Das Magnetfeld wirft beim Menschen seit langem viele Fragen auf, ist aber auch heute noch ein wenig bekanntes Phänomen. Viele Wissenschaftler versuchten, seine Eigenschaften und Eigenschaften zu untersuchen, da die Vorteile und das Potenzial der Nutzung des Feldes unbestreitbare Tatsachen waren.

Nehmen wir alles in Ordnung. Wie wirkt und bildet sich also ein Magnetfeld? Richtig, elektrischer Strom. Und der Strom ist laut Lehrbüchern der Physik ein Strom geladener Teilchen mit einer Richtung, nicht wahr? Wenn also ein Strom durch einen Leiter fließt, beginnt eine bestimmte Art von Materie um ihn herum zu wirken - ein Magnetfeld. Das Magnetfeld kann durch den Strom geladener Teilchen oder durch die magnetischen Momente von Elektronen in Atomen erzeugt werden. Nun, dieses Feld und die Materie haben Energie, wir sehen sie in elektromagnetischen Kräften, die den Strom und seine Ladungen beeinflussen können. Das Magnetfeld beginnt, auf den Fluss geladener Teilchen einzuwirken, und sie ändern die anfängliche Bewegungsrichtung senkrecht zum Feld selbst.

Ein anderes Magnetfeld kann als elektrodynamisch bezeichnet werden, da es in der Nähe von sich bewegenden Teilchen gebildet wird und nur sich bewegende Teilchen beeinflusst. Nun, es ist dynamisch aufgrund der Tatsache, dass es eine spezielle Struktur in rotierenden Bionen in einer Region des Weltraums hat. Eine gewöhnliche elektrische bewegliche Ladung kann sie zum Rotieren und Bewegen bringen. Bions übertragen alle möglichen Interaktionen in dieser Region des Weltraums. Daher zieht die sich bewegende Ladung einen Pol aller Bionen an und bringt sie zum Rotieren. Nur er kann sie aus der Ruhe bringen, sonst nichts, denn andere Kräfte werden sie nicht beeinflussen können.

In einem elektrischen Feld befinden sich geladene Teilchen, die sich sehr schnell bewegen und in nur einer Sekunde 300.000 km zurücklegen können. Licht hat die gleiche Geschwindigkeit. Ohne elektrische Ladung gibt es kein Magnetfeld. Das bedeutet, dass die Teilchen unglaublich eng miteinander verwandt sind und in einem gemeinsamen elektromagnetischen Feld existieren. Das heißt, wenn es irgendwelche Änderungen im Magnetfeld gibt, dann wird es auch Änderungen im elektrischen Feld geben. Dieses Gesetz wird auch umgekehrt.

Wir reden hier viel über das Magnetfeld, aber wie kann man sich das vorstellen? Wir können es mit unserem menschlichen bloßen Auge nicht sehen. Außerdem haben wir aufgrund der unglaublich schnellen Ausbreitung des Feldes keine Zeit, es mit Hilfe verschiedener Geräte zu beheben. Aber um etwas zu studieren, muss man zumindest eine Ahnung davon haben. Auch ist es oft notwendig, das Magnetfeld in Diagrammen darzustellen. Zur besseren Verständlichkeit werden bedingte Feldlinien gezeichnet. Woher haben sie sie? Sie wurden aus einem bestimmten Grund erfunden.

Versuchen wir, das Magnetfeld mit Hilfe von kleinen Metallspänen und einem gewöhnlichen Magneten zu sehen. Wir werden diese Sägespäne auf eine ebene Fläche gießen und sie in die Wirkung eines Magnetfelds einbringen. Dann werden wir sehen, dass sie sich in einem Muster oder Muster bewegen, drehen und ausrichten. Das resultierende Bild zeigt die ungefähre Wirkung von Kräften in einem Magnetfeld. Alle Kräfte und dementsprechend Kraftlinien sind an dieser Stelle durchgehend und geschlossen.

Die Magnetnadel hat ähnliche Eigenschaften und Eigenschaften wie ein Kompass und dient zur Richtungsbestimmung der Kraftlinien. Fällt er in die Wirkungszone eines Magnetfeldes, können wir an seinem Nordpol die Wirkungsrichtung der Kräfte ablesen. Dann wollen wir hier einige Schlussfolgerungen herausgreifen: Die Spitze eines gewöhnlichen Permanentmagneten, von der die Kraftlinien ausgehen, wird mit dem Nordpol des Magneten bezeichnet. Während der Südpol den Punkt bezeichnet, an dem die Kräfte geschlossen sind. Nun, die Kraftlinien innerhalb des Magneten sind im Diagramm nicht hervorgehoben.

