Vezi si: Portal: Fizica

Câmpul magnetic poate fi creat de curentul particulelor încărcate și/sau de momentele magnetice ale electronilor din atomi (și de momentele magnetice ale altor particule, deși într-o măsură mult mai mică) (magneți permanenți).

În plus, apare în prezența unui câmp electric care variază în timp.

Caracteristica principală de putere a câmpului magnetic este vector de inducție magnetică (vector de inducție a câmpului magnetic) . Din punct de vedere matematic, este un câmp vectorial care definește și specifică conceptul fizic al unui câmp magnetic. Adesea, vectorul inducției magnetice este numit pur și simplu un câmp magnetic pentru concizie (deși aceasta nu este probabil cea mai strictă utilizare a termenului).

O altă caracteristică fundamentală a câmpului magnetic (inducția magnetică alternativă și strâns legată de aceasta, practic egală cu acesta ca valoare fizică) este potențial vectorial .

Un câmp magnetic poate fi numit un tip special de materie, prin care se realizează interacțiunea între particulele încărcate în mișcare sau corpurile care au un moment magnetic.

Câmpurile magnetice sunt o consecință necesară (în context) a existenței câmpurilor electrice.

• Din punctul de vedere al teoriei câmpului cuantic, interacțiunea magnetică - ca caz special de interacțiune electromagnetică este transferată de un boson fundamental fără masă - un foton (o particulă care poate fi reprezentată ca o excitație cuantică a unui câmp electromagnetic), adesea (pentru exemplu, în toate cazurile de câmpuri statice) - virtuale.

Surse de câmp magnetic

Câmpul magnetic este creat (generat) de curentul particulelor încărcate, sau de câmpul electric care variază în timp, sau de momentele magnetice intrinseci ale particulelor (acestea din urmă, de dragul uniformității imaginii, pot fi reduse formal). la curenţii electrici).

calcul

În cazuri simple, câmpul magnetic al unui conductor purtător de curent (inclusiv cazul unui curent distribuit arbitrar pe volum sau spațiu) poate fi găsit din legea Biot-Savart-Laplace sau din teorema circulației (este și legea lui Ampère). În principiu, această metodă se limitează la cazul (aproximația) magnetostaticei – adică cazul câmpurilor magnetice și electrice constante (dacă vorbim de aplicabilitate strictă) sau mai degrabă în schimbare lent (dacă vorbim de aplicare aproximativă).

În situații mai complexe, se caută ca soluție la ecuațiile lui Maxwell.

Manifestarea unui câmp magnetic

Câmpul magnetic se manifestă prin efectul asupra momentelor magnetice ale particulelor și corpurilor, asupra particulelor încărcate în mișcare (sau conductoarelor purtătoare de curent). Forța care acționează asupra unei particule încărcate electric care se mișcă într-un câmp magnetic se numește forță Lorentz, care este întotdeauna direcționată perpendicular pe vectori. vși B. Este proporțională cu sarcina particulei q, componenta vitezei v, perpendicular pe direcția vectorului câmp magnetic B, și mărimea inducției câmpului magnetic B. În sistemul SI de unități, forța Lorentz este exprimată după cum urmează:

în sistemul CGS de unități:

unde parantezele pătrate indică produsul vectorial.

De asemenea (datorită acțiunii forței Lorentz asupra particulelor încărcate care se deplasează de-a lungul conductorului), câmpul magnetic acționează asupra conductorului cu curent. Forța care acționează asupra unui conductor purtător de curent se numește forță amperi. Această forță este suma forțelor care acționează asupra sarcinilor individuale care se deplasează în interiorul conductorului.

Interacțiunea a doi magneți

Una dintre cele mai frecvente manifestări ale unui câmp magnetic în viața obișnuită este interacțiunea a doi magneți: polii identici se resping, cei opuși se atrag. Pare tentant să descriem interacțiunea dintre magneți ca o interacțiune între doi monopoli, iar din punct de vedere formal, această idee este destul de realizabilă și adesea foarte convenabilă, și deci practic utilă (în calcule); totuși, o analiză detaliată arată că de fapt aceasta nu este o descriere complet corectă a fenomenului (cea mai evidentă întrebare care nu poate fi explicată în cadrul unui astfel de model este întrebarea de ce monopolurile nu pot fi niciodată separate, adică de ce experimentul arată că niciun corp izolat nu are de fapt o sarcină magnetică; în plus, slăbiciunea modelului este că nu este aplicabil câmpului magnetic creat de un curent macroscopic, ceea ce înseamnă că, dacă nu este considerat ca un pur tehnică formală, nu duce decât la o complicare a teoriei în sens fundamental).

Ar fi mai corect să spunem că un dipol magnetic plasat într-un câmp neomogen este supus unei forțe care tinde să-l rotească astfel încât momentul magnetic al dipolului să fie co-dirijat cu câmpul magnetic. Dar niciun magnet nu experimentează o forță (totală) dintr-un câmp magnetic uniform. Forță care acționează asupra unui dipol magnetic cu un moment magnetic m se exprimă prin formula:

Forța care acționează asupra unui magnet (care nu este un dipol cu ​​un singur punct) dintr-un câmp magnetic neomogen poate fi determinată prin însumarea tuturor forțelor (definite prin această formulă) care acționează asupra dipolilor elementari care alcătuiesc magnetul.

Cu toate acestea, este posibilă o abordare care reduce interacțiunea magneților cu forța Ampère, iar formula de mai sus pentru forța care acționează asupra unui dipol magnetic poate fi, de asemenea, obținută pe baza forței Ampère.

