Veja também: Portal: Física

O campo magnético pode ser criado pela corrente de partículas carregadas e/ou pelos momentos magnéticos dos elétrons nos átomos (e pelos momentos magnéticos de outras partículas, embora em menor grau) (ímãs permanentes).

Além disso, aparece na presença de um campo elétrico variável no tempo.

A principal característica de potência do campo magnético é vetor de indução magnética (vetor de indução do campo magnético) . Do ponto de vista matemático, é um campo vetorial que define e especifica o conceito físico de um campo magnético. Freqüentemente, o vetor de indução magnética é chamado simplesmente de campo magnético por brevidade (embora este provavelmente não seja o uso mais estrito do termo).

Outra característica fundamental do campo magnético (indução magnética alternativa e intimamente relacionada a ele, praticamente igual a ele em valor físico) é potencial vetorial .

Um campo magnético pode ser chamado de um tipo especial de matéria, através do qual a interação é realizada entre partículas carregadas em movimento ou corpos que têm um momento magnético.

Os campos magnéticos são uma consequência necessária (no contexto) da existência de campos elétricos.

• Do ponto de vista da teoria quântica de campos, a interação magnética - como um caso especial de interação eletromagnética é transferida por um bóson fundamental sem massa - um fóton (uma partícula que pode ser representada como uma excitação quântica de um campo eletromagnético), muitas vezes (por exemplo, em todos os casos de campos estáticos) - virtual.

Fontes de campo magnético

O campo magnético é criado (gerado) pela corrente de partículas carregadas, ou pelo campo elétrico variável no tempo, ou pelos momentos magnéticos intrínsecos das partículas (este último, por uma questão de uniformidade da imagem, pode ser formalmente reduzido correntes elétricas).

Cálculo

Em casos simples, o campo magnético de um condutor de corrente (incluindo o caso de uma corrente distribuída arbitrariamente sobre volume ou espaço) pode ser encontrado a partir da lei de Biot-Savart-Laplace ou do teorema da circulação (também é a lei de Ampère). Em princípio, esse método é limitado ao caso (aproximação) da magnetostática - ou seja, o caso de campos magnéticos e elétricos constantes (se estamos falando de aplicabilidade estrita) ou de mudança lenta (se estamos falando de aplicação aproximada).

Em situações mais complexas, busca-se como solução para as equações de Maxwell.

Manifestação de um campo magnético

O campo magnético se manifesta no efeito sobre os momentos magnéticos de partículas e corpos, em partículas carregadas em movimento (ou condutores portadores de corrente). A força que atua sobre uma partícula eletricamente carregada movendo-se em um campo magnético é chamada de força de Lorentz, que é sempre direcionada perpendicularmente aos vetores. v e B. É proporcional à carga da partícula q, o componente de velocidade v, perpendicular à direção do vetor campo magnético B, e a magnitude da indução do campo magnético B. No sistema de unidades do SI, a força de Lorentz é expressa da seguinte forma:

no sistema de unidades CGS:

onde colchetes denotam o produto vetorial.

Além disso (devido à ação da força de Lorentz sobre as partículas carregadas que se movem ao longo do condutor), o campo magnético atua no condutor com a corrente. A força que atua em um condutor que transporta corrente é chamada de força ampere. Essa força é a soma das forças que atuam sobre cargas individuais que se movem dentro do condutor.

Interação de dois ímãs

Uma das manifestações mais comuns de um campo magnético na vida comum é a interação de dois ímãs: pólos idênticos se repelem, pólos opostos se atraem. Parece tentador descrever a interação entre ímãs como uma interação entre dois monopolos e, do ponto de vista formal, essa ideia é bastante realizável e muitas vezes muito conveniente e, portanto, praticamente útil (em cálculos); no entanto, uma análise detalhada mostra que esta não é de fato uma descrição completamente correta do fenômeno (a questão mais óbvia que não pode ser explicada no âmbito de tal modelo é a questão de por que os monopolos nunca podem ser separados, ou seja, por que o experimento mostra que não isolado o corpo não possui de fato uma carga magnética; além disso, o ponto fraco do modelo é que ele não é aplicável ao campo magnético criado por uma corrente macroscópica, o que significa que, se não for considerado como um técnica puramente formal, ela só leva a uma complicação da teoria em um sentido fundamental).

Seria mais correto dizer que um dipolo magnético colocado em um campo não homogêneo está sujeito a uma força que tende a girá-lo de modo que o momento magnético do dipolo seja co-dirigido com o campo magnético. Mas nenhum ímã experimenta uma força (total) de um campo magnético uniforme. Força agindo em um dipolo magnético com momento magnético mé expresso pela fórmula:

A força que atua em um ímã (que não é um dipolo de ponto único) a partir de um campo magnético não homogêneo pode ser determinada pela soma de todas as forças (definidas por esta fórmula) que atuam nos dipolos elementares que compõem o ímã.

No entanto, é possível uma abordagem que reduz a interação dos ímãs à força de Ampère, e a própria fórmula acima para a força que atua em um dipolo magnético também pode ser obtida com base na força de Ampère.

