Čo sú v podstate magnetické polia? Zmeny magnetických vlastností materiálov

Magnetické polia sa vyskytujú v prírode a môžu byť vytvorené umelo. Človek si všimol ich užitočné vlastnosti, ktoré sa naučil uplatňovať v každodennom živote. Čo je zdrojom magnetického poľa?

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

Magnetické pole Zeme

Ako sa vyvinula doktrína magnetického poľa

Magnetické vlastnosti niektorých látok si všimli už v staroveku, no ich štúdium sa skutočne začalo v stredovekej Európe. Pomocou malých oceľových ihiel objavil vedec z Francúzska Peregrine priesečník magnetických siločiar v určitých bodoch – póloch. Len o tri storočia neskôr, vedený týmto objavom, Gilbert pokračoval v jeho štúdiu a následne obhájil svoju hypotézu, že Zem má svoje vlastné magnetické pole.

Rýchly rozvoj teórie magnetizmu sa začal na začiatku 19. storočia, keď Ampere objavil a opísal vplyv elektrického poľa na vznik magnetického poľa a Faradayov objav elektromagnetickej indukcie vytvoril inverzný vzťah.

Čo je magnetické pole

Magnetické pole sa prejavuje silovým účinkom na elektrické náboje, ktoré sú v pohybe, alebo na telesá, ktoré majú magnetický moment.

Zdroje magnetického poľa:

1. Vodiče, ktorými prechádza elektrický prúd;
2. Permanentné magnety;
3. Zmena elektrického poľa.

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" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Zdroje magnetického poľa

Hlavná príčina vzniku magnetického poľa je rovnaká pre všetky zdroje: elektrické mikronáboje - elektróny, ióny alebo protóny - majú svoj vlastný magnetický moment alebo sú v smerovom pohybe.

Dôležité! Elektrické a magnetické polia sa navzájom vytvárajú, pričom sa časom menia. Tento vzťah je určený Maxwellovými rovnicami.

Charakteristika magnetického poľa

Charakteristiky magnetického poľa sú:

1. Magnetický tok, skalárna veličina, ktorá určuje, koľko siločiar magnetického poľa prechádza daným prierezom. Označené písmenom F. Vypočítané pomocou vzorca:

F = B x S x cos α,

kde B je vektor magnetickej indukcie, S je rez, α je uhol sklonu vektora ku kolmici vedenej k rovine rezu. Jednotka merania – 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" size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

Magnetický tok

1. Vektor magnetickej indukcie (B) znázorňuje silu pôsobiacu na nosiče náboja. Smeruje k severnému pólu, kam smeruje obvyklá magnetická ihla. Magnetická indukcia sa meria kvantitatívne v Tesla (T);
2. MF napätie (N). Určené magnetickou permeabilitou rôznych médií. Vo vákuu sa priepustnosť berie ako jednota. Smer vektora napätia sa zhoduje so smerom magnetickej indukcie. Jednotka merania - A/m.

Ako znázorniť magnetické pole

Na príklade permanentného magnetu je ľahké vidieť prejavy magnetického poľa. Má dva póly a v závislosti od orientácie sa dva magnety priťahujú alebo odpudzujú. Magnetické pole charakterizuje procesy, ktoré sa pri tom vyskytujú:

1. MP je matematicky opísaný ako vektorové pole. Dá sa skonštruovať pomocou mnohých vektorov magnetickej indukcie B, z ktorých každý smeruje k severnému pólu strelky kompasu a má dĺžku závislú od magnetickej sily;
2. Alternatívnym spôsobom vyjadrenia je použitie siločiar. Tieto čiary sa nikdy nepretínajú, nikde nezačínajú ani nezastavujú a tvoria uzavreté slučky. MF čiary sa spájajú do oblastí s častejším umiestnením, kde je magnetické pole najsilnejšie.

Dôležité! Hustota siločiar udáva silu magnetického poľa.

Hoci MP nie je možné vidieť v skutočnosti, siločiary možno ľahko vizualizovať v reálnom svete umiestnením železných pilín do MP. Každá častica sa správa ako malý magnet so severným a južným pólom. Výsledkom je vzor podobný siločiaram. Človek nie je schopný cítiť vplyv MP.

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

Magnetické siločiary

Meranie magnetického poľa

Keďže ide o vektorovú veličinu, existujú dva parametre merania MF: sila a smer. Smer sa dá jednoducho zmerať pomocou kompasu pripojeného k poľu. Príkladom je kompas umiestnený v magnetickom poli Zeme.

