Что такое постоянное магнитное поле
Перейти к содержимому

Что такое постоянное магнитное поле

  • автор:

Магнитное поле

Картина силовых линий магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом в форме стержня. Железные опилки на листе бумаги.

Магни́тное по́ле — силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения [1] , магнитная составляющая электромагнитного поля [2]

Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц и/или магнитными моментами электронов в атомах (и магнитными моментами других частиц, хотя в заметно меньшей степени) (постоянные магниты).

Кроме этого, оно появляется при наличии изменяющегося во времени электрического поля.

Основной силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции \mathbf (вектор индукции магнитного поля) [3] [4] . С математической точки зрения \mathbf= \mathbf(x,y,z) — векторное поле, определяющее и конкретизирующее физическое понятие магнитного поля. Нередко вектор магнитной индукции называется для краткости просто магнитным полем (хотя, наверное, это не самое строгое употребление термина).

Ещё одной фундаментальной характеристикой магнитного поля (альтернативной магнитной индукции и тесно с ней взаимосвязанной, практически равной ей по физическому значению) является векторный потенциал.

  • Нередко в литературе в качестве основной характеристики магнитного поля в вакууме (то есть в отсутствие магнитной среды) выбирают не вектор магнитной индукции\mathbf<B>,» width=»» height=»» /> а вектор напряжённости магнитного поля<img decoding=

Электрический ток(I), проходя по проводнику, создаёт магнитное поле (B) вокруг проводника.

  • С точки зрения квантовой теории поля магнитное взаимодействие — как частный случай электромагнитного взаимодействия переносится фундаментальным безмассовым бозоном — фотоном (частицей, которую можно представить как квантовое возбуждение электромагнитного поля), часто (например, во всех случаях статических полей) — виртуальным.

Источники магнитного поля

Магнитное поле создаётся (порождается) током заряженных частиц, или изменяющимся во времени электрическим полем, или собственными магнитными моментами частиц (последние для единообразия картины могут быть формальным образом сведены к электрическим токам).

Вычисление

В простых случаях магнитное поле проводника с током (в том числе и для случая тока, распределённого произвольным образом по объёму или пространству) может быть найдено из закона Био — Савара — Лапласа или теоремы о циркуляции (она же — закон Ампера). В принципе, этот способ ограничивается случаем (приближением) магнитостатики — то есть случаем постоянных (если речь идёт о строгой применимости) или достаточно медленно меняющихся (если речь идёт о приближенном применении) магнитных и электрических полей.

В более сложных ситуациях ищется как решение уравнений Максвелла.

Проявление магнитного поля

Магнитное поле проявляется в воздействии на магнитные моменты частиц и тел, на движущиеся заряженные частицы (или проводники с током). Сила, действующая на движущуюся в магнитном поле электрически заряженную частицу, называется силой Лоренца, которая всегда направлена перпендикулярно к векторам v и B [3] . Она пропорциональна заряду частицы q , составляющей скорости v , перпендикулярной направлению вектора магнитного поля B , и величине индукции магнитного поля B . В системе единиц СИ сила Лоренца выражается так:

\mathbf<F></p> <p>=q[\mathbf,\mathbf],» width=»» height=»» /></p><div class='code-block code-block-2' style='margin: 8px 0; clear: both;'> <!-- 2seodacha --> <script src=

в системе единиц СГС:

\mathbf<F></p> <p>=\frac[\mathbf,\mathbf],» width=»» height=»» /></p> <p>где квадратными скобками обозначено векторное произведение.</p> <p>Также (вследствие действия силы Лоренца на движущиеся по проводнику заряженные частицы) магнитное поле действует на проводник с током. Сила, действующая на проводник с током называется силой Ампера. Эта сила складывается из сил, действующих на отдельные движущиеся внутри проводника заряды.</p> <h4>Взаимодействие двух магнитов</h4> <p>Одно из наиболее часто встречающихся в обычной жизни проявлений магнитного поля — взаимодействие двух магнитов: одинаковые полюса отталкиваются, противоположные притягиваются. Представляется заманчивым описать взаимодействие между магнитами как взаимодействие между двумя монополями, и с формальной точки зрения эта идея вполне реализуема [8] и часто весьма удобна, а значит практически полезна (в расчётах); однако детальный анализ показывает, что на самом деле это не полностью правильное описание явления (наиболее очевидным вопросом, не получающим объяснения в рамках такой модели, является вопрос о том, почему монополи никогда не могут быть разделены, то есть почему эксперимент показывает, что никакое изолированное тело на самом деле не обладает магнитным зарядом; кроме того, слабостью модели является то, что она неприменима к магнитному полю, создаваемому макроскопическим током, а значит, если не рассматривать её как чисто формальный приём, приводит лишь к усложнению теории в фундаментальном смысле).</p> <p>Правильнее будет сказать, что на магнитный диполь, помещённый в неоднородное поле, действует сила, которая стремится повернуть его так, чтобы магнитный момент диполя был сонаправлен с магнитным полем. Но никакой магнит не испытывает действия (суммарной) силы со стороны однородного магнитного поля. Сила, действующая на магнитный диполь с магнитным моментом <b>m</b> выражается по формуле [9] [10] :</p> <p><img decoding=

Сила, действующая на магнит (не являющийся одиночным точечным диполем) со стороны неоднородного магнитного поля, может быть определена суммированием всех сил (определяемых данной формулой), действующих на элементарные диполи, составляющие магнит.