Das magnetische Feld, seine Eigenschaften und Eigenschaften werden sehr häufig verwendet, da es bei vielen Problemen berücksichtigt und untersucht werden muss. Dies ist das wichtigste Phänomen in der Wissenschaft der Physik. Komplexere Dinge sind untrennbar damit verbunden, wie magnetische Permeabilität und Induktion. Um alle Gründe für das Auftreten eines Magnetfelds zu erklären, muss man sich auf echte wissenschaftliche Fakten und Bestätigungen verlassen. Andernfalls kann bei komplexeren Problemen der falsche Ansatz die Integrität der Theorie verletzen.

Lassen Sie uns nun Beispiele geben. Wir alle kennen unseren Planeten. Sie sagen, dass es kein Magnetfeld hat? Sie mögen Recht haben, aber Wissenschaftler sagen, dass die Prozesse und Wechselwirkungen im Inneren des Erdkerns ein riesiges Magnetfeld erzeugen, das sich über Tausende von Kilometern erstreckt. Aber jedes Magnetfeld muss seine Pole haben. Und es gibt sie, nur etwas entfernt vom geografischen Pol. Wie fühlen wir es? Vögel haben zum Beispiel Navigationsfähigkeiten entwickelt und orientieren sich insbesondere am Magnetfeld. So kommen die Gänse mit seiner Hilfe wohlbehalten in Lappland an. Auch spezielle Navigationsgeräte nutzen dieses Phänomen.

EIN MAGNETFELD

Das Magnetfeld ist eine besondere Art von Materie, unsichtbar und nicht greifbar für den Menschen,
unabhängig von unserem Bewusstsein existieren.
Schon in der Antike vermuteten Wissenschaftler und Denker, dass etwas um den Magneten herum existiert.

Magnetnadel.

Eine Magnetnadel ist ein Gerät, das zur Untersuchung der magnetischen Wirkung eines elektrischen Stroms erforderlich ist.
Es ist ein kleiner Magnet, der an der Nadelspitze angebracht ist, hat zwei Pole: Nord und Süd.Die Magnetnadel kann sich frei auf der Nadelspitze drehen.
Das Nordende der Magnetnadel zeigt immer nach Norden.
Die Linie, die die Pole der Magnetnadel verbindet, wird als Achse der Magnetnadel bezeichnet.
Eine ähnliche Magnetnadel steckt in jedem Kompass - ein Gerät zum Orientierungslauf am Boden.

Wo entsteht das Magnetfeld?

Oersteds Experiment (1820) - zeigt, wie ein Leiter mit Strom und eine Magnetnadel interagieren.

Beim Schließen des Stromkreises weicht die Magnetnadel von ihrer Ausgangslage ab, beim Öffnen des Stromkreises kehrt die Magnetnadel in ihre Ausgangslage zurück.

Im Raum um einen stromdurchflossenen Leiter (und im Allgemeinen um jede bewegte elektrische Ladung) entsteht ein Magnetfeld.
Die magnetischen Kräfte dieses Feldes wirken auf die Nadel und drehen sie.

Generell kann man sagen
dass um bewegte elektrische Ladungen ein Magnetfeld entsteht.
Elektrischer Strom und Magnetfeld sind untrennbar miteinander verbunden.

INTERESSANT WAS...

Viele Himmelskörper – Planeten und Sterne – haben ihre eigenen Magnetfelder.
Unsere nächsten Nachbarn - Mond, Venus und Mars - haben jedoch kein Magnetfeld,
ähnlich der Erde.
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Gilbert entdeckte, dass, wenn ein Stück Eisen in die Nähe eines Magnetpols gebracht wird, der andere Pol beginnt, sich stärker anzuziehen. Diese Idee wurde erst 250 Jahre nach Hilberts Tod patentiert.

In der ersten Hälfte der 90er Jahre, als neue georgische Münzen auftauchten - Lari,
lokale Taschendiebe haben Magnete,
da Das Metall, aus dem diese Münzen hergestellt wurden, wurde von einem Magneten stark angezogen!

Wenn Sie einen Dollarschein um die Ecke nehmen und zu einem starken Magneten bringen
(z. B. Hufeisen), die ein ungleichmäßiges Magnetfeld erzeugen, ein Stück Papier
zu einem der Pole abweichen. Es stellt sich heraus, dass die Farbe des Dollarscheins Eisensalze enthält,
mit magnetischen Eigenschaften, so dass der Dollar von einem der Pole des Magneten angezogen wird.

Bringt man einen großen Magneten an die Wasserwaage des Zimmermanns, bewegt sich die Blase.
Tatsache ist, dass die Wasserwaage mit einer diamagnetischen Flüssigkeit gefüllt ist. Wenn eine solche Flüssigkeit in ein Magnetfeld gebracht wird, wird darin ein Magnetfeld der entgegengesetzten Richtung erzeugt und aus dem Feld gedrückt. Daher nähert sich die Blase in der Flüssigkeit dem Magneten.