Meranie iných charakteristík je oveľa náročnejšie. Praktické magnetometre sa objavili až v 19. storočí. Väčšina z nich funguje pomocou sily, ktorú elektrón cíti, keď sa pohybuje pozdĺž MP.

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

Magnetometer

Veľmi presné meranie malých magnetických polí sa stalo prakticky uskutočniteľným od objavu obrovskej magnetorezistencie vo vrstvených materiáloch v roku 1988. Tento objav základnej fyziky bol rýchlo aplikovaný na technológiu magnetických pevných diskov na ukladanie dát v počítačoch, čo viedlo k tisícnásobnému zvýšeniu úložnej kapacity v priebehu niekoľkých rokov.

Vo všeobecne akceptovaných meracích systémoch sa MP meria v testoch (T) alebo gaussoch (G). 1 T = 10 000 Gs. Gauss sa často používa, pretože Tesla je príliš veľké pole.

zaujímavé. Malý magnet na chladničke vytvára magnetické pole rovné 0,001 Tesla a priemerné magnetické pole Zeme je 0,00005 Tesla.

Povaha magnetického poľa

Magnetizmus a magnetické polia sú prejavy elektromagnetickej sily. Existujú dva možné spôsoby, ako organizovať energetický náboj v pohybe, a teda aj magnetické pole.

Prvým je pripojenie vodiča k zdroju prúdu, okolo neho sa vytvorí MF.

Dôležité! Keď sa prúd (počet nábojov v pohybe) zvyšuje, MP sa úmerne zvyšuje. Keď sa vzďaľujete od drôtu, pole sa zmenšuje v závislosti od vzdialenosti. Toto popisuje Amperov zákon.

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

Amperov zákon

Niektoré materiály, ktoré majú vyššiu magnetickú permeabilitu, sú schopné koncentrovať magnetické polia.

Keďže magnetické pole je vektor, je potrebné určiť jeho smer. Pre obyčajný prúd pretekajúci priamym vodičom možno smer nájsť pomocou pravidla pravej ruky.

Ak chcete použiť pravidlo, musíte si predstaviť, že drôt je uchopený pravou rukou a palec ukazuje smer prúdu. Potom štyri zostávajúce prsty ukážu smer vektora magnetickej indukcie okolo vodiča.

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

Pravidlo pravej ruky

Druhým spôsobom vytvorenia magnetického poľa je využitie toho, že v niektorých látkach sa objavujú elektróny, ktoré majú svoj magnetický moment. Takto fungujú permanentné magnety:

1. Hoci atómy majú často veľa elektrónov, väčšinou sa viažu tak, že celkové magnetické pole páru sa ruší. Dva elektróny spárované týmto spôsobom majú opačný spin. Preto, aby ste niečo zmagnetizovali, potrebujete atómy, ktoré majú jeden alebo viac elektrónov s rovnakým spinom. Napríklad železo má štyri takéto elektróny a je vhodné na výrobu magnetov;
2. Miliardy elektrónov nachádzajúcich sa v atómoch môžu byť náhodne orientované a nebude existovať žiadne celkové MF, bez ohľadu na to, koľko nepárových elektrónov materiál má. Musí byť stabilný pri nízkych teplotách, aby poskytoval celkovú preferovanú orientáciu elektrónov. Vysoká magnetická permeabilita spôsobuje magnetizáciu takýchto látok za určitých podmienok mimo vplyvu magnetických polí. Tieto sú feromagnetické;
3. Iné materiály môžu vykazovať magnetické vlastnosti v prítomnosti vonkajšieho magnetického poľa. Vonkajšie pole slúži na zarovnanie všetkých spinov elektrónov, ktoré po odstránení MF zmiznú. Tieto látky sú paramagnetické. Kov dverí chladničky je príkladom paramagnetického materiálu.

Magnetické pole Zeme

Zem môže byť reprezentovaná vo forme kondenzátorových dosiek, ktorých náboj má opačné znamienko: „mínus“ na zemskom povrchu a „plus“ v ionosfére. Medzi nimi je atmosférický vzduch ako izolačná rozpera. Obrovský kondenzátor si vplyvom zemského MF udržiava stály náboj. Pomocou týchto znalostí môžete vytvoriť schému získavania elektrickej energie z magnetického poľa Zeme. Je pravda, že výsledkom budú nízke hodnoty napätia.