O fenômeno da indução eletromagnética

campo vetorial H medido em amperes por metro (A/m) no sistema SI e em oersteds no CGS. Oersteds e gausses são quantidades idênticas, sua separação é puramente terminológica.

Energia do campo magnético

O incremento na densidade de energia do campo magnético é:

H- Força do campo magnético, B- indução magnética

Na aproximação tensorial linear, a permeabilidade magnética é um tensor (nós o denotamos ) e a multiplicação de um vetor por ele é uma multiplicação tensorial (matriz):

ou em componentes.

A densidade de energia nesta aproximação é igual a:

- componentes do tensor de permeabilidade magnética, - tensor representado por uma matriz inversa à matriz do tensor de permeabilidade magnética, - constante magnética

Quando os eixos de coordenadas são escolhidos para coincidir com os eixos principais do tensor de permeabilidade magnética, as fórmulas nos componentes são simplificadas:

são as componentes diagonais do tensor de permeabilidade magnética em seus próprios eixos (as outras componentes nestas coordenadas especiais - e somente nelas! - são iguais a zero).

Em um ímã linear isotrópico:

- permeabilidade magnética relativa

No vácuo e:

A energia do campo magnético no indutor pode ser encontrada pela fórmula:

Ф - fluxo magnético, I - corrente, L - indutância de uma bobina ou bobina com corrente.

Propriedades magnéticas das substâncias

De um ponto de vista fundamental, como mencionado acima, um campo magnético pode ser criado (e, portanto - no contexto deste parágrafo - e enfraquecido ou reforçado) por um campo elétrico alternado, correntes elétricas na forma de fluxos de partículas carregadas ou momentos magnéticos das partículas.

A estrutura microscópica específica e as propriedades de várias substâncias (bem como suas misturas, ligas, estados de agregação, modificações cristalinas, etc.) (em particular, enfraquecendo ou amplificando em graus variados).

A este respeito, as substâncias (e meios em geral) em relação às suas propriedades magnéticas são divididas nos seguintes grupos principais:

• Antiferromagnetos são substâncias nas quais a ordem antiferromagnética dos momentos magnéticos de átomos ou íons é estabelecida: os momentos magnéticos das substâncias são direcionados opostamente e são iguais em força.
• Diamagnetos são substâncias que são magnetizadas contra a direção de um campo magnético externo.
• Paramagnetos são substâncias que são magnetizadas em um campo magnético externo na direção do campo magnético externo.
• Os ferroímãs são substâncias nas quais, abaixo de uma certa temperatura crítica (ponto de Curie), se estabelece uma ordem ferromagnética de momentos magnéticos de longo alcance.
• Ferrimagnets - materiais em que os momentos magnéticos da substância são direcionados opostamente e não são iguais em força.
• Os grupos de substâncias acima incluem principalmente substâncias sólidas comuns ou (para algumas) substâncias líquidas, bem como gases. A interação com o campo magnético de supercondutores e plasma difere significativamente.

Toki Foucault

Correntes de Foucault (correntes parasitas) - correntes elétricas fechadas em um condutor maciço decorrentes de uma mudança no fluxo magnético que o penetra. São correntes de indução formadas em um corpo condutor seja devido a uma mudança no tempo do campo magnético em que está localizado, seja como resultado do movimento do corpo em um campo magnético, levando a uma mudança no fluxo magnético através do o corpo ou qualquer parte dele. De acordo com a regra de Lenz, o campo magnético das correntes de Foucault é direcionado de forma a se opor à mudança no fluxo magnético que induz essas correntes.

A história do desenvolvimento das ideias sobre o campo magnético

Embora os ímãs e o magnetismo fossem conhecidos muito antes, o estudo do campo magnético começou em 1269, quando o cientista francês Peter Peregrine (o cavaleiro Pierre de Méricourt) observou o campo magnético na superfície de um ímã esférico usando agulhas de aço e determinou que o linhas de campo magnético resultantes se cruzaram em dois pontos, que ele chamou de "pólos" por analogia com os pólos da Terra. Quase três séculos depois, William Gilbert Colchester usou o trabalho de Peter Peregrinus e pela primeira vez afirmou definitivamente que a própria Terra era um ímã. Publicado em 1600, o trabalho de Gilbert De Magnete, lançou as bases do magnetismo como ciência.

Três descobertas consecutivas desafiaram essa "base do magnetismo". Primeiro, em 1819, Hans Christian Oersted descobriu que uma corrente elétrica cria um campo magnético ao seu redor. Então, em 1820, André-Marie Ampère mostrou que fios paralelos transportando corrente na mesma direção se atraem. Finalmente, Jean-Baptiste Biot e Félix Savard descobriram uma lei em 1820 chamada lei de Biot-Savart-Laplace, que previa corretamente o campo magnético em torno de qualquer fio energizado.

