Lényegében mik a mágneses mezők. Anyagok mágneses tulajdonságainak változása
A mágneses mezők természetesen előfordulnak, és mesterségesen is létrehozhatók. Az ember észrevette hasznos tulajdonságaikat, amelyeket megtanult alkalmazni a mindennapi életben. Mi a mágneses tér forrása?
Jpg?.jpg 600w
A Föld mágneses tere
Hogyan alakult ki a mágneses tér tana
Egyes anyagok mágneses tulajdonságaira már az ókorban is felfigyeltek, de tanulmányozásuk valóban a középkori Európában kezdődött. Egy franciaországi tudós, Peregrine kis acéltűk segítségével felfedezte a mágneses erővonalak metszéspontját bizonyos pontokon - a pólusokon. Mindössze három évszázaddal később Gilbert ettől a felfedezéstől vezérelve folytatta a tanulmányozását, és ezt követően megvédte azt a hipotézisét, hogy a Földnek saját mágneses tere van.
A mágnesesség elméletének rohamos fejlődése a 19. század elején kezdődött, amikor Ampère felfedezte és leírta az elektromos tér hatását a mágneses tér előfordulására, Faraday felfedezése pedig az elektromágneses indukciót fordított összefüggést állapított meg.
Mi az a mágneses tér
A mágneses tér a mozgásban lévő elektromos töltésekre vagy a mágneses nyomatékkal rendelkező testekre gyakorolt erőhatásban nyilvánul meg.
Mágneses mező forrásai:
- vezetők, amelyeken elektromos áram halad át;
- állandó mágnesek;
- változó elektromos mező.
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. szélesség: 600px) 100vw, 600px">
Mágneses térforrások
A mágneses tér kiváltó oka minden forrásnál azonos: az elektromos mikrotöltések - elektronok, ionok vagy protonok - saját mágneses momentummal rendelkeznek, vagy iránymozgásban vannak.
Fontos! Kölcsönösen generálnak egymásnak elektromos és mágneses tereket, amelyek idővel változnak. Ezt az összefüggést a Maxwell-egyenletek határozzák meg.
A mágneses tér jellemzői
A mágneses tér jellemzői:
- Mágneses fluxus, egy skaláris mennyiség, amely meghatározza, hogy egy adott szakaszon hány mágneses erővonal halad át. F betűvel jelölve. A képlet szerint számítva:
F = B x S x cos α,
ahol B a mágneses indukciós vektor, S a metszet, α a vektor dőlésszöge a metszetsíkra húzott merőlegeshez képest. Mértékegység - weber (Wb);
Data-lazy-type="image" data-src="http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/3-17-600x450.jpg?.jpg 600w, https://elquanta. hu/wp-content/uploads/2018/02/3-17.jpg 720w" sizes="(max. szélesség: 600px) 100vw, 600px">
mágneses fluxus
- A mágneses indukciós vektor (B) a töltéshordozókra ható erőt mutatja. Az északi pólus felé irányul, ahová a szokásos mágneses tű mutat. Mennyiségileg a mágneses indukciót teslában (Tl) mérjük;
- MP feszültség (N). A különböző közegek mágneses permeabilitása határozza meg. Vákuumban az áteresztőképesség egységnek tekinthető. Az intenzitásvektor iránya egybeesik a mágneses indukció irányával. Mértékegység - A / m.
Hogyan ábrázoljunk mágneses teret
A mágneses tér megnyilvánulásait egy állandó mágnes példáján könnyű átlátni. Két pólusa van, és a tájolástól függően a két mágnes vonz vagy taszít. A mágneses tér jellemzi az ebben az esetben fellépő folyamatokat:
- Az MP matematikailag vektormezőként van leírva. Megszerkeszthető a B mágneses indukció számos vektorával, amelyek mindegyike az iránytű északi pólusa felé irányul, és hossza a mágneses erőtől függ;
- Az ábrázolás másik módja az erővonalak használata. Ezek a vonalak soha nem metszik egymást, soha nem indulnak vagy állnak meg sehol, zárt hurkokat alkotva. Az MF vonalak gyakrabban kapcsolódnak össze, ahol a mágneses tér a legerősebb.
Fontos! A térvonalak sűrűsége a mágneses tér erősségét jelzi.
Bár az MF nem látható a valóságban, az erővonalak könnyen megjeleníthetők a való világban, ha vasreszeléket helyezünk el az MF-ben. Mindegyik részecske úgy viselkedik, mint egy apró mágnes, amelynek északi és déli pólusa van. Az eredmény egy erővonalhoz hasonló mintázat. Az ember nem képes átérezni a képviselő hatását.
Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/4-13.jpg 640w
Mágneses erővonalak
Mágneses tér mérés
Mivel ez vektormennyiség, az MF mérésére két paraméter van: az erő és az irány. Az irányt a terepre csatlakoztatott iránytűvel könnyű megmérni. Ilyen például a Föld mágneses mezejében elhelyezett iránytű.
Más jellemzők mérése sokkal nehezebb. A praktikus magnetométerek csak a 19. században jelentek meg. Legtöbbjük azt az erőt használja fel, amelyet az elektron érez, amikor áthalad a mágneses mezőn.
Jpg?x15027" alt="(!LANG:Magnetométer" width="414" height="600">!}
Magnetométer
A kis mágneses mezők nagyon pontos mérése gyakorlatiassá vált, mióta 1988-ban felfedezték a réteges anyagok óriási mágneses ellenállását. Ezt az alapvető fizika felfedezését gyorsan alkalmazták a számítógépek adattárolására szolgáló mágneses merevlemez-technológiában, ami néhány év alatt ezerszeresére növelte a tárolókapacitást.
Az általánosan elfogadott mérési rendszerekben az MF-t tesztekben (T) vagy gaussban (G) mérik. 1 T = 10000 gauss. A Gausst gyakran használják, mert a Tesla túl nagy mező.
Érdekes. Egy kis hűtőmágnes 0,001 T-nak megfelelő MF-et hoz létre, és a Föld mágneses tere átlagosan 0,00005 T.
A mágneses tér természete
A mágnesesség és a mágneses mezők az elektromágneses erő megnyilvánulásai. Kétféle módon lehet megszervezni a mozgásban lévő energiatöltést, és ennek következtében a mágneses mezőt.
Az első a vezeték csatlakoztatása egy áramforráshoz, körülötte egy MF alakul ki.
Fontos! Az áramerősség (a mozgásban lévő töltések száma) növekedésével az MP arányosan növekszik. Ahogy távolodik a vezetéktől, a mező a távolsággal csökken. Ezt írja le Ampère törvénye.
Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/6-9.jpg 720w
Ampère törvénye
Egyes nagyobb mágneses permeabilitású anyagok képesek a mágneses terek koncentrálására.
Mivel a mágneses tér vektor, meg kell határozni az irányát. Az egyenes vezetéken átfolyó közönséges áram iránya a jobbkéz szabály alapján határozható meg.
A szabály használatához el kell képzelni, hogy a vezetéket a jobb kéz fogja meg, és a hüvelykujj jelzi az áram irányát. Ezután a másik négy ujj a mágneses indukciós vektor irányát mutatja a vezető körül.
Jpeg?.jpeg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/7.jpeg 612w
Jobb kéz szabály
Az MF létrehozásának második módja annak a ténynek a felhasználása, hogy egyes anyagokban elektronok jelennek meg, amelyeknek saját mágneses momentuma van. Az állandó mágnesek így működnek:
- Bár az atomoknak gyakran sok elektronja van, többnyire úgy kapcsolódnak egymáshoz, hogy a pár teljes mágneses tere kialszik. Két ily módon párosított elektronról azt mondják, hogy ellentétes spinje van. Ezért ahhoz, hogy valamit mágnesezzünk, olyan atomokra van szükség, amelyekben egy vagy több azonos spinű elektron van. Például a vasnak négy ilyen elektronja van, és alkalmas mágnesek készítésére;
- Az atomokban lévő elektronok milliárdjai véletlenszerűen orientálhatók, és nem lesz közös mágneses tér, függetlenül attól, hogy hány párosítatlan elektronja van az anyagnak. Alacsony hőmérsékleten stabilnak kell lennie, hogy általánosan előnyös elektronorientációt biztosítson. A nagy mágneses permeabilitás az ilyen anyagok mágnesesedését okozza bizonyos körülmények között, a mágneses tér befolyásán kívül. Ezek ferromágnesek;
- Más anyagok mágneses tulajdonságokat mutathatnak külső mágneses tér jelenlétében. A külső tér az összes elektronspin kiegyenlítését szolgálja, ami az MF eltávolítása után eltűnik. Ezek az anyagok paramágnesesek. A hűtőajtó fém a paramágneses példája.