Fenomenul inducției electromagnetice

câmp vectorial H măsurată în amperi pe metru (A/m) în sistemul SI și în oersted în CGS. Oersteds și Gaussiens sunt cantități identice, separarea lor este pur terminologică.

Energia câmpului magnetic

Creșterea densității de energie a câmpului magnetic este:

H- intensitatea câmpului magnetic, B- inductie magnetica

În aproximarea tensorului liniar, permeabilitatea magnetică este un tensor (o notăm) iar înmulțirea unui vector cu acesta este o multiplicare tensorală (matriceală):

sau în componente.

Densitatea de energie în această aproximare este egală cu:

- componente ale tensorului de permeabilitate magnetică, - tensor reprezentat de o matrice inversă matricei tensorului de permeabilitate magnetică, - constantă magnetică

Când axele de coordonate sunt alese pentru a coincide cu axele principale ale tensorului de permeabilitate magnetică, formulele din componente sunt simplificate:

sunt componentele diagonale ale tensorului de permeabilitate magnetică în propriile axe (celelalte componente din aceste coordonate speciale - și numai în ele! - sunt egale cu zero).

Într-un magnet liniar izotrop:

- permeabilitatea magnetică relativă

În vid și:

Energia câmpului magnetic din inductor poate fi găsită prin formula:

Ф - flux magnetic, I - curent, L - inductanța unei bobine sau bobine cu curent.

Proprietățile magnetice ale substanțelor

Din punct de vedere fundamental, așa cum am menționat mai sus, un câmp magnetic poate fi creat (și prin urmare - în contextul acestui paragraf - și slăbit sau întărit) printr-un câmp electric alternativ, curenți electrici sub formă de fluxuri de particule încărcate sau momentele magnetice ale particulelor.

Structura microscopică specifică și proprietățile diferitelor substanțe (precum și amestecurile acestora, aliajele, stările de agregare, modificările cristaline etc.) conduc la faptul că la nivel macroscopic ele se pot comporta destul de diferit sub acțiunea unui câmp magnetic extern. (în special, slăbirea sau amplificarea acestuia în diferite grade).

În acest sens, substanțele (și mediile în general) în raport cu proprietățile lor magnetice sunt împărțite în următoarele grupe principale:

• Antiferomagneții sunt substanțe în care se stabilește ordinea antiferomagnetică a momentelor magnetice ale atomilor sau ionilor: momentele magnetice ale substanțelor sunt direcționate invers și sunt egale ca forță.
• Diamagneții sunt substanțe care sunt magnetizate împotriva direcției unui câmp magnetic extern.
• Paramagneții sunt substanțe care sunt magnetizate într-un câmp magnetic extern în direcția câmpului magnetic extern.
• Feromagneții sunt substanțe în care, sub o anumită temperatură critică (punctul Curie), se stabilește o ordine feromagnetică pe distanță lungă a momentelor magnetice.
• Ferimagneții sunt materiale în care momentele magnetice ale substanței sunt direcționate opus și nu sunt egale ca forță.
• Grupurile de substanțe enumerate mai sus includ în principal substanțe obișnuite solide sau (pentru unele) lichide, precum și gaze. Interacțiunea cu câmpul magnetic al supraconductorilor și al plasmei diferă semnificativ.

Toki Foucault

Curenți Foucault (curenți turbionari) - curenți electrici închisi într-un conductor masiv care decurg dintr-o modificare a fluxului magnetic care îl pătrunde. Sunt curenți inductivi formați într-un corp conducător fie ca urmare a unei modificări de timp a câmpului magnetic în care se află, fie ca urmare a mișcării corpului într-un câmp magnetic, ducând la o modificare a fluxului magnetic prin corpul sau orice parte a acestuia. Conform regulii lui Lenz, câmpul magnetic al curenților Foucault este direcționat astfel încât să se opună modificării fluxului magnetic care induce acești curenți.

Istoria dezvoltării ideilor despre câmpul magnetic

Deși magneții și magnetismul erau cunoscuți mult mai devreme, studiul câmpului magnetic a început în 1269, când omul de știință francez Peter Peregrine (cavalerul Pierre de Méricourt) a observat câmpul magnetic de pe suprafața unui magnet sferic folosind ace de oțel și a determinat că liniile de câmp magnetic rezultate s-au intersectat în două puncte, pe care le-a numit „poli” prin analogie cu polii Pământului. Aproape trei secole mai târziu, William Gilbert Colchester a folosit opera lui Peter Peregrinus și pentru prima dată a declarat definitiv că pământul însuși este un magnet. Publicat în 1600, opera lui Gilbert De Magnete, a pus bazele magnetismului ca știință.

Trei descoperiri la rând au contestat această „bază a magnetismului”. Mai întâi, în 1819, Hans Christian Oersted a descoperit că un curent electric creează un câmp magnetic în jurul său. Apoi, în 1820, André-Marie Ampère a arătat că firele paralele care transportă curent în aceeași direcție se atrag unele pe altele. În cele din urmă, Jean-Baptiste Biot și Félix Savard au descoperit în 1820 o lege numită legea Biot-Savart-Laplace, care a prezis corect câmpul magnetic din jurul oricărui fir sub tensiune.

