Доклад на тему магнитное поле: Реферат на тему: Магнитное поле

Содержание

Реферат на тему: Магнитное поле

У вас нет времени на реферат или вам не удаётся написать реферат? Напишите мне в whatsapp — согласуем сроки и я вам помогу!

В статье «Как научиться правильно писать реферат», я написала о правилах и советах написания лучших рефератов, прочитайте пожалуйста.

Собрала для вас похожие темы рефератов, посмотрите, почитайте:

  1. Реферат на тему: Теорема Пифагора
  2. Реферат на тему: Древняя Греция
  3. Реферат на тему: Личность
  4. Реферат на тему: Африка

Введение

Когда два параллельных проводника подключены к источнику питания таким образом, что через них протекает электрический ток, проводники либо отталкиваются, либо втягиваются, в зависимости от направления тока в них.

Объяснение этого явления возможно с точки зрения возникновения вокруг проводников особого вида материи — магнитного поля.

Силы, с которыми проводники взаимодействуют с током, называются магнитными.

Магнитное поле — особый вид материи, особенностью которого является действие на движущийся электрический заряд, на проводники с током, на тела с магнитным моментом, где сила зависит от вектора скорости заряда, от направления тока в проводнике и от направления магнитного момента тела.

История магнетизма уходит корнями в древность, в древние цивилизации Малой Азии. Именно на территории Малой Азии, в магнезии, были обнаружены породы, которыми были притянуты друг к другу образцы. По названию территории такие образцы и стали называться «намагничивателем». Каждый магнит в виде жезла или подковы имеет два конца, называемые полюсами; он является самым сильным в этой точке и показывает свои магнитные свойства. Если повесить магнит на веревку, то один полюс всегда будет указывать на север. Это принцип, на котором основан компас. Северный полюс свободно висячего магнита называется северным полюсом магнита (N). Противоположный полюс называется южным полюсом (S).

Магнитные полюса взаимодействуют друг с другом: отталкиваются полюса с одним и тем же именем и притягиваются полюса с разными именами. По аналогии с понятием электрического поля, окружающего электрический заряд, вводится идея магнитного поля вокруг магнита.

В 1820 году Эрстед (1777-1851) обнаружил, что магнитная стрелка рядом с электрическим проводником отклоняется при протекании тока вдоль проводника, т.е. вокруг проводника создается магнитное поле с током. Когда мы берем рамку с током, внешнее магнитное поле взаимодействует с магнитным полем рамки и оказывает на нее токопроводящее воздействие, т.е. есть положение рамки, в котором внешнее магнитное поле оказывает на нее максимальное вращательное воздействие, и есть положение, в котором вращательный момент сил равен нулю.

Магнитное поле в любой точке может быть охарактеризовано вектором B, который называется вектором магнитной индукции или магнитной индукции в этой точке.

Магнитная индукция B

— это векторная физическая величина, которая является силовой характеристикой магнитного поля в точке. Он равен отношению максимального механического момента сил, действующих на раму, когда ток находится в однородном поле, к произведению силы тока в раме на ее поверхности.

Направление вектора магнитной индукции В — это направление положительного эталона к раме, которая по правилу правого винта подключается к току в раме в механический момент, равный нулю.

Так же, как были показаны линии напряженности электрического поля, показаны и линии индукции магнитного поля. Индукционная линия магнитного поля — это воображаемая линия, касательная которой совпадает с направлением B в точке.

Направления магнитного поля в определенной точке также можно определить как направление, указанное северным полюсом стрелки-компаса, расположенной в этой точке. Предполагается, что индукционные линии магнитного поля направлены от северного полюса к южному.

Направление линий

Направление линий магнитной индукции магнитного поля, создаваемого электрическим током, проходящим по прямому проводнику, определяется правилом сверла или правым винтом. Направление линий магнитной индукции принимается за направление вращения головки винта, которое обеспечит его поступательное движение в направлении электрического тока.

В отличие от линий электростатического поля, которые начинаются с положительного заряда и заканчиваются отрицательным, линии индукции магнитного поля всегда закрыты. Магнитный заряд не обнаруживается так же, как и электрический заряд.

За единицу индукции принимается корпус (1 Тел) — индукция такого однородного магнитного поля, в котором максимальный механический момент сил, равный 1 Н — м, действует на раму площадью 1 м2, на которую протекает ток в 1 А.

Индукцию магнитного поля можно также определить по силе, воздействующей на проводник с током в магнитном поле.

Амперная сила действует на проводник с током в магнитном поле, величина которого определяется следующим выражением.

Направление ампер-силы может быть определено по правилу левой руки: Положим ладонь левой руки так, чтобы линии магнитной индукции проникали в ладонь, четырьмя пальцами в направлении тока в проводнике, затем согнутый большой палец указывает направление амперной силы.

Определите силу, прилагаемую магнитным полем к одной заряженной частице, движущейся в магнитном поле.

Эта сила известна как сила Лоренца (1853-1928). Направление силы Лоренца может быть определено по правилу левой руки: Ладонь левой руки расположена так, чтобы линии магнитной индукции проникали в ладонь, четыре пальца указывают направление положительного заряда, большой изогнутый палец указывает направление силы Лоренца.

Сила взаимодействия двух параллельных проводников, на которых токи I1 и I2 равны.

l является частью проводника, который находится в магнитном поле. Если токи равны в одном направлении, то проводники притягиваются (рис. 60), если в противоположном направлении, то они отталкиваются. Силы, действующие на каждый проводник, одинаковы в модуле, в противоположном направлении. Формула (3.22) является базовой формулой для определения единицы тока 1 ампер (1 А).

Магнитные свойства вещества характеризуются скалярной физической величиной — магнитной проницаемостью, которая показывает, как часто индукция магнитного поля в веществе, полностью заполняющем поле, отличается по модулю от индукции магнитного поля B0 в вакууме.

По своим магнитным свойствам все материалы делятся на надиамагнитные, парамагнитные и ферромагнитные.