Впрочем, возможен подход, сводящий взаимодействие магнитов к силе Ампера, а сама формула выше для силы, действующей на магнитный диполь, тоже может быть получена, исходя из силы Ампера.

Явление электромагнитной индукции

Основная статья: Электромагнитная индукция

Если поток вектора магнитной индукции через замкнутый контур меняется во времени, в этом контуре возникает ЭДС электромагнитной индукции, порождаемая (в случае неподвижного контура) вихревым электрическим полем, возникающим вследствие изменения магнитного поля со временем (в случае неизменного со временем магнитного поля и изменения потока из-за движения контура-проводника такая ЭДС возникает посредством действия силы Лоренца).

Математическое представление

Магнитное поле в макроскопическом описании представлено двумя различными векторными полями, обозначаемым как H и B .

H называется напряжённостью магнитного поля; B называется магнитной индукцией. Термин магнитное поле применяется к обоим этим векторным полям (хотя исторически относился в первую очередь к H ).

Магнитная индукция B является основной [10] [11] [12] характеристикой магнитного поля, так как, во-первых, именно она определяет действующую на заряды силу, а во-вторых, векторы B и E на самом деле являются компонентами единого тензора электромагнитного поля. Аналогично, в единый тензор объединяются величины H и электрическая индукция D . В свою очередь, разделение электромагнитного поля на электрическое и магнитное является совершенно условным и зависящим от выбора системы отсчёта, поэтому вектора B и E должны рассматриваться совместно.

Впрочем, в вакууме (при отсутствии магнетиков), а значит и на фундаментальном микроскопическом уровне, H и B совпадают (в системе СИ с точностью до условного постоянного множителя, а в СГС — полностью), что позволяет в принципе авторам, особенно тем, кто не использует СИ, выбирать для фундаментального описания магнитного поля H или B произвольно, чем они нередко и пользуются (к тому же, следуя в этом традиции). Авторы же, пользующиеся системой СИ, систематически отдают и здесь в этом отношении предпочтение вектору B , хотя бы потому, что именно через него прямо выражается сила Лоренца.

Единицы измерения

Величина B в системе единиц СИ измеряется в теслах, в системе СГС в гауссах.

Векторное поле H измеряется в амперах на метр (А/м) в системе СИ и в эрстедах в СГС. Эрстеды и гауссы являются тождественными величинами, их разделение является чисто терминологическим.

Энергия магнитного поля

Приращение плотности энергии магнитного поля равно:

dw = \mathbf<H></p> <p>\cdot d\mathbf» width=»» height=»» /></p> <p><img decoding=

В линейном тензорном приближении магнитная проницаемость есть тензор (обозначим его ) и умножение вектора на неё есть тензорное (матричное) умножение:

\mathbf B = \mu_0\hat\mu \mathbf Hили в компонентах [13] B_i = \mu_0\mu_<ij>H_j» width=»» height=»» />.</p> <p>Плотность энергии в этом приближении равна:</p><div class='code-block code-block-5' style='margin: 8px 0; clear: both;'> <!-- 5seodacha --> <script src=

w = \frac<\mathbf<H></p> <p>\cdot \mathbf> = \frac<\mu_0\mathbf H \hat\mu \mathbf H> = \frac<\mu_0 H_i\mu_H_j> = \frac<\mathbf B (\hat\mu^<-1>) \mathbf B> <2\mu_0>= \frac<B_i(\hat\mu^<-1>)_B_j><2\mu_0>» width=»» height=»» /></p> <p><img decoding=— магнитная постоянная

При выборе осей координат совпадающими с главными осями [14] тензора магнитной проницаемости формулы в компонентах упрощаются:

w = \frac<\mu_0 \mu_<i>(H_i)^2> = \frac><2\mu_0>» width=»» height=»» /> <img decoding=

\mu

— относительная магнитная проницаемость

\mu = 1

В вакууме и:

w = \frac<\mu_0 H^2></p> <p> = \frac <2\mu_0>= \frac» width=»» height=»» /></p> <p>Энергию магнитного поля в катушке индуктивности можно найти по формуле:</p> <p><img decoding=

= \frac» width=»» height=»» />

Ф — магнитный поток, I — ток, L — индуктивность катушки или витка с током.

Магнитные свойства веществ

С фундаментальной точки зрения, как это было указано выше, магнитное поле может создаваться (а значит — в контексте этого параграфа — и ослабляться или усиливаться) переменным электрическим полем, электрическими токами в виде потоков заряженных частиц или магнитными моментами частиц.

Конкретные микроскопическая структура и свойства различных веществ (а также их смесей, сплавов, агрегатных состояний, кристаллических модификаций и т. д.) приводят к тому, что на макроскопическом уровне они могут вести себя достаточно разнообразно под действием внешнего магнитного поля (в частности, ослабляя или усиливая его в разной степени).

В связи с этим вещества (и вообще среды) в отношении их магнитных свойств делятся на такие основные группы:

Токи Фуко

Основная статья: Токи Фуко

Токи Фуко́ (вихревые токи) — замкнутые электрические токи в массивном проводнике, возникающие при изменении пронизывающего его магнитного потока. Они являются индукционными токами, образующимися в проводящем теле либо вследствие изменения во времени магнитного поля, в котором оно находится, либо в результате движения тела в магнитном поле, приводящего к изменению магнитного потока через тело или любую его часть. Согласно правилу Ленца, магнитное поле токов Фуко направлено так, чтобы противодействовать изменению магнитного потока, индуцирующему эти токи [15] .

