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

Câmpurile magnetice apar în mod natural și pot fi create artificial. O persoană 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

Câmpul magnetic al Pământului

Cum s-a dezvoltat doctrina câmpului magnetic

Proprietățile magnetice ale unor substanțe au fost observate în antichitate, 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 magnetice de forță 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 Ampère a descoperit și descris influența unui câmp electric asupra apariției unui câmp magnetic, iar descoperirea de către Faraday a inducției electromagnetice a stabilit o relație inversă.

Ce este un câmp magnetic

Câmpul magnetic se manifestă prin efectul de forță asupra sarcinilor electrice aflate în mișcare, sau asupra corpurilor care au un moment magnetic.

Surse de câmp magnetic:

1. conductoare 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 direcționată.

Important! Se generează reciproc câmpuri electrice și magnetice care se modifică 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 secțiune dată. Desemnat cu litera F. Se calculează după 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. ro/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. Cantitativ, inducția magnetică se măsoară în tesla (Tl);
2. Tensiunea MP (N). Este determinată de permeabilitatea magnetică a diferitelor medii. În vid, permeabilitatea este luată ca unitate. Direcția vectorului de intensitate coincide cu direcția inducției magnetice. Unitate de măsură - A/m.

Cum să reprezinte un câmp magnetic

Este ușor de văzut manifestările câmpului magnetic pe exemplul unui magnet permanent. Are doi poli, iar în funcție de orientare, cei doi magneți atrag sau resping. Câmpul magnetic caracterizează procesele care au loc în acest caz:

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 reprezentare este utilizarea liniilor de forță. Aceste linii nu se intersectează niciodată, nu încep și nu se opresc nicăieri, formând bucle închise. Liniile MF se combină în regiuni mai frecvente unde câmpul magnetic este cel mai puternic.

Important! Densitatea liniilor de câmp indică puterea câmpului magnetic.

Deși MF nu poate fi văzut în realitate, liniile de forță pot fi vizualizate cu ușurință în lumea reală prin plasarea piliturii de fier în MF. Fiecare particulă se comportă ca un magnet mic cu un pol nord și sud. Rezultatul este un model similar cu liniile 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

Liniile de câmp magnetic

Măsurarea câmpului magnetic

Deoarece aceasta este o mărime vectorială, există doi parametri pentru măsurarea MF: forța și direcția. Direcția este ușor de măsurat cu 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 au apărut abia în secolul al XIX-lea. Majoritatea lucrează folosind forța pe care electronul o simte atunci când se deplasează prin câmpul magnetic.

Jpg?x15027" alt="(!LANG: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, rezultând o creștere de o mie de ori a capacității de stocare în doar câțiva ani.

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

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

Natura câmpului magnetic

Magnetismul și câmpurile magnetice sunt manifestări ale forței electromagnetice. Există două moduri posibile de a organiza o sarcină de energie 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 odată cu distanța. Acest lucru este descris de legea lui Ampère.

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

legea lui Ampère

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

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

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

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

Regula pentru mâna dreaptă

A doua modalitate de a crea un MF este să folosiți faptul că electronii apar în unele substanțe care au propriul moment magnetic. Iată cum funcționează magneții permanenți:

1. Deși atomii au adesea mulți electroni, ei sunt în mare parte conectați în așa fel încât câmpul magnetic total al perechii se anulează. Se spune că doi electroni perechi în acest fel au spini opuși. 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. Miliarde de electroni din atomi pot fi orientați aleatoriu și nu va exista un câmp magnetic comun, indiferent de câți electroni neperechi are materialul. Trebuie să fie stabil la o temperatură scăzută pentru a oferi o orientare generală preferată a electronilor. Permeabilitatea magnetică ridicată determină magnetizarea unor astfel de substanțe în anumite condiții în afara influenței câmpului magnetic. Aceștia sunt feromagneți;
3. Alte materiale pot prezenta proprietăți magnetice în prezența unui câmp magnetic extern. Câmpul extern servește la egalizarea tuturor spinurilor electronilor, care dispar după îndepărtarea MF. Aceste substanțe sunt paramagnetice. Metalul ușii frigiderului este un exemplu de paramagnet.

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 se află aerul atmosferic ca garnitură izolatoare. Condensatorul gigant păstrează o sarcină constantă datorită influenței câmpului magnetic al pământului. Folosind aceste cunoștințe, este posibilă crearea unei scheme de obținere a 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. ro/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 omului: de la cele mai fundamentale procese din natură până la dispozitive electronice de ultimă oră.

Video

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

substanțe individuale: ferimagneți (metale - în principal fontă, fier și aliaje ale 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 electrice magnetice.

S-au format după ce a adus un magnet permanent pe reversul unei foi de carton cu un strat uniform de pilitură de fier. Imaginea prezintă un marcaj clar al polilor nord (N) și sud (S) cu direcția liniilor de forță în raport cu orientarea lor: ieșirea din polul nord și intrarea spre sud.

Cum se creează un câmp magnetic

Sursele câmpului magnetic sunt:

magneți permanenți;

taxe mobile;

câmp electric variabil în timp.