Рассмотрим природу магнитных свойств веществ

Электроны в оболочке атомов материи движутся по разным орбитам. Для простоты эти орбиты считаются круговыми, и любой электрон, вращающийся вокруг ядра атома, может рассматриваться как круговой электрический ток. Как круговой ток, каждый электрон генерирует магнитное поле, которое мы называем орбитальным. Кроме того, электрон в атоме имеет собственное магнитное поле, называемое спином.

Если при введении во внешнее магнитное поле с индукцией В < В0 внутри вещества создается индукция В < В0, то такие вещества называются диамагнитными (n < 1).

В диамагнитных материалах при отсутствии внешнего магнитного поля происходит компенсация магнитных полей электронов, а при их введении в магнитное поле индукция магнитного поля атома направлена против внешнего поля. Диамагнитный материал вытесняется из внешнего магнитного поля.

В парамагнитных материалах магнитная индукция электронов в атомах не полностью компенсируется, и атом в целом представляется небольшим постоянным магнитом. Обычно все эти маленькие магниты в материи ориентированы случайным образом, а суммарная магнитная индукция всех их полей равна нулю. Если поместить параметр в внешнее магнитное поле, то все маленькие магниты — атомы во внешнем магнитном поле вращаются подобно стрелкам компаса и магнитное поле в материи усиливается (n>=1).

Ферромагнитные материалы — это те, в которых n » 1. в ферромагнитных материалах, так называемых доменах, образуются макроскопические области самопроизвольного намагничивания.

В разных областях индукция магнитных полей имеет разные направления и в большом кристалле они компенсируют друг друга.

Когда ферромагнитный образец помещается во внешнее магнитное поле, границы отдельных доменов смещаются таким образом, что объем доменов, выровненных с внешним полем, увеличивается.

С увеличением индукции внешнего поля В0 увеличивается магнитная индукция намагниченного вещества. При некоторых значениях B0 индукция останавливает сильное увеличение. Это явление называется магнитным насыщением.

Характерной особенностью ферромагнитных материалов является явление гистерезиса, заключающееся в неоднозначной зависимости индукции в материале от индукции внешнего магнитного поля по мере его изменения.

Петля магнитного гистерезиса представляет собой замкнутую кривую (cdc`d`c), выражающую зависимость индукции в материале от амплитуды индукции внешнего поля с периодическими, достаточно медленными изменениями последнего.

Петля гистерезиса характеризуется следующими значениями Bs, Br, Bc. Bs — максимальное значение индукции материала при B0s; Vg — остаточная индукция, равная значению индукции в материале при снижении индукции внешнего магнитного поля с B0s до нуля; -Bs и All — коэрцитивная сила — величина, равная индукции внешнего магнитного поля, необходимой для изменения индукции в материале с остаточной до нуля.

Для каждого ферромагнита существует температура (точка Кюри (J. Curie, 1859-1906)), выше которой ферромагнит теряет свои ферромагнитные свойства.

Существует два способа размагничивания намагниченного ферромагнитного материала: а) нагрев и охлаждение выше точки Кюри; б) намагничивание материала переменным магнитным полем с медленно уменьшающейся амплитудой.

Заключение

Ферромагнитные материалы с низкой остаточной индукцией и коэрцитивной силой называются магнитомагнетиками. Они используются в устройствах, в которых ферромагнитные материалы часто должны быть намагничены (сердечники трансформаторов, генераторы и т.д.).

Для постоянных магнитов используются магнитожесткие ферромагнитные материалы с высоким коэрцитивным сопротивлением.

Список литературы

  1. Роуз-Инс А., Родерик Е., Введение в физику сверхпроводимости, Пер. из Англии, М., 1972;
  2. Стамбергер Г.А. Аппарат для генерации слабых постоянных магнитных полей, Новосибирск, 1972;
  3. Введенский В. Л., Ожогин В. И., Ультрачувствительная магнитометрия и биомагнетизм, Москва, 1986;
  4. Беднорц, Дж. Г., М. К. А., Возможная сверхпроводимость с высоким Тс в системе Ба-Ла-Сг-О, «З. Phys.», 1986, vol. 64, p. 189.

Помощь студентам в учёбе от Людмилы Фирмаль

Здравствуйте!

Я, Людмила Анатольевна Фирмаль, бывший преподаватель математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института со стажем работы более 17 лет. На данный момент занимаюсь онлайн обучением и помощью по любыми предметам. У меня своя команда грамотных, сильных бывших преподавателей ВУЗов. Мы справимся с любой поставленной перед нами работой технического и гуманитарного плана. И не важно: она по объёму на две формулы или огромная сложно структурированная на 125 страниц! Нам по силам всё, поэтому не стесняйтесь, присылайте.

Срок выполнения разный: возможно онлайн (сразу пишите и сразу помогаю), а если у Вас что-то сложное – то от двух до пяти дней.

Для качественного оформления работы обязательно нужны методические указания и, желательно, лекции. Также я провожу онлайн-занятия и занятия в аудитории для студентов, чтобы дать им более качественные знания.


Моё видео:


Как вы работаете?

Вам нужно написать сообщение в WhatsApp . После этого я оценю Ваш заказ и укажу срок выполнения. Если условия Вас устроят, Вы оплатите, и преподаватель, который ответственен за заказ, начнёт выполнение и в согласованный срок или, возможно, раньше срока Вы получите файл заказа в личные сообщения.

Сколько может стоить заказ?

Стоимость заказа зависит от задания и требований Вашего учебного заведения. На цену влияют: сложность, количество заданий и срок выполнения. Поэтому для оценки стоимости заказа максимально качественно сфотографируйте или пришлите файл задания, при необходимости загружайте поясняющие фотографии лекций, файлы методичек, указывайте свой вариант.

Какой срок выполнения заказа?

Минимальный срок выполнения заказа составляет 2-4 дня, но помните, срочные задания оцениваются дороже.

Как оплатить заказ?

Сначала пришлите задание, я оценю, после вышлю Вам форму оплаты, в которой можно оплатить с баланса мобильного телефона, картой Visa и MasterCard, apple pay, google pay.

Какие гарантии и вы исправляете ошибки?

В течение 1 года с момента получения Вами заказа действует гарантия. В течении 1 года я и моя команда исправим любые ошибки в заказе.


