Zrozummy razem, czym jest pole magnetyczne. W końcu wielu ludzi żyje w tej dziedzinie przez całe życie i nawet o tym nie myśli. Czas to naprawić!

Pole magnetyczne

Pole magnetyczne to szczególny rodzaj materii. Przejawia się w działaniu na poruszające się ładunki elektryczne i ciała posiadające własny moment magnetyczny (magnesy trwałe).

Ważne: pole magnetyczne nie działa na ładunki stacjonarne! Pole magnetyczne jest również tworzone przez poruszające się ładunki elektryczne lub przez zmienne w czasie pole elektryczne lub przez momenty magnetyczne elektronów w atomach. Oznacza to, że każdy drut, przez który przepływa prąd, również staje się magnesem!

Ciało, które ma własne pole magnetyczne.

Magnes ma bieguny zwane północą i południem. Oznaczenia „północny” i „południowy” podano tylko dla wygody (jako „plus” i „minus” w elektryczności).

Pole magnetyczne jest reprezentowane przez wymuś linie magnetyczne. Linie sił są ciągłe i zamknięte, a ich kierunek zawsze pokrywa się z kierunkiem sił pola. Jeśli wióry metalowe zostaną rozrzucone wokół magnesu trwałego, cząsteczki metalu pokażą wyraźny obraz linii pola. pole magnetyczne opuszczając północ i wchodząc na biegun południowy. Charakterystyka graficzna pola magnetycznego - linie sił.

Charakterystyka pola magnetycznego

Główne cechy pola magnetycznego to Indukcja magnetyczna, strumień magnetyczny oraz przepuszczalność magnetyczna. Ale porozmawiajmy o wszystkim w porządku.

Od razu zauważamy, że w systemie podane są wszystkie jednostki miary SI.

Indukcja magnetyczna B - wektorowa wielkość fizyczna, która jest główną charakterystyką mocy pola magnetycznego. Oznaczone literą B . Jednostka miary indukcji magnetycznej - Tesla (Tl).

Indukcja magnetyczna wskazuje, jak silne jest pole, określając siłę, z jaką działa na ładunek. Ta siła nazywa się Siła Lorentza.

Tutaj q - opłata, v - jego prędkość w polu magnetycznym, B - wprowadzenie, F jest siłą Lorentza, z którą pole działa na ładunek.

F- wielkość fizyczna równa iloczynowi indukcji magnetycznej przez obszar konturu i cosinus między wektorem indukcji a normalną do płaszczyzny konturu, przez który przepływa przepływ. Strumień magnetyczny to skalarna charakterystyka pola magnetycznego.

Można powiedzieć, że strumień magnetyczny charakteryzuje liczbę linii indukcji magnetycznej penetrujących jednostkę powierzchni. Strumień magnetyczny jest mierzony w Weberach (WB).

Przepuszczalność magnetyczna jest współczynnikiem, który określa właściwości magnetyczne ośrodka. Jednym z parametrów, od których zależy indukcja magnetyczna pola, jest przenikalność magnetyczna.

Nasza planeta od kilku miliardów lat jest ogromnym magnesem. Indukcja pola magnetycznego Ziemi zmienia się w zależności od współrzędnych. Na równiku jest to około 3,1 razy 10 do minus piątej potęgi Tesli. Ponadto występują anomalie magnetyczne, w których wartość i kierunek pola znacznie odbiegają od sąsiednich obszarów. Jedna z największych anomalii magnetycznych na naszej planecie - Kursk oraz Brazylijska anomalia magnetyczna.

Pochodzenie ziemskiego pola magnetycznego wciąż pozostaje tajemnicą dla naukowców. Zakłada się, że źródłem pola jest ciekły metalowy rdzeń Ziemi. Rdzeń się porusza, co oznacza, że ​​stopiony stop żelaza i niklu porusza się, a ruch naładowanych cząstek to prąd elektryczny, który generuje pole magnetyczne. Problem w tym, że ta teoria geodynamo) nie wyjaśnia, w jaki sposób utrzymuje się stabilność pola.

Ziemia jest ogromnym dipolem magnetycznym. Bieguny magnetyczne nie pokrywają się z biegunami geograficznymi, chociaż znajdują się w bliskiej odległości. Co więcej, poruszają się bieguny magnetyczne Ziemi. Ich przemieszczenie odnotowuje się od 1885 roku. Na przykład w ciągu ostatnich stu lat biegun magnetyczny na półkuli południowej przesunął się o prawie 900 kilometrów i obecnie znajduje się na Oceanie Południowym. Biegun półkuli arktycznej przesuwa się przez Ocean Arktyczny w kierunku anomalii magnetycznej Wschodniej Syberii, prędkość jego ruchu (według danych z 2004 r.) wynosiła około 60 kilometrów na rok. Teraz następuje przyspieszenie ruchu biegunów - średnio prędkość rośnie o 3 kilometry rocznie.

Jakie znaczenie ma dla nas pole magnetyczne Ziemi? Przede wszystkim ziemskie pole magnetyczne chroni planetę przed promieniowaniem kosmicznym i wiatrem słonecznym. Naładowane cząstki z kosmosu nie spadają bezpośrednio na ziemię, ale są odbijane przez gigantyczny magnes i poruszają się wzdłuż linii jego siły. W ten sposób wszystkie żywe istoty są chronione przed szkodliwym promieniowaniem.

W historii Ziemi było ich kilka inwersje(zmiany) biegunów magnetycznych. Inwersja bieguna wtedy zmieniają miejsca. Ostatni raz to zjawisko miało miejsce około 800 tysięcy lat temu, a w historii Ziemi było ponad 400 odwróceń geomagnetycznych.Niektórzy naukowcy uważają, że biorąc pod uwagę obserwowane przyspieszenie ruchu biegunów magnetycznych, następna zmiana biegunów powinna nastąpić spodziewany w ciągu najbliższych kilku tysięcy lat.

Na szczęście w naszym stuleciu nie oczekuje się odwrócenia biegunów. Możesz więc myśleć o przyjemnym i cieszyć się życiem w starym dobrym, stałym polu Ziemi, biorąc pod uwagę główne właściwości i cechy pola magnetycznego. Abyś mógł to zrobić, są nasi autorzy, którym można powierzyć niektóre problemy edukacyjne z ufnością w sukces! i inne rodzaje prac, które możesz zamówić pod linkiem.

Temat: Pole magnetyczne

Opracował: D.M. Baigarashev

Sprawdzone przez: Gabdullina A.T.

Pole magnetyczne

Jeśli dwa równoległe przewodniki są podłączone do źródła prądu, tak że przepływa przez nie prąd elektryczny, to w zależności od kierunku prądu w nich przewodniki albo odpychają, albo przyciągają.

Wyjaśnienie tego zjawiska jest możliwe z punktu widzenia pojawienia się wokół przewodników specjalnego rodzaju materii - pola magnetycznego.

Siły, z którymi oddziałują przewodniki przewodzące prąd, nazywane są magnetyczny.

Pole magnetyczne- jest to szczególny rodzaj materii, której specyficzną cechą jest działanie na poruszający się ładunek elektryczny, przewodniki z prądem, ciała z momentem magnetycznym, z siłą zależną od wektora prędkości ładunku, kierunek natężenia prądu w przewodnika i kierunku momentu magnetycznego ciała.