DAS SOLLTEN SIE WISSEN!

Der Organisator des Magnetkompass-Geschäfts in der russischen Marine war ein bekannter Abweichler-Wissenschaftler,
Kapitän des 1. Ranges, Autor wissenschaftlicher Arbeiten zur Theorie des Kompasses I.P. Belavan.
Teilnehmer einer Weltumsegelung auf der Fregatte „Pallada“ und Teilnehmer am Krimkrieg 1853-56. er war der erste auf der Welt, der ein Schiff entmagnetisierte (1863)
und löste das Problem der Installation von Kompassen in einem eisernen U-Boot.
1865 wurde er zum Leiter der ersten Kompasswarte des Landes in Kronstadt ernannt.

Um zu verstehen, was eine Eigenschaft eines Magnetfelds ist, sollten viele Phänomene definiert werden. Gleichzeitig müssen Sie sich im Voraus merken, wie und warum es angezeigt wird. Finden Sie heraus, was die Leistungscharakteristik eines Magnetfelds ist. Wichtig ist auch, dass ein solches Feld nicht nur in Magneten auftreten kann. In diesem Zusammenhang schadet es nicht, die Eigenschaften des Erdmagnetfelds zu erwähnen.

Entstehung des Feldes

Zunächst ist es notwendig, das Aussehen des Feldes zu beschreiben. Danach können Sie das Magnetfeld und seine Eigenschaften beschreiben. Es erscheint während der Bewegung geladener Teilchen. Kann besonders leitfähige Leiter angreifen. Die Wechselwirkung zwischen einem Magnetfeld und sich bewegenden Ladungen oder Leitern, durch die Strom fließt, erfolgt aufgrund von Kräften, die als elektromagnetisch bezeichnet werden.

Mittels magnetischer Induktion wird der Intensitäts- bzw. Leistungsverlauf des Magnetfeldes an einem bestimmten Raumpunkt bestimmt. Letzteres wird mit dem Symbol B bezeichnet.

Grafische Darstellung des Feldes

Das Magnetfeld und seine Eigenschaften lassen sich mit Induktionslinien grafisch darstellen. Diese Definition wird als Linien bezeichnet, deren Tangenten an jedem Punkt mit der Richtung des Vektors y der magnetischen Induktion zusammenfallen.

Diese Linien sind in den Eigenschaften des Magnetfelds enthalten und werden verwendet, um seine Richtung und Intensität zu bestimmen. Je höher die Intensität des Magnetfelds, desto mehr Datenleitungen werden gezogen.

Was sind magnetische linien

Die Magnetlinien gerader Leiter mit Strom haben die Form eines konzentrischen Kreises, dessen Mittelpunkt auf der Achse dieses Leiters liegt. Die Richtung der Magnetlinien in der Nähe der Leiter mit Strom wird durch die Regel des Gimlets bestimmt, die so klingt: Wenn der Gimlet so angeordnet ist, dass er in Stromrichtung in den Leiter geschraubt wird, dann in Richtung von Die Drehung des Griffs entspricht der Richtung der Magnetlinien.

Für eine Spule mit Strom wird die Richtung des Magnetfelds auch durch die Gimlet-Regel bestimmt. Es ist auch erforderlich, den Griff in Richtung des Stroms in den Windungen des Solenoids zu drehen. Die Richtung der magnetischen Induktionslinien entspricht der Richtung der Translationsbewegung des Bohrers.

Es ist das Hauptmerkmal des Magnetfelds.

Das von einem Strom erzeugte Feld wird unter gleichen Bedingungen in verschiedenen Medien aufgrund der unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften dieser Substanzen in seiner Intensität unterschiedlich sein. Die magnetischen Eigenschaften des Mediums sind durch absolute magnetische Permeabilität gekennzeichnet. Sie wird in Henry pro Meter (g/m) gemessen.

Die Eigenschaft des Magnetfelds umfasst die absolute magnetische Permeabilität des Vakuums, die magnetische Konstante genannt wird. Der Wert, der bestimmt, wie oft die absolute magnetische Permeabilität des Mediums von der Konstanten abweicht, wird als relative magnetische Permeabilität bezeichnet.

Magnetische Permeabilität von Substanzen

Dies ist eine dimensionslose Größe. Substanzen mit einem Permeabilitätswert von weniger als eins werden als diamagnetisch bezeichnet. In diesen Substanzen ist das Feld schwächer als im Vakuum. Diese Eigenschaften sind in Wasserstoff, Wasser, Quarz, Silber usw. vorhanden.

Medien mit einer magnetischen Permeabilität größer als Eins werden als paramagnetisch bezeichnet. In diesen Substanzen ist das Feld stärker als im Vakuum. Zu diesen Medien und Stoffen gehören Luft, Aluminium, Sauerstoff, Platin.