Качественно сфотографируйте задание, или если у вас файлы, то прикрепите методички, лекции, примеры решения, и в сообщении напишите дополнительные пояснения, для того, чтобы я сразу поняла, что требуется и не уточняла у вас. Присланное качественное задание моментально изучается и оценивается.

Теперь напишите мне в Whatsapp или почту и прикрепите задания, методички и лекции с примерами решения, и укажите сроки выполнения. Я и моя команда изучим внимательно задание и сообщим цену.

Если цена Вас устроит, то я вышлю Вам форму оплаты, в которой можно оплатить с баланса мобильного телефона, картой Visa и MasterCard, apple pay, google pay.

Мы приступим к выполнению, соблюдая указанные сроки и требования. 80% заказов сдаются раньше срока.

После выполнения отправлю Вам заказ в чат, если у Вас будут вопросы по заказу – подробно объясню. Гарантия 1 год. В течении 1 года я и моя команда исправим любые ошибки в заказе.

















Можете смело обращаться к нам, мы вас не подведем. Ошибки бывают у всех, мы готовы дорабатывать бесплатно и в сжатые сроки, а если у вас появятся вопросы, готовы на них ответить.

В заключение хочу сказать: если Вы выберете меня для помощи на учебно-образовательном пути, у вас останутся только приятные впечатления от работы и от полученного результата!

Жду ваших заказов!

С уважением

Пользовательское соглашение

Политика конфиденциальности


Помощь студентам в учёбе от Людмилы Фирмаль

Здравствуйте!

Я, Людмила Анатольевна Фирмаль, бывший преподаватель математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института со стажем работы более 17 лет. На данный момент занимаюсь онлайн обучением и помощью по любыми предметам. У меня своя команда грамотных, сильных бывших преподавателей ВУЗов. Мы справимся с любой поставленной перед нами работой технического и гуманитарного плана. И не важно: она по объёму на две формулы или огромная сложно структурированная на 125 страниц! Нам по силам всё, поэтому не стесняйтесь, присылайте.

Срок выполнения разный: возможно онлайн (сразу пишите и сразу помогаю), а если у Вас что-то сложное – то от двух до пяти дней.

Для качественного оформления работы обязательно нужны методические указания и, желательно, лекции. Также я провожу онлайн-занятия и занятия в аудитории для студентов, чтобы дать им более качественные знания.


Моё видео:


Как вы работаете?

Вам нужно написать сообщение в WhatsApp . После этого я оценю Ваш заказ и укажу срок выполнения. Если условия Вас устроят, Вы оплатите, и преподаватель, который ответственен за заказ, начнёт выполнение и в согласованный срок или, возможно, раньше срока Вы получите файл заказа в личные сообщения.

Сколько может стоить заказ?

Стоимость заказа зависит от задания и требований Вашего учебного заведения. На цену влияют: сложность, количество заданий и срок выполнения. Поэтому для оценки стоимости заказа максимально качественно сфотографируйте или пришлите файл задания, при необходимости загружайте поясняющие фотографии лекций, файлы методичек, указывайте свой вариант.

Какой срок выполнения заказа?

Минимальный срок выполнения заказа составляет 2-4 дня, но помните, срочные задания оцениваются дороже.

Как оплатить заказ?

Сначала пришлите задание, я оценю, после вышлю Вам форму оплаты, в которой можно оплатить с баланса мобильного телефона, картой Visa и MasterCard, apple pay, google pay.

Какие гарантии и вы исправляете ошибки?

В течение 1 года с момента получения Вами заказа действует гарантия. В течении 1 года я и моя команда исправим любые ошибки в заказе.


Качественно сфотографируйте задание, или если у вас файлы, то прикрепите методички, лекции, примеры решения, и в сообщении напишите дополнительные пояснения, для того, чтобы я сразу поняла, что требуется и не уточняла у вас. Присланное качественное задание моментально изучается и оценивается.

Теперь напишите мне в Whatsapp или почту и прикрепите задания, методички и лекции с примерами решения, и укажите сроки выполнения. Я и моя команда изучим внимательно задание и сообщим цену.

Если цена Вас устроит, то я вышлю Вам форму оплаты, в которой можно оплатить с баланса мобильного телефона, картой Visa и MasterCard, apple pay, google pay.

Мы приступим к выполнению, соблюдая указанные сроки и требования. 80% заказов сдаются раньше срока.

После выполнения отправлю Вам заказ в чат, если у Вас будут вопросы по заказу – подробно объясню. Гарантия 1 год. В течении 1 года я и моя команда исправим любые ошибки в заказе.

















Можете смело обращаться к нам, мы вас не подведем. Ошибки бывают у всех, мы готовы дорабатывать бесплатно и в сжатые сроки, а если у вас появятся вопросы, готовы на них ответить.

В заключение хочу сказать: если Вы выберете меня для помощи на учебно-образовательном пути, у вас останутся только приятные впечатления от работы и от полученного результата!

Жду ваших заказов!

С уважением

Пользовательское соглашение

Политика конфиденциальности


Сообщение на тему: Магнитное поле

Сообщение на тему: Магнитное поле

Магнитное поле

Уже в VI в. до н.э. в Китае было известно, что некоторые руды обладают способностью притягиваться друг к другу и притягивать железные предметы. Куски таких руд были найдены возле города Магнесии в Малой Азии, поэтому они получили название магнитов.

Посредством чего взаимодействуют магнит и железные предметы? Вспомним, почему притягиваются наэлектризованные тела? Потому что около электрического заряда образуется своеобразная форма материи — электрическое поле. Вокруг магнита существует подобная форма материи, но имеет другую природу происхождения (ведь руда электрически нейтральна), ее называют магнитным полем.

Для изучения магнитного поля используют прямой или подковообразный магниты. Определенные места магнита обладают наибольшим притягивающим действием, их называют полюсами (северный и южный). Разноименные магнитные полюса притягиваются, а одноименные — отталкиваются.

Для силовой характеристики магнитного поля используют вектор индукции магнитного поля B. Магнитное поле графически изображают при помощи силовых линий (линии магнитной индукции). Линии являются замкнутыми, не имеют ни начала, ни конца. Место, из которого выходят магнитные линии — северный полюс (North), входят магнитные линии в южный полюс (South).

