Ce sunt în esență câmpurile magnetice? Modificări ale proprietăților magnetice ale materialelor

Câmpurile magnetice apar în natură și pot fi create artificial. Persoana a observat caracteristicile lor utile, pe care a învățat să le aplice în viața de zi cu zi. Care este sursa câmpului magnetic?

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/1-17-768x560..jpg 795w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Câmpul magnetic al Pământului

Cum s-a dezvoltat doctrina câmpului magnetic

Proprietățile magnetice ale unor substanțe au fost observate în vremuri străvechi, dar studiul lor a început cu adevărat în Europa medievală. Folosind ace mici de oțel, un om de știință din Franța, Peregrine, a descoperit intersecția liniilor de forță magnetică în anumite puncte - polii. Doar trei secole mai târziu, ghidat de această descoperire, Gilbert a continuat să o studieze și ulterior și-a apărat ipoteza că Pământul are propriul său câmp magnetic.

Dezvoltarea rapidă a teoriei magnetismului a început la începutul secolului al XIX-lea, când Ampere a descoperit și descris influența câmpului electric asupra apariției unui câmp magnetic, iar descoperirea lui Faraday a inducției electromagnetice a stabilit o relație inversă.

Ce este un câmp magnetic

Un câmp magnetic se manifestă printr-un efect de forță asupra sarcinilor electrice care sunt în mișcare sau asupra corpurilor care au un moment magnetic.

Surse de câmp magnetic:

1. Conductori prin care trece curentul electric;
2. Magneți permanenți;
3. Modificarea câmpului electric.

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">

Surse de câmp magnetic

Cauza fundamentală a apariției unui câmp magnetic este identică pentru toate sursele: microîncărcările electrice - electroni, ioni sau protoni - au propriul moment magnetic sau sunt în mișcare direcțională.

Important! Câmpurile electrice și magnetice se generează reciproc, schimbându-se în timp. Această relație este determinată de ecuațiile lui Maxwell.

Caracteristicile câmpului magnetic

Caracteristicile câmpului magnetic sunt:

1. Fluxul magnetic, o mărime scalară care determină câte linii de câmp magnetic trec printr-o anumită secțiune transversală. Notat cu litera F. Calculat folosind formula:

F = B x S x cos α,

unde B este vectorul de inducție magnetică, S este secțiunea, α este unghiul de înclinare a vectorului față de perpendiculara trasată pe planul secțiunii. Unitate de măsură – 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">

Flux magnetic

1. Vectorul de inducție magnetică (B) arată forța care acționează asupra purtătorilor de sarcină. Este îndreptată spre polul nord, unde indică acul magnetic obișnuit. Inducția magnetică este măsurată cantitativ în Tesla (T);
2. Tensiunea MF (N). Determinată de permeabilitatea magnetică a diferitelor medii. În vid, permeabilitatea este luată ca unitate. Direcția vectorului de tensiune coincide cu direcția inducției magnetice. Unitatea de măsură – A/m.

Cum să reprezinte un câmp magnetic

Este ușor să vezi manifestările unui câmp magnetic folosind exemplul unui magnet permanent. Are doi poli si in functie de orientare cei doi magneti atrag sau resping. Câmpul magnetic caracterizează procesele care au loc în timpul acesteia:

1. MP este descris matematic ca un câmp vectorial. Poate fi construit prin intermediul multor vectori de inducție magnetică B, fiecare dintre care este îndreptat către polul nord al acului busolei și are o lungime în funcție de forța magnetică;
2. O modalitate alternativă de a reprezenta acest lucru este utilizarea liniilor de câmp. Aceste linii nu se intersectează niciodată, nu încep și nu se opresc nicăieri, formând bucle închise. Liniile MF sunt combinate în zone cu o locație mai frecventă, unde câmpul magnetic este cel mai puternic.

Important! Densitatea liniilor de câmp indică puterea câmpului magnetic.

Deși MP nu poate fi văzut în realitate, liniile câmpului pot fi ușor vizualizate în lumea reală prin plasarea pilii de fier în MP. Fiecare particulă se comportă ca un magnet mic cu un pol nord și sud. Rezultatul este un model similar liniilor de forță. O persoană nu este capabilă să simtă impactul MP.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/4-13.jpg 640w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Liniile de câmp magnetic

Măsurarea câmpului magnetic

Deoarece aceasta este o mărime vectorială, există doi parametri pentru măsurarea MF: forța și direcția. Direcția poate fi măsurată cu ușurință folosind o busolă conectată la câmp. Un exemplu este o busolă plasată în câmpul magnetic al Pământului.