Historia magnetyzmu sięga czasów starożytnych, do starożytnych cywilizacji Azji Mniejszej. To właśnie na terenie Azji Mniejszej, w Magnezji, znaleźli głaz, których próbki są do siebie przyciągane. Zgodnie z nazwą obszaru takie próbki zaczęto nazywać „magnesami”. Każdy magnes w postaci pręta lub podkowy ma dwa końce, które nazywane są biegunami; właśnie w tym miejscu jego właściwości magnetyczne są najbardziej widoczne. Jeśli zawiesisz magnes na sznurku, jeden biegun zawsze będzie wskazywał północ. Kompas opiera się na tej zasadzie. Biegun północny magnesu wolnowiszącego nazywany jest biegunem północnym magnesu (N). Przeciwny biegun nazywany jest biegunem południowym (S).

Bieguny magnetyczne oddziałują ze sobą: jak bieguny odpychają, a w przeciwieństwie do biegunów przyciągają. Podobnie pojęcie pola elektrycznego otaczającego ładunek elektryczny wprowadza pojęcie pola magnetycznego wokół magnesu.

W 1820 r. Oersted (1777-1851) odkrył, że igła magnetyczna znajdująca się obok przewodnika elektrycznego odchyla się, gdy prąd przepływa przez przewodnik, to znaczy, że wokół przewodnika przewodzącego prąd powstaje pole magnetyczne. Jeśli weźmiemy ramkę z prądem, to zewnętrzne pole magnetyczne oddziałuje z polem magnetycznym ramy i ma na nią wpływ orientujący, tj. jest pozycja ramy, w której zewnętrzne pole magnetyczne ma maksymalny wpływ na obrót i jest pozycja, w której siła momentu obrotowego wynosi zero.

Pole magnetyczne w dowolnym punkcie można scharakteryzować za pomocą wektora B, który nazywa się wektor indukcji magnetycznej lub Indukcja magnetyczna w punkcie.

Indukcja magnetyczna B jest wektorową wielkością fizyczną, która jest siłą charakterystyczną dla pola magnetycznego w punkcie. Jest on równy stosunkowi maksymalnego momentu mechanicznego sił działających na pętlę z prądem umieszczonym w jednorodnym polu do iloczynu natężenia prądu w pętli i jego powierzchni:

Za kierunek wektora indukcji magnetycznej B przyjmuje się kierunek dodatniej normalnej do ramy, która jest związana z prądem w ramie regułą prawej śruby, z momentem mechanicznym równym zero.

W ten sam sposób, w jaki przedstawiono linie natężenia pola elektrycznego, przedstawiono linie indukcji pola magnetycznego. Linia indukcji pola magnetycznego jest linią urojoną, do której styczna pokrywa się z kierunkiem B w punkcie.

Kierunki pola magnetycznego w danym punkcie można również zdefiniować jako kierunek, który wskazuje

północny biegun igły kompasu umieszczony w tym miejscu. Uważa się, że linie indukcji pola magnetycznego są skierowane z biegun północny na południe.

Kierunek linii indukcji magnetycznej pola magnetycznego wytworzonego przez prąd elektryczny płynący przez prosty przewodnik określa reguła świdra lub prawej śruby. Za kierunek linii indukcji magnetycznej przyjmuje się kierunek obrotu łba śruby, który zapewniłby jej ruch postępowy w kierunku prądu elektrycznego (rys. 59).

gdzie n 01 = 4 Liczba Pi 10 -7 V s / (Am). - stała magnetyczna, R - odległość, I - natężenie prądu w przewodzie.

W przeciwieństwie do linii pola elektrostatycznego, które zaczynają się od ładunku dodatniego, a kończą na ujemnym, linie pola magnetycznego są zawsze zamknięte. Nie znaleziono ładunku magnetycznego podobnego do ładunku elektrycznego.

Jedna tesla (1 T) jest traktowana jako jednostka indukcji - indukcja takiego jednolitego pola magnetycznego, w którym maksymalny moment obrotowy 1 Nm działa na ramę o powierzchni 1 m2, przez którą prąd 1 A płynie.

Indukcję pola magnetycznego można również określić na podstawie siły działającej na przewodnik przewodzący prąd w polu magnetycznym.

Przewodnik z prądem umieszczony w polu magnetycznym poddawany jest działaniu siły Ampère, której wartość określa wyrażenie:

gdzie ja jest aktualną siłą w przewodniku, ja- długość przewodnika, B jest modułem wektora indukcji magnetycznej i jest kątem między wektorem a kierunkiem prądu.

Kierunek siły Ampera można określić regułą lewej ręki: kładziemy dłoń lewej ręki tak, aby linie indukcji magnetycznej weszły do ​​dłoni, kładziemy cztery palce w kierunku prądu w przewodzie, potem zgięty kciuk pokazuje kierunek siły ampera.

Biorąc pod uwagę, że I = q 0 nSv i podstawiając to wyrażenie do (3.21), otrzymujemy F = q 0 nSh/B sin a. Liczba cząstek (N) w danej objętości przewodnika wynosi N = nSl, to F = q 0 NvB sin a.

Wyznaczmy siłę działającą od strony pola magnetycznego na oddzielną naładowaną cząstkę poruszającą się w polu magnetycznym:

Siła ta nazywana jest siłą Lorentza (1853-1928). Kierunek siły Lorentza można określić regułą lewej ręki: dłoń lewej ręki jest ustawiona tak, aby linie indukcji magnetycznej wchodziły do ​​dłoni, cztery palce pokazują kierunek ruchu ładunku dodatniego, kciuk pokaże kierunek siły Lorentza.

Siła oddziaływania między dwoma równoległymi przewodami, przez które przepływają prądy I 1 i I 2, jest równa:

gdzie ja- część przewodnika, która znajduje się w polu magnetycznym. Jeśli prądy są w tym samym kierunku, to przewodniki są przyciągane (ryc. 60), jeśli w przeciwnym kierunku są odpychane. Siły działające na każdy przewodnik są równe co do wielkości, przeciwnie do kierunku. Formuła (3.22) jest głównym do określenia jednostki natężenia prądu 1 amper (1 A).

Właściwości magnetyczne substancji charakteryzują skalarna wielkość fizyczna - przenikalność magnetyczna, pokazująca ile razy indukcja B pola magnetycznego w substancji całkowicie wypełniającej pole różni się wartością bezwzględną od indukcji B 0 pola magnetycznego w próżnia:

Zgodnie z ich właściwościami magnetycznymi wszystkie substancje dzielą się na diamagnetyczny, paramagnetyczny oraz ferromagnetyczny.

Rozważ naturę właściwości magnetycznych substancji.

Elektrony w powłoce atomów materii poruszają się po różnych orbitach. Dla uproszczenia uważamy, że te orbity są kołowe, a każdy elektron krążący wokół jądra atomowego można uznać za kołowy prąd elektryczny. Każdy elektron, podobnie jak prąd kołowy, wytwarza pole magnetyczne, które nazwiemy orbitalnym. Ponadto elektron w atomie ma własne pole magnetyczne, zwane polem spinowym.

Jeżeli po wprowadzeniu do zewnętrznego pola magnetycznego z indukcją B 0 wewnątrz substancji powstaje indukcja B< В 0 , то такие вещества называются диамагнитными (n< 1).