Магнитное поле можно сделать «видимым» с помощью железных опилок.

Магнитное поле проводника с током

А теперь о том, что обнаружили Ханс Кристиан Эрстед и Андре Мари Ампер в 1820 г. Оказывается, магнитное поле существует не только вокруг магнита, но и любого проводника с током. Любой провод, например, шнур от лампы, по которому протекает электрический ток, является магнитом! Провод с током взаимодействует с магнитом (попробуйте поднести к нему компас), два провода с током взаимодействуют друг с другом.

Силовые линии магнитного поля прямого тока — это окружности вокруг проводника.

 

Направление вектора магнитной индукции

Направление магнитного поля в данной точке можно определить как направление, которое указывает северный полюс стрелки компаса, помещенного в эту точку.

Направление линий магнитной индукции зависит от направления тока в проводнике.

Определяется направление вектора индукции по правилу буравчика или правилу правой руки.

Вектор магнитной индукции

Это векторная величина, характеризующая силовое действие поля.

Индукция магнитного поля бесконечного прямолинейного проводника с током на расстоянии r от него:

Индукция магнитного поля в центре тонкого кругового витка радиуса r:

Индукция магнитного поля соленоида (катушка, витки которой последовательно обходятся током в одном направлении):

Принцип суперпозиции

Если магнитное поле в данной точке пространства создается несколькими источниками поля, то магнитная индукция — векторная сумма индукций каждого из полей в отдельности

Сравнительная таблица магнитного и электрического полей

Магнитное поле Земли

Земля является не только большим отрицательным зарядом и источником электрического поля, но в то же время магнитное поле нашей планеты подобно полю прямого магнита гигантских размеров.

Географический юг находится недалеко от магнитного севера, а географический север приближен к магнитному югу. Если компас разместить в магнитном поле Земли, то его северная стрелка ориентируется вдоль линий магнитной индукции в направлении южного магнитного полюса, то есть укажет нам, где располагается географический север.

Характерные элементы земного магнетизма весьма медленно изменяются с течением времени — вековые изменения. Однако время от времени происходят магнитные бури, когда в течение нескольких часов магнитное поле Земли сильно искажается, а затем постепенно возвращается к прежним значениям. Такое резкое изменение влияет на самочувствие людей.

Магнитное поле Земли является «щитом», прикрывающего нашу планету от частиц, проникающих из космоса («солнечного ветра»). Вблизи магнитных полюсов потоки частиц подходят гораздо ближе к поверхности Земли. При мощных солнечных вспышках магнитосфера деформируется, и эти частицы могут переходить в верхние слои атмосферы, где сталкиваются с молекулами газа, образуются полярные сияния.

Применение магнитного поля

Частицы диоксида железа на магнитной пленке хорошо намагничиваются в процессе записи.

Поезда на магнитной подушке скользят над поверхностью совершенно без трения. Поезд способен развивать скорость до 650 км/ч.

Работа головного мозга, пульсация сердца сопровождается электрическими импульсами. При этом в органах возникает слабое магнитное поле.

Реферат «Магнитное поле» Физика 10 класс

Министерство образования и науки Республики Бурятия

Государственное бюджетное профессиональное

образовательное учреждение

«Закаменский агропромышленный техникум»

РЕФЕРАТ

«Магнитное поле»

Выполнил: Туртуев Ринчин,

студент гр. «МСХП» 1 курс

Проверил: Ламажапова А.Ш..

г. Закаменск

2019г.

Содержание

Введение

1. Магнитное поле

2. Сила Ампера

3. Сила Лоренца

Вывод

Список литературы

\

Введение

Мы привыкли к магниту и относимся к нему чуточку снисходительно как к устаревшему атрибуту школьных уроков физики, порой даже не подозревая, сколько магнитов вокруг нас. В наших квартирах десятки магнитов: в электробритвах, динамиках, магнитофонах, в часах, в банках с гвоздями, наконец. Сами мы – тоже магниты: биотоки, текущие в нас, рождают вокруг нас причудливый узор магнитных силовых линий. Земля, на которой мы живём, — гигантский голубой магнит. Солнце – жёлтый плазменный шар – магнит ещё более грандиозный. Галактик и туманности, едва различимые телескопами, — непостижимые по размерам магниты. Термоядерный синтез, магнитодинамическое генерирование электроэнергии, ускорение заряженных частиц в синхротронах, подъём затонувших судов – всё это области, где требуются грандиозные, невиданные раньше по размерам магниты. Проблема создания сильных, сверхсильных, ультрасильных и ещё более сильных магнитных полей стала одной из основных в современной физике и технике.

«Любящий камень» … Такое поэтическое название дали китайцы естественному магниту. «Любящий камень» (тшу-ши), — говорят китайцы, — притягивает железо, как нежная мать привлекает своих детей. Замечательно, что у французов – народа, живущего на противоположном конце Старого Света, мы встречаем сходное название для магнита: французское слово «aimant» означает и «магнит», и «любящий».

Сила этой «любви» у естественных магнитов незначительна, и поэтому очень наивно звучит греческое название магнита, — «геркулесов камень». Если обитатели древней Эллады так поражались умеренной силой притяжения естественного магнита, то что сказали бы они, увидев на современном металлургическом заводе магниты, поднимающие глыбы в целые тонны весом! Правда, это не естественные магниты, а «электромагниты», т.е. железные массы, намагниченные электрическим током, проходящим по окружающей их обмотке. Но в обоих случаях действует сила одной и той же природы – магнетизм.

Вещества, притягивающие железо, были известны человечеству более 2000лет назад. Они получили название магнитов. Постоянный магнит в форме тонкой полоски, расположенный на плавающей в воде деревянной дощечке, поворачивается одним

Концом в направлении Северного полюса Земли, а другим – в направлении Южного. Поэтому концы магнита так и называются северным и южным полюсами. Это наблюдение привело к созданию компаса. Первые компасы появились в Китае. В Европе компасом стали пользоваться с XII в. В 1600г. английский физик У. Гильберт опубликовал большой труд «О магните», в котором описал множество проведенных за 18 лет опытов Он первым пришел к заключению, что Земля сама является большим магнитом. Казалось, что магнетизм и электричество – две разные области, не имеющие между собой ничего общего. Дальнейшее развитие научных знаний показало тесную связь электрических и магнитных явлений, а созданная Максвеллом теория позволила единым образом описать все электромагнитные явления.