Expandindo esses experimentos, Ampère publicou seu próprio modelo bem-sucedido de magnetismo em 1825. Nele, ele mostrou a equivalência da corrente elétrica em ímãs e, em vez dos dipolos de cargas magnéticas no modelo de Poisson, propôs a ideia de que o magnetismo está associado a loops de corrente que fluem constantemente. Essa ideia explicava por que a carga magnética não podia ser isolada. Além disso, Ampère deduziu a lei que leva seu nome, que, como a lei de Biot-Savart-Laplace, descrevia corretamente o campo magnético criado pela corrente contínua, e o teorema da circulação do campo magnético também foi introduzido. Também neste trabalho, Ampère cunhou o termo "eletrodinâmica" para descrever a relação entre eletricidade e magnetismo.

Embora a força do campo magnético de uma carga elétrica em movimento implícita na lei de Ampère não tenha sido explicitamente declarada, em 1892 Hendrik Lorentz a derivou das equações de Maxwell. Ao mesmo tempo, a teoria clássica da eletrodinâmica estava basicamente concluída.

O século XX expandiu as visões da eletrodinâmica, graças ao surgimento da teoria da relatividade e da mecânica quântica. Albert Einstein, em seu artigo de 1905, onde sua teoria da relatividade foi fundamentada, mostrou que campos elétricos e magnéticos fazem parte de um mesmo fenômeno, considerados em diferentes referenciais. (Veja O ímã em movimento e o problema do condutor - o experimento mental que eventualmente ajudou Einstein a desenvolver a relatividade especial). Finalmente, a mecânica quântica foi combinada com a eletrodinâmica para formar a eletrodinâmica quântica (QED).

Veja também

• Visualizador de filme magnético

Notas

1. TSB. 1973, "Enciclopédia Soviética".
2. Em casos particulares, um campo magnético pode existir mesmo na ausência de um campo elétrico, mas de um modo geral, um campo magnético está profundamente interconectado com um campo elétrico, tanto dinamicamente (geração mútua um do outro por campos elétricos e magnéticos alternados), quanto no sentido de que, na transição para um novo referencial, o campo magnético e o campo elétrico se expressam um pelo outro, ou seja, em geral, não podem ser separados incondicionalmente.
3. Yavorsky B.M., Detlaf A.A. Handbook of Physics: 2ª ed., Revisada. - M.: Ciência, Edição principal da literatura física e matemática, 1985, - 512 p.
4. No SI, a indução magnética é medida em teslas (T), no sistema cgs em gauss.
5. Coincidem exatamente no sistema de unidades CGS, no SI eles diferem por um coeficiente constante, o que, é claro, não altera o fato de sua identidade física prática.
6. A diferença mais importante e superficial aqui é que a força que atua em uma partícula em movimento (ou em um dipolo magnético) é calculada em termos de e não em termos de . Qualquer outro método de medição fisicamente correto e significativo também permitirá medi-lo, embora às vezes seja mais conveniente para um cálculo formal - o que, de fato, é o ponto de introduzir essa quantidade auxiliar (caso contrário, faríamos sem ele, usando apenas
7. No entanto, deve ser bem entendido que várias propriedades fundamentais desta "matéria" são fundamentalmente diferentes das propriedades do tipo usual de "matéria", que poderia ser designada pelo termo "substância".
8. Veja o teorema de Ampère.
9. Para um campo homogêneo, esta expressão dá força zero, já que todas as derivadas são iguais a zero B por coordenadas.
10. Sivukhin D.V. Curso geral de física. - Edu. 4º, estereotipado. - M.: Fizmatlit; Editora MIPT, 2004. - Vol. III. Eletricidade. - 656 p. - ISBN 5-9221-0227-3; ISBN 5-89155-086-5.

Um campo magnético esta é a questão que surge em torno de fontes de corrente elétrica, bem como em torno de ímãs permanentes. No espaço, o campo magnético é exibido como uma combinação de forças que podem afetar corpos magnetizados. Esta ação é explicada pela presença de descargas de condução a nível molecular.

O campo magnético é formado apenas em torno de cargas elétricas que estão em movimento. É por isso que os campos magnético e elétrico são integrais e juntos formam campo eletromagnetico. Os componentes do campo magnético estão interligados e atuam uns sobre os outros, alterando suas propriedades.

Propriedades do campo magnético:
1. O campo magnético surge sob a influência de cargas de condução de corrente elétrica.
2. Em qualquer um de seus pontos, o campo magnético é caracterizado por um vetor de grandeza física chamado indução magnética, que é a força característica do campo magnético.
3. O campo magnético só pode afetar ímãs, condutores condutores e cargas em movimento.
4. O campo magnético pode ser do tipo constante e variável
5. O campo magnético é medido apenas por dispositivos especiais e não pode ser percebido pelos sentidos humanos.
6. O campo magnético é eletrodinâmico, pois é gerado apenas durante o movimento de partículas carregadas e afeta apenas as cargas que estão em movimento.
7. As partículas carregadas se movem ao longo de uma trajetória perpendicular.

O tamanho do campo magnético depende da taxa de variação do campo magnético. Assim, existem dois tipos de campo magnético: campo magnético dinâmico e campo magnético gravitacional. Campo magnético gravitacional surge apenas perto de partículas elementares e é formado dependendo das características estruturais dessas partículas.