История развития представлений о магнитном поле

Один из первых рисунков магнитного поля (Рене Декарт, 1644)

Хотя магниты и магнетизм были известны гораздо раньше, изучение магнитного поля началось в 1269 году, когда французский ученый Пётр Перегрин (рыцарь Пьер из Мерикура) отметил магнитное поле на поверхности сферического магнита, применяя стальные иглы, и определил, что получающиеся линии магнитного поля пересекались в двух точках, которые он назвал «полюсами» по аналогии с полюсами Земли. Почти три столетия спустя, Уильям Гильберт Колчестер использовал труд Петра Перегрина и впервые определённо заявил, что сама Земля является магнитом. Опубликованная в 1600 году, работа Гилберта «De Magnete», заложила основы магнетизма как науки. [16]

В 1750 году Джон Мичелл заявил, что магнитные полюса притягиваются и отталкиваются в соответствии с законом обратных квадратов. Шарль-Огюстен де Кулон экспериментально проверил это утверждение в 1785 году и прямо заявил, что Северный и Южный полюс не могут быть разделены. Основываясь на этой силе, существующей между полюсами, Симеон Дени Пуассон, (1781—1840) создал первую успешную модель магнитного поля, которую он представил в 1824 году. В этой модели магнитное H-поле производится магнитными полюсами и магнетизм происходит из-за нескольких пар (север/юг) магнитных полюсов (диполей). [16]

Три открытия подряд бросили вызов этой «основе магнетизма». Во-первых, в 1819 году Ханс Кристиан Эрстед обнаружил, что электрический ток создает магнитное поле вокруг себя. Затем, в 1820 году, Андре-Мари Ампер показал, что параллельные провода, по которым идёт ток в одном и том же направлении, притягиваются друг к другу. Наконец, Жан-Батист Био и Феликс Савар в 1820 году открыли закон, названный законом Био-Савара-Лапласа, который правильно предсказывал магнитное поле вокруг любого провода, находящегося под напряжением. [16]

Расширив эти эксперименты, Ампер издал свою собственную успешную модель магнетизма в 1825 году. В ней он показал эквивалентность электрического тока в магнитах, и вместо диполей магнитных зарядов модели Пуассона, предложил идею, что магнетизм связан с постоянно текущими петлями тока. Эта идея объясняла, почему магнитный заряд не может быть изолирован. Кроме того, Ампер вывел закон, названный его именем, который, как и закон Био-Савара-Лапласа, правильно описал магнитное поля, создаваемое постоянным током, а также была введена теорема о циркуляции магнитного поля. Кроме того, в этой работе, Ампер ввел термин «электродинамика» для описания взаимосвязи между электричеством и магнетизмом. [16]

В 1831 году Майкл Фарадей открыл электромагнитную индукцию, когда он обнаружил, что переменное магнитное поле порождает электричество. Он создал определение этого феномена, которое известно как закон электромагнитной индукции Фарадея. Позже Франц Эрнст Нейман доказал, что для движущегося проводника в магнитном поле, индукция является следствием действия закона Ампера. При этом он ввел векторный потенциал электромагнитного поля который, как позднее было показано, был эквивалентен основному механизму, предложенному Фарадеем. [16]

В 1850 году лорд Кельвин, тогда известный как Уильям Томсон, различие между двумя магнитными полями обозначил как поля H и B. Первое было применительно к модели Пуассона, а второе — к модели индукции Ампера. Кроме того, он вывел как H и B связаны друг с другом. [16]

Между 1861 и 1865 годами Джеймс Клерк Максвелл разработал и опубликовал уравнения Максвелла, которые объяснили и объединили электричество и магнетизм в классической физике. Первая подборка этих уравнений была опубликована в статье в 1861 году, озаглавленной «On Physical Lines of Force». Эти уравнения были признаны действительными, хотя и неполными. Максвелл завершил свои уравнения в своей более поздней работе 1865 года «Динамическая теория электромагнитного поля» и определил, что свет представляет собой электромагнитные волны. Генрих Герц экспериментально подтвердил этот факт в 1887 году. [16]

Хотя подразумеваемая в законе Ампера сила магнитного поля движущегося электрического заряда не была явно заявлена, в 1892 году Хендрик Лоренц вывел её из уравнений Максвелла. При этом классическая теория электродинамики была в основном завершена. [16]

Двадцатый век расширил взгляды на электродинамику, благодаря появлению теории относительности и квантовой механики. Альберт Эйнштейн в своей статье 1905 года, где была обоснована его теория относительности, показал, что электрические и магнитные поля являются частью одного и того же явления, рассматриваемого в разных системах отсчета. (См. Движущийся магнит и проблема проводника — мысленный эксперимент, который в конечном итоге помог Эйнштейну в разработке специальной теории относительности). Наконец, квантовая механика была объединена с электродинамикой для формирования квантовой электродинамики (КЭД). [16]

