Pozri tiež: Portál: Fyzika

Magnetické pole môže byť vytvorené prúdom nabitých častíc a/alebo magnetickými momentmi elektrónov v atómoch (a magnetickými momentmi iných častíc, aj keď v oveľa menšej miere) (permanentné magnety).

Okrem toho sa objavuje v prítomnosti časovo premenného elektrického poľa.

Hlavnou výkonovou charakteristikou magnetického poľa je vektor magnetickej indukcie (vektor indukcie magnetického poľa) . Z matematického hľadiska ide o vektorové pole, ktoré definuje a špecifikuje fyzikálny pojem magnetického poľa. Vektor magnetickej indukcie sa často kvôli stručnosti nazýva jednoducho magnetické pole (aj keď to pravdepodobne nie je najprísnejšie použitie tohto termínu).

Ďalšou základnou charakteristikou magnetického poľa (alternatívna magnetická indukcia as ňou úzko súvisiaca, fyzikálna hodnota sa jej prakticky rovná) je vektorový potenciál .

Magnetické pole možno nazvať špeciálnym druhom hmoty, prostredníctvom ktorej dochádza k interakcii medzi pohybujúcimi sa nabitými časticami alebo telesami, ktoré majú magnetický moment.

Magnetické polia sú nevyhnutným (v kontexte) dôsledkom existencie elektrických polí.

• Z hľadiska kvantovej teórie poľa magnetickú interakciu - ako špeciálny prípad elektromagnetickej interakcie prenáša fundamentálny bezhmotný bozón - fotón (častica, ktorá môže byť reprezentovaná ako kvantová excitácia elektromagnetického poľa), často (napr. napríklad vo všetkých prípadoch statických polí) - virtuálne.

Zdroje magnetického poľa

Magnetické pole je vytvárané (generované) prúdom nabitých častíc alebo časovo premenlivým elektrickým poľom alebo vnútornými magnetickými momentmi častíc (druhé môžu byť v záujme rovnomernosti obrazu formálne zmenšené). na elektrické prúdy).

kalkulácia

V jednoduchých prípadoch možno magnetické pole vodiča s prúdom (vrátane prípadu prúdu rozloženého ľubovoľne po objeme alebo priestore) zistiť z Biot-Savart-Laplaceovho zákona alebo z cirkulačnej vety (je to tiež Ampérov zákon). V princípe je táto metóda obmedzená na prípad (aproximáciu) magnetostatiky - teda prípad konštantných (ak hovoríme o striktnej použiteľnosti) alebo skôr pomaly sa meniacich (ak hovoríme o približnom použití) magnetických a elektrických polí.

V zložitejších situáciách sa hľadá ako riešenie Maxwellových rovníc.

Prejav magnetického poľa

Magnetické pole sa prejavuje pôsobením na magnetické momenty častíc a telies, na pohybujúce sa nabité častice (alebo vodiče s prúdom). Sila pôsobiaca na elektricky nabitú časticu pohybujúcu sa v magnetickom poli sa nazýva Lorentzova sila, ktorá je vždy smerovaná kolmo na vektory. v a B. Je úmerná náboju častice q, zložka rýchlosti v, kolmo na smer vektora magnetického poľa B a veľkosť indukcie magnetického poľa B. V sústave jednotiek SI je Lorentzova sila vyjadrená takto:

v systéme jednotiek CGS:

kde hranaté zátvorky označujú vektorový súčin.

Taktiež (v dôsledku pôsobenia Lorentzovej sily na nabité častice pohybujúce sa pozdĺž vodiča) pôsobí magnetické pole na vodič prúdom. Sila pôsobiaca na vodič s prúdom sa nazýva ampérová sila. Táto sila je súčtom síl pôsobiacich na jednotlivé náboje pohybujúce sa vo vnútri vodiča.

Interakcia dvoch magnetov

Jedným z najbežnejších prejavov magnetického poľa v bežnom živote je interakcia dvoch magnetov: rovnaké póly sa odpudzujú, opačné sa priťahujú. Zdá sa lákavé opísať interakciu medzi magnetmi ako interakciu medzi dvoma monopólmi a z formálneho hľadiska je táto myšlienka celkom realizovateľná a často veľmi pohodlná, a teda prakticky užitočná (pri výpočtoch); podrobná analýza však ukazuje, že v skutočnosti nejde o úplne správny popis javu (najzrejmejšou otázkou, ktorú nemožno v rámci takéhoto modelu vysvetliť, je otázka, prečo nikdy nemožno oddeliť monopoly, teda prečo experiment ukazuje, že žiadne izolované teleso v skutočnosti nemá magnetický náboj, navyše slabinou modelu je, že nie je aplikovateľný na magnetické pole vytvorené makroskopickým prúdom, čo znamená, že ak sa nepovažuje za čisto formálna technika, vedie len ku komplikácii teórie v základnom zmysle).

Správnejšie by bolo povedať, že na magnetický dipól umiestnený v nehomogénnom poli pôsobí sila, ktorá má tendenciu ho otáčať tak, že magnetický moment dipólu je spolusmerovaný s magnetickým poľom. Žiadny magnet však nevykazuje (úplnú) silu z rovnomerného magnetického poľa. Sila pôsobiaca na magnetický dipól s magnetickým momentom m vyjadruje sa vzorcom:

Silu pôsobiacu na magnet (nie je to jednobodový dipól) z nehomogénneho magnetického poľa možno určiť súčtom všetkých síl (definovaných týmto vzorcom) pôsobiacich na elementárne dipóly, ktoré tvoria magnet.

Je však možný prístup, ktorý redukuje interakciu magnetov na ampérovú silu a samotný vzorec pre silu pôsobiacu na magnetický dipól možno získať aj na základe ampérovej sily.

Fenomén elektromagnetickej indukcie

vektorové pole H merané v ampéroch na meter (A/m) v sústave SI a v oerstedoch v CGS. Oerstedy a gausses sú identické veličiny, ich oddelenie je čisto terminologické.

Energia magnetického poľa

Prírastok hustoty energie magnetického poľa je:

H- sila magnetického poľa, B- magnetická indukcia

Pri lineárnej tenzorovej aproximácii je magnetická permeabilita tenzor (označujeme ho ) a násobenie vektora ňou je násobenie tenzora (matice):

alebo v komponentoch.

Hustota energie v tejto aproximácii sa rovná:

- zložky tenzora magnetickej permeability, - tenzor reprezentovaný maticou inverznou k matici tenzora magnetickej permeability, - magnetická konštanta

Keď sú súradnicové osi zvolené tak, aby sa zhodovali s hlavnými osami tenzora magnetickej permeability, vzorce v komponentoch sú zjednodušené:

sú diagonálne zložky tenzora magnetickej permeability v jeho vlastných osiach (ostatné zložky v týchto špeciálnych súradniciach - a len v nich! - sa rovnajú nule).

V izotropnom lineárnom magnete:

- relatívna magnetická permeabilita

Vo vákuu a:

Energiu magnetického poľa v induktore možno nájsť podľa vzorca:

Ф - magnetický tok, I - prúd, L - indukčnosť cievky alebo cievky s prúdom.

Magnetické vlastnosti látok

Zo zásadného hľadiska, ako už bolo spomenuté vyššie, magnetické pole môže byť vytvárané (a teda - v kontexte tohto odseku - aj zoslabované alebo zosilnené) striedavým elektrickým poľom, elektrickými prúdmi vo forme prúdov nabitých častíc resp. magnetické momenty častíc.

Špecifická mikroskopická štruktúra a vlastnosti rôznych látok (ako aj ich zmesí, zliatin, stavov agregácie, kryštalických modifikácií atď.) vedú k tomu, že na makroskopickej úrovni sa môžu pri pôsobení vonkajšieho magnetického poľa správať úplne inak. (najmä jeho oslabenie alebo zosilnenie v rôznej miere).

V tomto ohľade sú látky (a médiá vo všeobecnosti) vo vzťahu k ich magnetickým vlastnostiam rozdelené do nasledujúcich hlavných skupín:

• Antiferomagnetiká sú látky, v ktorých je stanovené antiferomagnetické usporiadanie magnetických momentov atómov alebo iónov: magnetické momenty látok smerujú opačne a majú rovnakú silu.
• Diamagnety sú látky, ktoré sú magnetizované proti smeru vonkajšieho magnetického poľa.
• Paramagnety sú látky, ktoré sú magnetizované vo vonkajšom magnetickom poli v smere vonkajšieho magnetického poľa.
• Feromagnetiká sú látky, v ktorých sa pod určitou kritickou teplotou (Curieho bod) vytvorí feromagnetický rad magnetických momentov s dlhým dosahom.
• Ferimagnety - materiály, v ktorých magnetické momenty látky smerujú opačne a nemajú rovnakú silu.
• Vyššie uvedené skupiny látok zahŕňajú najmä bežné pevné alebo (niektoré) kvapalné látky, ako aj plyny. Interakcia s magnetickým poľom supravodičov a plazmy sa výrazne líši.

Toki Foucault

Foucaultove prúdy (vírivé prúdy) - uzavreté elektrické prúdy v masívnom vodiči vznikajúce zmenou magnetického toku, ktorý ním preniká. Sú to indukčné prúdy vznikajúce vo vodivom telese buď v dôsledku zmeny v čase magnetického poľa, v ktorom sa nachádza, alebo v dôsledku pohybu telesa v magnetickom poli, čo vedie k zmene magnetického toku cez tela alebo akejkoľvek jeho časti. Podľa Lenzovho pravidla je magnetické pole Foucaultových prúdov nasmerované tak, aby pôsobilo proti zmene magnetického toku, ktorý tieto prúdy indukuje.

História vývoja myšlienok o magnetickom poli

Hoci magnety a magnetizmus boli známe oveľa skôr, štúdium magnetického poľa sa začalo v roku 1269, keď francúzsky vedec Peter Peregrine (rytier Pierre z Méricourtu) zaznamenal magnetické pole na povrchu guľového magnetu pomocou oceľových ihiel a zistil, že výsledné siločiary magnetického poľa sa pretínali v dvoch bodoch, ktoré nazval „póly“ analogicky s pólmi Zeme. Takmer o tri storočia neskôr použil William Gilbert Colchester dielo Petra Peregrinusa a po prvý raz definitívne uviedol, že samotná Zem je magnetom. Vydané v roku 1600, Gilbertova práca De Magnete, položil základy magnetizmu ako vedy.

Tri objavy v rade spochybnili tento „základ magnetizmu“. Po prvé, v roku 1819 Hans Christian Oersted zistil, že elektrický prúd vytvára okolo seba magnetické pole. Potom, v roku 1820, André-Marie Ampère ukázal, že paralelné drôty prenášajúce prúd v rovnakom smere sa navzájom priťahujú. Nakoniec Jean-Baptiste Biot a Félix Savard objavili v roku 1820 zákon nazývaný Biot-Savart-Laplaceov zákon, ktorý správne predpovedal magnetické pole okolo akéhokoľvek vodiča pod napätím.

Po rozšírení týchto experimentov publikoval Ampère v roku 1825 svoj vlastný úspešný model magnetizmu. V ňom ukázal ekvivalenciu elektrického prúdu v magnetoch a namiesto dipólov magnetických nábojov v Poissonovom modeli navrhol myšlienku, že magnetizmus je spojený s neustále tečúcimi prúdovými slučkami. Táto myšlienka vysvetľovala, prečo nebolo možné izolovať magnetický náboj. Okrem toho Ampère odvodil po ňom pomenovaný zákon, ktorý podobne ako Biot-Savart-Laplaceov zákon správne popisoval magnetické pole produkované jednosmerným prúdom a bola zavedená aj teoréma cirkulácie magnetického poľa. Aj v tejto práci Ampère zaviedol termín „elektrodynamika“, aby opísal vzťah medzi elektrinou a magnetizmom.

Hoci sila magnetického poľa pohybujúceho sa elektrického náboja zahrnutá v Ampérovom zákone nebola výslovne uvedená, v roku 1892 ju Hendrik Lorentz odvodil z Maxwellových rovníc. Zároveň bola v podstate dokončená klasická teória elektrodynamiky.

Dvadsiate storočie rozšírilo názory na elektrodynamiku vďaka vzniku teórie relativity a kvantovej mechaniky. Albert Einstein vo svojom článku z roku 1905, kde bola podložená jeho teória relativity, ukázal, že elektrické a magnetické polia sú súčasťou toho istého javu, uvažovaného v rôznych referenčných rámcoch. (Pozri problém s pohyblivým magnetom a vodičom – myšlienkový experiment, ktorý nakoniec pomohol Einsteinovi vyvinúť špeciálnu teóriu relativity). Nakoniec bola kvantová mechanika kombinovaná s elektrodynamikou za vzniku kvantovej elektrodynamiky (QED).

pozri tiež

• Vizualizér magnetického filmu

Poznámky

1. TSB. 1973, "Sovietska encyklopédia".
2. V určitých prípadoch môže magnetické pole existovať aj bez elektrického poľa, ale vo všeobecnosti je magnetické pole hlboko prepojené s elektrickým poľom, a to dynamicky (vzájomné generovanie striedaním elektrických a magnetických polí), ako aj v pocit, že pri prechode do nového referenčného rámca sú magnetické a elektrické pole vyjadrené cez seba, to znamená, že vo všeobecnosti ich nemožno bezpodmienečne oddeliť.
3. Yavorsky B. M., Detlaf A. A. Handbook of Physics: 2. vydanie, prepracované. - M .: Veda, Hlavné vydanie fyzikálnej a matematickej literatúry, 1985, - 512 s.
4. V SI sa magnetická indukcia meria v teslach (T), v systéme cgs v gaussoch.
5. V sústave jednotiek CGS sa presne zhodujú, v SI sa líšia konštantným koeficientom, čo samozrejme nemení fakt ich praktickej fyzickej identity.
6. Najdôležitejší a povrchný rozdiel je v tom, že sila pôsobiaca na pohybujúcu sa časticu (alebo na magnetický dipól) sa vypočítava z hľadiska a nie z hľadiska . Akákoľvek iná fyzikálne správna a zmysluplná metóda merania ju tiež umožní zmerať, aj keď niekedy sa ukáže, že je vhodnejšia pre formálny výpočet - aký zmysel má v skutočnosti zavedenie tejto pomocnej veličiny (inak by sme to urobili úplne bez neho, iba pomocou
7. Malo by sa však dobre chápať, že množstvo základných vlastností tejto „hmoty“ sa zásadne líši od vlastností bežného typu „hmoty“, ktoré by sa dali označiť pojmom „látka“.
8. Pozri Ampérovu vetu.
9. Pre homogénne pole dáva tento výraz nulovú silu, pretože všetky derivácie sú rovné nule B podľa súradníc.
10. Sivukhin D.V. Všeobecný kurz fyziky. - Ed. 4., stereotypné. - M .: Fizmatlit; Vydavateľstvo MIPT, 2004. - ročník III. Elektrina. - 656 s. - ISBN 5-9221-0227-3; ISBN 5-89155-086-5.

Magnetické pole toto je hmota, ktorá vzniká okolo zdrojov elektrického prúdu, ako aj okolo permanentných magnetov. Vo vesmíre sa magnetické pole zobrazuje ako kombinácia síl, ktoré môžu pôsobiť na zmagnetizované telesá. Tento účinok sa vysvetľuje prítomnosťou hnacieho výboja na molekulárnej úrovni.

Magnetické pole sa tvorí iba okolo elektrických nábojov, ktoré sú v pohybe. Preto sú magnetické a elektrické polia integrálne a tvoria spolu elektromagnetického poľa. Zložky magnetického poľa sú vzájomne prepojené a navzájom na seba pôsobia, pričom menia svoje vlastnosti.

Vlastnosti magnetického poľa:
1. Magnetické pole vzniká vplyvom hnacích nábojov elektrického prúdu.
2. Magnetické pole je v ktoromkoľvek svojom bode charakterizované vektorom fyzikálnej veličiny tzv magnetická indukcia, čo je silová charakteristika magnetického poľa.
3. Magnetické pole môže ovplyvňovať iba magnety, vodivé vodiče a pohybujúce sa náboje.
4. Magnetické pole môže byť konštantného a premenlivého typu
5. Magnetické pole merajú len špeciálne prístroje a ľudské zmysly ho nedokážu vnímať.
6. Magnetické pole je elektrodynamické, keďže vzniká len pri pohybe nabitých častíc a ovplyvňuje len náboje, ktoré sú v pohybe.
7. Nabité častice sa pohybujú po kolmej trajektórii.

Veľkosť magnetického poľa závisí od rýchlosti zmeny magnetického poľa. V súlade s tým existujú dva typy magnetického poľa: dynamické magnetické pole a gravitačné magnetické pole. Gravitačné magnetické pole vzniká len v blízkosti elementárnych častíc a vzniká v závislosti od štruktúrnych vlastností týchto častíc.

Magnetický moment vzniká, keď magnetické pole pôsobí na vodivý rám. Inými slovami, magnetický moment je vektor, ktorý sa nachádza na priamke, ktorá prebieha kolmo na rám.

Magnetické pole je možné znázorniť graficky pomocou magnetických siločiar. Tieto čiary sú nakreslené v takom smere, že smer síl poľa sa zhoduje so smerom samotnej siločiary. Magnetické siločiary sú súvislé a zároveň uzavreté.

Smer magnetického poľa sa určuje pomocou magnetickej ihly. Siločiary tiež určujú polaritu magnetu, koniec s výstupom siločiar je severný pól a koniec so vstupom týchto čiar je južný pól.

Je veľmi vhodné vizuálne posúdiť magnetické pole pomocou bežných železných pilín a kusu papiera.
Ak položíme list papiera na permanentný magnet a navrch posypeme pilinami, častice železa sa zoradia podľa magnetických siločiar.

Smer siločiar pre vodiča je pohodlne určený slávnym gimletové pravidlo alebo pravidlo pravej ruky. Ak chytíme vodič rukou tak, že palec sa pozerá v smere prúdu (od mínus do plus), tak nám zvyšné 4 prsty ukážu smer magnetických siločiar.

A smer Lorentzovej sily - sila, ktorou magnetické pole pôsobí na nabitú časticu alebo vodič s prúdom, podľa pravidlo ľavej ruky.
Ak umiestnime ľavú ruku do magnetického poľa tak, že sa 4 prsty pozerajú v smere prúdu vo vodiči a siločiary vstupujú do dlane, palec bude ukazovať smer Lorentzovej sily, ktorá pôsobí na vodič umiestnený v magnetickom poli.

To je asi tak všetko. Akékoľvek otázky sa určite opýtajte v komentároch.

Téma: Magnetické pole

Pripravil: Baigarashev D.M.

Kontroloval: Gabdullina A.T.

Magnetické pole

Ak sú dva paralelné vodiče pripojené k zdroju prúdu tak, že nimi prechádza elektrický prúd, potom sa vodiče v závislosti od smeru prúdu v nich buď odpudzujú alebo priťahujú.

Vysvetlenie tohto javu je možné z hľadiska vzhľadu okolo vodičov špeciálneho typu hmoty - magnetického poľa.

Sily, s ktorými prúdové vodiče interagujú, sa nazývajú magnetické.

Magnetické pole- ide o zvláštny druh hmoty, ktorej špecifikom je pôsobenie na pohybujúci sa elektrický náboj, vodiče s prúdom, telesá s magnetickým momentom, so silou závislou od vektora rýchlosti náboja, smer sily prúdu v vodič a na smer magnetického momentu telesa.

História magnetizmu siaha do staroveku, do starovekých civilizácií v Malej Ázii. Práve na území Malej Ázie, v Magnesii, bola nájdená skala, ktorej vzorky sa navzájom priťahovali. Podľa názvu oblasti sa takéto vzorky začali nazývať „magnety“. Akýkoľvek magnet vo forme tyče alebo podkovy má dva konce, ktoré sa nazývajú póly; práve na tomto mieste sa jeho magnetické vlastnosti prejavia najvýraznejšie. Ak zavesíte magnet na šnúrku, jeden pól bude vždy smerovať na sever. Na tomto princípe je založený kompas. Severný pól voľne visiaceho magnetu sa nazýva severný pól magnetu (N). Opačný pól sa nazýva južný pól (S).

Magnetické póly sa navzájom ovplyvňujú: ako póly sa odpudzujú a na rozdiel od pólov sa priťahujú. Podobne koncept elektrického poľa obklopujúceho elektrický náboj zavádza koncept magnetického poľa okolo magnetu.

V roku 1820 Oersted (1777-1851) zistil, že magnetická ihla umiestnená vedľa elektrického vodiča sa pri prechode prúdu vodičom odchyľuje, to znamená, že okolo vodiča s prúdom sa vytvorí magnetické pole. Ak vezmeme rám s prúdom, potom vonkajšie magnetické pole interaguje s magnetickým poľom rámu a má naň orientačný vplyv, t.j. existuje poloha rámu, v ktorej má vonkajšie magnetické pole maximálny rotačný účinok na a existuje poloha, keď je sila krútiaceho momentu nulová.

Magnetické pole v ľubovoľnom bode možno charakterizovať vektorom B, ktorý je tzv vektor magnetickej indukcie alebo magnetická indukcia v bode.

Magnetická indukcia B je vektorová fyzikálna veličina, ktorá je silová charakteristika magnetického poľa v bode. Rovná sa pomeru maximálneho mechanického momentu síl pôsobiacich na slučku s prúdom umiestneným v rovnomernom poli k súčinu sily prúdu v slučke a jej plochy:

Smer vektora magnetickej indukcie B sa považuje za smer kladnej normály k rámu, ktorý súvisí s prúdom v ráme podľa pravidla pravej skrutky, s mechanickým momentom rovným nule.

Rovnakým spôsobom, ako sú znázornené čiary intenzity elektrického poľa, sú znázornené čiary indukcie magnetického poľa. Čiara indukcie magnetického poľa je imaginárna čiara, ktorej dotyčnica sa zhoduje so smerom B v bode.

Smery magnetického poľa v danom bode možno definovať aj ako smer, ktorý udáva

severný pól strelky kompasu umiestnenej v tomto bode. Predpokladá sa, že čiary indukcie magnetického poľa smerujú zo severného pólu na juh.

Smer čiar magnetickej indukcie magnetického poľa vytvoreného elektrickým prúdom, ktorý preteká priamym vodičom, je určený pravidlom gimletu alebo pravej skrutky. Smer otáčania hlavy skrutky sa berie ako smer čiar magnetickej indukcie, ktorý by zabezpečil jej translačný pohyb v smere elektrického prúdu (obr. 59).

kde n01 = 4 Pi 10-7 V s / (A m). - magnetická konštanta, R - vzdialenosť, I - sila prúdu vo vodiči.

Na rozdiel od elektrostatických siločiar, ktoré začínajú pri kladnom náboji a končia pri zápornom, sú siločiary magnetického poľa vždy uzavreté. Nebol nájdený žiadny magnetický náboj podobný elektrickému náboju.

Jedna tesla (1 T) sa berie ako jednotka indukcie - indukcia takého rovnomerného magnetického poľa, v ktorom maximálny krútiaci moment 1 Nm pôsobí na rám s plochou 1 m 2, cez ktorý prechádza prúd 1 A tečie.

Indukciu magnetického poľa možno určiť aj silou pôsobiacou na vodič s prúdom v magnetickom poli.

Vodič s prúdom umiestnený v magnetickom poli je vystavený ampérovej sile, ktorej hodnota je určená nasledujúcim výrazom:

kde I je sila prúdu vo vodiči, l- dĺžka vodiča, B je modul vektora magnetickej indukcie a je uhol medzi vektorom a smerom prúdu.

Smer ampérovej sily možno určiť pravidlom ľavej ruky: dlaň ľavej ruky je umiestnená tak, aby čiary magnetickej indukcie vstupovali do dlane, štyri prsty sú umiestnené v smere prúdu vo vodiči, potom ohnutý palec ukazuje smer ampérovej sily.

Ak vezmeme do úvahy, že I = q 0 nSv a dosadíme tento výraz do (3.21), dostaneme F = q 0 nSh/B sin a. Počet častíc (N) v danom objeme vodiča je N = nSl, potom F = q 0 NvB sin a.

Určme silu pôsobiacu zo strany magnetického poľa na samostatnú nabitú časticu pohybujúcu sa v magnetickom poli:

Táto sila sa nazýva Lorentzova sila (1853-1928). Smer Lorentzovej sily možno určiť pravidlom ľavej ruky: dlaň ľavej ruky je umiestnená tak, že čiary magnetickej indukcie vstupujú do dlane, štyri prsty ukazujú smer pohybu kladného náboja, palec ukáže smer Lorentzovej sily.

Sila interakcie medzi dvoma paralelnými vodičmi, ktorými pretekajú prúdy I 1 a I 2, sa rovná:

kde l-časť vodiča, ktorá je v magnetickom poli. Ak sú prúdy v rovnakom smere, potom sa vodiče priťahujú (obr. 60), ak sú v opačnom smere, sú odpudzované. Sily pôsobiace na každý vodič majú rovnakú veľkosť, opačný smer. Vzorec (3.22) je hlavný na určenie jednotky sily prúdu 1 ampér (1 A).

Magnetické vlastnosti látky charakterizuje skalárna fyzikálna veličina – magnetická permeabilita, ktorá ukazuje, koľkokrát sa indukcia B magnetického poľa v látke, ktorá úplne vypĺňa pole, líši v absolútnej hodnote od indukcie B 0 magnetického poľa v r. vákuum:

Podľa magnetických vlastností sú všetky látky rozdelené na diamagnetické, paramagnetické a feromagnetické.

Zvážte povahu magnetických vlastností látok.

Elektróny v obale atómov hmoty sa pohybujú po rôznych dráhach. Pre jednoduchosť považujeme tieto dráhy za kruhové a každý elektrón otáčajúci sa okolo atómového jadra možno považovať za kruhový elektrický prúd. Každý elektrón ako kruhový prúd vytvára magnetické pole, ktoré budeme nazývať orbitálne. Okrem toho má elektrón v atóme svoje vlastné magnetické pole, ktoré sa nazýva spinové pole.

Ak pri zavedení do vonkajšieho magnetického poľa s indukciou B 0 vznikne vo vnútri látky indukcia B< В 0 , то такие вещества называются диамагнитными (n< 1).

AT diamagnetické V materiáloch bez vonkajšieho magnetického poľa sú magnetické polia elektrónov kompenzované a keď sú vložené do magnetického poľa, indukcia magnetického poľa atómu je nasmerovaná proti vonkajšiemu poľu. Diamagnet je vytlačený z vonkajšieho magnetického poľa.

O paramagnetické materiálov, magnetická indukcia elektrónov v atómoch nie je úplne kompenzovaná a atóm ako celok sa javí ako malý permanentný magnet. Zvyčajne sú v hmote všetky tieto malé magnety orientované ľubovoľne a celková magnetická indukcia všetkých ich polí sa rovná nule. Ak umiestnite paramagnet do vonkajšieho magnetického poľa, potom sa všetky malé magnety - atómy budú otáčať vo vonkajšom magnetickom poli ako strelky kompasu a magnetické pole v látke sa zvýši ( n >= 1).

feromagnetické sú materiály, ktoré sú n„1. Vo feromagnetických materiáloch sa vytvárajú takzvané domény, makroskopické oblasti spontánnej magnetizácie.

V rôznych doménach má indukcia magnetických polí rôzne smery (obr. 61) a vo veľkom kryštáli

vzájomne sa kompenzujú. Pri zavedení feromagnetickej vzorky do vonkajšieho magnetického poľa sa hranice jednotlivých domén posunú tak, že objem domén orientovaných pozdĺž vonkajšieho poľa sa zväčší.

S nárastom indukcie vonkajšieho poľa B 0 sa zvyšuje magnetická indukcia magnetizovanej látky. Pri niektorých hodnotách B 0 indukcia zastaví svoj prudký rast. Tento jav sa nazýva magnetická saturácia.

Charakteristickým znakom feromagnetických materiálov je jav hysterézie, ktorý spočíva v nejednoznačnej závislosti indukcie v materiáli od indukcie vonkajšieho magnetického poľa pri jeho zmenách.

Magnetická hysterézna slučka je uzavretá krivka (cdc`d`c), vyjadrujúca závislosť indukcie v materiáli od amplitúdy indukcie vonkajšieho poľa s periodickou pomerne pomalou zmenou vonkajšieho poľa (obr. 62).

Hysterézna slučka je charakterizovaná nasledujúcimi hodnotami Bs, Br, Bc. Bs - maximálna hodnota indukcie materiálu pri B0s; B r - zvyšková indukcia, ktorá sa rovná hodnote indukcie v materiáli, keď sa indukcia vonkajšieho magnetického poľa zníži z B 0s na nulu; -B c a B c - koercitívna sila - hodnota rovnajúca sa indukcii vonkajšieho magnetického poľa potrebného na zmenu indukcie v materiáli zo zvyškovej na nulovú.

Pre každé feromagnetikum existuje taká teplota (Curieho bod (J. Curie, 1859-1906), nad ktorou feromagnetik stráca svoje feromagnetické vlastnosti.

Existujú dva spôsoby, ako uviesť zmagnetizované feromagnetikum do demagnetizovaného stavu: a) zahriať sa nad Curieov bod a ochladiť; b) zmagnetizujte materiál striedavým magnetickým poľom s pomaly klesajúcou amplitúdou.

Feromagnety s nízkou zvyškovou indukciou a koercitívnou silou sa nazývajú mäkké magnetické. Uplatnenie nachádzajú v zariadeniach, kde je potrebné feromagnetikum často premagnetizovať (jadrá transformátorov, generátory a pod.).

Na výrobu permanentných magnetov sa používajú magneticky tvrdé feromagnety, ktoré majú veľkú koercičnú silu.

Tak ako elektrický náboj v pokoji pôsobí na iný náboj cez elektrické pole, elektrický prúd pôsobí na iný prúd cez magnetické pole. Pôsobenie magnetického poľa na permanentné magnety sa redukuje na jeho pôsobenie na náboje pohybujúce sa v atómoch látky a vytvárajúce mikroskopické kruhové prúdy.

Doktrína o elektromagnetizmu na základe dvoch predpokladov:

• magnetické pole pôsobí na pohybujúce sa náboje a prúdy;
• okolo prúdov a pohybujúcich sa nábojov vzniká magnetické pole.

Interakcia magnetov

Permanentný magnet(alebo magnetická ihla) je orientovaná pozdĺž magnetického poludníka Zeme. Koniec smerujúci na sever sa nazýva severný pól(N) a opačný koniec je Južný pól(S). Pri priblížení dvoch magnetov k sebe si všimneme, že ich podobné póly sa odpudzujú a opačné sa priťahujú ( ryža. jeden ).

Ak oddelíme póly rozrezaním permanentného magnetu na dve časti, potom zistíme, že každý z nich bude mať tiež dva póly t.j. bude to permanentný magnet ( ryža. 2 ). Oba póly – severný aj južný – sú od seba neoddeliteľné, rovnocenné.

Magnetické pole vytvorené Zemou alebo permanentnými magnetmi je znázornené podobne ako elektrické pole magnetickými siločiarami. Obraz siločiar magnetického poľa akéhokoľvek magnetu možno získať tak, že sa naň položí hárok papiera, na ktorý sú v rovnomernej vrstve nasypané železné piliny. Keď sa piliny dostanú do magnetického poľa, zmagnetizujú sa - každá z nich má severný a južný pól. Opačné póly majú tendenciu sa k sebe približovať, tomu však bráni trenie pilín o papier. Ak poklepete prstom na papier, trenie sa zníži a piliny sa budú navzájom priťahovať, čím sa vytvoria reťazce, ktoré predstavujú čiary magnetického poľa.

Na ryža. 3 znázorňuje umiestnenie v poli priameho magnetu pilín a malé magnetické šípky označujúce smer magnetických siločiar. Pre tento smer sa berie smer severného pólu magnetickej ihly.

Oerstedova skúsenosť. Prúd magnetického poľa

Na začiatku XIX storočia. dánsky vedec Oersted objavením urobil dôležitý objav pôsobenie elektrického prúdu na permanentné magnety . Blízko magnetickej ihly umiestnil dlhý drôt. Keď drôtom prešiel prúd, šípka sa otočila a snažila sa byť na ňu kolmá ( ryža. štyri ). Dalo by sa to vysvetliť objavením sa magnetického poľa okolo vodiča.

Magnetické siločiary poľa vytvoreného jednosmerným vodičom s prúdom sú sústredné kružnice umiestnené v rovine naň kolmej so stredmi v bode, ktorým prúd prechádza ( ryža. 5 ). Smer čiar je určený správnym skrutkovým pravidlom:

Ak sa skrutka otáča v smere siločiar, bude sa pohybovať v smere prúdu vo vodiči .

Silová charakteristika magnetického poľa je vektor magnetickej indukcie B . V každom bode smeruje tangenciálne k siločiaru. Elektrické siločiary začínajú na kladných nábojoch a končia na záporných a sila pôsobiaca v tomto poli na náboj smeruje tangenciálne k čiare v každom z jej bodov. Na rozdiel od elektrického poľa sú čiary magnetického poľa uzavreté, čo je spôsobené absenciou „magnetických nábojov“ v prírode.

Magnetické pole prúdu sa v zásade nelíši od poľa vytvoreného permanentným magnetom. V tomto zmysle je analógom plochého magnetu dlhý solenoid - cievka drôtu, ktorej dĺžka je oveľa väčšia ako jej priemer. Diagram čiar magnetického poľa, ktorý vytvoril, znázornený v ryža. 6 , podobne ako pre plochý magnet ( ryža. 3 ). Kruhy označujú časti drôtu tvoriace vinutie solenoidu. Prúdy pretekajúce drôtom od pozorovateľa sú označené krížikmi a prúdy v opačnom smere - k pozorovateľovi - sú označené bodkami. Rovnaké označenia sú akceptované pre magnetické siločiary, keď sú kolmé na rovinu výkresu ( ryža. 7 a, b).

Smer prúdu v solenoidovom vinutí a smer magnetických siločiar vnútri sú tiež spojené podľa pravidla pravej skrutky, ktoré je v tomto prípade formulované takto:

Ak sa pozriete pozdĺž osi solenoidu, potom prúd tečúci v smere hodinových ručičiek v ňom vytvára magnetické pole, ktorého smer sa zhoduje so smerom pohybu pravej skrutky ( ryža. osem )

Na základe tohto pravidla je ľahké zistiť, že solenoid zobrazený v ryža. 6 , jeho pravý koniec je severný pól a jeho ľavý koniec je južný pól.

Magnetické pole vo vnútri solenoidu je homogénne - vektor magnetickej indukcie tam má konštantnú hodnotu (B = const). V tomto ohľade je solenoid podobný plochému kondenzátoru, vo vnútri ktorého sa vytvára rovnomerné elektrické pole.

Sila pôsobiaca v magnetickom poli na vodič s prúdom

Experimentálne sa zistilo, že sila pôsobí na vodič s prúdom v magnetickom poli. V rovnomernom poli pôsobí priamočiary vodič dĺžky l, cez ktorý preteká prúd I, umiestnený kolmo na vektor poľa B, silu: F = I l B .

Smer sily je určený pravidlo ľavej ruky:

Ak sú štyri vystreté prsty ľavej ruky umiestnené v smere prúdu vo vodiči a dlaň je kolmá na vektor B, zatiahnutý palec bude ukazovať smer sily pôsobiacej na vodič. (ryža. 9 ).

Treba poznamenať, že sila pôsobiaca na vodič s prúdom v magnetickom poli nie je nasmerovaná tangenciálne k jeho siločiaram ako elektrická sila, ale kolmo na ne. Vodič umiestnený pozdĺž siločiar nie je ovplyvnený magnetickou silou.

Rovnica F = ILB umožňuje poskytnúť kvantitatívnu charakteristiku indukcie magnetického poľa.

Postoj nezávisí od vlastností vodiča a charakterizuje samotné magnetické pole.

Modul vektora magnetickej indukcie B sa číselne rovná sile pôsobiacej na vodič jednotkovej dĺžky umiestnený kolmo na neho, ktorým preteká prúd jeden ampér.

V systéme SI je jednotkou indukcie magnetického poľa tesla (T):

Magnetické pole. Tabuľky, schémy, vzorce

(Interakcia magnetov, Oerstedov experiment, vektor magnetickej indukcie, smer vektora, princíp superpozície. Grafické znázornenie magnetických polí, magnetické indukčné čiary. Magnetický tok, energetická charakteristika poľa. Magnetické sily, Ampérová sila, Lorentzova sila. Pohyb nabitých častíc v magnetickom poli.Magnetické vlastnosti hmoty, Ampérova hypotéza)

Pod pojmom "magnetické pole" sa zvyčajne rozumie určitý energetický priestor, v ktorom sa prejavujú sily magnetickej interakcie. Ovplyvňujú:

jednotlivé látky: ferimagnety (kovy - hlavne liatina, železo a ich zliatiny) a ich trieda feritov bez ohľadu na skupenstvo;

pohyblivé poplatky za elektrinu.

Fyzické telesá, ktoré majú celkový magnetický moment elektrónov alebo iných častíc, sa nazývajú permanentné magnety. Ich interakcia je znázornená na obrázku. silové magnetické čiary.

Vznikli po privedení permanentného magnetu na rubovú stranu kartónového listu s rovnomernou vrstvou železných pilín. Na obrázku je zreteľné označenie severného (N) a južného (S) pólu so smerom siločiar vzhľadom na ich orientáciu: výstup zo severného pólu a vstup na juh.

Ako vzniká magnetické pole

Zdroje magnetického poľa sú:

permanentné magnety;

mobilné poplatky;

časovo premenné elektrické pole.

Každé dieťa v škôlke pozná pôsobenie permanentných magnetov. Veď na chladničku už musel vyrezávať obrázky-magnetky, prevzaté z balíčkov s najrôznejšími dobrotami.

Elektrické náboje v pohybe majú zvyčajne oveľa vyššiu energiu magnetického poľa ako. Naznačujú to aj siločiary. Analyzujme pravidlá ich návrhu pre priamočiary vodič s prúdom I.

Magnetická siločiara je vedená v rovine kolmej na pohyb prúdu tak, že v každom bode sila pôsobiaca na severný pól magnetickej strelky smeruje tangenciálne k tejto čiare. To vytvára sústredné kruhy okolo pohybujúceho sa náboja.

Smer týchto síl určuje známe pravidlo skrutky alebo olovnice s pravotočivým navíjaním závitu.

gimletové pravidlo

Záves je potrebné umiestniť koaxiálne s vektorom prúdu a otáčať rukoväťou tak, aby sa translačný pohyb závesu zhodoval s jej smerom. Potom sa otočením rukoväte ukáže orientácia magnetických siločiar.

V prstencovom vodiči sa rotačný pohyb rukoväte zhoduje so smerom prúdu a translačný pohyb udáva orientáciu indukcie.

Magnetické siločiary vždy opúšťajú severný pól a vstupujú na južný. Pokračujú vo vnútri magnetu a nikdy nie sú otvorené.

Pravidlá interakcie magnetických polí

Magnetické polia z rôznych zdrojov sa k sebe pridávajú a vytvárajú výsledné pole.

V tomto prípade sa magnety s opačnými pólmi (N - S) navzájom priťahujú a s rovnakými pólmi (N - N, S - S) sa odpudzujú. Sily interakcie medzi pólmi závisia od vzdialenosti medzi nimi. Čím bližšie sú póly posunuté, tým väčšia je vytvorená sila.

Hlavné charakteristiky magnetického poľa

Tie obsahujú:

vektor magnetickej indukcie (B);

magnetický tok (F);

spojenie toku (Ψ).

Intenzita alebo sila dopadu poľa sa odhaduje podľa hodnoty vektor magnetickej indukcie. Je určená hodnotou sily "F" vytvorenej prechádzajúcim prúdom "I" vodičom dĺžky "l". B \u003d F / (I ∙ l)

Jednotkou merania magnetickej indukcie v sústave SI je Tesla (na pamiatku vedeckého fyzika, ktorý študoval tieto javy a opísal ich pomocou matematických metód). V ruskej technickej literatúre sa označuje ako „Tl“ a v medzinárodnej dokumentácii sa používa symbol „T“.

1 T je indukcia takého rovnomerného magnetického toku, ktorý pôsobí silou 1 newton na každý meter dĺžky priameho vodiča kolmého na smer poľa, keď týmto vodičom prechádza prúd 1 ampér.

1Tl=1∙N/(A∙m)

Smer vektora B je určený pravidlo ľavej ruky.

Ak umiestnite dlaň ľavej ruky do magnetického poľa tak, aby siločiary zo severného pólu vstúpili do dlane v pravom uhle a umiestnite štyri prsty v smere prúdu vo vodiči, potom vyčnievajúci palec naznačte smer sily na tento vodič.

V prípade, že vodič s elektrickým prúdom nie je umiestnený v pravom uhle k siločiaram magnetického poľa, potom sila pôsobiaca naň bude úmerná veľkosti pretekajúceho prúdu a zložky priemetu dĺžky vodiča. prúdom na rovinu umiestnenú v kolmom smere.

Sila pôsobiaca na elektrický prúd nezávisí od materiálov, z ktorých je vodič vyrobený, a od plochy jeho prierezu. Aj keď tento vodič vôbec neexistuje a pohybujúce sa náboje sa začnú pohybovať v inom prostredí medzi magnetickými pólmi, potom sa táto sila nijako nezmení.

Ak má vektor B vo všetkých bodoch vo vnútri magnetického poľa rovnaký smer a veľkosť, potom sa takéto pole považuje za rovnomerné.

Akékoľvek prostredie, ktoré má, ovplyvňuje hodnotu indukčného vektora B.

Magnetický tok (F)

Ak uvažujeme o prechode magnetickej indukcie cez určitú oblasť S, tak indukciu obmedzenú jej limitmi budeme nazývať magnetický tok.

Keď je plocha naklonená pod určitým uhlom α k smeru magnetickej indukcie, potom magnetický tok klesá o hodnotu kosínusu uhla sklonu plochy. Jeho maximálna hodnota sa vytvorí, keď je oblasť kolmá na jeho penetračnú indukciu. Ф=В·S

Jednotkou merania magnetického toku je 1 weber, ktorý je určený prechodom 1 tesla indukcie cez plochu 1 m2.

Spojenie toku

Tento výraz sa používa na získanie celkového množstva magnetického toku vytvoreného z určitého počtu vodičov s prúdom umiestnených medzi pólmi magnetu.

V prípade, že rovnaký prúd I prechádza vinutím cievky s počtom závitov n, potom sa celkový (spojený) magnetický tok zo všetkých závitov nazýva väzba toku Ψ.

Ψ=n F . Jednotkou väzby toku je 1 weber.

Ako vzniká magnetické pole zo striedavého elektrického

Elektromagnetické pole interagujúce s elektrickými nábojmi a telesami s magnetickými momentmi je kombináciou dvoch polí:

elektrické;

magnetické.

Sú vzájomne prepojené, predstavujú vzájomnú kombináciu a keď sa jedno v priebehu času mení, v druhom dochádza k určitým odchýlkam. Napríklad pri vytváraní striedavého sínusového elektrického poľa v trojfázovom generátore sa súčasne vytvára rovnaké magnetické pole s charakteristikami podobných striedavých harmonických.

Magnetické vlastnosti látok

Vo vzťahu k interakcii s vonkajším magnetickým poľom sa látky delia na:

antiferomagnetiká s vyváženými magnetickými momentmi, vďaka čomu sa vytvára veľmi malý stupeň magnetizácie tela;

diamagnety s vlastnosťou magnetizovať vnútorné pole proti pôsobeniu vonkajšieho. Keď neexistuje žiadne vonkajšie pole, potom nevykazujú magnetické vlastnosti;

paramagnety s vlastnosťami magnetizácie vnútorného poľa v smere vonkajšieho poľa, ktoré majú malý stupeň;

feromagnetiká, ktoré majú magnetické vlastnosti bez vonkajšieho poľa pri teplotách pod hodnotou Curieho bodu;

ferimagnety s magnetickými momentmi, ktoré sú nevyvážené čo do veľkosti a smeru.

Všetky tieto vlastnosti látok našli rôzne uplatnenie v moderných technológiách.

Magnetické obvody

Všetky transformátory, indukčnosti, elektrické stroje a mnohé ďalšie zariadenia fungujú na báze.

Napríklad v pracovnom elektromagnete prechádza magnetický tok magnetickým obvodom vyrobeným z feromagnetických ocelí a vzduchu s výraznými neferomagnetickými vlastnosťami. Kombinácia týchto prvkov tvorí magnetický obvod.

Väčšina elektrických zariadení má vo svojom dizajne magnetické obvody. Prečítajte si o tom viac v tomto článku -