Măsurarea altor caracteristici este mult mai dificilă. Magnetometrele practice nu au apărut decât în ​​secolul al XIX-lea. Cele mai multe dintre ele funcționează folosind forța pe care o simte electronul în timp ce se mișcă de-a lungul MP.

Jpg?x15027" alt="Magnetometru" width="414" height="600">!}

Magnetometru

Măsurarea foarte precisă a câmpurilor magnetice mici a devenit practic fezabilă de la descoperirea în 1988 a magnetoresistenței gigantice în materiale stratificate. Această descoperire în fizica fundamentală a fost aplicată rapid la tehnologia hard diskului magnetic pentru stocarea datelor în computere, ducând la o creștere de o mie de ori a capacității de stocare în doar câțiva ani.

În sistemele de măsurare general acceptate, MP este măsurată în teste (T) sau gauss (G). 1 T = 10000 Gs. Gauss este adesea folosit deoarece Tesla este un câmp prea mare.

Interesant. Un mic magnet pe un frigider creează un câmp magnetic egal cu 0,001 Tesla, iar câmpul magnetic al Pământului este în medie de 0,00005 Tesla.

Natura câmpului magnetic

Magnetismul și câmpurile magnetice sunt manifestări ale forței electromagnetice. Există două moduri posibile de a organiza o sarcină energetică în mișcare și, în consecință, un câmp magnetic.

Primul este de a conecta firul la o sursă de curent, în jurul acesteia se formează un MF.

Important! Pe măsură ce curentul (numărul de sarcini în mișcare) crește, MP crește proporțional. Pe măsură ce vă îndepărtați de fir, câmpul scade în funcție de distanță. Acest lucru este descris de legea lui Ampere.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/6-9.jpg 720w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

legea lui Ampere

Unele materiale care au permeabilitate magnetică mai mare sunt capabile să concentreze câmpuri magnetice.

Deoarece câmpul magnetic este un vector, este necesar să se determine direcția acestuia. Pentru curentul obișnuit care curge printr-un fir drept, direcția poate fi găsită folosind regula mâinii drepte.

Pentru a folosi regula, trebuie să vă imaginați că firul este prins cu mâna dreaptă, iar degetul mare indică direcția curentului. Apoi, cele patru degete rămase vor arăta direcția vectorului de inducție magnetică în jurul conductorului.

Jpeg?.jpeg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/7.jpeg 612w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Regula pentru mâna dreaptă

A doua modalitate de a crea un câmp magnetic este folosirea faptului că în unele substanțe apar electroni care au propriul moment magnetic. Iată cum funcționează magneții permanenți:

1. Deși atomii au adesea mulți electroni, în cea mai mare parte se leagă astfel încât câmpul magnetic total al perechii se anulează. Se spune că doi electroni perechi în acest fel au spin opus. Prin urmare, pentru a magnetiza ceva, ai nevoie de atomi care au unul sau mai mulți electroni cu același spin. De exemplu, fierul are patru astfel de electroni și este potrivit pentru fabricarea magneților;
2. Miliardele de electroni găsiți în atomi pot fi orientați aleatoriu și nu va exista MF generală, indiferent de câți electroni neperechi are materialul. Trebuie să fie stabil la temperaturi scăzute pentru a oferi o orientare generală preferată a electronilor. Permeabilitatea magnetică ridicată determină magnetizarea unor astfel de substanțe în anumite condiții în afara influenței câmpurilor magnetice. Acestea sunt feromagnetice;
3. Alte materiale pot prezenta proprietăți magnetice în prezența unui câmp magnetic extern. Câmpul extern servește la alinierea tuturor spinurilor electronilor, care dispar după ce MF este îndepărtat. Aceste substanțe sunt paramagnetice. Metalul ușii unui frigider este un exemplu de material paramagnetic.