Treba vziať:

• uzemňovacie zariadenie;
• drôt;
• Tesla transformátor schopný generovať vysokofrekvenčné oscilácie a vytvárať korónový výboj, ionizujúci vzduch.

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" size="(max-width: 592px) 100vw, 592px">

Tesla cievka

Teslova cievka bude fungovať ako emitor elektrónov. Celá konštrukcia je prepojená a na zabezpečenie dostatočného rozdielu potenciálov musí byť transformátor zdvihnutý do značnej výšky. Vznikne tak elektrický obvod, ktorým bude pretekať malý prúd. Pomocou tohto zariadenia nie je možné získať veľké množstvo elektriny.

Elektrina a magnetizmus dominujú mnohým svetom okolo nás, od najzákladnejších procesov v prírode až po špičkové elektronické zariadenia.

Video

Pojem „magnetické pole“ zvyčajne znamená určitý energetický priestor, v ktorom sa prejavujú sily magnetickej interakcie. Ovplyvňujú:

jednotlivé látky: ferimagnety (kovy - hlavne liatina, železo a ich zliatiny) a ich trieda feritov bez ohľadu na skupenstvo;

pohyblivé poplatky za elektrinu.

Fyzické telesá, ktoré majú celkový magnetický moment elektrónov alebo iných častíc, sa nazývajú permanentné magnety. Ich interakcia je znázornená na obrázku magnetické siločiary.

Vznikli po privedení permanentného magnetu na zadnú stranu kartónového listu s rovnomernou vrstvou železných pilín. Na obrázku je zreteľné označenie severného (N) a južného (S) pólu so smerom siločiar vo vzťahu k ich orientácii: výstup zo severného pólu a vstup na juh.

Ako vzniká magnetické pole?

Zdroje magnetického poľa sú:

permanentné magnety;

pohyblivé nálože;

časovo premenné elektrické pole.

Každé dieťa v škôlke pozná pôsobenie permanentných magnetov. Veď na chladničku už musel vyrezávať obrázky magnetiek, prevzatých z balíčkov s najrôznejšími pochúťkami.

Elektrické náboje v pohybe majú zvyčajne výrazne väčšiu energiu magnetického poľa ako . Označuje sa tiež siločiarami. Pozrime sa na pravidlá ich kreslenia pre priamy vodič s prúdom I.

Magnetická siločiara je vedená v rovine kolmej na pohyb prúdu tak, že v každom bode sila pôsobiaca na severný pól magnetickej strelky smeruje tangenciálne k tejto čiare. To vytvára sústredné kruhy okolo pohybujúceho sa náboja.

Smer týchto síl určuje známe pravidlo skrutky alebo olovnice s pravostranným navíjaním závitu.

Gimletovo pravidlo

Záves je potrebné umiestniť koaxiálne s vektorom prúdu a otáčať rukoväťou tak, aby sa translačný pohyb závesu zhodoval s jej smerom. Potom sa orientácia magnetických siločiar ukáže otáčaním rukoväte.

V prstencovom vodiči sa rotačný pohyb rukoväte zhoduje so smerom prúdu a translačný pohyb udáva orientáciu indukcie.

Magnetické siločiary vždy opúšťajú severný pól a vstupujú do južného pólu. Pokračujú vo vnútri magnetu a nikdy nie sú otvorené.

Pravidlá interakcie magnetických polí

Magnetické polia z rôznych zdrojov sa navzájom dopĺňajú a vytvárajú výsledné pole.

V tomto prípade sa magnety s opačnými pólmi (N - S) navzájom priťahujú a s podobnými pólmi (N - N, S - S) sa odpudzujú. Interakčné sily medzi pólmi závisia od vzdialenosti medzi nimi. Čím bližšie sú póly posunuté, tým väčšia je vytvorená sila.

Základné charakteristiky magnetického poľa

Tie obsahujú:

vektor magnetickej indukcie (B);

magnetický tok (F);

spojenie toku (Ψ).

Intenzita alebo sila dopadu poľa sa odhaduje podľa hodnoty vektor magnetickej indukcie. Je určená hodnotou sily „F“ vytvorenej prechodom prúdu „I“ vodičom dĺžky „l“. В =F/(I∙l)

Jednotkou merania magnetickej indukcie v sústave SI je Tesla (na pamiatku fyzika, ktorý študoval tieto javy a opísal ich pomocou matematických metód). V ruskej technickej literatúre sa označuje ako „Tl“ a v medzinárodnej dokumentácii sa používa symbol „T“.