Momento magnético ocorre quando um campo magnético atua sobre um quadro condutor. Em outras palavras, o momento magnético é um vetor que está localizado na linha perpendicular ao quadro.

O campo magnético pode ser representado graficamente usando linhas de força magnética. Essas linhas são desenhadas em tal direção que a direção das forças de campo coincide com a direção da própria linha de campo. As linhas de campo magnético são contínuas e fechadas ao mesmo tempo.

A direção do campo magnético é determinada usando uma agulha magnética. As linhas de força também determinam a polaridade do ímã, a extremidade com a saída das linhas de força é o pólo norte, e a extremidade com a entrada dessas linhas é o pólo sul.

É muito conveniente avaliar visualmente o campo magnético usando limalha de ferro comum e um pedaço de papel.
Se colocarmos uma folha de papel em um ímã permanente e espalharmos serragem por cima, as partículas de ferro se alinharão de acordo com as linhas do campo magnético.

A direção das linhas de força para o condutor é convenientemente determinada pela famosa regra de verruma ou regra da mão direita. Se pegarmos o condutor com a mão para que o polegar olhe na direção da corrente (de menos para mais), os 4 dedos restantes nos mostrarão a direção das linhas do campo magnético.

E a direção da força de Lorentz - a força com que o campo magnético atua sobre uma partícula carregada ou condutor com corrente, de acordo com regra da mão esquerda.
Se colocarmos a mão esquerda em um campo magnético de modo que 4 dedos olhem na direção da corrente no condutor e as linhas de força entrem na palma, o polegar indicará a direção da força de Lorentz, a força que atua sobre o condutor colocado no campo magnético.

É sobre isso. Certifique-se de fazer qualquer pergunta nos comentários.

Assunto: Campo magnético

Preparado por: Baigarashev D.M.

Verificado por: Gabdullina A.T.

Um campo magnético

Se dois condutores paralelos são conectados a uma fonte de corrente de modo que uma corrente elétrica passe por eles, então, dependendo da direção da corrente neles, os condutores se repelem ou se atraem.

A explicação desse fenômeno é possível do ponto de vista da aparência ao redor dos condutores de um tipo especial de matéria - um campo magnético.

As forças com as quais os condutores de corrente interagem são chamadas de magnético.

Um campo magnético- este é um tipo especial de matéria, cuja característica específica é a ação sobre uma carga elétrica em movimento, condutores com corrente, corpos com momento magnético, com uma força que depende do vetor velocidade de carga, a direção da força da corrente em condutor e na direção do momento magnético do corpo.

A história do magnetismo remonta aos tempos antigos, às antigas civilizações da Ásia Menor. Foi no território da Ásia Menor, na Magnésia, que foi encontrada uma rocha, cujas amostras foram atraídas umas pelas outras. De acordo com o nome da área, tais amostras passaram a ser chamadas de "ímãs". Qualquer ímã em forma de haste ou ferradura tem duas extremidades, que são chamadas de pólos; é neste local que suas propriedades magnéticas são mais pronunciadas. Se você pendurar um ímã em uma corda, um pólo sempre apontará para o norte. A bússola é baseada neste princípio. O pólo norte de um ímã pendurado livremente é chamado de pólo norte do ímã (N). O pólo oposto é chamado de pólo sul (S).

Pólos magnéticos interagem entre si: pólos iguais se repelem e pólos diferentes se atraem. Da mesma forma, o conceito de um campo elétrico em torno de uma carga elétrica introduz o conceito de um campo magnético em torno de um ímã.

Em 1820, Oersted (1777-1851) descobriu que uma agulha magnética localizada ao lado de um condutor elétrico se desvia quando a corrente flui através do condutor, ou seja, um campo magnético é criado ao redor do condutor portador de corrente. Se tomarmos um quadro com corrente, então o campo magnético externo interage com o campo magnético do quadro e tem um efeito de orientação sobre ele, ou seja, há uma posição do quadro na qual o campo magnético externo tem um efeito máximo de rotação. e há uma posição em que a força de torque é zero.

O campo magnético em qualquer ponto pode ser caracterizado pelo vetor B, que é chamado de vetor de indução magnética ou indução magnética no ponto.

A indução magnética B é uma grandeza física vetorial, que é uma força característica do campo magnético em um ponto. É igual à razão do momento mecânico máximo das forças que atuam em uma espira com corrente colocada em um campo uniforme para o produto da intensidade da corrente na espira e sua área:

A direção do vetor de indução magnética B é tomada como a direção da normal positiva ao quadro, que está relacionada à corrente no quadro pela regra do parafuso direito, com momento mecânico igual a zero.

Da mesma forma que as linhas de força do campo elétrico são representadas, as linhas de indução do campo magnético são representadas. A linha de indução do campo magnético é uma linha imaginária, cuja tangente coincide com a direção B no ponto.

As direções do campo magnético em um determinado ponto também podem ser definidas como a direção que indica

o pólo norte da agulha da bússola colocada nesse ponto. Acredita-se que as linhas de indução do campo magnético são direcionadas do pólo norte para o sul.