A Föld mágneses tere
A föld kondenzátorlemezek formájában ábrázolható, amelyek töltése ellentétes előjelű: "mínusz" - a föld felszínén és "plusz" - az ionoszférában. Közöttük légköri levegő van szigetelő tömítésként. Az óriási kondenzátor állandó töltést tart fenn a föld mágneses mezejének hatására. Ezen ismeretek felhasználásával létre lehet hozni egy olyan sémát, amellyel a Föld mágneses mezőjéből elektromos energiát nyerhetünk. Igaz, az eredmény alacsony feszültségértékek lesz.
El kell hogy vedd:
- földelő eszköz;
- a vezeték;
- Tesla transzformátor, amely képes nagyfrekvenciás rezgések generálására és koronakisülés létrehozására, ionizálva a levegőt.
Data-lazy-type="image" data-src="http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/8-3-592x600.jpg?.jpg 592w, https://elquanta. hu/wp-content/uploads/2018/02/8-3.jpg 644w" sizes="(max-width: 592px) 100vw, 592px">
Tesla tekercs
A Tesla tekercs elektronkibocsátóként fog működni. A teljes szerkezet össze van kötve, és a kellő potenciálkülönbség biztosítása érdekében a transzformátort jelentős magasságba kell emelni. Így létrejön egy elektromos áramkör, amelyen keresztül kis áram folyik. Ezzel az eszközzel lehetetlen nagy mennyiségű elektromos áramhoz jutni.
Az elektromosság és a mágnesesség uralja az embert körülvevő világot: a természet legalapvetőbb folyamataitól a legmodernebb elektronikai eszközökig.
Videó
A "mágneses mező" kifejezés általában egy bizonyos energiateret jelent, amelyben a mágneses kölcsönhatás erői megnyilvánulnak. Befolyásolják:
egyedi anyagok: ferrimágnesek (fémek - főleg öntöttvas, vas és ezek ötvözetei) és ferritosztálya, állapottól függetlenül;
mozgó elektromos töltések.
Az elektronok vagy más részecskék teljes mágneses momentumával rendelkező fizikai testeket nevezzük állandó mágnesek. Kölcsönhatásuk a képen látható. erősáramú mágneses vonalak.
Úgy alakították ki őket, hogy egy egyenletes vasreszelékrétegű kartonlap hátoldalára állandó mágnest helyeztek. A képen jól látható az északi (É) és déli (D) pólus, az erővonalak irányával a tájolásukhoz viszonyítva: az északi pólus kijárata és a déli bejárat.
Hogyan jön létre a mágneses mező
A mágneses mező forrásai:
állandó mágnesek;
mobildíjak;
időben változó elektromos tér.
Minden óvodás gyermek ismeri az állandó mágnesek működését. Hiszen már képeket-mágneseket kellett faragnia a hűtőre, csomagokból szedve mindenféle finomsággal.
A mozgásban lévő elektromos töltések mágneses térenergiája általában sokkal nagyobb, mint. Erővonalak is jelzik. Elemezzük a tervezési szabályokat egy I áramú egyenes vonalú vezetőre.
A mágneses erővonalat az áram mozgására merőleges síkban húzzuk meg úgy, hogy a mágnestű északi pólusára ható erő minden pontban tangenciálisan erre az egyenesre irányul. Ez koncentrikus köröket hoz létre a mozgó töltés körül.
Ezeknek az erőknek az irányát a jól ismert, jobbmenetes tekercselésű csavar vagy karmantyú szabálya határozza meg.
gimlet szabály
A kardánt koaxiálisan kell elhelyezni az áramvektorral, és el kell forgatni a fogantyút úgy, hogy a kardán transzlációs mozgása egybeessen az irányával. Ezután a fogantyú elfordításával látható lesz a mágneses erővonalak iránya.
A gyűrűs vezetőben a fogantyú forgó mozgása egybeesik az áram irányával, a transzlációs mozgás pedig az indukció irányát jelzi.
A mágneses erővonalak mindig kilépnek az északi pólusból és belépnek a délibe. A mágnes belsejében folytatódnak, és soha nem nyílnak ki.
A mágneses terek kölcsönhatásának szabályai
A különböző forrásokból származó mágneses mezők hozzáadódnak egymáshoz, és így a kapott mezőt alkotják.
Ebben az esetben az ellentétes pólusú (N - S) mágnesek vonzódnak egymáshoz, és ugyanazokkal a pólusokkal (N - N, S - S) taszítják őket. A pólusok közötti kölcsönhatási erők a köztük lévő távolságtól függenek. Minél közelebb vannak eltolva a pólusok, annál nagyobb a keletkező erő.
A mágneses tér fő jellemzői
Ezek tartalmazzák:
mágneses indukciós vektor (B);
mágneses fluxus (F);
fluxus kapcsolódás (Ψ).