W diamagnetyczny W materiałach przy braku zewnętrznego pola magnetycznego pola magnetyczne elektronów są kompensowane, a po wprowadzeniu ich do pola magnetycznego indukcja pola magnetycznego atomu staje się skierowana w kierunku pola zewnętrznego. Diamagnes jest wypychany z zewnętrznego pola magnetycznego.

Na paramagnetyczny materiałów indukcja magnetyczna elektronów w atomach nie jest w pełni skompensowana, a atom jako całość okazuje się być jak mały magnes trwały. Zwykle w materii wszystkie te małe magnesy są zorientowane dowolnie, a całkowita indukcja magnetyczna wszystkich ich pól jest równa zeru. Jeśli umieścisz paramagnes w zewnętrznym polu magnetycznym, to wszystkie małe magnesy - atomy zaczną się obracać w zewnętrznym polu magnetycznym jak igły kompasu i pole magnetyczne w substancji wzrośnie ( n >= 1).

ferromagnetyczny są materiały, które są n„1. Tak zwane domeny, makroskopowe regiony spontanicznego namagnesowania, powstają w materiałach ferromagnetycznych.

W różnych domenach indukcja pól magnetycznych ma różne kierunki (ryc. 61) i w dużym krysztale

wzajemnie się kompensują. Gdy próbka ferromagnetyczna zostanie wprowadzona do zewnętrznego pola magnetycznego, granice poszczególnych domen przesuwają się tak, że zwiększa się objętość domen zorientowanych wzdłuż zewnętrznego pola.

Wraz ze wzrostem indukcji pola zewnętrznego B 0 wzrasta indukcja magnetyczna namagnesowanej substancji. Dla niektórych wartości B 0 indukcja zatrzymuje gwałtowny wzrost. Zjawisko to nazywa się nasyceniem magnetycznym.

Cechą charakterystyczną materiałów ferromagnetycznych jest zjawisko histerezy, polegające na niejednoznacznej zależności indukcji w materiale od indukcji zewnętrznego pola magnetycznego w miarę jego zmiany.

Pętla histerezy magnetycznej jest krzywą zamkniętą (cdc`d`c), wyrażającą zależność indukcji w materiale od amplitudy indukcji pola zewnętrznego z okresową raczej powolną zmianą tego ostatniego (ryc. 62).

Pętla histerezy charakteryzuje się następującymi wartościami B s , B r , B c . B s - maksymalna wartość indukcji materiału w B 0s ; B r - indukcja resztkowa, równa wartości indukcji w materiale, gdy indukcja zewnętrznego pola magnetycznego zmniejsza się od B 0s do zera; -B c i B c - siła koercji - wartość równa indukcji zewnętrznego pola magnetycznego niezbędnej do zmiany indukcji w materiale z resztkowej na zero.

Dla każdego ferromagnetyka istnieje taka temperatura (punkt Curie (J. Curie, 1859-1906), powyżej której ferromagnes traci swoje właściwości ferromagnetyczne.

Istnieją dwa sposoby na doprowadzenie namagnesowanego ferromagnetyka do stanu rozmagnesowania: a) ogrzanie powyżej punktu Curie i ochłodzenie; b) namagnesować materiał zmiennym polem magnetycznym o powoli malejącej amplitudzie.

Ferromagnesy o niskiej indukcji szczątkowej i sile koercji nazywane są magnetycznie miękkim. Znajdują zastosowanie w urządzeniach, w których ferromagnes musi być często przemagnesowywany (rdzenie transformatorów, generatorów itp.).

Do produkcji magnesów trwałych stosuje się magnetycznie twarde ferromagnesy, które mają dużą siłę koercji.

Pole magnetyczne- jest to ośrodek materialny, przez który odbywa się interakcja między przewodnikami z prądem lub poruszającymi się ładunkami.

Właściwości pola magnetycznego:

Charakterystyka pola magnetycznego:

Do badania pola magnetycznego stosuje się obwód testowy z prądem. Jest mały, a prąd w nim jest znacznie mniejszy niż prąd w przewodniku, który wytwarza pole magnetyczne. Po przeciwnych stronach obwodu z prądem od strony pola magnetycznego działają siły równe co do wielkości, ale skierowane w przeciwnych kierunkach, ponieważ kierunek siły zależy od kierunku prądu. Punkty przyłożenia tych sił nie leżą na jednej prostej. Takie siły nazywają się kilka sił. W wyniku działania pary sił kontur nie może poruszać się do przodu, obraca się wokół własnej osi. Charakteryzuje się działanie obrotowe moment obrotowy.

, gdzie ja–ramię pary sił(odległość między punktami przyłożenia sił).

Wraz ze wzrostem prądu w obwodzie testowym lub obszarze obwodu, moment pary sił wzrośnie proporcjonalnie. Stosunek maksymalnego momentu sił działających na obwód przewodzący prąd do wielkości prądu w obwodzie i powierzchni obwodu jest wartością stałą dla danego punktu pola. To jest nazwane Indukcja magnetyczna.

, gdzie
-Moment magnetyczny obwody z prądem.

jednostka miary Indukcja magnetyczna - Tesli [T].

Moment magnetyczny obwodu- wielkość wektorowa, której kierunek zależy od kierunku prądu w obwodzie i jest określony przez prawidłowa reguła śrubowa: zaciśnij prawą rękę w pięść, skieruj cztery palce w kierunku prądu w obwodzie, a następnie kciuk wskaże kierunek wektora momentu magnetycznego. Wektor momentu magnetycznego jest zawsze prostopadły do ​​płaszczyzny konturu.

Za kierunek wektora indukcji magnetycznej weź kierunek wektora momentu magnetycznego obwodu zorientowanego w polu magnetycznym.

Linia indukcji magnetycznej- prostą, do której styczna w każdym punkcie pokrywa się z kierunkiem wektora indukcji magnetycznej. Linie indukcji magnetycznej są zawsze zamknięte, nigdy się nie przecinają. Linie indukcji magnetycznej przewodu prostego z prądem mają postać okręgów umieszczonych w płaszczyźnie prostopadłej do przewodnika. Kierunek linii indukcji magnetycznej określa reguła prawej śruby. Linie indukcji magnetycznej prądu kołowego(cewka z prądem) mają również formę okręgów. Każdy element cewki jest długi
można traktować jako prosty przewodnik, który wytwarza własne pole magnetyczne. W przypadku pól magnetycznych spełniona jest zasada superpozycji (dodawania niezależnego). Całkowity wektor indukcji magnetycznej prądu kołowego jest wyznaczany w wyniku dodawania tych pól w środku cewki zgodnie z regułą prawej śruby.

Jeśli wielkość i kierunek wektora indukcji magnetycznej są takie same w każdym punkcie przestrzeni, wówczas nazywa się pole magnetyczne jednorodny. Jeśli wielkość i kierunek wektora indukcji magnetycznej w każdym punkcie nie zmieniają się w czasie, to takie pole nazywa się stały.

Wartość Indukcja magnetyczna w każdym punkcie pola jest wprost proporcjonalna do natężenia prądu w przewodniku tworzącym pole, jest odwrotnie proporcjonalna do odległości od przewodnika do danego punktu w polu, zależy od właściwości medium i kształtu pola przewodnik, który tworzy pole.