См. также

Примечания

  1. ↑ БСЭ. 1973, «Советская энциклопедия».
  2. ↑ В частных случаях магнитное поле может существовать и в отсутствие электрического поля, но вообще говоря магнитное поле глубоко взаимосвязано с электрическим как динамически (взаимное порождение переменными электрическим и магнитным полем друг друга), так и в том смысле, что при переходе в новую систему отсчёта магнитное и электрическое поле выражаются друг через друга, то есть вообще говоря не могут быть безусловно разделены.
  3. ↑ 12Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике: 2-е изд., перераб. — М .: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1985, — 512 с.
  4. ↑ В СИ магнитная индукция измеряется в теслах (Тл), в системе СГС в гауссах.
  5. ↑ Точно совпадают в системе единиц СГС, в СИ — отличаются постоянным коэффициентом, что, конечно, не меняет факта их практического физического тождества.
  6. ↑ Самым важным и лежащим на поверхности отличием тут является то, что сила, действующая на движущуюся частицу (или на магнитный диполь) вычисляются именно через \mathbf<B>,» width=»» height=»» /> а не через <img decoding= следует понимать как \sum_a_i T_ b_j.
  7. ↑ «Привязанными» к кристаллу магнетика, то есть связанные с его ориентацией в пространстве.
  8. ↑Физическая энциклопедия.
  9. ↑ 123456789Whittaker E. T.A History of the Theories of Aether and Electricity. — Dover Publications, 1951. — P. 34. — ISBN 0-486-26126-3

Ссылки

Межзвёздная среда
Составляющие Межзвёздный газ · Межзвёздная пыль · Межзвёздное облако · Космические лучи · Магнитное поле
Туманности Диффузная (светлая) туманность · Тёмная туманность · Эмиссионная туманность · Отражательная туманность · Остаток сверхновой · Планетарная туманность · Протопланетарная туманность
Области звездообразования Молекулярное облако · Глобула · Область H II
Околозвёздные образования Аккреционный диск · Протопланетный диск · Полярные струйные течения · Объект Хербига — Аро
Излучение Звёздный ветер · Реликтовое излучение

Wikimedia Foundation . 2010 .

Источники магнитного поля

Магнитное поле — физическое поле, которое действует только на движущиеся заряженные частицы (токи) и тела, обладающие магнитным моментом.

В 1831 году Майкл Фарадей установил закон электромагнитной индукции, обнаружив, что меняющееся во времени магнитное поле создает электрическое. Выяснилось, что первично электромагнитное поле, а электрические и магнитные поля — различные его проявления. Электромагнитная волна — это электрическое и магнитное поля, взаимно превращающиеся друг в друга.

Джеймс Кларк Максвелл предположил, что возникновение магнитного поля происходит также и при изменении электрического поля. Математическое выражение для силы, с которой магнитное поле воздействует на проводник, названной силой Ампера, проще всего записать в виде векторной формулы:

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

\(d\overrightarrow F\;=\;Id\overrightarrow l\;\times\;\overrightarrow B\)

\(I\) здесь — сила тока, протекающего через проводник; \(l\) — вектор длины проводника; \(В\) — характеристика поля. Величина В называется магнитной индукцией и является аналогом электрической напряженности.

Примечание

еременное поле имеет единственный источник — электрический ток. Источник постоянного магнитного поля — постоянные магниты, предметы, обладающие общим магнитным моментом заряженных частиц.

Способы наблюдения магнитного поля

Обнаружение того факта, что некоторые предметы, например, натертый тканью янтарь, способны притягивать другие предметы, произошло еще в античные времена, а возможно, и раньше.

Примечание

С магнитом связана, например, красивая легенда о волопасе Магнусе, которую упоминает Плиний Старший в своей 37-томной «Естественной истории». Бродя со стадом, Магнус неожиданно обнаружил, что его железный посох и сандалии, подбитые железными гвоздями, с трудом отрываются от земли. Как выяснилось впоследствии, большинство описанных явлений такого плана имели электрическое происхождение.

Долгое время электрические процессы пребывали «в тени» магнитных. Именно природные магниты интересовали естествоиспытателей в первую очередь: их действие стабильно, а электрические свойства натертого янтаря быстро пропадают. Итальянский математик, естествоиспытатель и врач Джероламо Кардано, живший в XIV веке, на опыте убедился, что электрические взаимодействия тел существенно отличаются от магнитных. Так, натертый янтарь может притягивать легкие тела из разных веществ, а магнит — только железо.

Как проявляется магнитное поле, опыты

Ханс Кристиан Эрстед в 1820 году провел эксперимент, который подтвердил взаимосвязь между электричеством и магнетизмом: магнитная стрелка, поднесенная к проводнику с током, отклоняется.

Но еще до Эрстеда, в XVIII веке, разные ученые наблюдали взаимодействие электричества и магнитов, например, Франсуа Жан Доминик Араго описывал разные факты о магнитном действии электрических разрядов.
Андре Мари Ампер предположил, что суть явления магнетизма — в движении заряда, и 24 сентября 1820 года подключил к вольтову столбу две проволочные спирали, которые повели себя, как магниты: одними концами отталкивались, а другими — притягивались. Приблизив к ним два обычных провода с током, ученый обнаружил, что они тоже взаимодействуют: притягиваются, если токи направлены одинаково, и отталкиваются, если токи направлены в противоположные стороны. Таким образом ученый открыл принцип работы электромагнита: железный предмет, находящийся внутри спирали с током, намагничивается и во много раз усиливает магнитное поле.