1 T je indukcia takého rovnomerného magnetického toku, ktorý pôsobí silou 1 newton na každý meter dĺžky priameho vodiča kolmého na smer poľa, keď týmto vodičom prechádza prúd 1 ampér.

1T=1∙N/(A∙m)

Smer vektora B je určený pravidlo ľavej ruky.

Ak umiestnite dlaň ľavej ruky do magnetického poľa tak, aby siločiary zo severného pólu vstúpili do dlane v pravom uhle a umiestnite štyri prsty v smere prúdu vo vodiči, potom vyčnievajúci palec naznačte smer sily na tento vodič.

V prípade, že vodič s elektrickým prúdom nebude umiestnený v pravom uhle k magnetickým siločiaram, sila naň pôsobiaca bude úmerná veľkosti pretekajúceho prúdu a zložke priemetu dĺžky vodiča s. prúdu do roviny umiestnenej v kolmom smere.

Sila pôsobiaca na elektrický prúd nezávisí od materiálov, z ktorých je vodič vyrobený, a od plochy jeho prierezu. Aj keď tento vodič vôbec neexistuje a pohybujúce sa náboje sa začnú pohybovať v inom prostredí medzi magnetickými pólmi, potom sa táto sila nijako nezmení.

Ak vo vnútri magnetického poľa vo všetkých bodoch má vektor B rovnaký smer a veľkosť, potom sa takéto pole považuje za rovnomerné.

Akékoľvek prostredie, ktoré má, ovplyvňuje hodnotu indukčného vektora B.

Magnetický tok (F)

Ak uvažujeme o prechode magnetickej indukcie cez určitú oblasť S, tak indukciu obmedzenú jej limitmi budeme nazývať magnetický tok.

Keď je oblasť naklonená pod určitým uhlom α k smeru magnetickej indukcie, magnetický tok klesá o veľkosť kosínusu uhla sklonu oblasti. Jeho maximálna hodnota sa vytvorí, keď je oblasť kolmá na jeho penetračnú indukciu. Ф=В·S

Jednotkou merania magnetického toku je 1 weber, definovaný prechodom indukcie 1 tesla cez plochu 1 m2.

Spojenie toku

Tento výraz sa používa na získanie celkového množstva magnetického toku vytvoreného z určitého počtu vodičov s prúdom umiestnených medzi pólmi magnetu.

V prípade, že rovnaký prúd I prechádza vinutím cievky s počtom závitov n, potom sa celkový (spojený) magnetický tok zo všetkých závitov nazýva väzba toku Ψ.

Ψ=n·Ф . Jednotkou väzby toku je 1 weber.

Ako vzniká magnetické pole zo striedavého elektrického

Elektromagnetické pole, ktoré interaguje s elektrickými nábojmi a telesami s magnetickými momentmi, je kombináciou dvoch polí:

elektrické;

magnetické.

Sú vzájomne prepojené, predstavujú vzájomnú kombináciu a keď sa jedno v čase mení, v druhom nastávajú určité odchýlky. Napríklad, keď sa v trojfázovom generátore vytvorí striedavé sínusové elektrické pole, súčasne sa vytvorí rovnaké magnetické pole s charakteristikami podobných striedavých harmonických.

Magnetické vlastnosti látok

Vo vzťahu k interakcii s vonkajším magnetickým poľom sa látky delia na:

antiferomagnetiká s vyváženými magnetickými momentmi, vďaka čomu sa vytvára veľmi nízky stupeň magnetizácie tela;

Diamagnety s vlastnosťou magnetizovať vnútorné pole proti pôsobeniu vonkajšieho. Keď neexistuje žiadne vonkajšie pole, ich magnetické vlastnosti sa neprejavia;

paramagnetické materiály s magnetizačnými vlastnosťami vnútorného poľa v smere vonkajšieho poľa, ktoré majú nízky stupeň;

feromagnetiká, ktoré majú magnetické vlastnosti bez vonkajšieho poľa pri teplotách pod Curieovým bodom;

ferimagnety s magnetickými momentmi nevyváženými čo do veľkosti a smeru.

Všetky tieto vlastnosti látok našli rôzne uplatnenie v moderných technológiách.

Magnetické obvody

Na tomto základe fungujú všetky transformátory, tlmivky, elektrické stroje a mnohé ďalšie zariadenia.

Napríklad v pracovnom elektromagnete prechádza magnetický tok cez magnetické jadro vyrobené z feromagnetickej ocele a vzduchu s výraznými neferomagnetickými vlastnosťami. Kombinácia týchto prvkov tvorí magnetický obvod.

Väčšina elektrických zariadení má vo svojom dizajne magnetické obvody. Prečítajte si o tom viac v tomto článku -

MAGNETICKÉ POLE

Magnetické pole je zvláštny druh hmoty, pre ľudí neviditeľný a nehmotný,
existujúci nezávisle od nášho vedomia.
Už v dávnych dobách sa vedeckí myslitelia domnievali, že okolo magnetu niečo existuje.

Magnetická ihla.

Magnetická ihla je zariadenie potrebné na štúdium magnetického pôsobenia elektrického prúdu.
Je to malý magnet namontovaný na špičke ihly a má dva póly: severný a južný. Magnetická ihla sa môže voľne otáčať na špičke ihly.
Severný koniec magnetickej strelky vždy ukazuje na „sever“.
Čiara spájajúca póly magnetickej strelky sa nazýva os magnetickej strelky.
Podobná magnetická strelka sa nachádza v akomkoľvek kompase - zariadení na orientáciu.

Kde vzniká magnetické pole?

Oerstedov experiment (1820) – ukazuje, ako vodič s prúdom interaguje s magnetickou ihlou.

Pri uzavretí elektrického obvodu sa magnetická ihla vychýli zo svojej pôvodnej polohy, pri otvorení obvodu sa magnetická ihla vráti do pôvodnej polohy.

Magnetické pole vzniká v priestore okolo vodiča prenášajúceho prúd (a vo všeobecnosti okolo akéhokoľvek pohybujúceho sa elektrického náboja).
Magnetické sily tohto poľa pôsobia na ihlu a otáčajú ju.

Vo všeobecnosti môžeme povedať
že okolo pohybujúcich sa elektrických nábojov vzniká magnetické pole.
Elektrický prúd a magnetické pole sú od seba neoddeliteľné.

JE ZAUJÍMAVÉ, ŽE...

Mnohé nebeské telesá – planéty a hviezdy – majú svoje vlastné magnetické polia.
Naši najbližší susedia - Mesiac, Venuša a Mars - však magnetické pole nemajú,
podobný pozemskému.
___

Gilbert zistil, že keď sa kúsok železa priblíži k jednému pólu magnetu, druhý pól sa začne priťahovať silnejšie. Tento nápad bol patentovaný len 250 rokov po Gilbertovej smrti.

V prvej polovici 90. rokov, keď sa objavili nové gruzínske mince - lari,
miestni vreckoví zlodeji získali magnety,
pretože kov, z ktorého boli tieto mince vyrobené, bol dobre priťahovaný magnetom!

Ak vezmete dolárovú bankovku za roh a držíte ju blízko silného magnetu
(napríklad v tvare podkovy), vytvárajúce nerovnomerné magnetické pole, kus papiera
sa odkloní smerom k jednému z pólov. Ukázalo sa, že atrament na dolárovej bankovke obsahuje soli železa.
ktoré majú magnetické vlastnosti, takže dolár je priťahovaný k jednému z pólov magnetu.

Ak pridržíte veľký magnet blízko úrovne tesárskej bubliny, bublina sa bude pohybovať.
Faktom je, že hladina bublín je naplnená diamagnetickou tekutinou. Keď sa takáto kvapalina umiestni do magnetického poľa, vytvorí sa v nej magnetické pole opačného smeru a vytlačí sa z poľa. Preto sa bublina v kvapaline približuje k magnetu.

POTREBUJETE O NICH VEDIEŤ!

Organizátorom obchodu s magnetickými kompasmi v ruskom námorníctve bol známy deviátor, vedec,
kapitán 1. hodnosti, autor vedeckých prác o teórii kompasu I.P. Belavanets.
Účastník plavby okolo sveta na fregate "Pallada" a účastník krymskej vojny v rokoch 1853-56. Ako prvý na svete demagnetizoval loď (1863)
a vyriešil problém inštalácie kompasov vo vnútri železnej ponorky.
V roku 1865 bol vymenovaný za vedúceho prvého observatória Compass v krajine v Kronštadte.