, gdzie
WŁ 2 ; H/m jest stała magnetyczna próżni?,

-względna przenikalność magnetyczna ośrodka,

-absolutna przenikalność magnetyczna ośrodka.

W zależności od wielkości przenikalności magnetycznej wszystkie substancje dzielą się na trzy klasy:

Wraz ze wzrostem bezwzględnej przepuszczalności ośrodka wzrasta również indukcja magnetyczna w danym punkcie pola. Stosunek indukcji magnetycznej do bezwzględnej przenikalności magnetycznej ośrodka jest wartością stałą dla danego punktu poli, e nazywa się napięcie.

.

Wektory napięcia i indukcji magnetycznej pokrywają się w kierunkach. Siła pola magnetycznego nie zależy od właściwości medium.

Moc wzmacniacza- siła, z jaką pole magnetyczne działa na przewodnik z prądem.

Gdzie ja- długość przewodu, - kąt między wektorem indukcji magnetycznej a kierunkiem prądu.

Kierunek siły Ampera jest określony przez zasada lewej ręki: lewa ręka jest ustawiona tak, że składowa wektora indukcji magnetycznej, prostopadła do przewodnika, wchodzi do dłoni, skieruj cztery wyciągnięte palce wzdłuż prądu, a następnie kciuk zgięty o 90 0 wskaże kierunek siły Ampera.

Wynikiem działania siły Ampera jest ruch przewodnika w określonym kierunku.

mi jeśli = 90 0 , to F=max, jeśli = 0 0 , następnie F= 0.

Siła Lorentza- siła pola magnetycznego na poruszający się ładunek.

, gdzie q to ładunek, v to prędkość jego ruchu, - kąt między wektorami naprężenia i prędkości.

Siła Lorentza jest zawsze prostopadła do wektorów indukcji magnetycznej i prędkości. Kierunek jest określony przez zasada lewej ręki(palce - w ruchu ładunku dodatniego). Jeżeli kierunek prędkości cząstki jest prostopadły do ​​linii indukcji magnetycznej jednorodnego pola magnetycznego, to cząstka porusza się po okręgu bez zmiany energii kinetycznej.

Ponieważ kierunek siły Lorentza zależy od znaku ładunku, służy on do rozdzielania ładunków.

strumień magnetyczny- wartość równa liczbie linii indukcji magnetycznej, które przechodzą przez dowolny obszar położony prostopadle do linii indukcji magnetycznej.

, gdzie - kąt między indukcją magnetyczną a normalną (prostopadłą) do obszaru S.

jednostka miary– Webera [Wb].

Metody pomiaru strumienia magnetycznego:

Zmiana orientacji terenu w polu magnetycznym (zmiana kąta)

Zmiana obszaru konturu umieszczonego w polu magnetycznym

Zmiana siły prądu, który wytwarza pole magnetyczne

Zmiana odległości konturu od źródła pola magnetycznego

Zmiana właściwości magnetycznych ośrodka.

F Araday zarejestrował prąd elektryczny w obwodzie, który nie zawierał źródła, ale znajdował się obok innego obwodu zawierającego źródło. Ponadto prąd w obwodzie pierwotnym powstał w następujących przypadkach: przy każdej zmianie prądu w obwodzie A, przy względnym ruchu obwodów, przy wprowadzeniu pręta żelaznego do obwodu A, przy ruchu magnesu trwałego względem obwód B. Ukierunkowany ruch swobodnych ładunków (prądu) występuje tylko w polu elektrycznym. Oznacza to, że zmieniające się pole magnetyczne wytwarza pole elektryczne, które wprawia w ruch swobodne ładunki przewodnika. To pole elektryczne nazywa się wywołany lub wir.

Różnice między polem elektrycznym wirowym a elektrostatycznym:

Źródłem pola wirowego jest zmienne pole magnetyczne.

Linie natężenia pola wirowego są zamknięte.

Praca wykonana przez to pole w celu przemieszczenia ładunku po obwodzie zamkniętym nie jest równa zeru.

Charakterystyczną cechą energetyczną pola wirowego nie jest potencjał, ale Indukcja EMF- wartość równa pracy sił zewnętrznych (sił pochodzenia nieelektrostatycznego) podczas przemieszczania jednostki ładunku po obwodzie zamkniętym.

.Mierzone w woltach[W].

Wirowe pole elektryczne powstaje przy każdej zmianie pola magnetycznego, niezależnie od tego, czy istnieje przewodząca zamknięta pętla, czy nie. Kontur pozwala jedynie wykryć wirowe pole elektryczne.

Indukcja elektromagnetyczna- jest to wystąpienie pola elektromagnetycznego indukcji w obwodzie zamkniętym z jakąkolwiek zmianą strumienia magnetycznego przez jego powierzchnię.

Sem indukcji w obwodzie zamkniętym generuje prąd indukcyjny.

.

Kierunek prądu indukcyjnego zdeterminowany przez Zasada Lenza: prąd indukcyjny ma taki kierunek, że wytworzone przez niego pole magnetyczne przeciwstawia się wszelkim zmianom strumienia magnetycznego, który wygenerował ten prąd.

Prawo Faradaya dla indukcji elektromagnetycznej: SEM indukcji w zamkniętej pętli jest wprost proporcjonalna do szybkości zmiany strumienia magnetycznego przez powierzchnię ograniczoną przez pętlę.

T okie foucault- prądy wirowe indukcyjne występujące w dużych przewodnikach umieszczonych w zmiennym polu magnetycznym. Rezystancja takiego przewodnika jest niewielka, ponieważ ma duży przekrój S, więc prądy Foucaulta mogą być duże, w wyniku czego przewodnik się nagrzewa.

samoindukcja- jest to występowanie pola elektromagnetycznego indukcji w przewodniku, gdy zmienia się w nim siła prądu.

Przewodnik przewodzący prąd wytwarza pole magnetyczne. Indukcja magnetyczna zależy od natężenia prądu, dlatego też własny strumień magnetyczny zależy również od natężenia prądu.

, gdzie L jest współczynnikiem proporcjonalności, indukcyjność.

jednostka miary indukcyjność - Henry [H].

Indukcyjność przewodnik zależy od jego wielkości, kształtu i przepuszczalności magnetycznej medium.

Indukcyjność rośnie wraz z długością przewodu, indukcyjność cewki jest większa niż indukcyjność prostego przewodu o tej samej długości, indukcyjność cewki (przewodu o dużej liczbie zwojów) jest większa niż indukcyjność jednego zwoju , indukcyjność cewki wzrasta po włożeniu do niej żelaznego pręta.

Prawo Faradaya dla samoindukcji:
.

Samoindukcja EMF wprost proporcjonalna do szybkości zmian prądu.

Samoindukcja EMF generuje prąd samoindukcyjny, który zawsze zapobiega jakiejkolwiek zmianie prądu w obwodzie, to znaczy, gdy prąd wzrasta, prąd samoindukcyjny jest kierowany w przeciwnym kierunku, gdy prąd w obwodzie maleje, samo- prąd indukcyjny jest kierowany w tym samym kierunku. Im większa indukcyjność cewki, tym więcej pola elektromagnetycznego samoindukcyjnego występuje w nim.

Energia pola magnetycznego jest równa pracy, jaką prąd wykonuje w celu pokonania pola elektromagnetycznego indukcji własnej w czasie, aż prąd wzrośnie od zera do wartości maksymalnej.