Expandând aceste experimente, Ampère și-a publicat propriul model de succes al magnetismului în 1825. În ea, el a arătat echivalența curentului electric în magneți și, în locul dipolilor sarcinilor magnetice din modelul Poisson, a propus ideea că magnetismul este asociat cu bucle de curent care curg constant. Această idee a explicat de ce sarcina magnetică nu a putut fi izolată. În plus, Ampère a dedus legea care îi poartă numele, care, la fel ca legea Biot-Savart-Laplace, a descris corect câmpul magnetic creat de curentul continuu și a fost introdusă și teorema de circulație a câmpului magnetic. Tot în această lucrare, Ampère a inventat termenul „electrodinamică” pentru a descrie relația dintre electricitate și magnetism.

Deși puterea câmpului magnetic al unei sarcini electrice în mișcare implicată în legea lui Ampère nu a fost menționată în mod explicit, în 1892 Hendrik Lorentz a derivat-o din ecuațiile lui Maxwell. În același timp, teoria clasică a electrodinamicii a fost practic finalizată.

Secolul al XX-lea a extins punctele de vedere asupra electrodinamicii, datorită apariției teoriei relativității și a mecanicii cuantice. Albert Einstein, în lucrarea sa din 1905, unde a fost fundamentată teoria sa a relativității, a arătat că câmpurile electrice și magnetice fac parte din același fenomen, luate în considerare în cadre de referință diferite. (Vezi Magnetul în mișcare și problema conductorului - experimentul de gândire care l-a ajutat în cele din urmă pe Einstein să dezvolte relativitatea specială). În cele din urmă, mecanica cuantică a fost combinată cu electrodinamica pentru a forma electrodinamica cuantică (QED).

Vezi si

• Vizualizator de film magnetic

Note

1. TSB. 1973, „Enciclopedia sovietică”.
2. În cazuri particulare, un câmp magnetic poate exista chiar și în absența unui câmp electric, dar, în general, un câmp magnetic este profund interconectat cu un câmp electric, atât din punct de vedere dinamic (generarea reciprocă între ele prin alternarea câmpurilor electrice și magnetice), cât și în sensul că, la trecerea la un nou cadru de referință, câmpul magnetic și cel electric se exprimă unul prin altul, adică, în general, nu pot fi separate necondiționat.
3. Yavorsky B. M., Detlaf A. A. Manual de fizică: ed. a 2-a, revizuită. - M .: Știință, Ediția principală de literatură fizică și matematică, 1985, - 512 p.
4. În SI, inducția magnetică este măsurată în tesla (T), în sistemul cgs în gauss.
5. Exact coincid în sistemul de unități CGS, în SI ele diferă printr-un coeficient constant, care, desigur, nu schimbă faptul identității lor fizice practice.
6. Cea mai importantă și superficială diferență aici este că forța care acționează asupra unei particule în mișcare (sau asupra unui dipol magnetic) este calculată exact în termeni și nu în termeni de . Orice altă metodă de măsurare corectă și semnificativă din punct de vedere fizic va face, de asemenea, posibilă măsurarea acesteia, deși uneori se dovedește a fi mai convenabilă pentru un calcul formal - ce rost are, de fapt, introducerea acestei mărimi auxiliare (altfel am face fără ea deloc, folosind doar
7. Cu toate acestea, trebuie bine înțeles că o serie de proprietăți fundamentale ale acestei „materie” sunt fundamental diferite de proprietățile tipului obișnuit de „materie”, care ar putea fi desemnate prin termenul „substanță”.
8. Vezi teorema lui Ampère.
9. Pentru un câmp omogen, această expresie dă forță zero, deoarece toate derivatele sunt egale cu zero B prin coordonate.
10. Sivukhin D.V. Curs general de fizică. - Ed. al 4-lea, stereotip. - M .: Fizmatlit; Editura MIPT, 2004. - Vol. III. Electricitate. - 656 p. - ISBN 5-9221-0227-3; ISBN 5-89155-086-5.

Un câmp magnetic aceasta este materia care apare în jurul surselor de curent electric, precum și în jurul magneților permanenți. În spațiu, câmpul magnetic este afișat ca o combinație de forțe care pot afecta corpurile magnetizate. Această acțiune se explică prin prezența descărcărilor de antrenare la nivel molecular.

Câmpul magnetic se formează numai în jurul sarcinilor electrice care sunt în mișcare. De aceea câmpurile magnetice și electrice sunt integrale și se formează împreună câmp electromagnetic. Componentele câmpului magnetic sunt interconectate și acționează unul asupra celuilalt, schimbându-și proprietățile.

Proprietățile câmpului magnetic:
1. Câmpul magnetic apare sub influența sarcinilor de antrenare a curentului electric.
2. În oricare dintre punctele sale, câmpul magnetic este caracterizat de un vector de mărime fizică numit inducție magnetică, care este forța caracteristică câmpului magnetic.
3. Câmpul magnetic poate afecta numai magneții, conductoarele conductoare și sarcinile în mișcare.
4. Câmpul magnetic poate fi de tip constant și variabil
5. Câmpul magnetic se măsoară numai cu dispozitive speciale și nu poate fi perceput de simțurile umane.
6. Câmpul magnetic este electrodinamic, deoarece este generat doar în timpul mișcării particulelor încărcate și afectează doar sarcinile care sunt în mișcare.
7. Particulele încărcate se deplasează pe o traiectorie perpendiculară.

Mărimea câmpului magnetic depinde de viteza de modificare a câmpului magnetic. În consecință, există două tipuri de câmp magnetic: câmp magnetic dinamicși câmp magnetic gravitațional. Câmp magnetic gravitațional apare numai în apropierea particulelor elementare și se formează în funcție de caracteristicile structurale ale acestor particule.

Moment magnetic apare atunci când un câmp magnetic acţionează asupra unui cadru conductor. Cu alte cuvinte, momentul magnetic este un vector care se află pe linia care merge perpendicular pe cadru.

