Что такое магнитное поле и как оно создается. Какие бывают источники магнитного поля. Как взаимодействуют магнитные поля. Для чего нужно магнитное поле и где оно применяется. Можно ли создавать и контролировать магнитные поля на расстоянии.
Что такое магнитное поле и как оно создается
Магнитное поле — это особая форма материи, которая возникает вокруг движущихся электрических зарядов или постоянных магнитов. Оно невидимо для человеческого глаза, но оказывает силовое воздействие на другие магниты и движущиеся заряженные частицы.
Основными источниками магнитного поля являются:
- Электрический ток (движущиеся электрические заряды)
- Постоянные магниты
- Изменяющееся во времени электрическое поле
Магнитное поле характеризуется силовыми линиями, которые показывают направление действия магнитных сил. У постоянного магнита линии выходят из северного полюса и входят в южный, замыкаясь внутри магнита.
Природа магнитного поля постоянных магнитов
Постоянные магниты создают магнитное поле благодаря особенностям своей атомной структуры. Как это происходит?
- В атомах магнитных материалов электроны образуют замкнутые орбитальные токи
- Эти микроскопические токи складываются и создают макроскопическое магнитное поле
- В обычном состоянии атомные токи хаотичны и их действие компенсируется
- При намагничивании атомные токи выстраиваются в одном направлении
- Возникает суммарный магнитный момент, создающий внешнее поле
Таким образом, магнитное поле постоянного магнита создается согласованным движением электронов в атомах вещества.
Взаимодействие магнитных полей
Магнитные поля могут взаимодействовать друг с другом. Характер этого взаимодействия зависит от взаимной ориентации полей:
- Одноименные полюса магнитов отталкиваются
- Разноименные полюса притягиваются
- Силовые линии полей стремятся замкнуться по кратчайшему пути
- При наложении полей происходит их векторное сложение
Взаимодействие магнитных полей лежит в основе работы многих технических устройств — электродвигателей, генераторов, трансформаторов и других.
Применение магнитных полей
Магнитные поля нашли широкое применение в науке и технике. Вот некоторые важные области их использования:
- Электроэнергетика (генераторы, трансформаторы)
- Электродвигатели и электромагниты
- Магнитная левитация в транспорте
- Магнитно-резонансная томография
- Магнитная сепарация материалов
- Системы магнитной записи информации
- Ускорители заряженных частиц
Понимание свойств магнитных полей позволяет создавать новые технологии и совершенствовать существующие устройства.
Создание магнитных полей на расстоянии
Долгое время считалось невозможным создавать магнитные поля удаленно, без размещения источника непосредственно в нужном месте. Однако недавние исследования показали, что это осуществимо. Как это работает?
- Используется особая конфигурация проводников с током
- Создается иллюзия удаленного магнитного источника
- Поле выглядит так, будто исходит из другой точки пространства
- Возможно как создание, так и подавление магнитных полей на расстоянии
Эта технология открывает новые возможности в медицине, квантовых вычислениях и других областях, где требуется точное управление магнитными полями.
Электромагнитные волны
Изменяющиеся во времени электрические и магнитные поля тесно связаны. Их взаимные превращения лежат в основе электромагнитных волн. Каковы особенности этих волн?
- Состоят из колеблющихся электрического и магнитного полей
- Могут распространяться в вакууме
- Не требуют наличия среды для передачи энергии
- Скорость распространения в вакууме равна скорости света
- Обладают волновыми и корпускулярными свойствами
Электромагнитные волны включают радиоволны, видимый свет, рентгеновское и гамма-излучение. Они играют огромную роль в современных технологиях связи и передачи информации.
Магнитное поле Земли
Наша планета обладает собственным магнитным полем, которое играет важную роль в защите жизни на Земле. Каковы особенности геомагнитного поля?
- Создается движением расплавленного железа во внешнем ядре планеты
- Имеет дипольную структуру, похожую на поле полосового магнита
- Магнитные полюса не совпадают с географическими
- Напряженность поля меняется в зависимости от широты
- Защищает Землю от солнечного ветра и космической радиации
Изучение магнитного поля Земли помогает понять процессы, происходящие в недрах планеты, и прогнозировать геомагнитные явления.
Перспективы развития магнитных технологий
Исследования в области магнетизма продолжают открывать новые возможности. Какие направления выглядят наиболее перспективными?
- Спинтроника и магнитная память нового поколения
- Высокотемпературные сверхпроводники
- Управление магнитными полями на наноуровне
- Магнитные материалы с заданными свойствами
- Магнитная гипертермия для лечения рака
- Магнитные системы доставки лекарств
Развитие этих технологий может привести к революционным изменениям в электронике, медицине и других областях науки и техники.
Каким образом можно создать магнитное поле
Статьи › Магнит › Как сделать Магнит
Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц и/или магнитными моментами электронов в атомах (и магнитными моментами других частиц, что обычно проявляется в существенно меньшей степени) (постоянные магниты). Кроме этого, оно возникает в результате изменения во времени электрического поля.
- Что может быть источником магнитного поля
- Чем создается магнитное поле и как его можно обнаружить
- Как создать магнитное поле в пространстве
- Где есть магнитное поле
- Как делать магнит
- Что создает магнитное поле Земли
- Что такое магнитное поле своими словами
- Какие источники магнитного поля вам известны
- Чем создается электрическое поле
- Как можно создать однородное магнитное поле
- Каким способом можно увеличить магнитное поле
- Какие тела создают магнитное поле в системе отсчета
- Какие виды магнитного поля
- Для чего магнитное поле
- Для чего нужно магнитное поле
- Что является единственным источником магнитного поля
- Что является первичным источником магнитного поля
- Что будет если не будет магнитного поля
- Что является одним из источников магнитного поля
- Что является источником переменного магнитного поля
Что может быть источником магнитного поля
Поскольку магнетизм тесно взаимосвязан с электричеством, то любое электрическое устройство может быть источником магнитного поля.
Например, ЛЭП (линия электропередач), телефон, телевизор, микроволновая печь и другие устройства. Источником магнитного поля являются и некоторые минералы.
Чем создается магнитное поле и как его можно обнаружить
Магнитное поле обнаруживается по его воздействию на проводник с током. Движение проводника вызвано действием на него магнитного поля со стороны дугового магнита. Если поменять местами полюсы магнита, проводник меняет направление движения на противоположное.
Как создать магнитное поле в пространстве
Как создать в пространстве электромагнитное поле? Движущимся постоянным магнитом, изменяющимся во времени магнитным полем. Вокруг зарядов, движущихся с постоянной скоростью (например, вокруг проводника с постоянным током) создается постоянное магнитное поле.
Где есть магнитное поле
Магнитное поле существует вокруг любого проводника с током, т. е. вокруг движущихся электрических зарядов. Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга.
Как делать магнит
Магнит — это тело, имеющее собственное магнитное поле. Оно создаётся движущимися электрическими зарядами, проявляется на них же и является невидимым для человека. В естественной среде предмет встречается в виде камня — магнетита, иное название — магнитный железняк.
Что создает магнитное поле Земли
Магнитное поле Земли зарождается в ее внешнем ядре, состоящем из жидкого железа. В процессе остывания ядра в этой жидкости происходит тепловое перемешивание, причем на потоки железа накладывается вращение планеты.
Что такое магнитное поле своими словами
Магнитное поле — это силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и тела, обладающие магнитным моментом. Это одна из пяти известных нам сил, управляющих Вселенной от микромасштабов до масштабов межгалактических.
Какие источники магнитного поля вам известны
- Промышленные магниты
- Электроприводы вращательного типа
- Линейные электроприводы
- Инверторы и частотные преобразователи
- Магнитомягкие порошковые сердечники
- Магнитомягкие ферритовые сердечники
- Магнитная реклама
- Источники магнитного поля на постоянных магнитах
Чем создается электрическое поле
Электрические поля возникают за счет разницы напряжений: чем больше электрическое напряжение, тем более сильным будет возникающее поле.
Как можно создать однородное магнитное поле
Однородное магнитное поле может быть создано с помощью катушек Гельмгольца, постоянных магнитов и соленоидов в том числе и сверхпроводящих соленоидов. С помощью постоянных магнитов однородное поле создается в зазоре между их полюсами.
Каким способом можно увеличить магнитное поле
Магнитное действие катушки с током можно усилить, усилив ток, увеличив количество витков в катушке и введя внутрь катушки железный сердечник.
Какие тела создают магнитное поле в системе отсчета
Считается, что магнитное поле создается только движущимися зарядами, так называемым молекулярным током и движущимися заряженными телами.
Какие виды магнитного поля
Магнитное поле с несовпадающим действием силы — как по модулю, так и по направлению — на магнитную стрелку в различных его точках является неоднородным. Магнитное поле с одним и тем же действием силы на магнитную стрелку в любых его точках называется однородным.
Для чего магнитное поле
Геомагнитное поле вследствие специфической конфигурации линий индукции создает для заряженных частиц — протонов и электронов — магнитную ловушку. Оно захватывает и удерживает огромное их количество, так что магнитосфера является своеобразным резервуаром заряженных частиц.
Для чего нужно магнитное поле
Магнитное поле защищает поверхность Земли от солнечного ветра и вредного космического излучения. Оно работает как своеобразный щит — без его существования атмосфера была бы разрушена.
Что является единственным источником магнитного поля
Известно, что источником магнитного поля может служить постоянный магнит или проводник с током. Там, где требуется неизменное магнитное поле небольшой величины, вполне подходит постоянный магнит.
Что является первичным источником магнитного поля
Природа этих источников едина: М. п. возникает в результате движения заряженных микрочастиц (электронов, протонов, ионов), а также благодаря наличию у микрочастиц собственного (спинового) магнитного момента (см.
Магнетизм).
Что будет если не будет магнитного поля
Если исчезнет магнитное поле, то эти частицы будут ионизировать всё вещество на поверхности Земли, в том числе и живые клетки, что приведёт к их гибели, атмосфера постепенно будет терять вещество. Радиация убьёт все виды живых существ, за исключением разве что бактерий и примитивных форм.
Что является одним из источников магнитного поля
Источниками магнитного поля являются движущиеся электрические заряды, электрические токи. Движение электронов и протонов создают орбитальные микротоки в атомах и ядрах. Микрочастицы наряду с собственным механическим моментом — спином, обладают собственным магнитным моментом.
Что является источником переменного магнитного поля
Источники переменного магнитного поля
Изменяющиеся электрические токи являются источником переменного магнитного поля. Это поле в свою очередь становится источником переменного электрического поля. Вновь созданное переменное электрическое поле порождает новое переменное магнитное поле.
Чем ⭐ создается магнитное поле постоянного магнита: принципы работы магнитного поля
Что такое постоянный магнит
Определение 1Постоянный магнит — это твердый предмет, который способен долгое время сохранять состояние намагниченности и имеет собственное магнитное поле.
Постоянные магниты могут быть как естественного, так и искусственного происхождения. Ярким примером естественного магнита в природе является минерал магнетит. Искусственные магниты изготавливаются из различных металлов и сплавов (железо, сталь, кобальт и т.д.). Искусственные магниты намагничивают в специально созданном сильном магнитном поле. После воздействия такого поля на металл, он еще долгое время сохраняет значительную намагниченность и имеет свое магнитное поле. Искусственные магниты изготавливают любой формы и размеров.
Источник: realstrannik.com
Основным признаком постоянного магнита является наличие двух магнитных полюсов: северный — N, южный — S. Магнитные линии имеют направление снаружи постоянного магнита от северного к южному полюсу, а внутри от южного к северному.
Интересный факт: наша планета представляет собой огромный магнит. Ядро Земли имеет внешнюю оболочку из расплавленных металлов (железа, никеля и ряда примесей) при температуре более 4000 К0. Раскаленная масса, состоящая из смеси заряженных частиц, вращается вместе с Землей. В результате чего возникают непрерывно циркулирующие потоки и вихри, являющиеся главной причиной появления магнитного поля Земли.
Ниже представлено схематичное изображение линий магнитного поля у постоянных магнитов разной формы:
Источник: ru.m.wikipedia.org
При этом, даже если разделить такие магниты на две или более равных части, у каждой такой части все равно будет два полюса.
Почему у постоянного магнита имеется магнитное поле
В 1820 г. физик Ханс Эрстед, исследуя магнитные и электрические явления, заметил, что если вблизи металлического провода разместить магнитную стрелку компаса, то при включении электрического тока стрелка отклонялась на заметный угол.
Тогда он не смог объяснить такое явление, но опубликовал результаты своей работы. Эти публикации привлекли внимание французского ученого Андре-Мари Ампера. Ампер предположил, что движение электрических зарядов в проводе (электрический ток), приводит к возникновению магнитного поля. Ампер использовал эти данные для своих лабораторных исследований и объяснил природу магнитного поля постоянных магнитов. Согласно его теории, магнитное поле появляется из-за наличия в магнитах непрерывно циркулирующих круговых токов, которые эквивалентны небольшим магнитикам. Эти токи складываются, усиливают друг друга и создают общее магнитное поле внутри и вне магнита.
Взаимодействие магнитных полей постоянных магнитов
Мы уже знаем, что вокруг магнита существует магнитное поле.
Определение 2Магнитное поле — это пространство вокруг магнита, в котором действуют магнитные силы.
Магнитное поле может быть создано постоянным магнитом или электромагнитом.
Поля двух магнитов могут взаимодействовать между собой, и это взаимодействие проявляется как притяжение или отталкивание магнитов. Разные полюса магнитов буду притягиваться, одинаковые отталкиваться. Чтобы уменьшить действие магнитов друг на друга, достаточно просто увеличить расстояние между ними. Ниже, на рисунках, показан вид линий магнитной индукции (магнитного поля) при взаимодействии двух магнитов.
Источник: ru.m.wikipedia.org
Сила магнитного поля постоянного магнита
Силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции, обозначается как: Β и измеряется в Тл (1 Тл — это индукция такого магнитного поля, в котором на каждый метр длины проводника при силе тока 1 А действует максимальная сила 1 Н). Модуль вектора магнитной индукции равен отношению максимального значения силы, действующей со стороны магнитного поля на проводник с током, к силе тока в проводнике I и его длине Ɩ:B=Fmax/I·l На сегодняшний день необязательно пользоваться расчетами, сила магнитного поля постоянного магнита может быть измерена измерителями Гаусса и Тесла.
Физики могут сделать «невозможное»: создавать и уничтожать магнитные поля издалека
При покупке по ссылкам на нашем сайте мы можем получать партнерскую комиссию. Вот как это работает.
(Изображение предоставлено Shutterstock)Ученые нашли способ создавать и гасить магнитные поля на расстоянии.
Метод заключается в пропускании электрического тока через специальное расположение проводов для создания магнитного поля , которое выглядит так, как будто оно исходит из другого источника. У этой иллюзии есть реальное применение: представьте себе лекарство от рака, которое можно доставить прямо в опухоль глубоко в теле с помощью капсул, сделанных из магнитных наночастиц. Невозможно воткнуть магнит в опухоль, чтобы направить наночастицы в их путешествии, но если бы вы могли создать магнитное поле снаружи тела, сосредоточенное прямо на этой опухоли, вы могли бы доставить лекарство без инвазивной процедуры.
Напряженность магнитного поля уменьшается по мере удаления от магнита, и теорема Эрншоу, доказанная в 1842 году, гласит, что невозможно создать точку с максимальной напряженностью магнитного поля в пустом пространстве.
«Если у вас не может быть максимума магнитного поля в пустом пространстве, это означает, что вы не можете создать поле магнитного источника удаленно, не размещая реальный [магнитный] источник в целевом месте», — сказала Роза Мах-Батль, физик. в Центре биомолекулярных нанотехнологий Istituto Italiano Di Tecnologia в Италии, который руководил новым исследованием.
Связанные: 9 интересных фактов о магнитах
Создание гипотетического реального
Мах-Батль и ее коллеги, тем не менее, думали, что смогут обойти эту проблему. Они были вдохновлены работой в области оптики, в которой используются искусственные материалы, известные как метаматериалы (разработанные так, чтобы иметь свойства, которых нет ни у одного природного материала), чтобы обойти ограничения разрешения, установленные длиной волны света. Точно так же они думали, что гипотетические магнитные материалы могут сделать невозможное в мире магнитных полей.
Исследователи представили материал с отрицательной магнитной проницаемостью 1. Магнитная проницаемость материала показывает, насколько этот материал увеличивает или уменьшает магнитное поле при воздействии этого поля. В материале с отрицательной магнитной проницаемостью 1 направление магнетизма , индуцированного в материале , будет противоположно направлению исходного магнитного поля.
Конечно, новый метод создания магнитных полей, основанный на несуществующих материалах, не был бы особенно полезен. Но хотя этого гипотетического материала с отрицательной магнитной проницаемостью не существует, физики могут создать что-то вроде временного «материала» из электрического тока, проходящего по определенной схеме проводов. Это потому, что ток индуцирует магнетизм и наоборот, что является следствием уравнений электромагнетизма Максвелла.
Родственный: Магнитные поля размером с черную дыру могут быть созданы на Земле, говорится в исследовании
активный метаматериал», — сказал Мах-Батль в интервью Live Science.
Чтобы создать поле на расстоянии, Мах-Батль и ее команда создали полый цилиндр, состоящий примерно из 20 проволок, окружающих одну длинную внутреннюю проволоку. Когда ток проходит по этим проводам, он создает магнитное поле, которое выглядит так же, как если бы длинный внутренний провод находился снаружи устройства. Это электромагнитный эквивалент голоса чревовещателя; источник поля на самом деле не находится вне устройства, но само поле неотличимо от поля, которое возникло бы, если бы источник находился вне устройства.
«Мы создаем иллюзию того, что этот источник находится на расстоянии», — сказал Мах-Батле. Исследователи опубликовали свои выводы 23 октября в журнале Physical Review Letters
Биомедицинские приложения
Связанный контент
До сих пор остаются вопросы о том, насколько хорошо этот метод будет работать в реальных приложениях. Одна из особенностей системы заключается в том, что между проволочным цилиндром и полем на расстоянии существует область очень сильных магнитных полей.
Этот регион может помешать некоторым приложениям исследования, сказал Мах-Батле, хотя будет ли это проблематично или нет, вероятно, зависит от того, что вы пытаетесь сделать с этой областью.
Возможные применения помимо доставки лекарств включают подавление магнитных полей издалека, метод, который может быть полезен в квантовых вычислениях для уменьшения «шума» от внешних полей, которые могут мешать измерениям. Другим применением может быть улучшение транскраниальной магнитной стимуляции, в которой используются магниты для стимуляции нейронов в мозге для лечения депрессии . Возможность управлять магнитными полями на расстоянии может улучшить таргетинг транскраниальной магнитной стимуляции, чтобы врачи могли лучше сосредоточиться на определенных областях мозга.0007 человеческий мозг .
Исследователи надеются построить конфигурацию проводов, которая позволит создавать трехмерные магнитные поля издалека.
Первоначально опубликовано на Live Science.
Будьте в курсе последних научных новостей, подписавшись на нашу рассылку Essentials.
Свяжитесь со мной, чтобы сообщить о новостях и предложениях от других брендов Future. Получайте электронные письма от нас от имени наших надежных партнеров или спонсоров.1
Причудливые, невиданные ранее вирусы, обнаруженные в Мировом океане
2
Запуск корабля SpaceX прошел успешно, несмотря на взрыв через несколько минут после взлета
4
Вышедший из-под контроля вышедший из строя спутник НАСА врежется в Землю сегодня
5
Посмотрите, как SpaceX запускает свой огромный космический корабль в историческом испытательном полете
1 004 Хорошо ли программировать карьера?
1
Черви и люди оба получают «жвачку», несмотря на 500 миллионов лет эволюционного разделения 071
3
2000-летний клад римских монет, возможно, был спрятан солдатом во время кровавой гражданской войны в Италии0003
5
Причудливые, невиданные ранее вирусы, обнаруженные в мировых океанах
Можно ли создавать магнитные волны?
Категория: Физика Опубликовано: 13 января 2016 г.
Изображение общественного достояния, источник: Кристофер С. Бэрд
Да, электромагнитные волны можно создавать с помощью магнитов. Нет, невозможно создать магнитные волны без присутствия электрического поля. Электрические поля создаются электрическими зарядами. Например, если вы зарядите шарик статическим электричеством, потирая им волосы, шарик создаст электрическое поле. Магнитные поля создаются магнитами. Например, магнит на холодильник создает магнитное поле и использует его, чтобы прилипнуть к вашему холодильнику. Электрические поля и магнитные поля не являются отдельными объектами. На самом деле они являются гранями одной единой сущности: электромагнитного поля.
Хотя электрические заряды могут создавать электрические поля, магнитные поля также могут создавать электрические поля. Точно так же, хотя магниты могут создавать магнитные поля, электрические поля также могут создавать магнитные поля. На самом деле, каждый раз, когда вы меняете магнитное поле, вы создаете электрическое поле.
Это называется законом индукции Фарадея. Точно так же каждый раз, когда вы меняете электрическое поле, вы создаете магнитное поле. Это называется законом Максвелла-Ампера. Интересно то, что изменяющееся электрическое поле создает изменяющееся магнитное поле, которое создает изменяющееся электрическое поле, которое создает изменяющееся магнитное поле и так далее. Вместо того, чтобы рассматривать электрическое поле и магнитное поле как отдельные объекты, которые постоянно создают друг друга в циклическом процессе обратной связи, правильнее рассматривать их просто как единый объект: электромагнитное поле. Из-за этого циклического процесса обратной связи электромагнитные поля, которые меняются во времени, становятся самоподдерживающимися и распространяются в пространстве, даже если убрать электрические заряды или магниты, запустившие этот процесс. Мы называем такие самоподдерживающиеся изменения электромагнитного поля «электромагнитными волнами» или «электромагнитным излучением». Известным примером электромагнитных волн является видимый свет.