Приборы первого поколения

Первые индикаторы, измерявшие непосредственно магнитное поле, представляли собой намагниченную стрелку, подвешенную на упругой нити. Величину ее отклонения, прямо пропорциональную напряженности измеренного поля, определяли при помощи оптической системы. Приборы такого типа обеспечивают чувствительность до 4–5 \(\gamma\) .

Примечание

Единица напряженности магнитного поля — эрстед (Э) — названа по имени датского физика Х.К. Эрстеда. Гамма, \(\gamma\) — стотысячная доля эрстеда.

Приборы второго поколения

Такие приборы называются феррозондовыми. Такое устройство представляет собой два стержня с обмотками, поверх которых надета измерительная катушка. Когда на обмотки подают ток, стержни намагничиваются, и в катушке возникает напряжение. Можно подобрать такую величину тока и его частоту, что поле катушки скомпенсируется геомагнитным полем в опорном пункте, и напряжение не появится. Если геомагнитное поле изменится при перемещении к другому пункту, изменится и намагниченность стержней, соответственно в катушке появится сигнал. Чувствительность феррозондовых магнитометров составляет 2–4 \(\gamma\) .

Приборы третьего поколения

Приборы третьего поколения, производство которых стало возможным в 60-х годах ХХ столетия, используют уже квантовый эффект — зависимость частоты электромагнитного излучения атомов вещества от внешнего магнитного поля.

Протонные магнитометры содержат сосуд с водой или керосином, в молекулах этих жидкостей много атомов водорода, ядра которых состоят из протонов. Сосуд помещен внутрь катушки. Когда на ее обмотки подают ток, жидкость намагничивается: протоны выстраиваются вдоль поля катушки. Затем ток быстро выключают, и протоны начинают вращаться, как волчки, вокруг линий магнитного поля Земли. Крутящиеся протоны представляют собой миниатюрные магниты. При их движении в обмотке возникает переменное напряжение, частота которого определяется величиной геомагнитного поля в данной точке. Абсолютная погрешность протонных магнитометров составляет около 1 \(\gamma\) . В квантовых оптических магнитометрах атомам газа энергию сообщают мощной световой вспышкой. Полученную энергию атомы отдают, излучая электромагнитные волны с частотой, прямо пропорциональной напряженности магнитного поля. Точность этих приборов еще выше — до 0,1 \(\gamma\) .

Кроме отклонения стрелки, есть и другой способ обнаружить магнитные силовые линии — достаточно насыпать на лист железные опилки и положить постоянный магнит рядом с ними, или пропустить сквозь центр листа, перпендикулярно его поверхности, провод под током. Опилки сами распределятся по листу, создав окружности вокруг магнита или провода. Графически магнитные силовые линии выглядят почти так же, как линии напряженности электростатического поля, но если первые всегда замкнуты, то вторые разомкнуты, так как идут от положительно заряженных частиц к отрицательно заряженным.

Существуют ли в природе источники магнитного поля

Самые ранние сведения об использовании природного магнита в качестве компаса содержатся в китайских летописях, составленных примерно в 1100 году до н. э. Так, император Хуанг Ти одержал решающую победу над врагом, напав на него в густом тумане с тыла. Ему помог простейший компас — установленная на повозке деревянная фигурка человека с вытянутой рукой, внутри которой был помещен магнетит. Рука всегда указывала на юг.

Определение

Магнетит, он же магнитный железняк — минерал, основная руда железа. В природе сильно намагничен полем Земли.

Геомагнитное, или естественное магнитное, поле Земли изучают магнитотеллурическими методами. Его величина зависит от размеров и глубины залегания намагниченных объектов, например залежей железных руд. Магнитометрами измеряют aбcoлютную величину магнитного поля либо его относительные значения, которые сравнивают с измерениями в опорных пунктах. Напряженность зeмного поля на магнитном полюсе равняется 5 эрстедам (Э), а на экваторе — 0,35 Э.

Электрические поля, которые возникают в атмосфере при разнице электрических напряжений, также связаны с магнитным полем Земли. Они возникают, например, при появлении в атмосфере заряженных частиц во время грозы. Вокруг движущихся зарядов возникают магнитные поля, которые возбуждают вихревое электрическое поле.

Определение

Магнитосфера — область околопланетного пространства, физические свойства которой определяются магнитным полем планеты и его взаимодействием с солнечным ветром.

Оболочка, наиболее удаленная от поверхности Земли: ее верхняя граница расположена на расстоянии 70–80 тысяч километров. С дневной стороны она распространяется на 8–14, с ночной — на несколько сотен земных радиусов, образуя так называемый «хвост».

Магнитное поле межзвездной среды, создаваемое солнечным ветром, примерно в 100 тысяч раз слабее магнитного поля нашей планеты и вытянуто вдоль спиральных рукавов. Магнитосфера всех тел в Солнечной системе определяется давлением солнечного ветра, а также собственными характеристиками конкретного небесного тела. Например, Юпитер быстро вращается, поэтому находящийся в его недрах хороший проводник — металлический водород — создает мощное магнитное поле, напряженность которого у поверхности планеты в двадцать раз больше, чем напряженность магнитного поля у поверхности Земли.

Насколько полезной была для вас статья?