Câmpul magnetic al Pământului

Pământul poate fi reprezentat sub formă de plăci de condensatoare, a căror sarcină are semnul opus: „minus” la suprafața pământului și „plus” în ionosferă. Între ele există aerul atmosferic ca distanțier izolator. Condensatorul gigant menține o încărcare constantă datorită influenței MF a pământului. Folosind aceste cunoștințe, puteți crea o schemă pentru obținerea energiei electrice din câmpul magnetic al Pământului. Adevărat, rezultatul vor fi valori de tensiune scăzută.

Trebuie să iau:

• dispozitiv de împământare;
• firul;
• Transformator Tesla capabil să genereze oscilații de înaltă frecvență și să creeze o descărcare corona, ionizând aerul.

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">

Bobina Tesla

Bobina Tesla va acționa ca un emițător de electroni. Întreaga structură este conectată între ele, iar pentru a asigura o diferență de potențial suficientă, transformatorul trebuie ridicat la o înălțime considerabilă. Astfel, se va crea un circuit electric prin care va curge un curent mic. Este imposibil să obțineți o cantitate mare de energie electrică folosind acest dispozitiv.

Electricitatea și magnetismul domină multe dintre lumile din jurul nostru, de la cele mai fundamentale procese din natură până la dispozitive electronice de ultimă generație.

Video

Termenul „câmp magnetic” înseamnă de obicei un anumit spațiu energetic în care se manifestă forțele de interacțiune magnetică. Acestea afectează:

substanțe individuale: ferimagneții (metale - în principal fontă, fier și aliajele acestora) și clasa lor de ferite, indiferent de stare;

sarcinile în mișcare ale energiei electrice.

Corpurile fizice care au un moment magnetic total de electroni sau alte particule sunt numite magneți permanenți. Interacțiunea lor este prezentată în imagine linii de forță magnetică.

S-au format după ce a adus un magnet permanent pe spatele unei foi de carton cu un strat uniform de pilitură de fier. Imaginea prezintă marcaje clare ale polilor nord (N) și sud (S) cu direcția liniilor de câmp în raport cu orientarea lor: ieșire de la polul nord și intrare spre sud.

Cum se creează un câmp magnetic?

Sursele câmpului magnetic sunt:

magneți permanenți;

taxe de mutare;

câmp electric variabil în timp.

Fiecare copil de grădiniță este familiarizat cu acțiunea magneților permanenți. Până la urmă, a trebuit deja să sculpteze poze cu magneți pe frigider, luate din pachete cu tot felul de delicatese.

Sarcinile electrice în mișcare au, de obicei, o energie de câmp magnetic semnificativ mai mare decât . De asemenea, este desemnată prin linii de forță. Să ne uităm la regulile de desenare a acestora pentru un conductor drept cu curent I.

Linia câmpului magnetic este trasată într-un plan perpendicular pe mișcarea curentului astfel încât în ​​fiecare punct forța care acționează asupra polului nord al acului magnetic să fie direcționată tangențial la această linie. Acest lucru creează cercuri concentrice în jurul sarcinii în mișcare.

Direcția acestor forțe este determinată de binecunoscuta regulă a unui șurub sau a unui braț cu înfășurare cu filet la dreapta.

regula Gimlet

Este necesar să poziționați brațul coaxial cu vectorul curent și să rotiți mânerul astfel încât mișcarea de translație a brațului să coincidă cu direcția sa. Apoi, orientarea liniilor câmpului magnetic va fi afișată prin rotirea mânerului.

Într-un conductor inel, mișcarea de rotație a mânerului coincide cu direcția curentului, iar mișcarea de translație indică orientarea inducției.

Liniile de forță magnetice părăsesc întotdeauna polul nord și intră în polul sud. Ele continuă în interiorul magnetului și nu sunt niciodată deschise.

Reguli pentru interacțiunea câmpurilor magnetice

Câmpurile magnetice din surse diferite se adaugă între ele pentru a forma un câmp rezultat.

În acest caz, magneții cu poli opuși (N - S) se atrag unul pe altul, iar cu poli asemănători (N - N, S - S) se resping. Forțele de interacțiune dintre poli depind de distanța dintre ei. Cu cât polii sunt deplasați mai aproape, cu atât forța generată este mai mare.

Caracteristicile de bază ale câmpului magnetic

Acestea includ:

vector de inducție magnetică (B);

flux magnetic (F);

legătura de flux (Ψ).