A direção das linhas de indução magnética do campo magnético criado por uma corrente elétrica que flui através de um condutor reto é determinada pela regra de uma verruma ou um parafuso direito. O sentido de rotação da cabeça do parafuso é tomado como o sentido das linhas de indução magnética, o que garantiria seu movimento de translação no sentido da corrente elétrica (Fig. 59).

onde n 01 = 4 Pi 10 -7 Vs/(Am). - constante magnética, R - distância, I - intensidade da corrente no condutor.

Ao contrário das linhas de campo eletrostático, que começam com uma carga positiva e terminam com uma carga negativa, as linhas de campo magnético são sempre fechadas. Nenhuma carga magnética semelhante à carga elétrica foi encontrada.

Um tesla (1 T) é considerado uma unidade de indução - a indução de um campo magnético tão uniforme no qual um torque máximo de 1 N m atua em um quadro com uma área de 1 m 2, através do qual uma corrente de 1 A flui.

A indução de um campo magnético também pode ser determinada pela força que atua em um condutor de corrente em um campo magnético.

Um condutor com corrente colocada em um campo magnético está sujeito à força Ampère, cujo valor é determinado pela seguinte expressão:

onde I é a intensidade da corrente no condutor, eu- o comprimento do condutor, B é o módulo do vetor de indução magnética, e é o ângulo entre o vetor e a direção da corrente.

A direção da força Ampere pode ser determinada pela regra da mão esquerda: a palma da mão esquerda é posicionada de modo que as linhas de indução magnética entrem na palma, quatro dedos são colocados na direção da corrente no condutor, então o polegar dobrado mostra a direção da força Ampere.

Considerando que I = q 0 nSv e substituindo esta expressão em (3.21), obtemos F = q 0 nSh/B sen uma. O número de partículas (N) em um determinado volume do condutor é N = nSl, então F = q 0 NvB sen uma.

Vamos determinar a força que atua do lado do campo magnético em uma partícula carregada separada movendo-se em um campo magnético:

Essa força é chamada de força de Lorentz (1853-1928). A direção da força de Lorentz pode ser determinada pela regra da mão esquerda: a palma da mão esquerda é posicionada de modo que as linhas de indução magnética entrem na palma, quatro dedos mostram a direção do movimento da carga positiva, o polegar dobrado mostra a direção da força de Lorentz.

A força de interação entre dois condutores paralelos, através dos quais as correntes I 1 e I 2 fluem, é igual a:

Onde eu- a parte de um condutor que está em um campo magnético. Se as correntes estiverem na mesma direção, os condutores são atraídos (Fig. 60), se na direção oposta, eles são repelidos. As forças que atuam em cada condutor são iguais em magnitude, opostas em direção. A fórmula (3.22) é a principal para determinar a unidade de força de corrente 1 ampere (1 A).

As propriedades magnéticas de uma substância são caracterizadas por uma grandeza física escalar - permeabilidade magnética, que mostra quantas vezes a indução B de um campo magnético em uma substância que preenche completamente o campo difere em valor absoluto da indução B 0 de um campo magnético em vácuo:

De acordo com suas propriedades magnéticas, todas as substâncias são divididas em diamagnético, paramagnético e ferromagnético.

Considere a natureza das propriedades magnéticas das substâncias.

Os elétrons na casca dos átomos da matéria se movem em diferentes órbitas. Para simplificar, consideramos essas órbitas circulares, e cada elétron girando em torno do núcleo atômico pode ser considerado como uma corrente elétrica circular. Cada elétron, como uma corrente circular, cria um campo magnético, que chamaremos de orbital. Além disso, um elétron em um átomo tem seu próprio campo magnético, chamado campo de spin.

Se, quando introduzido em um campo magnético externo com indução B 0, a indução B é criada dentro da substância< В 0 , то такие вещества называются диамагнитными (n< 1).

NO diamagnético Em materiais na ausência de um campo magnético externo, os campos magnéticos dos elétrons são compensados ​​e, quando são introduzidos em um campo magnético, a indução do campo magnético de um átomo torna-se direcionada contra o campo externo. O diamagneto é empurrado para fora do campo magnético externo.

No paramagnético materiais, a indução magnética de elétrons nos átomos não é totalmente compensada, e o átomo como um todo acaba sendo como um pequeno ímã permanente. Normalmente, na matéria, todos esses pequenos ímãs são orientados arbitrariamente, e a indução magnética total de todos os seus campos é igual a zero. Se você colocar um paraímã em um campo magnético externo, todos os pequenos ímãs - os átomos girarão no campo magnético externo como agulhas de bússola e o campo magnético na substância aumentará ( n >= 1).

ferromagnético são materiais que n"1. Os chamados domínios, regiões macroscópicas de magnetização espontânea, são criados em materiais ferromagnéticos.

Em diferentes domínios, a indução de campos magnéticos tem direções diferentes (Fig. 61) e em um grande cristal

compensam-se mutuamente. Quando uma amostra ferromagnética é introduzida em um campo magnético externo, os limites dos domínios individuais são deslocados de modo que o volume dos domínios orientados ao longo do campo externo aumenta.