Bei paramagnetischen und diamagnetischen Substanzen hängt der Wert der magnetischen Permeabilität nicht von der Spannung des äußeren, magnetisierenden Feldes ab. Das bedeutet, dass der Wert für einen bestimmten Stoff konstant ist.

Ferromagnete gehören zu einer besonderen Gruppe. Für diese Substanzen erreicht die magnetische Permeabilität mehrere tausend oder mehr. Diese Stoffe, die die Eigenschaft haben, magnetisiert zu werden und das Magnetfeld zu verstärken, finden in der Elektrotechnik breite Anwendung.

Feldstärke

Um die Eigenschaften des Magnetfelds zu bestimmen, kann zusammen mit dem magnetischen Induktionsvektor ein Wert verwendet werden, der als magnetische Feldstärke bezeichnet wird. Dieser Begriff definiert die Intensität des äußeren Magnetfeldes. Die Richtung des Magnetfeldes in einem Medium mit gleichen Eigenschaften in allen Richtungen, der Intensitätsvektor wird mit dem magnetischen Induktionsvektor am Feldpunkt zusammenfallen.

Die Stärken von Ferromagneten erklären sich aus dem Vorhandensein von willkürlich magnetisierten Kleinteilen, die als kleine Magnete dargestellt werden können.

In Abwesenheit eines Magnetfelds hat eine ferromagnetische Substanz möglicherweise keine ausgeprägten magnetischen Eigenschaften, da die Domänenfelder unterschiedliche Orientierungen annehmen und ihr Gesamtmagnetfeld Null ist.

Wenn ein Ferromagnet gemäß der Haupteigenschaft des Magnetfelds in ein äußeres Magnetfeld gebracht wird, beispielsweise in eine Spule mit Strom, drehen sich die Domänen unter dem Einfluss des äußeren Felds in Richtung des äußeren Felds . Außerdem nimmt das Magnetfeld an der Spule zu und die magnetische Induktion nimmt zu. Ist das äußere Feld ausreichend schwach, dann kippt nur ein Teil aller Domänen um, deren Magnetfelder sich der Richtung des äußeren Feldes annähern. Mit zunehmender Stärke des äußeren Feldes nimmt die Anzahl der gedrehten Domänen zu, und bei einem bestimmten Wert der äußeren Feldspannung werden fast alle Teile gedreht, so dass die Magnetfelder in Richtung des äußeren Feldes liegen. Dieser Zustand wird als magnetische Sättigung bezeichnet.

Zusammenhang zwischen magnetischer Induktion und Intensität

Die Beziehung zwischen der magnetischen Induktion einer ferromagnetischen Substanz und der Stärke eines externen Feldes kann mithilfe eines Diagramms dargestellt werden, das als Magnetisierungskurve bezeichnet wird. Am Knick des Kurvendiagramms nimmt die Anstiegsrate der magnetischen Induktion ab. Nach einer Kurve, wo die Spannung einen bestimmten Wert erreicht, tritt eine Sättigung auf und die Kurve steigt leicht an und nimmt allmählich die Form einer geraden Linie an. In diesem Abschnitt wächst die Induktion noch, aber eher langsam und nur aufgrund einer Zunahme der Stärke des externen Feldes.

Die grafische Abhängigkeit dieser Indikatoren ist nicht direkt, was bedeutet, dass ihr Verhältnis nicht konstant ist und die magnetische Permeabilität des Materials kein konstanter Indikator ist, sondern vom externen Feld abhängt.

Änderungen der magnetischen Eigenschaften von Materialien

Bei einer Erhöhung der Stromstärke bis zur vollen Sättigung in einer Spule mit ferromagnetischem Kern und ihrer anschließenden Abnahme fällt die Magnetisierungskurve nicht mit der Entmagnetisierungskurve zusammen. Bei einer Intensität von Null hat die magnetische Induktion nicht den gleichen Wert, sondern erhält einen Indikator, der als magnetische Restinduktion bezeichnet wird. Die Situation mit dem Nacheilen der magnetischen Induktion von der Magnetisierungskraft wird als Hysterese bezeichnet.

Um den ferromagnetischen Kern in der Spule vollständig zu entmagnetisieren, muss ein Rückstrom angelegt werden, der die erforderliche Spannung erzeugt. Für unterschiedliche ferromagnetische Stoffe wird ein unterschiedlich langes Segment benötigt. Je größer es ist, desto mehr Energie wird zur Entmagnetisierung benötigt. Der Wert, bei dem das Material vollständig entmagnetisiert ist, wird als Koerzitivfeldstärke bezeichnet.