После изобретения в 1800 г. источника постоянного тока возможности экспериментаторов значительно расширились. Первое фундаментальное открытие было сделано в 1820г. датским физиком Г.Х. Эрстедом (1777-1851).Убежденный в том, что электрические и магнитные явления взаимосвязаны, он хотел выяснить, не производит ли электричество каких-либо действий на магнит. В феврале 1820г. Эрстед показывал студентам тепловое действие тока. Рядом с проводником случайно оказался компас. При включении тока стрелка отклонилась от первоначального положения. В этом эффекте Эрстед увидел подтверждение своих идей. Описание опыта вышло в свет 21 июля 1820г. Этот простой опыт произвел сильное впечатление на современников и положил начало новой области физики – электродинамике.

Дальнейшие исследования развивались стремительно. 11 сентября 1820г. опыт был показан на заседании Французской академии наук. Академики спокойно разошлись, и только один из них – А.М. Ампер – поспешил заказывать приборы для проведения новых опытов. Он был уверен, что они должны были подтвердить его догадки, сводящие магнетизм к чисто электрическим явлениям. Все считали, что ток, проходя по проводник, превращает его в магнит, который и заставляет отклоняться стрелку компаса. Ампер высказал гениальную мысль: магнит представляет совокупность токов, движущихся по замкнутым контурам; отклонение стрелки вызвано взаимодействием токов. 25 сентября он демонстрирует новый эффект: два незаряженных параллельных провода, по которым текут одинаково направленные токи, притягиваются друг к другу. На каждый из проводников действует сила, зависящая от величины силы тока и расстояния между проводами. При перемене направления одного из токов силы притяжения сменяются силами отталкивания. В новой серии опытов спирали, по которым пропускали ток, вели себя подобно магнитам.

Новую область знаний о явлениях, обусловленных протеканием токов, Ампер назвал электродинамикой. Открытие явлений электромагнетизма оказало влияние не только на развитие науки, но и техники. В том же году Д. Арго изобрел электромагнит. В 1821г. Фарадею удалось осуществить вращение проводника с током в магнитном поле. Это был первый электродвигатель. Ампер предложил использовать отклонение электромагнитной стрелки для передачи сигналов в электромагнитном телеграфе.

Исследования природы подобных явлений проводились и в нашей стране. Так, например, исследования, проведенные русским физиком А.А. Эйхенвальдом в 1901г., показали, что если заряженное тело покоится относительно наблюдателя, то вокруг этого тела существует электрическое поле. Если же оно движется относительно наблюдателя, то возникает магнитное поле, которое вызывает отклонение легкоподвижной магнитной стрелки. Аналогичное действие на магнитную стрелку оказывает и проводник с током. Если по прямому проводнику, расположенному по магнитному меридиану а направлении к север-юг, пропустить ток, то расположенная под ним магнитная стрелка отклонится. Если поместить стрелку над проводником, то стрелка отклонится в другую сторону.

Согласно теории близкодействия , взаимодействие неподвижных электрических зарядов осуществляется посредством электрического поля. Проводники с током электрически нейтральны. Но, пропустив по двум параллельным проводникам ток, мы увидим, что проводники по которым токи текут в одном направлении, притягиваются, а проводники, по которым токи текут в противоположных направлениях, отталкиваются.

Взаимодействие между проводниками с током, т.е. взаимодействие между движущимися электрическими зарядами, называют магнитным. Силы, с которыми проводники с током действуют друг на друга, называют магнитными силами. Причиной возникновения сил магнитного взаимодействия является магнитное поле, которое появляется вокруг проводника с током.

1. Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом. Термин «магнитное поле» в 1845г. ввел М. Фарадей.

Экспериментальным доказательством реальности магнитного и электрического полей является факт существования электромагнитных волн. Магнитное поле, как и электрическое, является частным проявлением единого электромагнитного поля.

Характерной отличительной особенностью электрического поля является способность действовать на неподвижные заряды.

Главное свойство магнитного поля заключается в том, что оно действует на движущиеся заряды (электрический ток).

Неподвижные заряды не создают магнитного поля. Только движущиеся заряды (электрический ток) и постоянные магниты создают магнитное поле.

При изучении взаимодействия постоянных магнитов было установлено:

постоянные магниты имеют два полюса: северный и южный; одноименные полюсы отталкиваются друг от друга, а разноименные притягиваются.

Это наводило на мысль о существовании «магнитных зарядов» в природе. Если бы магнитные заряды существовали в природе, то их можно было бы разделить подобно электрическим, т.е. получить постоянный магнит только с одним полюсом. Однако если разделить магнит на две половины, то каждая часть снова будет иметь два полюса. Процесс деления можно продолжать сколько угодно, и каждый полученный маленький кусочек магнита будет представлять собой магнит с двумя полюсами. Позднее было доказано, что даже электроны, протоны, нейтроны ведут себя подобно крошечным магнитам.

Если отдельные тела можно зарядить положительно или отрицательно, так как существует элементарный электрический заряд, то никогда нельзя отделить северный полюс магнита от южного. Таким образом, нет оснований считать, что в природе существуют отдельные магнитные заряды.

Эта мысль была высказана Ампером в гипотезе об элементарных электрических токах. Согласно гипотезе Ампера, внутри атомов и молекул вещества циркулируют элементарные электрические токи. Если эти токи расположены хаотически по отношению друг к другу, то их действие взаимно компенсируется и никакими магнитными свойствами тело не обладает. В намагниченном состоянии (например, в постоянных магнитах) элементарные токи ориентированы определенным образом. Следовательно, магнитные свойства любого тела объясняются замкнутыми электрическими токами внутри него, т.е. магнитное взаимодействие – это взаимодействие токов.