Com um aumento na indução do campo externo B 0, a indução magnética da substância magnetizada aumenta. Para alguns valores de B 0, a indução interrompe seu crescimento acentuado. Esse fenômeno é chamado de saturação magnética.

Uma característica dos materiais ferromagnéticos é o fenômeno da histerese, que consiste na dependência ambígua da indução no material em relação à indução do campo magnético externo à medida que muda.

A espira de histerese magnética é uma curva fechada (cdc`d`c), expressando a dependência da indução no material da amplitude da indução do campo externo com uma mudança periódica bastante lenta neste último (Fig. 62).

O loop de histerese é caracterizado pelos seguintes valores B s , B r , B c . B s - o valor máximo da indução do material em B 0s; B r - indução residual igual ao valor da indução no material quando a indução do campo magnético externo diminui de B 0s para zero; -B c e B c - força coercitiva - um valor igual à indução do campo magnético externo necessário para alterar a indução no material de residual para zero.

Para cada ferroímã, existe uma tal temperatura (ponto de Curie (J. Curie, 1859-1906), acima da qual o ferroímã perde suas propriedades ferromagnéticas.

Existem duas maneiras de trazer um ferromagneto magnetizado para um estado desmagnetizado: a) aquecer acima do ponto de Curie e esfriar; b) magnetizar o material com um campo magnético alternado com amplitude decrescente lentamente.

Ferroímãs com baixa indução residual e força coercitiva são chamados de magnéticos suaves. Eles encontram aplicação em dispositivos onde um ferromagneto tem que ser remagnetizado com frequência (núcleos de transformadores, geradores, etc.).

Ferromagnetos magneticamente duros, que possuem uma grande força coercitiva, são usados ​​para a fabricação de ímãs permanentes.

Assim como uma carga elétrica em repouso atua sobre outra carga através de um campo elétrico, uma corrente elétrica atua sobre outra corrente através de um campo elétrico. campo magnético. A ação de um campo magnético sobre ímãs permanentes é reduzida à sua ação sobre cargas que se movem nos átomos de uma substância e criam correntes circulares microscópicas.

Doutrina de eletromagnetismo baseado em duas premissas:

• o campo magnético atua sobre cargas e correntes em movimento;
• um campo magnético surge em torno de correntes e cargas em movimento.

Interação de ímãs

Ímã permanente(ou agulha magnética) é orientado ao longo do meridiano magnético da Terra. A extremidade que aponta para o norte é chamada Polo Norte(N) e a extremidade oposta é pólo Sul(S). Aproximando dois ímãs um do outro, notamos que seus pólos semelhantes se repelem e os opostos se atraem ( arroz. 1 ).

Se separarmos os pólos cortando o ímã permanente em duas partes, descobriremos que cada um deles também terá dois pólos, ou seja, será um ímã permanente ( arroz. 2 ). Ambos os pólos - norte e sul - são inseparáveis ​​um do outro, iguais.

O campo magnético criado pela Terra ou ímãs permanentes é representado, como o campo elétrico, por linhas de força magnética. Uma imagem das linhas do campo magnético de qualquer ímã pode ser obtida colocando uma folha de papel sobre ela, na qual limalha de ferro é derramada em uma camada uniforme. Entrando em um campo magnético, a serragem é magnetizada - cada uma delas tem um pólo norte e um pólo sul. Postes opostos tendem a se aproximar, mas isso é impedido pelo atrito da serragem no papel. Se você bater no papel com o dedo, o atrito diminuirá e as limalhas serão atraídas umas pelas outras, formando cadeias que representam as linhas de um campo magnético.

No arroz. 3 mostra a localização no campo de um ímã direto de serragem e pequenas setas magnéticas indicando a direção das linhas do campo magnético. Para esta direção, a direção do pólo norte da agulha magnética é tomada.

A experiência de Oersted. Corrente de campo magnético

No início do século XIX. cientista dinamarquês Oersted fez uma descoberta importante ao descobrir ação da corrente elétrica em ímãs permanentes . Ele colocou um fio longo perto da agulha magnética. Quando uma corrente passava pelo fio, a seta girava, tentando ser perpendicular a ela ( arroz. 4 ). Isso pode ser explicado pelo aparecimento de um campo magnético ao redor do condutor.

As linhas de força magnéticas do campo criado por um condutor direto com corrente são círculos concêntricos localizados em um plano perpendicular a ele, com centros no ponto por onde passa a corrente ( arroz. 5 ). A direção das linhas é determinada pela regra do parafuso certo:

Se o parafuso for girado na direção das linhas de campo, ele se moverá na direção da corrente no condutor .

A força característica do campo magnético é vetor de indução magnética B . Em cada ponto, ele é direcionado tangencialmente à linha de campo. As linhas de campo elétrico começam em cargas positivas e terminam em cargas negativas, e a força que atua neste campo sobre uma carga é direcionada tangencialmente à linha em cada um de seus pontos. Ao contrário do campo elétrico, as linhas do campo magnético são fechadas, devido à ausência de “cargas magnéticas” na natureza.