Bei einer weiteren Erhöhung des Stroms in der Spule steigt die Induktion wieder bis zum Sättigungsindex an, jedoch mit einer anderen Richtung der magnetischen Linien. Beim Entmagnetisieren in die entgegengesetzte Richtung wird eine Restinduktion erhalten. Das Phänomen des Restmagnetismus wird genutzt, um aus Stoffen mit hohem Restmagnetismus Permanentmagnete herzustellen. Aus remagnetisierbaren Stoffen werden Kerne für elektrische Maschinen und Geräte hergestellt.

Regel der linken Hand

Die auf einen Leiter mit Strom wirkende Kraft hat eine Richtung, die durch die Regel der linken Hand bestimmt wird: Wenn sich die Handfläche der jungfräulichen Hand so befindet, dass die magnetischen Linien in sie eintreten, und vier Finger in Richtung der verlängert werden Strom im Leiter, der gebogene Daumen zeigt die Kraftrichtung an. Diese Kraft steht senkrecht auf dem Induktionsvektor und dem Strom.

Ein stromdurchflossener Leiter, der sich in einem Magnetfeld bewegt, gilt als Prototyp eines Elektromotors, der elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt.

Regel der rechten Hand

Während der Bewegung des Leiters in einem Magnetfeld wird in ihm eine elektromotorische Kraft induziert, deren Wert proportional zur magnetischen Induktion, der Länge des betroffenen Leiters und der Geschwindigkeit seiner Bewegung ist. Diese Abhängigkeit wird elektromagnetische Induktion genannt. Bei der Bestimmung der Richtung der induzierten EMF im Leiter wird die Rechte-Hand-Regel verwendet: Wenn die rechte Hand genauso positioniert ist wie im Beispiel von links, treten die magnetischen Linien in die Handfläche ein und der Daumen gibt die Richtung an der Bewegung des Leiters zeigen die ausgestreckten Finger die Richtung der induzierten EMF an. Ein Leiter, der sich unter dem Einfluss einer äußeren mechanischen Kraft in einem magnetischen Fluss bewegt, ist das einfachste Beispiel eines elektrischen Generators, in dem mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt wird.

Es kann anders formuliert werden: In einem geschlossenen Stromkreis wird eine EMK induziert, bei jeder Änderung des von diesem Stromkreis abgedeckten Magnetflusses ist die EDE im Stromkreis numerisch gleich der Änderungsrate des Magnetflusses, der diesen Stromkreis überdeckt.

Dieses Formular liefert einen durchschnittlichen EMF-Indikator und zeigt die Abhängigkeit der EMF nicht vom magnetischen Fluss, sondern von der Änderungsrate.

Lenzsches Gesetz

Sie müssen sich auch an das Lenzsche Gesetz erinnern: Der Strom, der durch eine Änderung des Magnetfelds induziert wird, das durch den Stromkreis mit seinem Magnetfeld fließt, verhindert diese Änderung. Wenn die Windungen der Spule von Magnetflüssen unterschiedlicher Größe durchdrungen werden, ist die auf der gesamten Spule induzierte EMF gleich der Summe der EMF in verschiedenen Windungen. Die Summe der magnetischen Flüsse verschiedener Windungen der Spule wird als Flussverkettung bezeichnet. Die Maßeinheit dieser Größe sowie des magnetischen Flusses ist Weber.

Wenn sich der elektrische Strom im Stromkreis ändert, ändert sich auch der von ihm erzeugte magnetische Fluss. In diesem Fall wird gemäß dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion eine EMF im Inneren des Leiters induziert. Es tritt in Verbindung mit einer Stromänderung im Leiter auf, daher wird dieses Phänomen als Selbstinduktion bezeichnet, und die im Leiter induzierte EMF wird als Selbstinduktions-EMK bezeichnet.

Flussverknüpfung und magnetischer Fluss hängen nicht nur von der Stärke des Stroms ab, sondern auch von der Größe und Form eines bestimmten Leiters und der magnetischen Permeabilität der umgebenden Substanz.

Leiterinduktivität

Der Proportionalitätskoeffizient wird als Induktivität des Leiters bezeichnet. Es bezeichnet die Fähigkeit eines Leiters, eine Flussverbindung herzustellen, wenn Strom durch ihn fließt. Dies ist einer der Hauptparameter von elektrischen Schaltungen. Für bestimmte Schaltungen ist die Induktivität eine Konstante. Sie hängt von der Größe der Kontur, ihrer Konfiguration und der magnetischen Permeabilität des Mediums ab. In diesem Fall spielen die Stromstärke im Stromkreis und der magnetische Fluss keine Rolle.

Die obigen Definitionen und Phänomene liefern eine Erklärung dessen, was ein Magnetfeld ist. Es werden auch die Haupteigenschaften des Magnetfelds angegeben, mit deren Hilfe dieses Phänomen definiert werden kann.