Результаты опытов Ампера и последующих многочисленных исследований можно сформулировать следующим образом. Способность магнитного поля вызывать появление механической силы, действующей на какой-либо элемент тока, можно количественно описать, задавая в каждой точке поля некоторый вектор В. Вектор В называется магнитной индукцией и является основной характеристикой магнитного поля.

2.Сила Ампера. На проводник с током, находящийся в магнитном поле, действует сила, равная

F = I·L·B·sin(a), (1)

где I — сила тока в проводнике;
B — модуль вектора индукции магнитного поля;
L — длина проводника, находящегося в магнитном поле;
a — угол между вектором магнитного поля и проводником.

Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, называют силой Ампера.

Рис. 1.

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки (см. рис.1):

четыре пальца по току;

перпендикулярная проводнику составляющая вектора индукции В входит в ладонь;

отогнутый большой палец дает направление F.

Подобно тому, как электрические поля графически изображаются с помощью электрических силовых линий, магнитные поля изображаются с помощью линий магнитной индукции (или магнитных силовых линий).

Линии магнитной индукции – это линии, касательные к которым в данной точке совпадают по направлению с вектором В в этой точке. Линии магнитной индукции можно сделать «видимыми» с помощью железных опилок. Если на стеклянную пластинку, через которую пропущен прямой проводник с током, насыпать железных опилок и слегка постучать по пластинке, то железные опилки расположатся вдоль силовых линий.

Из опытов следует, что линии магнитной индукции прямого проводника с током представляют концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной току. Центр этих окружностей находится на оси проводника. С помощью железных опилок можно получить изображение линий магнитной индукции проводников с током любой формы. Линии магнитной индукции всегда замкнуты и охватывают проводники с токами. Это отличает их от линий напряженности электростатического поля. Такие поля называют вихревыми в отличие от потенциальных, примером которых является электростатическое поле.

Направление линий магнитной индукции связано с направлением тока в проводнике. Направление силовых линий магнитного поля, создаваемого проводником с током, определяется по правилу буравчика (если правовинтовой буравчик ввинчивать по направлению тока, то направление вращения рукоятки буравчика совпадет м направлением линий магнитной индукции).

Одним из проявлений магнитного поля является его силовое воздействие на движущиеся электрические заряды и проводники с током. В 1820г. А. Ампером был установлен закон, определяющий силу, действующую на элемент тока в магнитном поле. Так как создать обособленный элемент нельзя, то Ампер изучал поведение подвижных проволочных замкнутых контуров различной формы. Им было установлено, что на проводник с током помещенный в однородное магнитное поле индукции В, действует сила, пропорциональная длине отрезка проводника L,силе тока I, протекающего по проводнику, и индукции магнитного поля В. Впоследствии этот вывод получил название закона Ампера. Используя закон Ампера, можно вычислить силу, действующую на проводник с током в магнитном поле.

Движущиеся электрические заряды создают вокруг себя магнитные поля, которые распространяются в вакууме со скоростью света с. Если же заряд движется во внешнем магнитном поле, то происходит силовое взаимодействие магнитных полей, определяемое по закону Ампера. Процесс взаимодействия магнитных полей исследовался Лоренцем, который вывел формулу для расчета силы действующей со стороны магнитного поля на движущуюся заряженную частицу. Данная сила получила название силы Лоренца.

3. Сила Лоренца. Так как электрический ток представляет собой упорядоченное движение зарядов, то действие магнитного поля на проводник с током есть результат его действия на отдельные движущиеся заряды.

Силу, действующую со стороны магнитного поля на движущиеся в нем заряды, называют силой Лоренца.

Из закона Ампера (1) следует, что сила Лоренца определяется соотношением:

Fл = q·V·B·sin(

где q — величина движущегося заряда;
V — модуль его скорости;
B — модуль вектора индукции магнитного поля;
 — угол между вектором скорости заряда и вектором магнитной индукции.

Рис. 2.

Направление вектора Fл определяется по правилу левой руки:

четыре пальца по направлению скорости движения положительного заряда V;

перпендикулярная скорости составляющая вектора индукции входит в ладонь;

отогнутый большой палец дает направление силы Лоренца Fл (см. рис. 2).

Вывод

Таким образом, магнитное поле обладает следующими свойствами:

  1. Действует на движущиеся заряды (электрический ток) – основное свойство

  2. Непрерывное

  3. Вихревое

  4. Ослабевает при удалении от источника

  5. Существует вокруг постоянных магнитов, Земли, проводников с током

  6. Основная характеристика: магнитная индукция

Список литература:

  1. Дмитриева В.Ф. Физика. М., 2013г.

  2. Павленко Ю.Г. Физика. Учебное пособие. М.,2010г.

  3. Перельман Я.И. Занимательная физика, кн.2. Чебоксары,2010г.

  4. Савельев И.В.. Курс общей физики, т.2. М.,2012г.

  5. Сивухин Д.В.. Общий курс физики, т.3. М., 2012г.

Статья по физике на тему: Магнитное поле читать

Главная>Статьи по химии

Магнитное поле

Определенный уровень электромагнитного излучения может оказывать негативное воздействие как на людей, так и на животных и на работу техники и приборов. Причины в физиологичности магнитных волн. В практической жизни используют волны СВЧ и ВЧ излучения, а также силу лазера, магнитные и электрические поля. Существуют принятые нормы работы с использованием действия магнитных полей. Нормы электромагнитного излучения установлены в диапазоне ЭМП. Повышение норм вызывает у человека чувство усталости, головную боль и тошноту. При дальнейшей работе происходят изменения в сердце, работе центральной нервной системы и мозге человека. Активное магнитное поле способствует тому, что человек теряет контроль над своими действиями. В нашей стране уровень допустимого влияния магнитных полей ограничен действующими СанПиНами. Нормы излучения станций мобильной связи для разных стран будут разниться. Если в России это 10мкВт/кв.см., то для США уже 100.

Что же представляет собой магнитное поле? Прежде всего -это силовое поле. Оно способно оказывать действие не только на движущиеся электрические заряды, но также и на тела, если те в свою очередь имеют магнитный момент. Магнитное поле формируется током заряженных частиц. Еще одна возможность его формирования — это магнитный момент электронов, которые содержатся в атомах. И, как вариант, при действии изменяющегося электрического поля с учетом временного фактора.