A mező hatásának intenzitását vagy erejét az érték becsüli meg mágneses indukciós vektor. Az "F" erő értéke határozza meg, amelyet az "I" áram áthalad egy "l" hosszúságú vezetőn. B \u003d F / (I ∙ l)
A mágneses indukció mértékegysége az SI-rendszerben a Tesla (a tudós fizikus emlékére, aki ezeket a jelenségeket tanulmányozta és matematikai módszerekkel leírta). Az orosz szakirodalomban "Tl"-vel jelölik, a nemzetközi dokumentációban pedig a "T" szimbólumot alkalmazzák.
1 T egy ilyen egyenletes mágneses fluxus indukciója, amely a tér irányára merőleges egyenes vezető hosszának minden méterére 1 newton erővel hat, amikor 1 amperes áram halad át ezen a vezetőn.
1Tl=1∙N/(A∙m)
A B vektor irányát az határozza meg bal kéz szabály.
Ha a bal kezed tenyerét mágneses térbe helyezed úgy, hogy az északi pólus felől érkező erővonalak derékszögben lépnek be a tenyérbe, és négy ujjadat az áram irányába helyezed a vezetőbe, akkor a kiálló hüvelykujj jelezze az erre a vezetőre ható erő irányát.
Abban az esetben, ha az elektromos áramú vezető nem merőleges a mágneses erővonalakra, akkor a rá ható erő arányos az áramló áram nagyságával és a vezető hosszának vetületének összetevőjével árammal egy merőleges irányú síkra.
Az elektromos áramra ható erő nem függ a vezető anyagától és a keresztmetszeti területétől. Még ha ez a vezető egyáltalán nem is létezik, és a mozgó töltések egy másik közegben kezdenek mozogni a mágneses pólusok között, akkor ez az erő semmilyen módon nem változik.
Ha a mágneses téren belül minden ponton a B vektor iránya és nagysága azonos, akkor az ilyen mezőt egységesnek tekintjük.
Bármely környezet, amelyben van , hatással van a B indukciós vektor értékére.
Mágneses fluxus (F)
Ha figyelembe vesszük a mágneses indukció áthaladását egy bizonyos S területen, akkor a határai által korlátozott indukciót mágneses fluxusnak nevezzük.
Ha a terület valamilyen α szöget zár be a mágneses indukció irányába, akkor a mágneses fluxus a terület dőlésszögének koszinuszának értékével csökken. Maximális értéke akkor jön létre, ha a terület merőleges a behatoló indukciójára. Ф=В·S
A mágneses fluxus mértékegysége 1 weber, amelyet 1 tesla indukció 1 négyzetméteres területen történő áthaladása határoz meg.
Fluxus összeköttetés
Ezt a kifejezést a mágnes pólusai között elhelyezkedő, bizonyos számú áramvezető vezetékből létrehozott mágneses fluxus teljes mennyiségének meghatározására használják.
Abban az esetben, ha a tekercs tekercsén ugyanaz az I áram halad át n menetszámmal, akkor az összes menetből származó teljes (kapcsolt) mágneses fluxust Ψ fluxuskapcsolásnak nevezzük.
Ψ=n F . A fluxus-összeköttetés mértékegysége 1 weber.
Hogyan jön létre a mágneses mező egy váltakozó elektromos
Az elektromos töltésekkel és mágneses momentumú testekkel kölcsönhatásba lépő elektromágneses mező két mező kombinációja:
elektromos;
mágneses.
Összefüggenek egymással, egymás kombinációját képviselik, és ha az egyik idővel megváltozik, bizonyos eltérések lépnek fel a másikban. Például, ha egy háromfázisú generátorban váltakozó szinuszos elektromos mezőt hozunk létre, ugyanaz a mágneses tér egyidejűleg jön létre a hasonló váltakozó felharmonikusok jellemzőivel.
Az anyagok mágneses tulajdonságai
A külső mágneses térrel való kölcsönhatás tekintetében az anyagokat a következőkre osztják:
antiferromágnesek kiegyensúlyozott mágneses nyomatékokkal, amelyek miatt a test nagyon kis mértékű mágnesezettsége jön létre;
olyan diamágnesek, amelyek a belső mezőt a külső hatásával szemben mágnesezik. Ha nincs külső tér, akkor nem mutatnak mágneses tulajdonságokat;
paramágnesek, amelyek a belső mezőt a külső tér irányába mágnesezik, és amelyek kis fokúak;
ferromágnesek, amelyek mágneses tulajdonságokkal rendelkeznek külső tér nélkül a Curie-pontérték alatti hőmérsékleten;
ferrimágnesek, amelyek mágneses nyomatékai kiegyensúlyozatlanok nagyságban és irányban.