O campo magnético da corrente não é fundamentalmente diferente do campo criado por um ímã permanente. Nesse sentido, um análogo de um ímã plano é um longo solenóide - uma bobina de fio, cujo comprimento é muito maior que seu diâmetro. O diagrama das linhas do campo magnético que ele criou, representado em arroz. 6 , semelhante ao de um ímã plano ( arroz. 3 ). Os círculos indicam as seções do fio que formam o enrolamento do solenóide. As correntes que fluem através do fio do observador são indicadas por cruzes, e as correntes na direção oposta - em direção ao observador - são indicadas por pontos. As mesmas designações são aceitas para linhas de campo magnético quando são perpendiculares ao plano do desenho ( arroz. 7 a, b).

A direção da corrente no enrolamento do solenóide e a direção das linhas do campo magnético dentro dele também estão relacionadas pela regra do parafuso direito, que neste caso é formulada da seguinte forma:

Se você olhar ao longo do eixo do solenóide, a corrente que flui no sentido horário cria um campo magnético, cuja direção coincide com a direção do movimento do parafuso direito ( arroz. oito )

Com base nesta regra, é fácil descobrir que o solenóide mostrado na arroz. 6 , sua extremidade direita é o pólo norte e sua extremidade esquerda é o pólo sul.

O campo magnético dentro do solenóide é homogêneo - o vetor de indução magnética tem um valor constante (B = const). A este respeito, o solenóide é semelhante a um capacitor plano, dentro do qual é criado um campo elétrico uniforme.

A força que atua em um campo magnético em um condutor com corrente

Foi estabelecido experimentalmente que uma força atua em um condutor de corrente em um campo magnético. Em um campo uniforme, um condutor retilíneo de comprimento l, através do qual flui a corrente I, localizado perpendicularmente ao vetor de campo B, sofre a força: F = I l B .

A direção da força é determinada regra da mão esquerda:

Se os quatro dedos estendidos da mão esquerda forem colocados na direção da corrente no condutor e a palma for perpendicular ao vetor B, o polegar retraído indicará a direção da força que atua no condutor (arroz. nove ).

Deve-se notar que a força que atua sobre um condutor com corrente em um campo magnético não é direcionada tangencialmente às suas linhas de força, como uma força elétrica, mas perpendicular a elas. Um condutor localizado ao longo das linhas de força não é afetado pela força magnética.

A equação F = IlB permite dar uma característica quantitativa da indução do campo magnético.

Atitude não depende das propriedades do condutor e caracteriza o próprio campo magnético.

O módulo do vetor de indução magnética B é numericamente igual à força que atua em um condutor de comprimento unitário localizado perpendicularmente a ele, através do qual flui uma corrente de um ampere.

No sistema SI, a unidade de indução do campo magnético é tesla (T):

Um campo magnético. Tabelas, diagramas, fórmulas

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O termo "campo magnético" geralmente significa um certo espaço de energia no qual as forças da interação magnética se manifestam. Eles afetam:

substâncias individuais: ferrimagnets (metais - principalmente ferro fundido, ferro e suas ligas) e sua classe de ferritas, independentemente do estado;

cargas móveis de eletricidade.

Corpos físicos que têm um momento magnético total de elétrons ou outras partículas são chamados imãs permanentes. Sua interação é mostrada na imagem. linhas magnéticas de energia.

Eles foram formados depois de trazer um ímã permanente para o verso de uma folha de papelão com uma camada uniforme de limalha de ferro. A imagem mostra uma marcação clara dos pólos norte (N) e sul (S) com a direção das linhas de força em relação à sua orientação: a saída do pólo norte e a entrada para o sul.

Como é criado um campo magnético

As fontes do campo magnético são:

imãs permanentes;

cobranças móveis;

campo elétrico variável no tempo.

Toda criança do jardim de infância está familiarizada com a ação dos ímãs permanentes. Afinal, ele já tinha que esculpir fotos-ímãs na geladeira, tiradas de pacotes com todo tipo de guloseimas.

Cargas elétricas em movimento geralmente têm uma energia de campo magnético muito maior do que. Também é indicado por linhas de força. Vamos analisar as regras para seu projeto para um condutor retilíneo com corrente I.

Uma linha de campo magnético é traçada em um plano perpendicular ao fluxo de corrente de modo que em cada ponto a força que atua no pólo norte da agulha magnética seja direcionada tangencialmente a essa linha. Isso cria círculos concêntricos ao redor da carga em movimento.

A direção dessas forças é determinada pela regra bem conhecida de um parafuso ou verruma com enrolamento de rosca à direita.

regra de verruma

É necessário posicionar o gimlet coaxialmente com o vetor de corrente e girar a alça para que o movimento de translação do gimlet coincida com sua direção. Então a orientação das linhas magnéticas de força será mostrada girando a manivela.

No condutor de anel, o movimento de rotação da alça coincide com a direção da corrente e o movimento de translação indica a orientação da indução.

As linhas de campo magnético sempre saem do pólo norte e entram no sul. Eles continuam dentro do ímã e nunca estão abertos.

Regras para a interação de campos magnéticos

Campos magnéticos de diferentes fontes são adicionados uns aos outros, formando o campo resultante.