Вектор индукции — основная силовая характеристика поля. Магнитное поле и вектор магнитной индукции аналогичные понятия. Другая характеристика магнитного поля — это его потенциал. Векторный потенциал по своему смыслу аналогичен магнитной индукции. Эти понятия практически равны по своему значению. Если же мы говорим о характеристике магнитного поля в среде магнитного отсутствия, т.е. в вакууме, то речь будет идти о напряженности магнитного поля. Безусловно, магнитное поле — это особый вид материи. И если тела и частицы обладают магнитным моментом, то их взаимодействие происходит как раз через магнитное поле. В тоже время следует отметить, что магнитное поле — это следствие наличия электрического поля. Эти взаимодействия изучает специальная теория относительности. Так и возникло понятие электромагнитного поля, обусловленное необходимой взаимосвязью одновременного наличия двух полей.

В быту простым примером электромагнитного поля является свет. Фактически электрическое поле, распространяющееся по проводнику, создает вокруг него магнитное поле. В данном случае уместно напомнить о фотоне — частице квантового возбуждения поля. При расчетах в теории магнитных полей используют закон Био-Савара-Лапласа, либо теорему Ампера. Это для наиболее простых случаев определения поля проводника с током. Для сложных случаев применимо уравнение Максвелла. А вот в жизни самое распространенное действие магнитных полей обусловлено взаимодействием двух магнитов. Способность отталкивать двух одинаково заряжённых частиц. При этом противоположные полюса будут притягиваться. При этом сила, действующая на магнит, может быть измерена. Она представляет собой сумму всех сил, влияющих на диполи, из которых в свою очередь состоит магнит.

см. также:
Все статьи по физике

Доклад-сообщение Магнитное поле Земли 8 класс кратко, по физике

Наверное, каждому известно о том, что земля является огромных размеров магнит, при помощи которого образуется магнитное поле. Да и ученые доказали, что оно действительно существует. Кроме этого магнитное поле находится вокруг нашей планеты и защищает ее от различной радиации.

Немного попозже знаменитый и популярный Гильберт написал книгу, в которой объяснил, почему магнитное поле, почему так называется и как оно образовалось. А спустя еще некоторое время он все это доказал и показал при помощи специальных опытов. Для начала он выточил специальный шар. И когда стрелка, прикрепленная на магнит, приближается ближе к шару, то начинает вертеться.

Спустя еще некоторое время были созданы первые магнитные карты. Это происходит, потому что внутри ядра находится раскаленное железо. Именно оно и является прекрасным проводником электрического тока. Этот ток возникает внутри планеты. А вот магнитосфера защищает нашу планету от различных космических лучей, зараженных частиц и высокой энергии. Также она в некоторых случаях может влиять на погодные явления.

Спустя некоторое время Гильберту удалось доказать, что магнитное поле может меняться. А вот меняются они, потому что на всей планете имеются места, где находится огромное количество разных полезных ископаемых. Они могут быть кратковременными и долговременными. Вот именно так и происходят и образуются магнитные бури.

Кроме этого при помощи магнитного поля некоторые животные могут ориентироваться в пространстве. Морские бактерии стараются селиться в тех местах, где образуется магнитное поле. Насекомые наоборот стараются селиться в тех местах, где магнитное поле располагаются либо вдоль, либо поперек.

Совсем недавно учеными был доказан тот факт, что у многих птиц между глаз имеется тканевое поле. И благодаря нему они могут ориентироваться в пространстве.

Доклад Магнитное поле земли сообщение

О том, что наша планета есть огромный магнит, учеными доказано давно. Раз земной шар — это магнит, значит он должен создавать мощнейшее магнитное поле. Все мы знаем, что в компасе красная стрелка юг, а синяя это север. А как расположены магнитные полюсы планеты? Магнитные и географические полюса не совпадают, поэтому нужно запомнить, что на северном географическом полюсе находится южный магнитный полюс и на южном географическом полюсе находится северный магнитный полюс Земли.  Магнитное поле имеет непосредственное отношение к ядру. Так как в составе земного ядра находится жидкое железо, в нем постоянно циркулируют токи, которые и создают магнитное поле.

Магнитное поле все время медленно меняется во времени. Изменение в расположении магнитных полюсов на противоположные происходит через большие интервалы времени и получили название; вековые вариации. Полюса изменяют свое расположение приблизительно каждые 150 тысяч лет. Кардинальное изменение положения полюсов относительно друг друга, было вестником больших катаклизмов на планете.

Но больше всего изменения происходят в магнитной сфере нашей планеты. Магнитосфера Земли — это пространство около поверхности земного шара, распространенное на 80 тыс. км к Солнцу и также в противоположную сторону. Магнитосфера ограждает поверхность планеты от вредных воздействий космоса, и влияет на погодные условия планеты. Большое количество заряженных частиц солнечного ветра попадает в магнитосферу Земли, это электроны и протоны, которые ионизируют верхние слои атмосферы. Происходит свечение, которые мы знаем, как северное сияние.

 Магнитное поле защищает нашу Землю от воздействия солнечного ветра. Существует такое понятие Магнитные бури. Это изменение магнитного поля в течение нескольких часов, с последующим возвращением в прежнее состояние. Магнитные бури обычно начинаются неожиданно, по всей планете, и длятся от 7до 13 часов. За это время бури оказывают негативное влияние на самочувствие людей. На радиосвязь, электросвязь и т.д. От изменений, происходящих на солнце зависит мощность и регулярность магнитных бурь. Наряду с магнитными бурями есть еще магнитные аномалии. Которые в свою очередь зависят от магнитного поля Солнца.  Взрывы и выбросы на Солнце, которые происходят из-за колебания солнечного магнитного поля, влияют на магнитное поле Земли. Возникают магнитные аномалии, которые происходят из-за нахождения железных руд в Земле. Месторождения руд намагничиваются и все предметы вокруг будут испытывать результат этой аномалии, стрелки компаса при этом будут показывать неправильное направление.