Az anyagok mindezen tulajdonságai különféle alkalmazásokat találtak a modern technológiában.
Mágneses áramkörök
Minden transzformátor, induktivitás, elektromos gép és sok más eszköz ezen az alapon működik.
Például egy működő elektromágnesben a mágneses fluxus egy ferromágneses acélból és levegőből álló mágneses áramkörön halad keresztül, amely kifejezett nem ferromágneses tulajdonságokkal rendelkezik. Ezen elemek kombinációja alkotja a mágneses áramkört.
A legtöbb elektromos eszköz mágneses áramkörrel rendelkezik. Olvasson róla többet ebben a cikkben -
MÁGNESES MEZŐ
A mágneses mező egy különleges anyagfajta, az ember számára láthatatlan és megfoghatatlan,
tudatunktól függetlenül létező.
Még az ókorban is sejtették a tudósok-gondolkodók, hogy valami létezik a mágnes körül.
Mágneses tű.
A mágnestű az elektromos áram mágneses hatásának vizsgálatához szükséges eszköz.
Ez egy kisméretű mágnes a tű hegyére szerelve, két pólusú: északi és déli.A mágneses tű szabadon foroghat a tű hegyén.
A mágnestű északi vége mindig északra mutat.
A mágnestű pólusait összekötő vonalat a mágnestű tengelyének nevezzük.
Hasonló mágneses tű található bármely iránytűben - egy földi tájékozódási eszköz.
Hol keletkezik a mágneses tér?
Oersted kísérlete (1820) – megmutatja, hogyan hatnak egymásra egy áramvezető és egy mágnestű.
Az elektromos áramkör zárásakor a mágnestű eltér eredeti helyzetétől, az áramkör nyitásakor a mágnestű visszatér eredeti helyzetébe.
Az árammal rendelkező vezető körüli térben (és általában minden mozgó elektromos töltés körül) mágneses tér keletkezik.
Ennek a mezőnek a mágneses erői hatnak a tűre és elfordítják azt.
Általánosságban elmondható
hogy a mozgó elektromos töltések körül mágneses tér keletkezik.
Az elektromos áram és a mágneses tér elválaszthatatlanok egymástól.
ÉRDEKES MI...
Sok égitestnek – bolygónak és csillagnak – van saját mágneses mezője.
Legközelebbi szomszédaink - a Hold, a Vénusz és a Mars - azonban nem rendelkeznek mágneses mezővel,
hasonló a földhöz.
___
Gilbert felfedezte, hogy ha egy vasdarabot a mágnes egyik pólusához közelítenek, a másik pólus erősebben kezd vonzani. Ezt az ötletet csak 250 évvel Hilbert halála után szabadalmaztatták.
A 90-es évek első felében, amikor új grúz érmék jelentek meg - lari,
a helyi zsebtolvajok mágnest kaptak,
mert a fémet, amelyből ezek az érmék készültek, jól vonzotta egy mágnes!
Ha viszel a sarkon egy dolláros bankjegyet, és egy erős mágneshez viszed
(például patkó), nem egyenletes mágneses teret hoz létre, egy papírdarabot
térjen el az egyik pólus felé. Kiderült, hogy a dollárjegy színe vassókat tartalmaz,
mágneses tulajdonságokkal rendelkezik, így a dollár a mágnes egyik pólusához vonzódik.
Ha egy nagy mágnest viszel az asztalos buborék szintjére, a buborék elmozdul.
A helyzet az, hogy a buborékszint diamágneses folyadékkal van megtöltve. Ha egy ilyen folyadékot mágneses térbe helyezünk, akkor ellentétes irányú mágneses tér jön létre benne, és kiszorul a térből. Ezért a folyadékban lévő buborék megközelíti a mágnest.
TUDNI KELL RÓLUNK!
Az orosz haditengerészet mágneses iránytű üzletének szervezője egy jól ismert deviátor tudós volt,
1. rangú kapitány, az iránytű elméletéről szóló tudományos művek szerzője I.P. Belavan.
A „Pallada” fregatton egy világkörüli utazás tagja és az 1853-56-os krími háború résztvevője. ő volt az első a világon, aki demagnetizált egy hajót (1863)
és megoldotta az iránytűk felszerelésének problémáját egy vas-tengeralattjáró belsejében.
1865-ben kinevezték az ország első kronstadti Compass Obszervatóriumának vezetőjévé.