.

Wibracje elektromagnetyczne- są to okresowe zmiany ładunku, natężenia prądu oraz wszystkich charakterystyk pól elektrycznych i magnetycznych.

Elektryczny system oscylacyjny(obwód oscylacyjny) składa się z kondensatora i cewki indukcyjnej.

Warunki występowania drgań:

Układ musi zostać wytrącony z równowagi, w tym celu do kondensatora przekazywany jest ładunek. Energia pola elektrycznego naładowanego kondensatora:

.

System musi powrócić do stanu równowagi. Pod wpływem pola elektrycznego ładunek przechodzi z jednej płytki kondensatora na drugą, to znaczy w obwodzie powstaje prąd elektryczny, który przepływa przez cewkę. Wraz ze wzrostem prądu w cewce indukcyjnej powstaje pole elektromagnetyczne samoindukcji, prąd samoindukcyjny jest kierowany w przeciwnym kierunku. Gdy prąd w cewce maleje, prąd samoindukcyjny jest kierowany w tym samym kierunku. W ten sposób prąd samoindukcyjny ma tendencję do przywracania układu do stanu równowagi.

Rezystancja elektryczna obwodu musi być mała.

Idealny obwód oscylacyjny nie ma oporu. Oscylacje w nim nazywane są darmowy.

Dla dowolnego obwodu elektrycznego spełnione jest prawo Ohma, zgodnie z którym siła elektromotoryczna działająca w obwodzie jest równa sumie napięć we wszystkich odcinkach obwodu. W obwodzie oscylacyjnym nie ma źródła prądu, ale w cewce indukcyjnej powstaje pole elektromagnetyczne, które jest równe napięciu na kondensatorze.

Wniosek: ładunek kondensatora zmienia się zgodnie z prawem harmonicznym.

Napięcie kondensatora:
.

Prąd pętli:
.

Wartość
- amplituda aktualnej siły.

Różnica od opłaty w dniu
.

Okres swobodnych oscylacji w obwodzie:

Energia pola elektrycznego kondensatora:

Energia pola magnetycznego cewki:

Energie pól elektrycznych i magnetycznych zmieniają się zgodnie z prawem harmonicznym, ale fazy ich oscylacji są różne: gdy energia pola elektrycznego jest maksymalna, energia pola magnetycznego wynosi zero.

Całkowita energia układu oscylacyjnego:
.

W idealny kontur całkowita energia się nie zmienia.

W procesie oscylacji energia pola elektrycznego jest całkowicie przekształcana w energię pola magnetycznego i odwrotnie. Oznacza to, że energia w dowolnym momencie jest równa albo maksymalnej energii pola elektrycznego, albo maksymalnej energii pola magnetycznego.

Prawdziwy obwód oscylacyjny zawiera odporność. Oscylacje w nim nazywane są zblakły.

Prawo Ohma przyjmuje postać:

Zakładając, że tłumienie jest małe (kwadrat częstotliwości drgań własnych jest znacznie większy od kwadratu współczynnika tłumienia), logarytmiczny dekrement tłumienia:

Przy silnym tłumieniu (kwadrat częstotliwości drgań własnych jest mniejszy od kwadratu współczynnika drgań):

To równanie opisuje proces rozładowywania kondensatora przez rezystor. W przypadku braku indukcyjności oscylacje nie wystąpią. Zgodnie z tym prawem zmienia się również napięcie na płytkach kondensatora.

całkowita energia w rzeczywistym obwodzie zmniejsza się, ponieważ ciepło jest uwalniane na rezystancji R, gdy przepływa prąd.

proces przejścia- proces zachodzący w obwodach elektrycznych podczas przechodzenia z jednego trybu pracy do drugiego. Szacowany czas ( ), podczas której parametr charakteryzujący proces przejściowy zmieni się e razy.

Do obwód z kondensatorem i rezystorem:
.

Teoria pola elektromagnetycznego Maxwella:

1 pozycja:

Każde zmienne pole elektryczne generuje wirowe pole magnetyczne. Przemienne pole elektryczne zostało nazwane przez Maxwella prądem przesunięcia, ponieważ podobnie jak zwykły prąd indukuje pole magnetyczne.

Aby wykryć prąd przesunięcia, bierze się pod uwagę przepływ prądu przez układ, który zawiera kondensator z dielektrykiem.

Gęstość prądu polaryzacji:
. Gęstość prądu jest skierowana w kierunku zmiany natężenia.

Pierwsze równanie Maxwella:
- wirowe pole magnetyczne jest generowane zarówno przez prądy przewodzenia (ruchome ładunki elektryczne), jak i prądy przemieszczania (przemienne pole elektryczne E).

2 pozycja:

Każde zmienne pole magnetyczne generuje wirowe pole elektryczne - podstawowe prawo indukcji elektromagnetycznej.

Drugie równanie Maxwella:
- odnosi się do szybkości zmiany strumienia magnetycznego przez dowolną powierzchnię i cyrkulacji wektora natężenia pola elektrycznego, które w tym przypadku powstaje.

Każdy przewodnik z prądem wytwarza pole magnetyczne w przestrzeni. Jeżeli prąd jest stały (nie zmienia się w czasie), to związane z nim pole magnetyczne jest również stałe. Zmieniający się prąd wytwarza zmieniające się pole magnetyczne. Wewnątrz przewodnika przewodzącego prąd występuje pole elektryczne. Dlatego zmieniające się pole elektryczne wytwarza zmieniające się pole magnetyczne.

Pole magnetyczne jest wirowe, ponieważ linie indukcji magnetycznej są zawsze zamknięte. Wielkość natężenia pola magnetycznego H jest proporcjonalna do szybkości zmian natężenia pola elektrycznego . Kierunek wektora pola magnetycznego związane ze zmianą natężenia pola elektrycznego zgodnie z zasadą prawej śruby: zaciśnij prawą rękę w pięść, skieruj kciuk w kierunku zmiany natężenia pola elektrycznego, następnie zgięte 4 palce wskażą kierunek linii natężenia pola magnetycznego.

Każde zmieniające się pole magnetyczne tworzy wirowe pole elektryczne, którego linie siły są zamknięte i znajdują się w płaszczyźnie prostopadłej do natężenia pola magnetycznego.

Wielkość natężenia E pola elektrycznego wiru zależy od szybkości zmian pola magnetycznego . Kierunek wektora E jest powiązany z kierunkiem zmiany pola magnetycznego H zasadą lewej śruby: zaciśnij lewą rękę w pięść, kciuk skieruj w kierunku zmiany pola magnetycznego, zgięty cztery palce wskażą kierunek linii wirowego pola elektrycznego.

Zbiór wirowych pól elektrycznych i magnetycznych połączonych ze sobą reprezentuje pole elektromagnetyczne. Pole elektromagnetyczne nie pozostaje w miejscu powstania, lecz rozchodzi się w przestrzeni w postaci poprzecznej fali elektromagnetycznej.

fala elektromagnetyczna- jest to rozkład w przestrzeni wirowej połączonych ze sobą pól elektrycznych i magnetycznych.

Warunek wystąpienia fali elektromagnetycznej- ruch ładunku z przyspieszeniem.