Nesse caso, ímãs com pólos opostos (N - S) são atraídos um pelo outro e com os mesmos pólos (N - N, S - S) são repelidos. As forças de interação entre os pólos dependem da distância entre eles. Quanto mais próximos os pólos estiverem deslocados, maior será a força gerada.

Principais características do campo magnético

Esses incluem:

vetor de indução magnética (B);

fluxo magnético (F);

ligação de fluxo (Ψ).

A intensidade ou força do impacto do campo é estimada pelo valor vetor de indução magnética. É determinado pelo valor da força "F" criada pela passagem da corrente "I" através de um condutor de comprimento "l". B \u003d F / (I ∙ l)

A unidade de medida da indução magnética no sistema SI é Tesla (em memória do físico cientista que estudou esses fenômenos e os descreveu usando métodos matemáticos). Na literatura técnica russa, é designado "Tl" e na documentação internacional o símbolo "T" é adotado.

1 T é a indução de tal fluxo magnético uniforme, que atua com uma força de 1 newton em cada metro de comprimento de um condutor reto perpendicular à direção do campo, quando uma corrente de 1 ampere passa por esse condutor.

1Tl=1∙N/(A∙m)

A direção do vetor B é determinada por regra da mão esquerda.

Se você colocar a palma da mão esquerda em um campo magnético de modo que as linhas de força do polo norte entrem na palma da mão em um ângulo reto e colocar quatro dedos na direção da corrente no condutor, o polegar saliente indicar a direção da força neste condutor.

No caso em que o condutor com corrente elétrica não está localizado em ângulo reto com as linhas do campo magnético, a força que atua sobre ele será proporcional à magnitude da corrente que flui e à parte componente da projeção do comprimento do condutor com corrente em um plano localizado na direção perpendicular.

A força que atua sobre a corrente elétrica não depende dos materiais dos quais o condutor é feito e de sua área de seção transversal. Mesmo que esse condutor não exista e as cargas em movimento comecem a se mover em outro meio entre os pólos magnéticos, essa força não mudará de forma alguma.

Se dentro do campo magnético em todos os pontos o vetor B tem a mesma direção e magnitude, então tal campo é considerado uniforme.

Qualquer ambiente que tenha , afeta o valor do vetor de indução B .

Fluxo Magnético (F)

Se considerarmos a passagem da indução magnética através de uma certa área S, então a indução limitada por seus limites será chamada de fluxo magnético.

Quando a área é inclinada em algum ângulo α em relação à direção da indução magnética, então o fluxo magnético diminui pelo valor do cosseno do ângulo de inclinação da área. Seu valor máximo é criado quando a área é perpendicular à sua indução penetrante. Ф=В·S

A unidade de medida do fluxo magnético é 1 weber, que é determinado pela passagem de 1 tesla por indução por uma área de 1 metro quadrado.

Ligação de fluxo

Este termo é usado para obter a quantidade total de fluxo magnético criado a partir de um certo número de condutores condutores de corrente localizados entre os pólos de um ímã.

Para o caso em que a mesma corrente I passa pelo enrolamento da bobina com o número de espiras n, o fluxo magnético total (ligado) de todas as espiras é chamado de ligação de fluxo Ψ.

Ψ=nF . A unidade de ligação de fluxo é 1 weber.

Como é formado um campo magnético a partir de uma corrente elétrica alternada

O campo eletromagnético que interage com cargas elétricas e corpos com momentos magnéticos é uma combinação de dois campos:

elétrico;

magnético.

Eles estão inter-relacionados, representam uma combinação um do outro, e quando um muda ao longo do tempo, certos desvios ocorrem no outro. Por exemplo, ao criar um campo elétrico senoidal alternado em um gerador trifásico, o mesmo campo magnético é formado simultaneamente com as características de harmônicos alternados semelhantes.

Propriedades magnéticas das substâncias

Em relação à interação com um campo magnético externo, as substâncias são divididas em:

antiferromagnetos com momentos magnéticos equilibrados, devido aos quais um grau muito pequeno de magnetização do corpo é criado;

diamagnetos com a propriedade de magnetizar o campo interno contra a ação do campo externo. Quando não há campo externo, eles não exibem propriedades magnéticas;

paraímãs com propriedades de magnetização do campo interno na direção do campo externo, que possuem um pequeno grau;

ferromagnetos, que possuem propriedades magnéticas sem campo externo aplicado em temperaturas abaixo do valor do ponto de Curie;

ferrimagnets com momentos magnéticos que são desequilibrados em magnitude e direção.

Todas essas propriedades das substâncias encontraram várias aplicações na tecnologia moderna.

Circuitos magnéticos

Todos os transformadores, indutâncias, máquinas elétricas e muitos outros dispositivos funcionam com base.

Por exemplo, em um eletroímã de trabalho, o fluxo magnético passa por um circuito magnético feito de aços ferromagnéticos e ar com propriedades não ferromagnéticas pronunciadas. A combinação desses elementos compõe o circuito magnético.

A maioria dos dispositivos elétricos tem circuitos magnéticos em seu design. Leia mais sobre isso neste artigo -