Wir erinnern uns noch an das Magnetfeld aus der Schule, das ist es einfach, "taucht" in den Erinnerungen nicht aller auf. Lassen Sie uns auffrischen, was wir durchgemacht haben, und Ihnen vielleicht etwas Neues, Nützliches und Interessantes erzählen.

Bestimmung des Magnetfeldes

Ein Magnetfeld ist ein Kraftfeld, das auf bewegte elektrische Ladungen (Teilchen) wirkt. Aufgrund dieses Kraftfeldes werden Objekte voneinander angezogen. Es gibt zwei Arten von Magnetfeldern:

1. Gravitation - wird ausschließlich in der Nähe von Elementarteilchen gebildet und viruetsya in seiner Stärke basierend auf den Eigenschaften und der Struktur dieser Teilchen.
2. Dynamisch, erzeugt in Objekten mit bewegten elektrischen Ladungen (Stromübertrager, magnetisierte Substanzen).

Zum ersten Mal wurde die Bezeichnung des Magnetfelds 1845 von M. Faraday eingeführt, obwohl ihre Bedeutung etwas falsch war, da angenommen wurde, dass sowohl elektrische als auch magnetische Wirkungen und Wechselwirkungen auf demselben materiellen Feld beruhen. Später im Jahr 1873 „präsentierte“ D. Maxwell die Quantentheorie, in der diese Konzepte zu trennen begannen und das zuvor abgeleitete Kraftfeld das elektromagnetische Feld genannt wurde.

Wie entsteht ein Magnetfeld?

Die Magnetfelder verschiedener Objekte werden vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen und können nur von speziellen Sensoren behoben werden. Die Quelle für das Auftreten eines magnetischen Kraftfeldes im mikroskopischen Maßstab ist die Bewegung von magnetisierten (geladenen) Mikropartikeln, die sind:

• Ionen;
• Elektronen;
• Protonen.

Ihre Bewegung erfolgt aufgrund des magnetischen Spinmoments, das in jedem Mikropartikel vorhanden ist.

Magnetfeld, wo ist es zu finden?

Egal wie seltsam es klingen mag, aber fast alle Objekte um uns herum haben ihr eigenes Magnetfeld. Obwohl in der Vorstellung vieler nur ein Kieselstein namens Magnet ein Magnetfeld hat, das eiserne Gegenstände an sich zieht. Tatsächlich ist die Anziehungskraft in allen Objekten vorhanden, sie manifestiert sich nur in einer niedrigeren Valenz.

Es sollte auch klargestellt werden, dass das als magnetisches Kraftfeld bezeichnete Kraftfeld nur unter der Bedingung auftritt, dass sich elektrische Ladungen oder Körper bewegen.

Unbewegliche Ladungen haben ein elektrisches Kraftfeld (es kann auch in bewegten Ladungen vorhanden sein). Es stellt sich heraus, dass die Quellen des Magnetfelds sind:

• Permanentmagnete;
• Mobilfunkgebühren.

Magnetfeld und seine Eigenschaften

Vorlesungsplan:

Magnetfeld, seine Eigenschaften und Eigenschaften.

Ein Magnetfeld- die Existenzform der Materie, die bewegte elektrische Ladungen umgibt (Leiter mit Strom, Permanentmagnete).

Dieser Name rührt daher, dass er, wie der dänische Physiker Hans Oersted 1820 entdeckte, eine orientierende Wirkung auf die Magnetnadel hat. Oersteds Experiment: Eine Magnetnadel wurde unter einen stromführenden Draht gelegt und drehte sich auf einer Nadel. Als der Strom eingeschaltet wurde, wurde er senkrecht zum Draht installiert; Beim Ändern der Stromrichtung drehte er sich in die entgegengesetzte Richtung.

Die Haupteigenschaften des Magnetfelds:

erzeugt durch bewegte elektrische Ladungen, Leiter mit Strom, Permanentmagnete und ein elektrisches Wechselfeld;

wirkt mit Kraft auf bewegte elektrische Ladungen, Leiter mit Strom, magnetisierte Körper;

ein magnetisches Wechselfeld erzeugt ein elektrisches Wechselfeld.

Aus Oersteds Erfahrung folgt, dass das Magnetfeld gerichtet ist und eine Vektorkraftcharakteristik haben muss. Sie wird als magnetische Induktion bezeichnet und bezeichnet.

Das Magnetfeld wird grafisch durch magnetische Kraftlinien oder magnetische Induktionslinien dargestellt. Magnetkraft Linien werden Linien genannt, entlang derer sich in einem Magnetfeld Eisenspäne oder Achsen kleiner Magnetpfeile befinden. An jedem Punkt einer solchen Linie ist der Vektor tangential gerichtet.