Równanie fali elektromagnetycznej:

- cykliczna częstotliwość oscylacji elektromagnetycznych

t to czas od początku oscylacji

l jest odległością od źródła fali do danego punktu w przestrzeni

- prędkość propagacji fali

Czas potrzebny fali na podróż od źródła do danego punktu.

Wektory E i H w fali elektromagnetycznej są prostopadłe do siebie i do prędkości propagacji fali.

Źródło fal elektromagnetycznych- przewodniki, przez które przepływają szybko zmienne prądy (makroemitery) oraz wzbudzone atomy i cząsteczki (mikroemitery). Im wyższa częstotliwość oscylacji, tym lepiej fale elektromagnetyczne są emitowane w przestrzeni.

Właściwości fal elektromagnetycznych:

Wszystkie fale elektromagnetyczne poprzeczny

W jednorodnym ośrodku fale elektromagnetyczne rozprzestrzeniać się ze stałą prędkością, który zależy od właściwości środowiska:

- przenikalność względna ośrodka

jest stałą dielektryczną próżni,
F/m, Cl 2 /nm 2

- względna przenikalność magnetyczna ośrodka

- podciśnieniowa stała magnetyczna,
WŁ 2 ; H/m

Fale elektromagnetyczne odbite od przeszkód, pochłonięte, rozproszone, załamane, spolaryzowane, ugięte, zakłócone.

Objętościowa gęstość energii pole elektromagnetyczne składa się z objętościowych gęstości energii pól elektrycznych i magnetycznych:

Gęstość strumienia energii fal - intensywność fali:

-Wektor Umov-Poynting.

Wszystkie fale elektromagnetyczne są ułożone w szereg częstotliwości lub długości fal (
). Ten wiersz to skala fal elektromagnetycznych.

Drgania o niskiej częstotliwości. 0 - 10 4 Hz. Uzyskiwany z generatorów. Nie promieniują dobrze.

fale radiowe. 10 4 - 10 13 Hz. Promieniowane przez stałe przewodniki, przez które przepływają szybko przemienne prądy.

Promieniowanie podczerwone- fale emitowane przez wszystkie ciała w temperaturach powyżej 0 K w wyniku procesów wewnątrzatomowych i wewnątrzcząsteczkowych.

widzialne światło- fale, które działają na oko, powodując wrażenie wizualne. 380-760 nm

Promieniowanie ultrafioletowe. 10 - 380 nm. Światło widzialne i UV powstają, gdy zmienia się ruch elektronów w zewnętrznych powłokach atomu.

promieniowanie rentgenowskie. 80-10-5 nm. Występuje, gdy zmienia się ruch elektronów w wewnętrznych powłokach atomu.

Promieniowanie gamma. Występuje podczas rozpadu jąder atomowych.

Zobacz też: Portal:Fizyka

Pole magnetyczne może być wytworzone przez prąd naładowanych cząstek i/lub przez momenty magnetyczne elektronów w atomach (oraz przez momenty magnetyczne innych cząstek, choć w znacznie mniejszym stopniu) (magnesy trwałe).

Ponadto pojawia się w obecności zmiennego w czasie pola elektrycznego.

Główną charakterystyką mocy pola magnetycznego jest wektor indukcji magnetycznej (wektor indukcji pola magnetycznego) . Z matematycznego punktu widzenia jest to pole wektorowe, które definiuje i określa fizyczną koncepcję pola magnetycznego. Często wektor indukcji magnetycznej nazywany jest po prostu polem magnetycznym dla zwięzłości (chociaż prawdopodobnie nie jest to najbardziej rygorystyczne użycie tego terminu).

Inną podstawową cechą pola magnetycznego (alternatywna indukcja magnetyczna i ściśle z nią powiązana, praktycznie równa jej wartości fizycznej) jest potencjał wektorowy .

Pole magnetyczne można nazwać specjalnym rodzajem materii, za pośrednictwem którego zachodzi interakcja między poruszającymi się naładowanymi cząsteczkami lub ciałami, które mają moment magnetyczny.

Pola magnetyczne są konieczną (w kontekście) konsekwencją istnienia pól elektrycznych.

• Z punktu widzenia kwantowej teorii pola oddziaływanie magnetyczne jest jak szczególny przypadek oddziaływanie elektromagnetyczne jest przenoszone przez fundamentalny bezmasowy bozon - foton (cząstka, którą można przedstawić jako kwantowe wzbudzenie pola elektromagnetycznego), często (na przykład we wszystkich przypadkach pól statycznych) - wirtualny.

Źródła pola magnetycznego

Pole magnetyczne jest tworzone (generowane) przez prąd naładowanych cząstek lub przez zmienne w czasie pole elektryczne lub przez wewnętrzne momenty magnetyczne cząstek (te ostatnie, ze względu na jednorodność obrazu, można formalnie zmniejszyć do prądów elektrycznych).

obliczenie

W prostych przypadkach pole magnetyczne przewodnika przewodzącego prąd (w tym w przypadku prądu rozłożonego arbitralnie w objętości lub przestrzeni) można znaleźć z prawa Biota-Savarta-Laplace'a lub twierdzenia o cyrkulacji (jest to również prawo Ampère'a). W zasadzie metoda ta ogranicza się do przypadku (aproksymacji) magnetostatyki - czyli przypadku stałych (jeśli mówimy o ścisłej stosowalności) lub raczej wolno zmieniających się (jeśli mówimy o przybliżonym zastosowaniu) pól magnetycznych i elektrycznych.

Więcej trudne sytuacje jest poszukiwany jako rozwiązanie równań Maxwella.

Manifestacja pola magnetycznego

Pole magnetyczne przejawia się w oddziaływaniu na momenty magnetyczne cząstek i ciał, na poruszające się naładowane cząstki (lub przewodniki przewodzące prąd). Siła działająca na elektrycznie naładowaną cząstkę poruszającą się w polu magnetycznym nazywa się siłą Lorentza, która jest zawsze skierowana prostopadle do wektorów v oraz B. Jest proporcjonalny do ładunku cząstki q, składnik prędkości v, prostopadle do kierunku wektora pola magnetycznego B, oraz wielkość indukcji pola magnetycznego B. W układzie miar SI siła Lorentza wyraża się następująco:

w systemie jednostek CGS:

gdzie nawiasy kwadratowe oznaczają iloczyn wektorowy.

Ponadto (ze względu na działanie siły Lorentza na naładowane cząstki poruszające się wzdłuż przewodnika) pole magnetyczne działa na przewodnik z prądem. Siła działająca na przewodnik przewodzący prąd nazywana jest siłą amperową. Siła ta jest sumą sił działających na poszczególne ładunki poruszające się wewnątrz przewodnika.

Interakcja dwóch magnesów

Jednym z najczęstszych przejawów pola magnetycznego w zwykłym życiu jest oddziaływanie dwóch magnesów: identyczne bieguny odpychają, przeciwne przyciągają. Kuszące wydaje się opisanie interakcji między magnesami jako interakcji między dwoma monopolami, a z formalnego punktu widzenia pomysł ten jest całkiem realny i często bardzo wygodny, a zatem praktycznie użyteczny (w obliczeniach); jednak szczegółowa analiza pokazuje, że w rzeczywistości nie jest to do końca poprawny opis zjawiska (najbardziej oczywistym pytaniem, którego nie da się wyjaśnić w ramach takiego modelu, jest pytanie, dlaczego monopoli nigdy nie da się rozdzielić, czyli dlaczego eksperyment pokazuje, że żadne izolowane ciało nie ma w rzeczywistości ładunku magnetycznego, ponadto wadą modelu jest to, że nie ma on zastosowania do pola magnetycznego wytwarzanego przez prąd makroskopowy, co oznacza, że ​​jeśli nie jest traktowany jako czysto technika formalna prowadzi jedynie do komplikacji teorii w sensie fundamentalnym).