Câmpul magnetic poate fi reprezentat grafic folosind linii de forță magnetice. Aceste linii sunt trasate în așa direcție încât direcția forțelor câmpului să coincidă cu direcția liniei câmpului în sine. Liniile de câmp magnetic sunt continue și închise în același timp.

Direcția câmpului magnetic este determinată cu ajutorul unui ac magnetic. Liniile de forță determină și polaritatea magnetului, capătul cu ieșirea liniilor de forță este polul nord, iar capătul cu intrarea acestor linii este polul sud.

Este foarte convenabil să evaluați vizual câmpul magnetic folosind pilitura obișnuită de fier și o bucată de hârtie.
Dacă punem o foaie de hârtie pe un magnet permanent și presărăm rumeguș deasupra, atunci particulele de fier se vor alinia în funcție de liniile câmpului magnetic.

Direcția liniilor de forță pentru conductor este determinată convenabil de faimos regula gimlet sau regula mana dreapta. Dacă apucăm conductorul cu mâna astfel încât degetul mare să privească în direcția curentului (de la minus la plus), atunci cele 4 degete rămase ne vor arăta direcția liniilor câmpului magnetic.

Și direcția forței Lorentz - forța cu care câmpul magnetic acționează asupra unei particule sau a unui conductor încărcat cu curent, conform regula mana stanga.
Dacă plasăm mâna stângă într-un câmp magnetic astfel încât 4 degete să privească în direcția curentului din conductor, iar liniile de forță intră în palmă, atunci degetul mare va indica direcția forței Lorentz, forța acționând asupra conductorul plasat în câmpul magnetic.

Cam atât. Asigurați-vă că puneți orice întrebări în comentarii.

Subiect: Câmp magnetic

Întocmit de: Baigarashev D.M.

Verificat de: Gabdullina A.T.

Un câmp magnetic

Dacă doi conductori paraleli sunt conectați la o sursă de curent astfel încât un curent electric să treacă prin ei, atunci, în funcție de direcția curentului în ei, conductorii fie resping, fie se atrag.

Explicația acestui fenomen este posibilă din punctul de vedere al apariției în jurul conductorilor unui tip special de materie - un câmp magnetic.

Se numesc forțele cu care interacționează conductorii purtători de curent magnetic.

Un câmp magnetic- acesta este un tip special de materie, a cărei caracteristică specifică este acțiunea asupra unei sarcini electrice în mișcare, conductoare cu curent, corpuri cu moment magnetic, cu o forță în funcție de vectorul vitezei de încărcare, direcția intensității curentului în conductorul şi pe direcţia momentului magnetic al corpului.

Istoria magnetismului datează din cele mai vechi timpuri, la vechile civilizații din Asia Mică. Pe teritoriul Asiei Mici, în Magnezia, a fost găsită o rocă, dintre care mostre au fost atrase unele de altele. După numele zonei, astfel de mostre au început să fie numite „magneți”. Orice magnet sub formă de tijă sau potcoavă are două capete, care se numesc poli; în acest loc sunt cele mai pronunțate proprietățile sale magnetice. Dacă atârnați un magnet pe o sfoară, un stâlp va îndrepta întotdeauna spre nord. Busola se bazează pe acest principiu. Polul orientat spre nord al unui magnet liber se numește polul nord al magnetului (N). Polul opus se numește polul sud (S).

Polii magnetici interacționează între ei: polii asemănători se resping, iar polii spre deosebire de poli se atrag. În mod similar, conceptul de câmp electric care înconjoară o sarcină electrică introduce conceptul de câmp magnetic în jurul unui magnet.

În 1820, Oersted (1777-1851) a descoperit că un ac magnetic situat lângă un conductor electric deviază atunci când curentul trece prin conductor, adică se creează un câmp magnetic în jurul conductorului purtător de curent. Dacă luăm un cadru cu curent, atunci câmpul magnetic extern interacționează cu câmpul magnetic al cadrului și are un efect de orientare asupra acestuia, adică există o poziție a cadrului la care câmpul magnetic extern are un efect maxim de rotație asupra acesta și există o poziție când forța cuplului este zero.

Câmpul magnetic în orice punct poate fi caracterizat prin vectorul B, care se numește vector de inducție magnetică sau inducție magnetică la punct.

Inducția magnetică B este o mărime fizică vectorială, care este o forță caracteristică câmpului magnetic într-un punct. Este egal cu raportul dintre momentul mecanic maxim al forțelor care acționează asupra unei bucle cu curent plasat într-un câmp uniform și produsul dintre puterea curentului din buclă și aria sa:

Direcția vectorului de inducție magnetică B se consideră a fi direcția normalei pozitive la cadru, care este raportată la curentul din cadru prin regula șurubului din dreapta, cu un moment mecanic egal cu zero.

În același mod în care sunt reprezentate liniile de intensitate a câmpului electric, sunt reprezentate liniile de inducție a câmpului magnetic. Linia de inducție a câmpului magnetic este o linie imaginară, a cărei tangentă coincide cu direcția B în punct.

Direcțiile câmpului magnetic într-un punct dat pot fi definite și ca direcția care indică

polul nord al acului busolei plasat în acel punct. Se crede că liniile de inducție ale câmpului magnetic sunt direcționate de la polul nord spre sud.

Direcția liniilor de inducție magnetică a câmpului magnetic creat de un curent electric care curge printr-un conductor drept este determinată de regula unui ghirț sau șurub drept. Direcția de rotație a capului șurubului este luată ca direcție a liniilor de inducție magnetică, care ar asigura mișcarea lui de translație în direcția curentului electric (Fig. 59).

unde n 01 = 4 Pi 10 -7 V s / (A m). - constanta magnetica, R - distanta, I - puterea curentului in conductor.