Die Linien der magnetischen Induktion sind immer geschlossen, was auf das Fehlen magnetischer Ladungen in der Natur und die Wirbelnatur des Magnetfelds hinweist.

Herkömmlicherweise verlassen sie den Nordpol des Magneten und treten in den Süden ein. Die Dichte der Linien wird so gewählt, dass die Anzahl der Linien pro Flächeneinheit senkrecht zum Magnetfeld proportional zur Größe der magnetischen Induktion ist.

H

Magnetspule mit Strom

Die Richtung der Linien wird durch die Regel der rechten Schraube bestimmt. Solenoid - eine Spule mit Strom, deren Windungen nahe beieinander liegen und der Durchmesser der Windung viel geringer ist als die Länge der Spule.

Das Magnetfeld innerhalb des Solenoids ist gleichmäßig. Ein Magnetfeld heißt homogen, wenn der Vektor an jedem Punkt konstant ist.

Das Magnetfeld einer Magnetspule ähnelt dem Magnetfeld eines Stabmagneten.

Mit

Das Solenoid mit Strom ist ein Elektromagnet.

Die Erfahrung zeigt, dass sowohl für ein magnetisches Feld als auch für ein elektrisches Feld Prinzip der Superposition: Die Induktion des Magnetfelds, das von mehreren Strömen oder bewegten Ladungen erzeugt wird, ist gleich der Vektorsumme der Induktionen der Magnetfelder, die von jedem Strom oder jeder Ladung erzeugt werden:

Der Vektor wird auf eine von drei Arten eingegeben:

a) aus dem Ampèreschen Gesetz;

b) durch Einwirkung eines Magnetfelds auf eine Schleife mit Strom;

c) aus dem Ausdruck für die Lorentzkraft.

SONDERN mper hat experimentell festgestellt, dass die Kraft, mit der das Magnetfeld auf das in einem Magnetfeld befindliche Element des Leiters mit dem Strom I wirkt, direkt proportional zur Kraft ist

Strom I und dem Vektorprodukt aus Längenelement und magnetischer Induktion:

- Ampères Gesetz

H
Die Richtung des Vektors kann nach den allgemeinen Regeln des Vektorprodukts ermittelt werden, woraus die Regel der linken Hand folgt: Wenn die linke Handfläche so positioniert ist, dass die magnetischen Kraftlinien in sie eintreten, und 4 ausgestreckt Finger entlang der Strömung gerichtet, dann zeigt der gebogene Daumen die Richtung der Kraft an.

Die auf einen Draht endlicher Länge wirkende Kraft kann durch Integration über die gesamte Länge ermittelt werden.

Für I = const, B=const, F = BIlsin

Wenn  =90 0 , F = BIl

Magnetfeld Induktion- eine vektorielle physikalische Größe, die numerisch gleich der Kraft ist, die in einem einheitlichen Magnetfeld auf einen Leiter der Einheitslänge mit Einheitsstrom wirkt, der senkrecht zu den Magnetfeldlinien angeordnet ist.

1Tl ist die Induktion eines homogenen Magnetfeldes, bei dem eine Kraft von 1N auf einen 1m langen Leiter mit einem Strom von 1A wirkt, der senkrecht zu den Magnetfeldlinien steht.

Bisher haben wir Makroströme betrachtet, die in Leitern fließen. Nach der Annahme von Ampere gibt es jedoch in jedem Körper mikroskopisch kleine Ströme aufgrund der Bewegung von Elektronen in Atomen. Diese mikroskopisch kleinen Molekularströme erzeugen ihr eigenes Magnetfeld und können sich in den Feldern der Makroströme drehen, wodurch ein zusätzliches Magnetfeld im Körper entsteht. Der Vektor charakterisiert das resultierende Magnetfeld, das von allen Makro- und Mikroströmen erzeugt wird, d.h. für denselben Makrostrom hat der Vektor in verschiedenen Medien unterschiedliche Werte.

Das Magnetfeld von Makroströmen wird durch den magnetischen Intensitätsvektor beschrieben.

Für ein homogenes isotropes Medium

,

 0 \u003d 410 -7 H / m - magnetische Konstante,  0 \u003d 410 -7 N / A 2,

 - magnetische Permeabilität des Mediums, die zeigt, wie oft sich das Magnetfeld der Makroströme aufgrund des Feldes der Mikroströme des Mediums ändert.

magnetischer Fluss. Satz von Gauß für den magnetischen Fluss.

Vektorfluss(magnetischer Fluss) durch das Pad dS heißt ein skalarer Wert gleich

wo ist die Projektion auf die Richtung der Normalen zum Standort;

 - Winkel zwischen Vektoren und .

gerichtetes Flächenelement,

Der Vektorfluss ist eine algebraische Größe,

Wenn - beim Verlassen der Oberfläche;

Wenn - am Eingang zur Oberfläche.

Der Fluss des magnetischen Induktionsvektors durch eine beliebige Oberfläche S ist gleich

Für ein homogenes Magnetfeld = const,

1 Wb - magnetischer Fluss, der durch eine flache Oberfläche von 1 m 2 verläuft, die senkrecht zu einem gleichmäßigen Magnetfeld angeordnet ist, dessen Induktion 1 T entspricht.

Der magnetische Fluss durch die Oberfläche S ist numerisch gleich der Anzahl von Magnetfeldlinien, die die gegebene Oberfläche kreuzen.

Da die magnetischen Induktionslinien immer geschlossen sind, ist für eine geschlossene Oberfläche die Anzahl der Linien, die in die Oberfläche eintreten (Ф 0), daher ist der gesamte magnetische Induktionsfluss durch eine geschlossene Oberfläche Null.

- Satz von Gauß: Der Fluss des magnetischen Induktionsvektors durch jede geschlossene Oberfläche ist Null.

Dieser Satz ist ein mathematischer Ausdruck dafür, dass es in der Natur keine magnetischen Ladungen gibt, an denen die magnetischen Induktionslinien beginnen oder enden würden.

Biot-Savart-Laplace-Gesetz und seine Anwendung auf die Berechnung von Magnetfeldern.

Das Magnetfeld von Gleichströmen verschiedener Formen wurde von fr. Wissenschaftler Biot und Savart. Sie fanden heraus, dass in allen Fällen die magnetische Induktion an einem beliebigen Punkt proportional zur Stromstärke ist, von der Form, den Abmessungen des Leiters, der Lage dieses Punktes in Bezug auf den Leiter und vom Medium abhängt.

Die Ergebnisse dieser Experimente wurden von fr zusammengefasst. Mathematiker Laplace, der die Vektornatur der magnetischen Induktion berücksichtigte und die Hypothese aufstellte, dass die Induktion an jedem Punkt nach dem Superpositionsprinzip die Vektorsumme der Induktionen der elementaren Magnetfelder ist, die von jedem Abschnitt dieses Leiters erzeugt werden.

Laplace formulierte 1820 ein Gesetz, das als Biot-Savart-Laplace-Gesetz bezeichnet wurde: Jedes Element eines Leiters mit Strom erzeugt ein Magnetfeld, dessen Induktionsvektor an einem beliebigen Punkt K durch die Formel bestimmt wird:

- Biot-Savart-Laplace-Gesetz.

Aus dem Biot-Sovar-Laplace-Gesetz folgt, dass die Richtung des Vektors mit der Richtung des Kreuzprodukts zusammenfällt. Die gleiche Richtung ergibt sich aus der Regel der rechten Schraube (Gimlet).

Angesichts dessen,

Leiterelement gleichgerichtet mit Strom;

Radiusvektor, der mit Punkt K verbunden ist;

Das Biot-Savart-Laplace-Gesetz ist von praktischer Bedeutung, weil ermöglicht es Ihnen, an einem bestimmten Punkt im Raum die Induktion des Magnetfelds des Stroms zu finden, der durch den Leiter endlicher Größe und beliebiger Form fließt.

Für einen beliebigen Strom ist eine solche Berechnung ein komplexes mathematisches Problem. Besitzt die Stromverteilung jedoch eine gewisse Symmetrie, so ermöglicht die Anwendung des Superpositionsprinzips zusammen mit dem Biot-Savart-Laplace-Gesetz eine relativ einfache Berechnung spezifischer Magnetfelder.

Schauen wir uns einige Beispiele an.

A. Magnetfeld eines geradlinigen Leiters mit Strom.

für einen Leiter endlicher Länge:

für einen unendlich langen Leiter:  1 = 0,  2 = 

B. Magnetfeld im Zentrum des Kreisstroms:

=90 0 , sin=1,

Oersted fand 1820 experimentell heraus, dass die Zirkulation in einem geschlossenen Kreislauf, der ein System von Makroströmen umgibt, proportional zur algebraischen Summe dieser Ströme ist. Der Proportionalitätskoeffizient hängt von der Wahl des Einheitensystems ab und ist in SI gleich 1.

C
Die Zirkulation eines Vektors wird als Closed-Loop-Integral bezeichnet.

Diese Formel heißt Zirkulationssatz oder Gesamtstromgesetz:

Die Zirkulation des Magnetfeldstärkevektors entlang eines beliebigen geschlossenen Kreises ist gleich der algebraischen Summe der Makroströme (oder des Gesamtstroms), die von diesem Kreis abgedeckt werden. seine Eigenschaften In dem Raum, der Ströme und Permanentmagnete umgibt, gibt es eine Kraft Feld namens magnetisch. Verfügbarkeit magnetisch Felder auftaucht...

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