Bardziej poprawne byłoby stwierdzenie, że na dipol magnetyczny umieszczony w niejednorodnym polu działa siła, która ma tendencję do obracania go tak, że moment magnetyczny dipola jest współkierowany z polem magnetycznym. Ale żaden magnes nie doświadcza (całkowitej) siły z jednolitego pola magnetycznego. Siła działająca na dipol magnetyczny z momentem magnetycznym m wyraża się wzorem:

Siłę działającą na magnes (nie będący dipolem jednopunktowym) z niejednorodnego pola magnetycznego można określić, sumując wszystkie siły (określone tym wzorem) działające na elementarne dipole tworzące magnes.

Możliwe jest jednak podejście, które zmniejsza oddziaływanie magnesów na siłę Ampère'a, a sam wzór na siłę działającą na dipol magnetyczny można również uzyskać na podstawie siły Ampère'a.

Zjawisko indukcji elektromagnetycznej

pole wektorowe H mierzone w amperach na metr (A/m) w układzie SI oraz w erstedach w CGS. Oerstedy i gausy są wielkościami identycznymi, ich rozdzielenie jest czysto terminologiczne.

Energia pola magnetycznego

Przyrost gęstości energii pola magnetycznego wynosi:

H- siła pola magnetycznego, B- Indukcja magnetyczna

W przybliżeniu liniowym tensorem przenikalność magnetyczna jest tensorem (oznaczamy go ), a pomnożenie wektora przez nią jest mnożeniem tensora (macierzy):

lub w komponentach.

Gęstość energii w tym przybliżeniu jest równa:

- składowe tensora przepuszczalności magnetycznej , - tensor reprezentowany przez macierz odwrotną do macierzy tensora przepuszczalności magnetycznej , - stała magnetyczna

Gdy osie współrzędnych są wybrane tak, aby pokrywały się z głównymi osiami tensora przenikalności magnetycznej, wzory w składowych są uproszczone:

są składowymi diagonalnymi tensora przenikalności magnetycznej w jego własnych osiach (pozostałe składowe w tych specjalnych współrzędnych - i tylko w nich! - są równe zeru).

W izotropowym magnesie liniowym:

- względna przenikalność magnetyczna

W próżni i:

Energię pola magnetycznego w cewce indukcyjnej można znaleźć za pomocą wzoru:

Ф - strumień magnetyczny, I - prąd, L - indukcyjność cewki lub cewki z prądem.

Właściwości magnetyczne substancji

Z fundamentalnego punktu widzenia, jak wspomniano powyżej, pole magnetyczne może być wytworzone (a zatem – w kontekście tego paragrafu – osłabione lub wzmocnione) przez zmienne pole elektryczne, prądy elektryczne w postaci strumieni naładowanych cząstek lub momenty magnetyczne cząstek.

Specyficzna struktura i właściwości mikroskopowe różnych substancji (a także ich mieszanin, stopów, stanów skupienia, modyfikacji krystalicznych itp.) prowadzą do tego, że na poziomie makroskopowym mogą zachowywać się zupełnie inaczej pod działaniem zewnętrznego pola magnetycznego (w szczególności osłabianie lub wzmacnianie go w różnym stopniu).

Pod tym względem substancje (i ogólnie media) w odniesieniu do ich właściwości magnetycznych dzielą się na następujące główne grupy:

• Antyferromagnetyki to substancje, w których ustala się antyferromagnetyczny porządek momentów magnetycznych atomów lub jonów: momenty magnetyczne substancji są skierowane przeciwnie i mają jednakową siłę.
• Diamagnesy to substancje, które są namagnesowane w kierunku przeciwnym do zewnętrznego pola magnetycznego.
• Paramagnesy to substancje, które są namagnesowane w zewnętrznym polu magnetycznym w kierunku zewnętrznego pola magnetycznego.
• Ferromagnesy to substancje, w których poniżej pewnej temperatury krytycznej (punktu Curie) ustala się ferromagnetyczny porządek momentów magnetycznych dalekiego zasięgu.
• Ferrimagnesy - materiały, w których momenty magnetyczne substancji są skierowane przeciwnie i nie mają równej siły.
• Powyższe grupy substancji obejmują głównie zwykłe substancje stałe lub (do niektórych) płynne, a także gazy. Oddziaływanie z polem magnetycznym nadprzewodników i plazmy znacznie się różni.

Toki Foucault

Prądy Foucaulta (prądy wirowe) - zamknięte prądy elektryczne w masywnym przewodniku wynikające ze zmiany przenikającego przez niego strumienia magnetycznego. Są to prądy indukcyjne powstające w ciele przewodzącym albo w wyniku zmiany czasu pola magnetycznego, w którym się znajduje, albo w wyniku ruchu ciała w polu magnetycznym, prowadzącego do zmiany strumienia magnetycznego przez ciała lub jakiejkolwiek jego części. Zgodnie z regułą Lenza, pole magnetyczne prądów Foucaulta jest skierowane tak, aby przeciwdziałać zmianie strumienia magnetycznego, który indukuje te prądy.

Historia rozwoju idei dotyczących pola magnetycznego

Chociaż magnesy i magnetyzm były znane znacznie wcześniej, badania pola magnetycznego rozpoczęły się w 1269 roku, kiedy to francuski naukowiec Peter Peregrine (rycerz Pierre z Méricourt) za pomocą stalowych igieł odnotował pole magnetyczne na powierzchni magnesu kulistego i ustalił, że powstałe linie pola magnetycznego przecinały się w dwóch punktach, które nazwał „biegunami” przez analogię z biegunami Ziemi. Prawie trzy wieki później William Gilbert Colchester wykorzystał dzieło Petera Peregrinusa i po raz pierwszy definitywnie stwierdził, że sama ziemia jest magnesem. Wydana w 1600, praca Gilberta De Magnete, położył podwaliny pod magnetyzm jako naukę.

Trzy odkrycia z rzędu podważyły ​​tę „podstawę magnetyzmu”. Po pierwsze, w 1819 roku Hans Christian Oersted odkrył, że prąd elektryczny wytwarza wokół siebie pole magnetyczne. Następnie, w 1820 roku, André-Marie Ampère wykazał, że równoległe przewody przewodzące prąd w tym samym kierunku przyciągają się nawzajem. Wreszcie Jean-Baptiste Biot i Félix Savard odkryli w 1820 r. prawo zwane prawem Biota-Savarta-Laplace'a, które prawidłowo przewidywało pole magnetyczne wokół każdego przewodu pod napięciem.

Rozwijając te eksperymenty, Ampère opublikował swój własny udany model magnetyzmu w 1825 roku. Pokazał w nim równoważność prądu elektrycznego w magnesach, a zamiast dipoli ładunków magnetycznych w modelu Poissona zaproponował ideę, że magnetyzm związany jest ze stale płynącymi pętlami prądowymi. Pomysł ten wyjaśniał, dlaczego nie można było wyizolować ładunku magnetycznego. Ponadto Ampère wydedukował prawo nazwane jego imieniem, które podobnie jak prawo Biota-Savarta-Laplace'a prawidłowo opisywało pole magnetyczne wytwarzane przez prąd stały, a także wprowadzono twierdzenie o krążeniu pola magnetycznego. Również w tej pracy Ampère ukuł termin „elektrodynamika”, aby opisać związek między elektrycznością a magnetyzmem.

Chociaż siła pola magnetycznego poruszającego się ładunku elektrycznego zawarta w prawie Ampère'a nie została wyraźnie określona, ​​w 1892 Hendrik Lorentz wyprowadził ją z równań Maxwella. Jednocześnie w zasadzie ukończono klasyczną teorię elektrodynamiki.

XX wiek rozszerzył poglądy na elektrodynamikę dzięki pojawieniu się teorii względności i mechaniki kwantowej. Albert Einstein w swoim artykule z 1905 r., w którym uzasadniono jego teorię względności, wykazał, że pola elektryczne i magnetyczne są częścią tego samego zjawiska, rozpatrywanego w różnych układach odniesienia. (Zobacz Ruchomy magnes i problem przewodnika – eksperyment myślowy, który ostatecznie pomógł Einsteinowi rozwinąć szczególną teorię względności). Wreszcie mechanikę kwantową połączono z elektrodynamiką, tworząc elektrodynamikę kwantową (QED).

Zobacz też

• Wizualizator folii magnetycznej

Uwagi

1. TSB. 1973, „Sowiecka Encyklopedia”.
2. W szczególnych przypadkach pole magnetyczne może istnieć nawet przy braku pola elektrycznego, ale ogólnie rzecz biorąc, pole magnetyczne jest głęboko powiązane z polem elektrycznym, zarówno dynamicznie (wzajemne generowanie się przez naprzemienne pola elektryczne i magnetyczne), jak i w poczucie, że po przejściu do nowego układu odniesienia pole magnetyczne i pole elektryczne wyrażają się wzajemnie, czyli ogólnie rzecz biorąc, nie mogą być bezwarunkowo rozdzielone.
3. Yavorsky B.M., Detlaf A.A. Handbook of Physics: 2nd ed., Revised. - M .: Nauka, Wydanie główne literatury fizycznej i matematycznej, 1985, - 512 s.
4. W SI indukcję magnetyczną mierzy się w teslach (T), w układzie cgs w Gaussie.
5. Dokładnie pokrywają się w układzie jednostek CGS, w SI różnią się stałym współczynnikiem, co oczywiście nie zmienia faktu ich praktycznej tożsamości fizycznej.
6. Najważniejszą i powierzchowną różnicą jest to, że siła działająca na poruszającą się cząstkę (lub na dipol magnetyczny) jest obliczana w kategoriach, a nie w kategoriach . Każda inna fizycznie poprawna i sensowna metoda pomiaru również pozwoli ją zmierzyć, choć czasami okazuje się wygodniejsza do formalnego obliczenia - po co właściwie wprowadzać tę wielkość pomocniczą (inaczej byśmy zrobili bez tego w ogóle, używając tylko
7. Należy jednak dobrze zrozumieć, że szereg podstawowych właściwości tej „materii” zasadniczo różni się od właściwości zwykłego rodzaju „materii”, który można by określić terminem „substancja”.
8. Zobacz twierdzenie Ampère'a.
9. Dla pola jednorodnego wyrażenie to daje siłę zerową, ponieważ wszystkie pochodne są równe zeru B według współrzędnych.
10. Sivukhin D.V. Ogólny kurs fizyki. - Wyd. 4. stereotypowe. - M .: Fizmatlit; Wydawnictwo MIPT, 2004. - Tom III. Elektryczność. - 656 pkt. - ISBN 5-9221-0227-3; ISBN 5-89155-086-5.

Powszechne wykorzystanie pola magnetycznego w życiu codziennym, w produkcji i badaniach naukowych jest dobrze znane. Wystarczy wymienić takie urządzenia jak alternatory, silniki elektryczne, przekaźniki, akceleratory cząstek i różne czujniki. Rozważmy bardziej szczegółowo, czym jest pole magnetyczne i jak się ono tworzy.

Co to jest pole magnetyczne - definicja

Pole magnetyczne to pole siłowe działające na poruszające się naładowane cząstki. Wielkość pola magnetycznego zależy od szybkości jego zmiany. Zgodnie z tą cechą rozróżnia się dwa rodzaje pola magnetycznego: dynamiczne i grawitacyjne.

Grawitacyjne pole magnetyczne powstaje tylko w pobliżu cząstek elementarnych i powstaje w zależności od cech ich struktury. Źródłem dynamicznego pola magnetycznego są poruszające się ładunki elektryczne lub ciała naładowane, przewodniki przewodzące prąd, a także substancje namagnesowane.

Właściwości pola magnetycznego

Wielkiemu francuskiemu naukowcowi André Ampere udało się odkryć dwie podstawowe właściwości pola magnetycznego:

1. Główną różnicą między polem magnetycznym a polem elektrycznym i jego główną właściwością jest to, że jest względne. Jeśli weźmiesz naładowane ciało, pozostawisz je nieruchomo w dowolnym układzie odniesienia i umieścisz w pobliżu igłę magnetyczną, jak zwykle będzie ona wskazywać północ. Oznacza to, że nie wykryje żadnego pola poza ziemskim. Jeśli zaczniesz poruszać tym naładowanym ciałem względem strzałki, zacznie się ono obracać - oznacza to, że gdy naładowane ciało się porusza, oprócz pola elektrycznego powstaje również pole magnetyczne. Tak więc pole magnetyczne pojawia się wtedy i tylko wtedy, gdy jest poruszający się ładunek.
2. Pole magnetyczne działa na inny prąd elektryczny. Można go więc wykryć śledząc ruch naładowanych cząstek - w polu magnetycznym będą się one odchylać, przewodniki z prądem będą się poruszać, rama z prądem się obróci, namagnesowane substancje przesuną się. Przypomnijmy tutaj igłę kompasu magnetycznego, zwykle malowaną Kolor niebieski- to tylko kawałek namagnesowanego żelaza. Zawsze wskazuje na północ, ponieważ Ziemia ma pole magnetyczne. Cała nasza planeta jest ogromnym magnesem: południowy pas magnetyczny znajduje się na biegunie północnym, a północny biegun magnetyczny znajduje się na południowym biegunie geograficznym.

Ponadto właściwości pola magnetycznego obejmują następujące cechy:

1. Siła pola magnetycznego jest opisana przez indukcję magnetyczną - jest to wielkość wektorowa, która określa siłę, z jaką pole magnetyczne oddziałuje na poruszające się ładunki.
2. Pole magnetyczne może być typu stałego i zmiennego. Pierwsza jest generowana przez niezmienne w czasie pole elektryczne, indukcja takiego pola również pozostaje niezmieniona. Drugi najczęściej generowany jest za pomocą cewek indukcyjnych zasilanych prądem przemiennym.
3. Pole magnetyczne nie jest odbierane zmysłami człowieka i jest rejestrowane tylko przez specjalne czujniki.