Čo sú v podstate magnetické polia. Zmeny magnetických vlastností materiálov

Magnetické polia sa vyskytujú prirodzene 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

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 začiatkom 19. storočia, keď Ampère objavil a opísal vplyv elektrického poľa na výskyt 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, cez ktoré prechádza elektrický prúd;
2. permanentné magnety;
3. meniace sa elektrické pole.

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

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

Dôležité! Vzájomne sa vytvárajú elektrické a magnetické polia, ktoré sa časom menia. Tento vzťah je určený Maxwellovými rovnicami.

Charakteristiky magnetického poľa

Charakteristiky magnetického poľa sú:

1. Magnetický tok, skalárna veličina, ktorá určuje, koľko siločiar magnetického poľa prechádza daným úsekom. Označené písmenom F. Vypočítané podľa 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. sk/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. Kvantitatívne sa magnetická indukcia meria v teslach (Tl);
2. MP napätie (N). Je určená magnetickou permeabilitou rôznych médií. Vo vákuu sa priepustnosť berie ako jednota. Smer vektora intenzity sa zhoduje so smerom magnetickej indukcie. Jednotka merania - A / m.

Ako znázorniť magnetické pole

Na príklade permanentného magnetu je dobre vidieť prejavy magnetického poľa. Má dva póly a v závislosti od orientácie sa dva magnety priťahujú alebo odpudzujú. Magnetické pole charakterizuje procesy prebiehajúce v tomto prípade:

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 reprezentácie je použitie siločiar. Tieto čiary sa nikdy nepretínajú, nikde nezačínajú ani nezastavujú a tvoria uzavreté slučky. MF čiary sa spájajú vo častejších oblastiach, kde je magnetické pole najsilnejšie.

Dôležité! Hustota siločiar udáva silu magnetického poľa.

Hoci MF nie je možné vidieť v skutočnosti, siločiary možno ľahko vizualizovať v reálnom svete umiestnením železných pilín do MF. 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

Magnetické siločiary

Meranie magnetického poľa

Keďže ide o vektorovú veličinu, existujú dva parametre merania MF: sila a smer. Smer je ľahko merateľný 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 pracuje pomocou sily, ktorú elektrón cíti pri pohybe cez magnetické pole.

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

Magnetometer

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

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

zaujímavé. Malý magnet na chladničku vytvára MF rovnajúce sa 0,001 T a magnetické pole Zeme je v priemere 0,00005 T.

Povaha magnetického poľa

Magnetizmus a magnetické polia sú prejavom elektromagnetickej sily. Sú dva možné spôsoby, ako usporiadať energetický náboj v pohybe a tým 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 so vzdialenosťou. Popisuje to Ampérov zákon.

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

Ampérov zákon

Niektoré materiály s vyššou magnetickou permeabilitou sú schopné koncentrovať magnetické polia.

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

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

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

Pravidlo pravej ruky

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

1. Hoci atómy majú často veľa elektrónov, väčšinou sú spojené tak, že sa celkové magnetické pole dvojice ruší. O dvoch takto spárovaných elektrónoch sa hovorí, že majú opačné spiny. 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 v atómoch môžu byť náhodne orientované a nebude existovať žiadne spoločné magnetické pole, bez ohľadu na to, koľko nepárových elektrónov má materiál. Musí byť stabilný pri nízkej teplote, aby sa zabezpečila celkovo preferovaná orientácia elektrónov. Vysoká magnetická permeabilita spôsobuje magnetizáciu takýchto látok za určitých podmienok mimo vplyvu magnetického poľa. Sú to feromagnety;
3. Iné materiály môžu vykazovať magnetické vlastnosti v prítomnosti vonkajšieho magnetického poľa. Vonkajšie pole slúži na vyrovnanie všetkých spinov elektrónov, ktoré po odstránení MF zaniknú. Tieto látky sú paramagnetické. Kovové dvere chladničky sú príkladom paramagnetu.

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 izolačné tesnenie. Obrovský kondenzátor si vďaka vplyvu zemského magnetického poľa zachováva konštantný náboj. Pomocou týchto poznatkov je možné 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. sk/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 aby bol zabezpečený dostatočný potenciálový rozdiel, musí byť transformátor zdvihnutý do značnej výšky. Vznikne tak elektrický obvod, ktorým potečie malý prúd. Pomocou tohto zariadenia nie je možné získať veľké množstvo elektriny.

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

Video

Pod pojmom "magnetické pole" sa zvyčajne rozumie 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. silové magnetické čiary.

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

Ako vzniká magnetické pole

Zdroje magnetického poľa sú:

permanentné magnety;

mobilné poplatky;

časovo premenné elektrické pole.

Každé dieťa v škôlke pozná pôsobenie permanentných magnetov. Veď na chladničku už musel vyrezávať obrázky-magnetky, prevzaté z balíčkov s najrôznejšími dobrotami.

Elektrické náboje v pohybe majú zvyčajne oveľa vyššiu energiu magnetického poľa ako. Naznačujú to aj siločiary. Analyzujme pravidlá ich návrhu pre priamočiary 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 je určený známym pravidlom skrutky alebo olovnice s pravotočivým navíjaním závitu.

gimletové pravidlo

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

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 na južný. Pokračujú vo vnútri magnetu a nikdy nie sú otvorené.

Pravidlá interakcie magnetických polí

Magnetické polia z rôznych zdrojov sa k sebe pridávajú a vytvárajú výsledné pole.

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

Hlavné 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 prechádzajúcim prúdom "I" vodičom dĺžky "l". B \u003d F / (I ∙ l)

Jednotkou merania magnetickej indukcie v sústave SI je Tesla (na pamiatku vedeckého 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.

1Tl=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 nie je umiestnený v pravom uhle k siločiaram magnetického poľa, potom sila pôsobiaca naň bude úmerná veľkosti pretekajúceho prúdu a zložky priemetu dĺžky vodiča. prúdom na rovinu umiestnenú 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 má vektor B vo všetkých bodoch vo vnútri magnetického poľa 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 plocha naklonená pod určitým uhlom α k smeru magnetickej indukcie, potom magnetický tok klesá o hodnotu kosínusu uhla sklonu plochy. Jeho maximálna hodnota sa vytvorí, keď je oblasť kolmá na jeho penetračnú indukciu. Ф=В·S

Jednotkou merania magnetického toku je 1 weber, ktorý je určený prechodom 1 tesla indukcie 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 F . Jednotkou väzby toku je 1 weber.

Ako vzniká magnetické pole zo striedavého elektrického

Elektromagnetické pole interagujúce 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 priebehu času mení, v druhom dochádza k určitým odchýlkam. Napríklad pri vytváraní striedavého sínusového elektrického poľa v trojfázovom generátore sa súčasne vytvára 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 malý stupeň magnetizácie tela;

diamagnety s vlastnosťou magnetizovať vnútorné pole proti pôsobeniu vonkajšieho. Keď neexistuje žiadne vonkajšie pole, potom nevykazujú magnetické vlastnosti;

paramagnety s vlastnosťami magnetizácie vnútorného poľa v smere vonkajšieho poľa, ktoré majú malý stupeň;

feromagnetiká, ktoré majú magnetické vlastnosti bez vonkajšieho poľa pri teplotách pod hodnotou Curieho bodu;

ferimagnety s magnetickými momentmi, ktoré sú nevyvážené čo do veľkosti a smeru.

Všetky tieto vlastnosti látok našli rôzne uplatnenie v moderných technológiách.

Magnetické obvody

Všetky transformátory, indukčnosti, elektrické stroje a mnohé ďalšie zariadenia fungujú na báze.

Napríklad v pracovnom elektromagnete prechádza magnetický tok magnetickým obvodom vyrobeným z feromagnetických ocelí 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.
Dokonca aj v dávnych dobách vedci-myslitelia hádali, 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, 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 je v akomkoľvek kompase - zariadení na orientáciu na zemi.

Kde vzniká magnetické pole?

Oerstedov experiment (1820) – ukazuje, ako spolupôsobí vodič s prúdom a magnetická ihla.

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

V priestore okolo vodiča s prúdom (a vo všeobecnosti okolo akéhokoľvek pohybujúceho sa elektrického náboja) vzniká magnetické pole.
Magnetické sily tohto poľa pôsobia na ihlu a otáčajú ju.

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

ZAUJÍMAVÉ ČO...

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

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 Hilbertovej smrti.

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

Ak vezmete dolárovú bankovku za roh a privediete ju k silnému magnetu
(napríklad podkova), vytvárajúce nerovnomerné magnetické pole, kus papiera
odchýliť sa smerom k jednému z pólov. Ukazuje sa, že farba dolárovej bankovky obsahuje soli železa,
ktoré majú magnetické vlastnosti, takže dolár je priťahovaný k jednému z pólov magnetu.

Ak prinesiete veľký magnet na úroveň tesárskej bubliny, bublina sa pohne.
Faktom je, že hladina bublín je naplnená diamagnetickou kvapalinou. 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.

MALI BY STE 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. Belavan.
Člen cesty 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.