Spre deosebire de liniile de câmp electrostatic, care încep cu o sarcină pozitivă și se termină cu una negativă, liniile de câmp magnetic sunt întotdeauna închise. Nu a fost găsită nicio sarcină magnetică similară cu cea electrică.

Un tesla (1 T) este luat ca unitate de inducție - inducerea unui astfel de câmp magnetic uniform în care un cuplu maxim de 1 Nm acționează asupra unui cadru cu o suprafață de 1 m 2, prin care un curent de 1 A curge.

Inducerea unui câmp magnetic poate fi determinată și de forța care acționează asupra unui conductor purtător de curent într-un câmp magnetic.

Un conductor cu curent plasat într-un câmp magnetic este supus forței Ampère, a cărei valoare este determinată de următoarea expresie:

unde I este puterea curentului în conductor, l- lungimea conductorului, B este modulul vectorului de inducție magnetică și este unghiul dintre vector și direcția curentului.

Direcția forței Ampere poate fi determinată de regula mâinii stângi: palma mâinii stângi este poziționată astfel încât liniile de inducție magnetică să intre în palmă, patru degete sunt plasate în direcția curentului în conductor, apoi degetul mare îndoit arată direcția forței Ampere.

Considerând că I = q 0 nSv și substituind această expresie în (3.21), obținem F = q 0 nSh/B sin A. Numărul de particule (N) dintr-un volum dat al conductorului este N = nSl, atunci F = q 0 NvB sin A.

Să determinăm forța care acționează din partea câmpului magnetic asupra unei particule încărcate separate care se mișcă într-un câmp magnetic:

Această forță se numește forța Lorentz (1853-1928). Direcția forței Lorentz poate fi determinată de regula mâinii stângi: palma mâinii stângi este poziționată astfel încât liniile de inducție magnetică să intre în palmă, patru degete arată direcția de mișcare a sarcinii pozitive, degetul mare îndoit arată direcția forței Lorentz.

Forța de interacțiune între două conductoare paralele, prin care curg curenții I 1 și I 2, este egală cu:

Unde l- partea unui conductor care se află într-un câmp magnetic. Dacă curenții sunt în aceeași direcție, atunci conductoarele sunt atrase (Fig. 60), dacă sunt în sens invers, sunt respinse. Forțele care acționează asupra fiecărui conductor sunt egale ca mărime, de direcție opusă. Formula (3.22) este cea principală pentru determinarea unității de putere a curentului 1 amper (1 A).

Proprietățile magnetice ale unei substanțe sunt caracterizate de o mărime fizică scalară - permeabilitatea magnetică, care arată de câte ori inducerea B a unui câmp magnetic într-o substanță care umple complet câmpul diferă în valoare absolută de inducția B 0 a unui câmp magnetic. in vid:

După proprietățile lor magnetice, toate substanțele sunt împărțite în diamagnetic, paramagneticși feromagnetic.

Luați în considerare natura proprietăților magnetice ale substanțelor.

Electronii din învelișul atomilor de materie se mișcă pe orbite diferite. Pentru simplitate, considerăm că aceste orbite sunt circulare, iar fiecare electron care circulă în jurul nucleului atomic poate fi considerat ca un curent electric circular. Fiecare electron, ca un curent circular, creează un câmp magnetic, pe care îl vom numi orbital. În plus, un electron dintr-un atom are propriul său câmp magnetic, numit câmp de spin.

Dacă, atunci când este introdus într-un câmp magnetic extern cu inducție B 0, în interiorul substanței se creează inducția B< В 0 , то такие вещества называются диамагнитными (n< 1).

LA diamagneticÎn materialele în absența unui câmp magnetic extern, câmpurile magnetice ale electronilor sunt compensate, iar atunci când sunt introduse într-un câmp magnetic, inducerea câmpului magnetic al unui atom devine direcționată împotriva câmpului extern. Diamagnetul este împins în afara câmpului magnetic extern.

La paramagnetic materiale, inducția magnetică a electronilor în atomi nu este complet compensată, iar atomul în ansamblu se dovedește a fi ca un mic magnet permanent. De obicei, în materie, toți acești magneți mici sunt orientați în mod arbitrar, iar inducția magnetică totală a tuturor câmpurilor lor este egală cu zero. Dacă plasați un paramagnet într-un câmp magnetic extern, atunci toți magneții mici - atomii se vor transforma în câmpul magnetic extern ca acele busole și câmpul magnetic din substanță crește ( n >= 1).

feromagnetic sunt materiale care sunt n„1. Așa-numitele domenii, regiuni macroscopice de magnetizare spontană, sunt create în materiale feromagnetice.

În diferite domenii, inducerea câmpurilor magnetice are direcții diferite (Fig. 61) și într-un cristal mare

se compensează reciproc. Când o probă feromagnetică este introdusă într-un câmp magnetic extern, limitele domeniilor individuale sunt deplasate astfel încât volumul domeniilor orientate de-a lungul câmpului extern să crească.

Odată cu creșterea inducției câmpului extern B 0, crește inducția magnetică a substanței magnetizate. Pentru unele valori ale lui B 0, inducția își oprește creșterea bruscă. Acest fenomen se numește saturație magnetică.

O trăsătură caracteristică a materialelor feromagnetice este fenomenul de histerezis, care constă în dependența ambiguă a inducției în material de inducerea câmpului magnetic extern pe măsură ce acesta se modifică.