ПОСТОЯННЫЕ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ

ПОСТОЯННЫЕ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ. Источниками постоянных магнитных полей (ПМП) на рабочих местах являются постоянные магниты, электромагниты, сильноточные системы постоянного тока (линии передачи постоянного тока, электролитные ванны и др. электротехнические устройства). Постоянные магниты и электромагниты широко используются в приборостроении, в магнитных шайбах подъемных кранов и др. фиксирующих устройствах, в магнитных сепараторах, устройствах для магнитной обработки воды, магнитогидродинамических генераторах (МГД), установках ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), а также в физиотерапевтической практике.

Основные физические параметры, характеризующие ПМП:

напряженность поля (Н, ампер на метр, А/м);

магнитный поток (Ф, вебер, Вб);

магнитная индукция (или плотность магнитного потока, В, тесла, Тл).

По материалам ВОЗ уровни ПМП в местах нахождения персонала, обслуживающего МГД-генераторы, термоядерные устройства, достигают 50 мТл. В применяемых в медицине установках магнитного резонанса пациенты подвергаются воздействию ПМП до 2 Тл и более. Высокие уровни (10—100 мТл) создаются в салонах транспортных средств на магнитной подушке. Средние уровни ПМП в рабочей зоне операторов в электролитических процессах составляют 5—10 мТл. Уровни ПМП под высоковольтными линиями передачи постоянного тока — порядка 20 мкТл.

Биологическое действие ПМП. Наиболее чувствительными к воздействию ПМП являются системы, выполняющие регуляторные функции (нервная, сердечно-сосудистая, нейроэндокринная и др.) в организме человека. Описаны изменения в состоянии здоровья у работающих с источниками ПМП, которые наиболее часто проявляются в форме вегетодистоний, астеновегетативного и периферического вазовегетативного синдромов или их сочетания. Кровь достаточно устойчива к воздействию ПМП. Отмечается лишь тенденция к снижению количества эритроцитов и содержания гемоглобина, а также умеренный лейко- и лимфоцитоз. Периферический вазовегетативный синдром (или вегетативно-сенситивный полиневрит) характеризуется вегетативными, сенситивными расстройствами в дистальном отделе рук, изредка сопровождающимися легкими двигательными и рефлекторными нарушениями.

Нормирование ПМП. В соответствии с нормативным документом «Предельно допустимые уровни воздействия постоянных магнитных полей при работе с магнитными устройствами и магнитными материалами» № 1742-77, утвержденным и введенным в действие в 1977 г., напряженность ПМП на рабочих местах не должна превышать 8 кА/м, что соответствует 0,01 Тл (10 мТл), при различных условиях воздействия ПМП на организм человека (непрерывном, периодическом). В 1991 г. Международным комитетом по неионизирующим излучениям при Международной ассоциации радиационной защиты в качестве ПДУ рекомендованы следующие уровни ПМП:

2,0 Тл (кратковременное воздействие на тело);

5,0 Тл (кратковременное воздействие на руки);

0,01 Тл (непрерывная экспозиция).

Контроль ПМП на рабочих местах осуществляется в порядке предупредительного и текущего санитарного надзора путем измерения напряженности поля и магнитной индукции (плотности магнитного потока). Измерения проводят на постоянных рабочих местах возможного нахождения персонала. В случае отсутствия постоянного рабочего места в пределах рабочей зоны выбирается несколько точек, расположенных на различных расстояниях от источника. При выполнении ручных операций в зоне действия ПМП и при работах с намагниченными материалами (порошками) и постоянными магнитами, когда контакт с ПМП ограничен локальным воздействием (кисти рук, плечевой пояс), измерения следует проводить на уровне конечных фаланг пальцев кистей, середины предплечья, середины плеча.

Измерения магнитной индукции постоянных магнитов проводят путем непосредственного контакта датчика прибора с поверхностью магнита. В гигиенической практике используются приборы, основанные на законах индукции, эффекте Холла. Флюксметры (веберметры) или баллистические гальванометры непосредственно измеряют изменения магнитного потока, который замыкается на калиброванной измерительной катушке; наиболее часто используются баллистические гальванометры типа М-197/1 и М-197/2, флюксметры типа М-119 и М-119т, тесламетры.

Могут использоваться эрстедметры для измерений напряженности ПМП по степени отклонения намагниченной стрелки, т. е. по величине момента сил, поворачивающих стрелку в определенной точке пространства.

Участки производственной зоны с уровнями, превышающими ПДУ, следует обозначать специальными предупреждающими знаками с дополнительной поясняющей надписью «Осторожно! Магнитное поле!». Необходимо уменьшать воздействие ПМП на работников путем выбора рационального режима труда и отдыха, сокращения времени нахождения в условиях действия ПМП, определения маршрута, ограничивающего контакт с ПМП в рабочей зоне.

Профилактика воздействия ПМП. При проведении ремонтных работ систем шинопроводов следует предусматривать шунтирование. Лица, обслуживающие технологические установки постоянного тока, системы шинопроводов или контактирующие с источниками ПМП, должны проходить предварительный и периодические медицинские осмотры в установленном порядке.

На предприятиях электронной промышленности при сборке полупроводниковых приборов используют сквозные технологические кассеты, ограничивающие контакт кистей рук с ПМП. На предприятиях по производству постоянных магнитов автоматизируют процесс измерения магнитных параметров изделий посредством устройств, исключающих контакт с ПМП. Целесообразно применение дистанционных приспособлений (щипцы из немагнитных материалов, пинцеты, захваты), которые предупреждают возможность локального действия ПМП на работника. Должны применяться блокирующие устройства, отключающие электромагнитную установку при попадании кистей рук в зону действия ПМП.