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

Sarcinile electrice în mișcare au de obicei o energie de câmp magnetic mult mai mare decât. Este indicat și prin linii de forță. Să analizăm regulile de proiectare a acestora pentru un conductor rectiliniu cu curent I.

O linie de câmp magnetic este trasată într-un plan perpendicular pe fluxul de curent, 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 pe 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 magnetice de forță va fi afișată prin rotirea mânerului.

În conductorul inel, mișcarea de rotație a mânerului coincide cu direcția curentului, iar mișcarea de translație indică orientarea inducției.

Liniile de câmp magnetic ies întotdeauna de la polul nord și intră în sud. Ele continuă în interiorul magnetului și nu sunt niciodată deschise.

Reguli pentru interacțiunea câmpurilor magnetice

Câmpurile magnetice din diferite surse se adaugă între ele, formând câmpul rezultat.

În acest caz, magneții cu poli opuși (N - S) sunt atrași unul de celălalt, iar cu aceiași poli (N - N, S - S) sunt respinși. Forțele de interacțiune dintre poli depind de distanța dintre ei. Cu cât polii sunt deplasați mai aproape, cu atât forța generată este mai mare.

Principalele caracteristici ale câmpului magnetic

Acestea includ:

vector de inducție magnetică (B);

flux magnetic (F);

legătura de flux (Ψ).

Intensitatea sau forța 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”. B \u003d F / (I ∙ l)

Unitatea de măsură a inducției magnetice în sistemul SI este Tesla (în memoria fizicianului de știință 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 pe metru din lungimea unui conductor drept perpendicular pe direcția câmpului atunci când un curent de 1 amper trece prin acest conductor.

1Tl=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 față de liniile câmpului magnetic, atunci forța care acționează asupra acestuia va fi proporțională cu mărimea curentului care curge și cu partea componentă a proiecției lungimii conductorului. cu curent pe un plan situat pe direcţie perpendiculară.

Forța care acționează asupra curentului 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 câmpului 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, atunci 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 pentru fluxul magnetic este 1 weber, care este determinată de trecerea inducției de 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 bobinei cu numărul de spire n, atunci fluxul magnetic total (legat) de la toate spirele se numește legătura de flux Ψ.

Ψ=n F . 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 interdependente, reprezintă o combinație între ele, iar atunci când una se schimbă în timp, apar anumite abateri în cealaltă. De exemplu, atunci când se creează un câmp electric sinusoidal alternativ într-un generator trifazat, același câmp magnetic se formează simultan 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 mic de magnetizare a corpului;

diamagneti cu proprietatea de a magnetiza campul intern impotriva actiunii celui extern. Când nu există câmp extern, atunci nu prezintă proprietăți magnetice;

paramagneți cu proprietăți de magnetizare a câmpului intern în direcția câmpului exterior, care au un grad mic;

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

ferimagneți cu momente magnetice care sunt dezechilibrate ca mărime și direcție.

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

Circuite magnetice

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

De exemplu, într-un electromagnet de lucru, fluxul magnetic trece printr-un circuit magnetic format din oțeluri feromagnetice și aer cu proprietăți neferomagnetice pronunțate. Combinația acestor elemente formează circuitul magnetic.

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

UN CÂMP MAGNETIC

Câmpul magnetic este un tip special de materie, invizibil și intangibil pentru oameni,
existând independent de conștiința noastră.
Chiar și în cele mai vechi timpuri, oamenii de știință-gândiți au ghicit că există ceva în jurul magnetului.

Ac magnetic.

Un ac magnetic este un dispozitiv necesar pentru studierea acțiunii magnetice a unui curent electric.
Este un mic magnet montat pe varful acului, are doi poli: nord si sud.Acul magnetic se poate roti liber pe varful acului.
Capătul nordic al acului magnetic este întotdeauna îndreptat spre nord.
Linia care leagă polii acului magnetic se numește axa acului magnetic.
Un ac magnetic similar se află în orice busolă - un dispozitiv pentru orientare pe sol.

De unde provine câmpul magnetic?

Experimentul lui Oersted (1820) - arată cum interacționează un conductor cu curent și un ac magnetic.

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

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

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

INTERESANT CE...

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 pământul.
___

Gilbert a descoperit că atunci când o bucată de fier este adusă lângă 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 Hilbert.

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

Dacă iei o bancnotă de un dolar după colț și o aduci la un magnet puternic
(de exemplu, potcoava), creând un câmp magnetic neuniform, o bucată de hârtie
deviază spre unul dintre poli. Se pare că culoarea bancnotei de un dolar conține săruri de fier,
având proprietăți magnetice, deci dolarul este atras de unul dintre polii magnetului.

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

TREBUIE SĂ ȘTII DESPRE ELE!

Organizatorul afacerii busolei magnetice din Marina Rusă a fost un cunoscut om de știință deviator,
căpitan de rangul I, autor de lucrări științifice despre teoria busolei I.P. Belavan.
Membru al unei călătorii în jurul lumii pe fregata „Pallada” și participant la Războiul Crimeii din 1853-1856. 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.