Bucla de histerezis magnetic este o curbă închisă (cdc`d`c), exprimând dependența inducției în material de amplitudinea inducției câmpului extern cu o modificare periodică destul de lentă a acestuia din urmă (Fig. 62).

Bucla de histerezis este caracterizată de următoarele valori B s , B r , B c . B s - valoarea maximă a inducţiei materialului la B 0s ; B r - inducția reziduală, egală cu valoarea inducției în material atunci când inducția câmpului magnetic extern scade de la B 0s la zero; -B c și B c - forță coercitivă - o valoare egală cu inducerea câmpului magnetic extern necesar pentru a schimba inducția în material de la rezidual la zero.

Pentru fiecare feromagnet, există o astfel de temperatură (punctul Curie (J. Curie, 1859-1906), peste care feromagnetul își pierde proprietățile feromagnetice.

Există două modalități de a aduce un feromagnet magnetizat într-o stare demagnetizată: a) încălzire deasupra punctului Curie și răcire; b) magnetizați materialul cu un câmp magnetic alternant cu o amplitudine lent descrescătoare.

Feromagneții cu inducție reziduală scăzută și forță coercitivă se numesc magnetic soft. Ei găsesc aplicație în dispozitivele în care un feromagnet trebuie remagnetizat frecvent (miezuri de transformatoare, generatoare etc.).

Feromagneții duri magnetic, care au o forță coercitivă mare, sunt utilizați pentru fabricarea magneților permanenți.

Așa cum o sarcină electrică în repaus acționează asupra unei alte sarcini printr-un câmp electric, un curent electric acționează asupra altui curent prin intermediul camp magnetic. Acțiunea unui câmp magnetic asupra magneților permanenți se reduce la acțiunea sa asupra sarcinilor care se deplasează în atomii unei substanțe și creează curenți circulari microscopici.

Doctrina a electromagnetism bazat pe două ipoteze:

• câmpul magnetic acționează asupra sarcinilor și curenților în mișcare;
• un câmp magnetic apare în jurul curenților și sarcinilor în mișcare.

Interacțiunea magneților

Magnet permanent(sau acul magnetic) este orientat de-a lungul meridianului magnetic al Pământului. Capătul îndreptat spre nord se numește polul Nord(N) iar capătul opus este polul Sud(S). Apropiind doi magneți unul de celălalt, observăm că polii lor asemănători se resping, iar cei opuși se atrag ( orez. unu ).

Dacă separăm polii tăind magnetul permanent în două părți, atunci vom constata că fiecare dintre ei va avea și el doi poli, adică va fi un magnet permanent ( orez. 2 ). Ambii poli - nord și sud - sunt inseparabili unul de celălalt, egali.

Câmpul magnetic creat de Pământ sau de magneții permanenți este reprezentat, ca și câmpul electric, prin linii de forță magnetice. O imagine a liniilor de câmp magnetic ale oricărui magnet poate fi obținută prin plasarea peste acesta a unei foi de hârtie, pe care se toarnă pilitura de fier într-un strat uniform. Intrând într-un câmp magnetic, rumegușul este magnetizat - fiecare dintre ele are un pol nord și un pol sud. Polii opuși tind să se apropie unul de celălalt, dar acest lucru este prevenit prin frecarea rumegușului pe hârtie. Dacă bateți hârtia cu degetul, frecarea va scădea și pilitura vor fi atrase unele de altele, formând lanțuri care reprezintă liniile unui câmp magnetic.

Pe orez. 3 arată locația în câmp a unui magnet direct de rumeguș și a micilor săgeți magnetice care indică direcția liniilor câmpului magnetic. Pentru această direcție se ia direcția polului nord al acului magnetic.

Experiența lui Oersted. Curent de câmp magnetic

La începutul secolului al XIX-lea. om de știință danez Oersted a făcut o descoperire importantă descoperind acţiunea curentului electric asupra magneţilor permanenţi . A pus un fir lung lângă acul magnetic. Când un curent trecea prin fir, săgeata se întoarse, încercând să fie perpendiculară pe acesta ( orez. 4 ). Acest lucru ar putea fi explicat prin apariția unui câmp magnetic în jurul conductorului.

Liniile magnetice de forță ale câmpului creat de un conductor direct cu curent sunt cercuri concentrice situate într-un plan perpendicular pe acesta, cu centrele în punctul prin care trece curentul ( orez. 5 ). Direcția liniilor este determinată de regula corectă a șurubului:

Dacă șurubul este rotit în direcția liniilor de câmp, acesta se va deplasa în direcția curentului din conductor .

Forța caracteristică câmpului magnetic este vector de inducție magnetică B . În fiecare punct, este direcționat tangențial la linia câmpului. Liniile de câmp electric încep pe sarcini pozitive și se termină pe cele negative, iar forța care acționează în acest câmp asupra unei sarcini este direcționată tangențial la linie în fiecare dintre punctele sale. Spre deosebire de câmpul electric, liniile câmpului magnetic sunt închise, ceea ce se datorează absenței „sarcinilor magnetice” din natură.

Câmpul magnetic al curentului nu este în principiu diferit de câmpul creat de un magnet permanent. În acest sens, un analog al unui magnet plat este un solenoid lung - o bobină de sârmă, a cărei lungime este mult mai mare decât diametrul său. Diagrama liniilor câmpului magnetic pe care l-a creat, reprezentată în orez. 6 , similar cu cel pentru un magnet plat ( orez. 3 ). Cercurile indică secțiunile firului care formează înfășurarea solenoidului. Curenții care curg prin firul de la observator sunt indicați prin cruci, iar curenții din direcția opusă - spre observator - sunt indicați prin puncte. Aceleași denumiri sunt acceptate pentru liniile de câmp magnetic atunci când sunt perpendiculare pe planul desenului ( orez. 7 a, b).

Direcția curentului în înfășurarea solenoidului și direcția liniilor câmpului magnetic din interiorul acesteia sunt, de asemenea, legate de regula șurubului drept, care în acest caz este formulată după cum urmează:

Dacă priviți de-a lungul axei solenoidului, atunci curentul care curge în sensul acelor de ceasornic creează un câmp magnetic în el, a cărui direcție coincide cu direcția de mișcare a șurubului drept ( orez. opt )

Pe baza acestei reguli, este ușor să ne dăm seama că solenoidul afișat în orez. 6 , capătul său drept este polul nord, iar capătul său stâng este polul sudic.

Câmpul magnetic din interiorul solenoidului este omogen - vectorul de inducție magnetică are o valoare constantă acolo (B = const). În acest sens, solenoidul este similar cu un condensator plat, în interiorul căruia se creează un câmp electric uniform.

Forța care acționează într-un câmp magnetic asupra unui conductor cu curent

S-a stabilit experimental că o forță acționează asupra unui conductor care poartă curent într-un câmp magnetic. Într-un câmp uniform, un conductor rectiliniu de lungime l, prin care circulă curentul I, situat perpendicular pe vectorul câmp B, experimentează forța: F = I l B .

Se determină direcția forței regula mana stanga:

Dacă cele patru degete întinse ale mâinii stângi sunt plasate în direcția curentului în conductor, iar palma este perpendiculară pe vectorul B, atunci degetul mare retras va indica direcția forței care acționează asupra conductorului. (orez. nouă ).

De remarcat că forța care acționează asupra unui conductor cu curent într-un câmp magnetic nu este direcționată tangențial la liniile sale de forță, ca o forță electrică, ci perpendicular pe acestea. Un conductor situat de-a lungul liniilor de forță nu este afectat de forța magnetică.

Ecuația F = IlB permite de a da o caracteristică cantitativă a inducției câmpului magnetic.

Atitudine nu depinde de proprietățile conductorului și caracterizează câmpul magnetic în sine.

Modulul vectorului de inducție magnetică B este numeric egal cu forța care acționează asupra unui conductor de unitate de lungime situat perpendicular pe acesta, prin care circulă un curent de un amper.

În sistemul SI, unitatea de inducție a câmpului magnetic este tesla (T):

Un câmp magnetic. Tabele, diagrame, formule

(Interacțiunea magneților, experimentul lui Oersted, vector de inducție magnetică, direcție vectorială, principiu de suprapunere. Reprezentarea grafică a câmpurilor magnetice, liniile de inducție magnetică. Fluxul magnetic, energia caracteristică câmpului. Forțe magnetice, forța Ampère, forța Lorentz. Mișcarea încărcată particule într-un câmp magnetic. Proprietăți magnetice ale materiei, ipoteza lui Ampère)

Termenul „câmp magnetic” înseamnă de obicei un anumit spațiu energetic în care se manifestă forțele de interacțiune magnetică. Acestea afectează:

substanțe individuale: ferimagneți (metale - în principal fontă, fier și aliaje ale acestora) și clasa lor de ferite, indiferent de stare;

sarcinile în mișcare ale energiei electrice.

Se numesc corpuri fizice care au un moment magnetic total de electroni sau alte particule magneți permanenți. Interacțiunea lor este prezentată în imagine. linii electrice magnetice.

S-au format după ce a adus un magnet permanent pe reversul unei foi de carton cu un strat uniform de pilitură de fier. Imaginea prezintă un marcaj clar al polilor nord (N) și sud (S) cu direcția liniilor de forță în raport cu orientarea lor: ieșirea din polul nord și intrarea spre sud.

Cum se creează un câmp magnetic

Sursele câmpului magnetic sunt:

magneți permanenți;

taxe mobile;

câmp electric variabil în timp.

Fiecare copil de grădiniță este familiarizat cu acțiunea magneților permanenți. Până la urmă, a trebuit deja să sculpteze poze-magneți luate din pachete cu tot felul de bunătăți pe frigider.

Sarcinile electrice în mișcare au de obicei o energie de câmp magnetic mult mai mare decât. Este indicat și prin linii de forță. Să analizăm regulile de proiectare a acestora pentru un conductor rectiliniu cu curent I.

O linie de câmp magnetic este trasată într-un plan perpendicular pe fluxul de curent, astfel încât în ​​fiecare punct forța care acționează asupra polului nord al acului magnetic să fie direcționată tangențial la această linie. Acest lucru creează cercuri concentrice în jurul sarcinii în mișcare.

Direcția acestor forțe este determinată de binecunoscuta regulă a unui șurub sau a unui braț cu înfășurare cu filet pe dreapta.

regula gimlet

Este necesar să poziționați brațul coaxial cu vectorul curent și să rotiți mânerul astfel încât mișcarea de translație a brațului să coincidă cu direcția sa. Apoi, orientarea liniilor magnetice de forță va fi afișată prin rotirea mânerului.

În conductorul inel, mișcarea de rotație a mânerului coincide cu direcția curentului, iar mișcarea de translație indică orientarea inducției.

Liniile de câmp magnetic ies întotdeauna de la polul nord și intră în sud. Ele continuă în interiorul magnetului și nu sunt niciodată deschise.