Российская энциклопедия по охране труда. — М.: НЦ ЭНАС . Под ред. В. К. Варова, И. А. Воробьева, А. Ф. Зубкова, Н. Ф. Измерова . 2007 .

Все, что вам нужно знать о постоянном магнитном поле: основные принципы и применение

В этой статье мы рассмотрим основные свойства и применения постоянного магнитного поля, его взаимодействие с постоянными магнитами и проводниками с постоянным током.

Все, что вам нужно знать о постоянном магнитном поле: основные принципы и применение обновлено: 30 августа, 2023 автором: Научные Статьи.Ру

Помощь в написании работы

Введение

В физике существует множество различных полей, которые оказывают влияние на окружающую среду и взаимодействуют с другими объектами. Одним из таких полей является магнитное поле. Магнитное поле возникает вокруг постоянных магнитов и проводников с постоянным током. В этой лекции мы рассмотрим основные свойства и применения постоянного магнитного поля.

Нужна помощь в написании работы?

Мы — биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Определение постоянного магнитного поля

Постоянное магнитное поле – это область пространства, в которой существует постоянная магнитная сила, действующая на другие магнитные или магнито-чувствительные объекты. Оно создается постоянными магнитами или постоянным электрическим током.

Магнитное поле можно представить себе как невидимую силовую сетку, заполняющую пространство вокруг магнита или проводника с постоянным током. Эта сетка состоит из магнитных силовых линий, которые показывают направление и силу магнитного поля.

Магнитные силовые линии имеют свойства, которые помогают нам понять и описать магнитное поле. Они всегда образуют замкнутые петли, не пересекаются и направлены от северного полюса магнита к южному полюсу. Чем плотнее силовые линии расположены друг к другу, тем сильнее магнитное поле.

Магнитные поля и магнитные силовые линии

Магнитные поля и магнитные силовые линии – это основные понятия, которые помогают нам понять и описать магнитное поле.

Магнитное поле – это область пространства, в которой существует магнитная сила, действующая на другие магнитные или магнито-чувствительные объекты. Оно создается постоянными магнитами или постоянным электрическим током.

Магнитные силовые линии – это линии, которые показывают направление и силу магнитного поля. Они представляют собой невидимую силовую сетку, заполняющую пространство вокруг магнита или проводника с постоянным током.

Магнитные силовые линии всегда образуют замкнутые петли, не пересекаются и направлены от северного полюса магнита к южному полюсу. Это означает, что магнитные силовые линии выходят из северного полюса магнита, проходят через окружность вокруг него и входят в южный полюс.

Чем плотнее силовые линии расположены друг к другу, тем сильнее магнитное поле. Если силовые линии близко расположены друг к другу, это означает, что магнитное поле в этой области очень сильное. Если силовые линии далеко друг от друга, это означает, что магнитное поле в этой области слабое.

Магнитные силовые линии также помогают нам представить и визуализировать магнитное поле. Мы можем нарисовать силовые линии вокруг магнита или проводника с постоянным током, чтобы увидеть, как они расположены и как они взаимодействуют с другими объектами.

Магнитные поля вокруг постоянных магнитов

Постоянные магниты – это объекты, которые обладают постоянным магнитным полем. Они имеют два полюса: северный и южный. Магнитное поле вокруг постоянного магнита создается движением электронов в его атомах.

Магнитное поле вокруг постоянного магнита распространяется в пространстве и может взаимодействовать с другими магнитными или магнито-чувствительными объектами.

Магнитное поле вокруг постоянного магнита можно представить с помощью магнитных силовых линий. Силовые линии выходят из северного полюса магнита, проходят через окружность вокруг него и входят в южный полюс. Они образуют замкнутые петли и не пересекаются.

Магнитное поле вокруг постоянного магнита является векторным полем, что означает, что оно имеет направление и силу. Направление магнитного поля указывает от северного полюса к южному полюсу магнита.

Сила магнитного поля зависит от силы магнита. Чем сильнее магнит, тем сильнее его магнитное поле. Сила магнитного поля также зависит от расстояния от магнита. Чем ближе объект к магниту, тем сильнее магнитное поле на него действует.

Магнитное поле вокруг постоянного магнита может влиять на другие магниты или магнито-чувствительные объекты. Оно может притягивать или отталкивать другие магниты в зависимости от их полюсов. Магнитное поле также может влиять на движущиеся заряды, вызывая электромагнитную индукцию.

Магнитные поля вокруг проводников с постоянным током

Когда электрический ток протекает через проводник, вокруг него возникает магнитное поле. Это явление называется электромагнитной индукцией. Магнитное поле вокруг проводника с постоянным током можно описать с помощью правила левой руки.

Правило левой руки гласит, что если вы вытягиваете левую руку, так чтобы большой палец указывал в направлении тока, то остальные пальцы будут указывать направление магнитного поля вокруг проводника.

Магнитное поле вокруг проводника с постоянным током образует круговые линии, которые перпендикулярны к проводнику. Направление магнитного поля зависит от направления тока в проводнике.

Сила магнитного поля зависит от силы тока в проводнике. Чем сильнее ток, тем сильнее магнитное поле. Сила магнитного поля также зависит от расстояния от проводника. Чем ближе объект к проводнику, тем сильнее магнитное поле на него действует.