Intensitatea sau puterea impactului câmpului este estimată prin valoare vector de inducție magnetică. Este determinată de valoarea forței „F” creată de curentul care trece „I” printr-un conductor de lungime „l”. В =F/(I∙l)

Unitatea de măsură a inducției magnetice în sistemul SI este Tesla (în memoria fizicianului care a studiat aceste fenomene și le-a descris folosind metode matematice). În literatura tehnică rusă este desemnat „Tl”, iar în documentația internațională este adoptat simbolul „T”.

1 T este inducția unui astfel de flux magnetic uniform, care acționează cu o forță de 1 newton pentru fiecare metru de lungime al unui conductor drept perpendicular pe direcția câmpului, atunci când prin acest conductor trece un curent de 1 amper.

1T=1∙N/(A∙m)

Direcția vectorului B este determinată de regula mana stanga.

Dacă plasați palma mâinii stângi într-un câmp magnetic, astfel încât liniile de forță de la polul nord să intre în palmă într-un unghi drept și plasați patru degete în direcția curentului în conductor, atunci degetul mare proeminent va indicați direcția forței asupra acestui conductor.

În cazul în care conductorul cu curent electric nu este situat în unghi drept cu liniile de forță magnetice, forța care acționează asupra acestuia va fi proporțională cu mărimea curentului care curge și componenta proiecției lungimii conductorului cu curent pe un plan situat pe direcție perpendiculară.

Forța care acționează asupra unui curent electric nu depinde de materialele din care este realizat conductorul și de aria secțiunii sale transversale. Chiar dacă acest conductor nu există deloc, iar sarcinile în mișcare încep să se miște într-un alt mediu între polii magnetici, atunci această forță nu se va schimba în niciun fel.

Dacă în interiorul unui câmp magnetic în toate punctele vectorul B are aceeași direcție și mărime, atunci un astfel de câmp este considerat uniform.

Orice mediu care are , afectează valoarea vectorului de inducție B .

Flux magnetic (F)

Dacă luăm în considerare trecerea inducției magnetice printr-o anumită zonă S, atunci inducția limitată de limitele sale se va numi flux magnetic.

Când aria este înclinată la un anumit unghi α față de direcția inducției magnetice, fluxul magnetic scade cu valoarea cosinusului unghiului de înclinare al zonei. Valoarea sa maximă este creată atunci când aria este perpendiculară pe inducția sa penetrantă. Ф=В·S

Unitatea de măsură a fluxului magnetic este 1 weber, definită prin trecerea inducției a 1 tesla printr-o zonă de 1 metru pătrat.

Legătura de flux

Acest termen este folosit pentru a obține cantitatea totală de flux magnetic creat dintr-un anumit număr de conductori purtători de curent situati între polii unui magnet.

Pentru cazul în care același curent I trece prin înfășurarea unei bobine cu un număr de spire n, atunci fluxul magnetic total (legat) din toate spirele se numește flux linkage Ψ.

Ψ=n·Ф . Unitatea de legătură a fluxului este 1 weber.

Cum se formează un câmp magnetic dintr-o electricitate alternativă

Câmpul electromagnetic, care interacționează cu sarcini electrice și corpuri cu momente magnetice, este o combinație a două câmpuri:

electric;

magnetic.

Ele sunt interconectate, reprezintă o combinație între ele, iar atunci când una se schimbă în timp, apar anumite abateri în cealaltă. De exemplu, atunci când un câmp electric sinusoidal alternativ este creat într-un generator trifazat, se formează simultan același câmp magnetic cu caracteristicile armonicilor alternative similare.

Proprietățile magnetice ale substanțelor

În legătură cu interacțiunea cu un câmp magnetic extern, substanțele sunt împărțite în:

antiferomagneți cu momente magnetice echilibrate, datorită cărora se creează un grad foarte scăzut de magnetizare a corpului;

Diamagneți cu proprietatea de a magnetiza un câmp intern împotriva acțiunii unui câmp extern. Când nu există câmp extern, proprietățile lor magnetice nu apar;

materiale paramagnetice cu proprietăți magnetizante ale câmpului intern în direcția câmpului exterior, care au un grad scăzut;

feromagneți, care au proprietăți magnetice fără un câmp extern aplicat la temperaturi sub punctul Curie;

ferimagneți cu momente magnetice dezechilibrate ca mărime și direcție.

Toate aceste proprietăți ale substanțelor și-au găsit diverse aplicații în tehnologia modernă.

Circuite magnetice

Toate transformatoarele, inductoarele, mașinile electrice și multe alte dispozitive funcționează pe această bază.

De exemplu, într-un electromagnet de lucru, fluxul magnetic trece printr-un miez magnetic din oțel feromagnetic și aer cu proprietăți neferomagnetice pronunțate. Combinația acestor elemente formează un circuit magnetic.

Majoritatea dispozitivelor electrice au circuite magnetice în design. Citiți mai multe despre asta în acest articol -

UN CÂMP MAGNETIC

Un câmp magnetic este un tip special de materie, invizibil și intangibil pentru oameni,
existând independent de conștiința noastră.
Chiar și în cele mai vechi timpuri, gânditorii științifici au ghicit că există ceva în jurul unui magnet.

Ac magnetic.

Un ac magnetic este un dispozitiv necesar atunci când se studiază acțiunea magnetică a curentului electric.
Este un mic magnet montat pe varful unui ac si are doi poli: nord si sud.Acul magnetic se poate roti liber pe varful acului.
Capătul nordic al acului magnetic indică întotdeauna către „nord”.
Linia care leagă polii acului magnetic se numește axa acului magnetic.
Un ac magnetic similar se găsește în orice busolă - un dispozitiv de orientare.

De unde provine câmpul magnetic?

Experimentul lui Oersted (1820) – arată modul în care un conductor cu curent interacționează cu un ac magnetic.

Când circuitul electric este închis, acul magnetic se abate de la poziția inițială; când circuitul este deschis, acul magnetic revine la poziția inițială.

Un câmp magnetic apare în spațiul din jurul unui conductor care transportă curent (și, în general, în jurul oricărei sarcini electrice în mișcare).
Forțele magnetice ale acestui câmp acționează asupra acului și îl rotesc.

În general, putem spune
că un câmp magnetic ia naștere în jurul sarcinilor electrice în mișcare.
Curentul electric și câmpul magnetic sunt inseparabile unul de celălalt.

E INTERESANT CA...

Multe corpuri cerești - planete și stele - au propriile lor câmpuri magnetice.
Cu toate acestea, cei mai apropiați vecini ai noștri - Luna, Venus și Marte - nu au un câmp magnetic,
asemănător cu pământesc.
___

Gilbert a descoperit că atunci când o bucată de fier este adusă mai aproape de un pol al unui magnet, celălalt pol începe să se atragă mai puternic. Această idee a fost brevetată la numai 250 de ani de la moartea lui Gilbert.

În prima jumătate a anilor 90, când au apărut noi monede georgiene - lari,
hoții de buzunare locali au dobândit magneți,
deoarece metalul din care au fost făcute aceste monede a fost bine atras de un magnet!

Dacă iei o bancnotă de un dolar la colț și o ții lângă un magnet puternic
(de exemplu, în formă de potcoavă), creând un câmp magnetic neuniform, bucată de hârtie
se va abate spre unul dintre poli. Se pare că cerneala de pe bancnota de un dolar conține săruri de fier.
având proprietăți magnetice, astfel încât dolarul este atras de unul dintre polii magnetului.

Dacă țineți un magnet mare aproape de nivelul cu bule al unui tâmplar, bula se va mișca.
Faptul este că nivelul cu bule este umplut cu fluid diamagnetic. Când un astfel de lichid este plasat într-un câmp magnetic, în interiorul acestuia se creează un câmp magnetic în direcția opusă și este împins în afara câmpului. Prin urmare, bula din lichid se apropie de magnet.

TREBUIE SĂ ȘTIȚI DESPRE ELE!

Organizatorul afacerii busolei magnetice din Marina Rusă a fost un celebru om de știință deviator,
căpitan de rangul I, autor de lucrări științifice despre teoria busolei I.P. Belavanets.
Participant la călătoria în jurul lumii pe fregata „Pallada” și participant la Războiul Crimeii din 1853-56. A fost primul din lume care a demagnetizat o navă (1863)
și a rezolvat problema instalării busolei în interiorul unui submarin de fier.
În 1865 a fost numit șef al primului Observator al Busolei din Kronstadt.