Reguli pentru interacțiunea câmpurilor magnetice

Câmpurile magnetice din diferite surse se adaugă între ele, formând câmpul rezultat.

În acest caz, magneții cu poli opuși (N - S) sunt atrași unul de celălalt, iar cu aceiași poli (N - N, S - S) sunt respinși. Forțele de interacțiune dintre poli depind de distanța dintre ei. Cu cât polii sunt deplasați mai aproape, cu atât forța generată este mai mare.

Principalele caracteristici ale câmpului magnetic

Acestea includ:

vector de inducție magnetică (B);

flux magnetic (F);

legătura de flux (Ψ).

Intensitatea sau forța impactului câmpului este estimată prin valoare vector de inducție magnetică. Este determinată de valoarea forței „F” creată de curentul de trecere „I” printr-un conductor de lungime „l”. B \u003d F / (I ∙ l)

Unitatea de măsură a inducției magnetice în sistemul SI este Tesla (în memoria fizicianului de știință care a studiat aceste fenomene și le-a descris folosind metode matematice). În literatura tehnică rusă, este desemnat „Tl”, iar în documentația internațională este adoptat simbolul „T”.

1 T este inducția unui astfel de flux magnetic uniform, care acționează cu o forță de 1 newton pe fiecare metru de lungime a unui conductor drept perpendicular pe direcția câmpului, atunci când prin acest conductor trece un curent de 1 amper.

1Tl=1∙N/(A∙m)

Direcția vectorului B este determinată de regula mana stanga.

Dacă plasați palma mâinii stângi într-un câmp magnetic, astfel încât liniile de forță de la polul nord să intre în palmă într-un unghi drept și plasați patru degete în direcția curentului din conductor, atunci degetul mare proeminent va indicați direcția forței asupra acestui conductor.

În cazul în care conductorul cu curent electric nu este situat în unghi drept față de liniile câmpului magnetic, atunci forța care acționează asupra acestuia va fi proporțională cu mărimea curentului care curge și cu partea componentă a proiecției lungimii conductorului. cu curent pe un plan situat pe direcţie perpendiculară.

Forța care acționează asupra curentului electric nu depinde de materialele din care este realizat conductorul și de aria secțiunii sale transversale. Chiar dacă acest conductor nu există deloc, iar sarcinile în mișcare încep să se deplaseze într-un alt mediu între polii magnetici, atunci această forță nu se va schimba în niciun fel.

Dacă în interiorul câmpului magnetic în toate punctele vectorul B are aceeași direcție și mărime, atunci un astfel de câmp este considerat uniform.

Orice mediu care are , afectează valoarea vectorului de inducție B .

Flux magnetic (F)

Dacă luăm în considerare trecerea inducției magnetice printr-o anumită zonă S, atunci inducția limitată de limitele sale se va numi flux magnetic.

Când aria este înclinată la un anumit unghi α față de direcția inducției magnetice, atunci fluxul magnetic scade cu valoarea cosinusului unghiului de înclinare al zonei. Valoarea sa maximă este creată atunci când aria este perpendiculară pe inducția sa penetrantă. Ф=В·S

Unitatea de măsură pentru fluxul magnetic este 1 weber, care este determinată de trecerea inducției de 1 tesla printr-o zonă de 1 metru pătrat.

Legătura de flux

Acest termen este folosit pentru a obține cantitatea totală de flux magnetic creat dintr-un anumit număr de conductori purtători de curent situat între polii unui magnet.

Pentru cazul în care același curent I trece prin înfășurarea bobinei cu numărul de spire n, atunci fluxul magnetic total (legat) din toate spirele se numește flux linkage Ψ.

Ψ=n F . Unitatea de legătură a fluxului este 1 weber.

Cum se formează un câmp magnetic dintr-o electricitate alternativă

Câmpul electromagnetic care interacționează cu sarcini electrice și corpuri cu momente magnetice este o combinație a două câmpuri:

electric;

magnetic.

Ele sunt interdependente, reprezintă o combinație între ele, iar atunci când una se schimbă în timp, apar anumite abateri în cealaltă. De exemplu, atunci când se creează un câmp electric sinusoidal alternativ într-un generator trifazat, același câmp magnetic se formează simultan cu caracteristicile armonicilor alternative similare.

Proprietățile magnetice ale substanțelor

În legătură cu interacțiunea cu un câmp magnetic extern, substanțele sunt împărțite în:

antiferomagneți cu momente magnetice echilibrate, datorită cărora se creează un grad foarte mic de magnetizare a corpului;

diamagneti cu proprietatea de a magnetiza campul intern impotriva actiunii celui extern. Când nu există câmp extern, atunci nu prezintă proprietăți magnetice;

paramagneți cu proprietăți de magnetizare a câmpului intern în direcția câmpului exterior, care au un grad mic;

feromagneți, care sunt magnetici fără un câmp extern aplicat la temperaturi sub punctul Curie;

ferimagneți cu momente magnetice care sunt dezechilibrate ca mărime și direcție.

Toate aceste proprietăți ale substanțelor și-au găsit diverse aplicații în tehnologia modernă.

Circuite magnetice

Toate transformatoarele, inductanțele, mașinile electrice și multe alte dispozitive funcționează pe bază.

De exemplu, într-un electromagnet de lucru, fluxul magnetic trece printr-un circuit magnetic format din oțeluri feromagnetice și aer cu proprietăți neferomagnetice pronunțate. Combinația acestor elemente formează circuitul magnetic.

Majoritatea dispozitivelor electrice au circuite magnetice în design. Citiți mai multe despre asta în acest articol -