Магнитное поле вокруг проводника с постоянным током может влиять на другие магниты или магнито-чувствительные объекты. Оно может притягивать или отталкивать другие магниты в зависимости от их полюсов. Магнитное поле также может влиять на движущиеся заряды, вызывая электромагнитную индукцию.

Свойства постоянного магнитного поля

Постоянное магнитное поле обладает несколькими важными свойствами:

Магнитные полюса

Постоянный магнит имеет два полюса – северный (N) и южный (S). Магнитные полюса притягиваются друг к другу, если они разных знаков (северный полюс притягивает южный полюс и наоборот), и отталкиваются, если они одинаковых знаков (северный полюс отталкивает северный полюс и наоборот).

Магнитные силовые линии

Магнитное поле вокруг постоянного магнита представляет собой систему магнитных силовых линий. Магнитные силовые линии являются замкнутыми кривыми, которые выходят из северного полюса и входят в южный полюс. Они располагаются параллельно друг другу и показывают направление магнитного поля.

Магнитное поле внутри магнита

Внутри постоянного магнита магнитное поле распределено равномерно. Линии магнитного поля идут от северного полюса к южному полюсу внутри магнита. Это означает, что внутри магнита нет магнитных полюсов.

Магнитное поле вокруг магнита

Вокруг постоянного магнита магнитное поле распространяется в пространстве. Линии магнитного поля выходят из северного полюса и входят в южный полюс, образуя замкнутые кривые. Магнитное поле слабеет с увеличением расстояния от магнита.

Взаимодействие с другими магнитами и проводниками

Постоянный магнит может взаимодействовать с другими магнитами и проводниками с током. Если магнит приближается к другому магниту или проводнику с током, то возникает сила взаимодействия. Это взаимодействие может приводить к притяжению или отталкиванию магнитов, а также к возникновению электромагнитной индукции в проводнике.

Эти свойства постоянного магнитного поля играют важную роль в различных приложениях, таких как электромагнетизм, электромеханика, медицина и другие области науки и техники.

Применения постоянного магнитного поля

Постоянное магнитное поле имеет широкий спектр применений в различных областях науки и техники. Ниже приведены некоторые из них:

Электромагнетизм

Постоянные магниты используются в различных устройствах, связанных с электромагнетизмом. Например, они используются в генераторах и электродвигателях для создания постоянного магнитного поля, которое взаимодействует с электрическим током и приводит к движению. Также постоянные магниты используются в динамо и магнитофонах для преобразования энергии механического движения в электрическую энергию.

Медицина

Постоянные магниты применяются в медицине для различных целей. Например, они используются в магнитно-резонансной томографии (МРТ) для создания сильного магнитного поля, которое взаимодействует с атомами водорода в организме пациента и позволяет получить детальные изображения внутренних органов и тканей. Также постоянные магниты используются в магнитотерапии для лечения различных заболеваний и реабилитации после травм.

Электроника

Постоянные магниты широко применяются в электронике. Они используются в динамике и микрофонах для преобразования электрического сигнала в звуковые волны и наоборот. Также постоянные магниты используются в различных устройствах хранения информации, таких как жесткие диски и магнитные полосы, для записи и чтения данных.

Магнитные сепараторы

Постоянные магниты используются в магнитных сепараторах для разделения металлических и неметаллических материалов. Например, они могут использоваться для извлечения металлических частиц из сырья или для удаления металлических загрязнений из продуктов питания.

Компасы

Постоянные магниты используются в компасах для определения направления магнитного поля Земли. Компасы широко используются в навигации, ориентировании и картографии.

Это лишь некоторые из применений постоянного магнитного поля. Благодаря своим уникальным свойствам, постоянные магниты находят применение во многих других областях, таких как энергетика, автомобильная промышленность, электроника и многое другое.

Таблица сравнения постоянного магнитного поля

Свойство Определение Пример
Магнитное поле Область пространства, где действуют магнитные силы Магнитное поле вокруг постоянного магнита
Магнитные силовые линии Линии, которые показывают направление и силу магнитного поля Силовые линии вокруг постоянного магнита
Постоянный магнит Магнит, который сохраняет свои магнитные свойства в течение длительного времени Магнитная игла компаса
Магнитное поле вокруг постоянного магнита Магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом Магнитное поле вокруг штангенциркуля
Магнитное поле вокруг проводника с постоянным током Магнитное поле, создаваемое электрическим током, протекающим через проводник Магнитное поле вокруг провода с постоянным током
Применения постоянного магнитного поля Использование магнитного поля в различных технологиях и устройствах Магниты в динамо и электромоторах

Заключение

В этой лекции мы рассмотрели основные понятия и свойства постоянного магнитного поля. Мы узнали, что магнитные поля возникают вокруг постоянных магнитов и проводников с постоянным током. Магнитные силовые линии помогают нам визуализировать и понять направление и силу магнитного поля. Мы также обсудили некоторые применения постоянного магнитного поля, такие как использование магнитов в электромагнитах и магнитных датчиках. Постоянное магнитное поле играет важную роль в нашей повседневной жизни и в различных технологиях.

Все, что вам нужно знать о постоянном магнитном поле: основные принципы и применение обновлено: 30 августа, 2023 автором: Научные Статьи.Ру

Похожие публикации:
  1. Как работает кнопка включения
  2. Как сохранить плейлист в ютубе
  3. Какую букву распознает программа в этой кляксе
  4. Что такое нкл в физике

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *