeni energetski prostor u kojem se očituju sile magnetskog međudjelovanja. Utječu na:

pojedinačne tvari: ferimagneti (metali - uglavnom lijevano željezo, željezo i njegove legure) i njihova klasa ferita, bez obzira na stanje;

pokretni naboji elektriciteta.

Fizička tijela koja imaju ukupni magnetski moment elektrona ili drugih čestica nazivaju se stalni magneti. Njihova interakcija prikazana je na slici. energetski magnetski vodovi.

Nastale su nakon dovođenja trajnog magneta na poleđinu kartonskog lista s ravnomjernim slojem željeznih strugotina. Na slici je jasno označen sjeverni (N) i južni (S) pol sa smjerom linija sile u odnosu na njihovu orijentaciju: izlaz iz sjevernog pola i ulaz u južni.

Kako nastaje magnetsko polje

Izvori magnetskog polja su:

trajni magneti;

mobilne naknade;

vremenski promjenjivo električno polje.

Svako dijete u vrtiću upoznato je s djelovanjem permanentnih magneta. Uostalom, već je morao oblikovati slike-magnete na hladnjaku, izvađene iz paketa sa svim vrstama dobrota.

Električni naboji u gibanju obično imaju mnogo veću energiju magnetskog polja od. Također je označena linijama sile. Analizirajmo pravila za njihov dizajn za pravocrtni vodič sa strujom I.

Magnetska linija sile nacrtana je u ravnini okomitoj na kretanje struje tako da je u svakoj točki sila koja djeluje na sjeverni pol magnetske igle usmjerena tangencijalno na tu liniju. To stvara koncentrične krugove oko pokretnog naboja.

Smjer tih sila određen je poznatim pravilom vijka ili gleta s desnim navijanjem navoja.

gimlet pravilo

Potrebno je postaviti gimlet koaksijalno s trenutnim vektorom i rotirati ručku tako da se translacijsko kretanje gimleta podudara s njegovim smjerom. Tada će se okretanjem ručice prikazati orijentacija magnetskih linija sile.

U prstenastom vodiču, rotacijsko kretanje ručke podudara se sa smjerom struje, a translatorno kretanje označava usmjerenje indukcije.

Linije magnetskog polja uvijek izlaze iz sjevernog pola i ulaze u južni. Nastavljaju se unutar magneta i nikada nisu otvoreni.

Pravila međudjelovanja magnetskih polja

Magnetska polja iz različitih izvora međusobno se zbrajaju, tvoreći rezultirajuće polje.

U tom se slučaju magneti sa suprotnim polovima (N - S) međusobno privlače, a s istim polovima (N - N, S - S) se odbijaju. Sile međudjelovanja između polova ovise o njihovoj udaljenosti. Što su polovi bliže pomaknuti, veća je generirana sila.

Glavne karakteristike magnetskog polja

To uključuje:

vektor magnetske indukcije (B);

magnetski tok (F);

veza toka (Ψ).

Intenzitet ili snaga udara polja procjenjuje se vrijednošću vektor magnetske indukcije. Određena je vrijednošću sile "F" koju stvara prolazak struje "I" kroz vodič duljine "l". B \u003d F / (I ∙ l)

Mjerna jedinica magnetske indukcije u SI sustavu je Tesla (u spomen na znanstvenika fizičara koji je proučavao ove pojave i opisao ih matematičkim metodama). U ruskoj tehničkoj literaturi označen je "Tl", au međunarodnoj dokumentaciji usvojen je simbol "T".

1 T je indukcija takovog jednolikog magnetskog toka, koji djeluje silom od 1 newtona na svaki metar duljine ravnog vodiča okomito na smjer polja, kad tim vodičem prolazi struja od 1 ampera.

1Tl=1∙N/(A∙m)

Smjer vektora B određen je prema pravilo lijeve ruke.

Ako dlan lijeve ruke stavite u magnetsko polje tako da linije sile sa sjevernog pola ulaze u dlan pod pravim kutom, a četiri prsta postavite u smjeru struje u vodiču, tada će istureni palac pokazuju smjer djelovanja sile na ovaj vodič.

U slučaju kada se vodič s električnom strujom ne nalazi pod pravim kutom u odnosu na silnice magnetskog polja, tada će sila koja djeluje na njega biti proporcionalna veličini struje koja teče i sastavnom dijelu projekcije duljine vodiča. sa strujom na ravninu koja se nalazi u okomitom smjeru.

Sila koja djeluje na električnu struju ne ovisi o materijalima od kojih je vodič izrađen i površini njegovog presjeka. Čak i ako ovaj vodič uopće ne postoji, a pokretni naboji se počnu kretati u drugom mediju između magnetskih polova, tada se ta sila neće ni na koji način promijeniti.

Ako unutar magnetskog polja u svim točkama vektor B ima isti smjer i veličinu, tada se takvo polje smatra uniformnim.

Svaka okolina koja ima , utječe na vrijednost vektora indukcije B .

Magnetski tok (F)

Ako uzmemo u obzir prolaz magnetske indukcije kroz određeno područje S, tada ćemo indukciju ograničenu svojim granicama nazvati magnetskim tokom.

Kada je područje nagnuto pod nekim kutom α u odnosu na smjer magnetske indukcije, tada se magnetski tok smanjuje za vrijednost kosinusa kuta nagiba područja. Njegova najveća vrijednost stvara se kada je područje okomito na njegovu prodornu indukciju. F=V·S

Mjerna jedinica za magnetski tok je 1 weber, koji se određuje prolaskom indukcije od 1 tesle kroz površinu od 1 kvadratnog metra.

Protočna veza

Ovaj izraz se koristi za dobivanje ukupne količine magnetskog toka stvorenog od određenog broja vodiča s strujom koji se nalaze između polova magneta.

Za slučaj kada ista struja I prolazi kroz namot zavojnice s brojem zavoja n, tada se ukupni (vezani) magnetski tok iz svih zavoja naziva fluksovegom Ψ.

Ψ=n F . Jedinica veze toka je 1 weber.

Kako nastaje magnetsko polje iz izmjeničnog električnog

Elektromagnetsko polje u interakciji s električnim nabojima i tijelima s magnetskim momentima je kombinacija dvaju polja:

električni;

magnetski.

One su međusobno povezane, predstavljaju kombinaciju jedna druge, a kada se jedna s vremenom mijenja, kod druge se javljaju određena odstupanja. Na primjer, pri stvaranju izmjeničnog sinusoidnog električnog polja u trofaznom generatoru, istovremeno se formira isto magnetsko polje sa karakteristikama sličnih izmjeničnih harmonika.

Magnetska svojstva tvari

S obzirom na interakciju s vanjskim magnetskim poljem, tvari se dijele na:

antiferomagneti s uravnoteženim magnetskim momentima, zbog kojih se stvara vrlo mali stupanj magnetiziranja tijela;

dijamagneti sa svojstvom magnetiziranja unutarnjeg polja protiv djelovanja vanjskog. Kad nema vanjskog polja, tada ne pokazuju magnetska svojstva;

paramagneti sa svojstvima magnetizacije unutarnjeg polja u smjeru vanjskog polja, koji imaju mali stupanj;

feromagneti, koji imaju magnetska svojstva bez primijenjenog vanjskog polja na temperaturama ispod vrijednosti Curiejeve točke;

ferimagneti s magnetskim momentima koji su neuravnoteženi po veličini i smjeru.

Sva ova svojstva tvari našla su različite primjene u modernoj tehnologiji.

Magnetski krugovi

Svi transformatori, induktivnosti, električni strojevi i mnogi drugi uređaji rade na bazi.

Na primjer, u radnom elektromagnetu magnetski tok prolazi kroz magnetski krug sastavljen od feromagnetskih čelika i zraka s izraženim neferomagnetskim svojstvima. Kombinacija ovih elemenata čini magnetski krug.

Većina električnih uređaja u svom dizajnu ima magnetske krugove. Pročitajte više o tome u ovom članku -

MAGNETSKO POLJE

Magnetsko polje je posebna vrsta materije, čovjeku nevidljiva i neopipljiva,
postoje neovisno o našoj svijesti.
Još u davnim vremenima znanstvenici-mislioci su nagađali da nešto postoji oko magneta.

Magnetna igla.

Magnetska igla je naprava neophodna za proučavanje magnetskog djelovanja električne struje.
To je mali magnet montiran na vrh igle, ima dva pola: sjeverni i južni.Magnetna igla se može slobodno okretati na vrhu igle.
Sjeverni kraj magnetske igle uvijek je okrenut prema sjeveru.
Pravac koji spaja polove magnetske igle naziva se os magnetske igle.
Slična magnetska igla nalazi se u bilo kojem kompasu - uređaju za orijentaciju na tlu.

Gdje nastaje magnetsko polje?

Oerstedov pokus (1820.) – pokazuje kako međusobno djeluju vodič s strujom i magnetska igla.

Kada se električni krug zatvori, magnetska igla odstupa od svog prvobitnog položaja, kada se krug otvori, magnetska igla se vraća u prvobitni položaj.

U prostoru oko vodiča s strujom (i općenito oko svakog gibajućeg električnog naboja) nastaje magnetsko polje.
Magnetske silnice tog polja djeluju na iglu i okreću je.

Općenito, može se reći
da oko pokretnih električnih naboja nastaje magnetsko polje.
Električna struja i magnetsko polje su neodvojivi jedno od drugog.

ZANIMLJIVO ŠTO...

Mnoga nebeska tijela – planeti i zvijezde – imaju vlastita magnetska polja.
Međutim, naši najbliži susjedi – Mjesec, Venera i Mars – nemaju magnetsko polje,
sličan zemlji.
___

Gilbert je otkrio da kada se komad željeza približi jednom polu magneta, drugi pol počinje jače privlačiti. Ova je ideja patentirana tek 250 godina nakon Hilbertove smrti.

U prvoj polovici 90-ih, kada su se pojavile nove gruzijske kovanice - lari,
lokalni džeparoši dobili su magnete,
jer metal od kojeg su ti novčići bili dobro je privučen magnetom!

Ako uzmete novčanicu dolara iza ugla i prinesete je snažnom magnetu
(na primjer, potkova), stvarajući nejednoliko magnetsko polje, komad papira
odstupiti prema jednom od polova. Ispostavilo se da boja dolarske novčanice sadrži soli željeza,
ima magnetska svojstva, pa dolar privlači jedan od polova magneta.

Ako prinesete veliki magnet stolarskoj razini mjehurića, mjehurić će se pomaknuti.
Činjenica je da je libela mjehurića ispunjena dijamagnetskom tekućinom. Kada se takva tekućina stavi u magnetsko polje, unutar nje se stvara magnetsko polje suprotnog smjera, koje se istiskuje iz polja. Zbog toga se mjehurić u tekućini približava magnetu.

TREBA ZNATI ZA NJIH!

Organizator poslovanja s magnetskim kompasima u ruskoj mornarici bio je poznati znanstvenik devijator,
kapetan I. ranga, autor znanstvenih radova o teoriji kompasa I.P. Belavan.
Sudionik putovanja oko svijeta na fregati "Pallada" i sudionik Krimskog rata 1853-56. prvi je u svijetu demagnetizirao brod (1863.)
i riješio problem postavljanja kompasa unutar željezne podmornice.
Godine 1865. imenovan je voditeljem prve kompasne zvjezdarnice u zemlji u Kronstadtu.