Люди давно используют магнитное поле Земли. Еще в 17 веке в судоходстве широко применяется компас.  Не секрет, что магнитное поле Земли помогает существовать и осваиваться на ее территориях различным микроорганизмам. Например, морские бактерии размещаются на дне, в иле под определенным углом к магнитному полю. Это потому, что в них имеются небольшие магнитные частицы.  При расположении, некоторые насекомые ориентируются на магнитное поле. 

Птицы во время перелета также ориентируются на магнитное поле Земли. Не так давно орнитологи установили, что у пернатых в районе глаз имеется что-то, вроде крохотного компаса. Это кристаллики магнетита, которые намагничиваются. Ученные установили, что и на рост растений также оказывает влияние магнитное поле.

В нашей Солнечной системе, кроме Земли магнитное поле имеется у следующих планет; Меркурий, Сатурн, Юпитер, Марс.

6, 8, 9 класс кратко, по физике

Магнитное поле Земли

Популярные темы сообщений

  • Семейное законодательство

    Семейно права — это прежде всего отношения всех норм и правил, которые сформировались в брачной жизни. Если взять семейное законодательство, то можно сказать, что каждый член брака обязан сохранять и развивать

  • Египетский треугольник

    Прямоугольный треугольник с соотношением сторон три на четыре на пять и суммой чисел двенадцать — принято называть Египетским треугольником. Данный треугольник использовался архитекторами древности для достижения

  • Александрийский маяк

    Наша история и записи сохранили память о многих древних памятниках, которые, к сожалению, не смогли дойти до нашего времени в своем первозданном виде. Нашему поколению, остается только знакомиться со своей историей из книг и журналов.

Магнитные поля — обзор

5.03.3 Приборы

Магнитные поля, создаваемые мозгом, очень малы, примерно одну миллиардную от стабильного магнитного поля Земли. Следовательно, для мониторинга активности мозга с помощью МЭГ требуются чрезвычайно чувствительные датчики, которые обычно становятся сверхпроводящими из-за жидкого гелия, и сбор данных в специально построенных экранированных помещениях, разводящих окружающие магнитные поля.

Для обнаружения МЭГ в настоящее время достаточно практичным датчиком является СКВИД.Поскольку кольца СКВИДа делаются довольно маленькими ( d 1 мм) для оптимизации шума, в датчиках МЭГ также используются трансформаторы потока со считывающими катушками ( d > 2–3 см), которые собирают магнитный поток с большой площади и направляют его в СКВИД. SQUID использует джозефсоновские переходы, образованные тонкими слоями электрического изолятора в небольшой сверхпроводящей петле, для обнаружения небольших изменений тока, индуцируемого магнитными полями мозга в сверхпроводящих петлях датчика. Электронные пары туннелируют через изолятор и обеспечивают интерференцию волновых функций пар электродов.Эта интерференция проявляется как динамическое сопротивление через СКВИД, зависящее от потока. Отклик СКВИДа является нелинейной и периодической функцией приложенного потока. Это предотвращает использование выходного магнитного потока непосредственно в качестве меры магнитного сигнала. Следовательно, СКВИДы управляются сигналом обратной связи, который нейтрализует влияние измеряемого магнитного поля. Таким образом, СКВИД действует как детектор нулевого потока. Для этого СКВИД привязан к рабочей точке с помощью настроенной обратной связи через катушку обратной связи, прикрепленную поверх СКВИДа.Контроллер регулирует ток обратной связи так, чтобы выходной сигнал СКВИДа оставался равным нулю. Инвертированный сигнал отрицательной обратной связи линейно отслеживает истинное измеренное магнитное поле, даже если оно изменяется в большей степени, чем квант потока (Hämäläinen et al., 1993).

Геометрия измерительной катушки определяет измеряемую составляющую магнитного поля. В магнитометрах не используются никакие дополнительные конструкции; измеряемая составляющая — магнитное поле, нормальное к поверхности катушки. В осевых градиентометрах приемные катушки соединены с компенсационными катушками; вместо фактического поля измеряется локальный градиент магнитного поля (, рис. 2, ).Это подавляет магнитные поля от удаленных источников, которые похожи как на измерительные, так и на компенсационные катушки, и делает датчики более чувствительными к локальным изменениям магнитного поля, создаваемому близлежащей структурой, например, мозгом. Магнитометры более чувствительны к источникам глубокого мозга, чем градиентометры; однако они также более чувствительны к окружающему шуму (Hämäläinen et al., 1993).

Магнитометры и радиально ориентированные осевые градиентометры обнаруживают самую сильную напряженность поля в нескольких сантиметрах от источника тока, где поле имеет максимальное значение.Массивы таких датчиков создают максимумы и минимумы сигналов в нескольких сантиметрах от активированной области мозга, создавая сложное изображение активации, особенно когда несколько областей мозга активируются одновременно. Планарные градиентометры измеряют плоскую производную магнитного поля; это максимальное значение над источником тока, где поле изменяется наиболее быстро (, рис. 2, ). Это заметно облегчает сенсорную оценку конфигурации источника, необходимую для последующего анализа источника (Hämäläinen et al., 1993). Тем не менее, один локальный источник может генерировать сигналы на нескольких датчиках на значительном расстоянии (до 10 см, в зависимости от мощности источника и конфигурации датчика), и необходимо с осторожностью делать выводы на основе локальных максимумов на уровне датчика, поскольку одновременно В мозгу следует ожидать активации нескольких источников (Hari and Salmelin, 2012).

Внешние мешающие магнитные поля блокируются благодаря магнитно-экранированным помещениям, построенным из комбинации мю-металла с высокой проницаемостью (никель-железный сплав) и алюминиевых пластин, направляя внешние поля на путь с низким сопротивлением вдоль стенок помещения. комната (е.г., Kelhä et al., 1982). Эти пассивные экраны могут быть усилены активными системами, измеряющими поля помех и генерирующими поле компенсации для их подавления (De Tiege et al., 2008). Пассивное экранирование, обеспечиваемое тяжелыми, многослойными металлическими помещениями, является дорогостоящим и требует наличия подходящих площадок для лабораторий MEG; активное экранирование с более легкими структурами, дополненное обработкой сигналов, дешевле и проще в установке в больнице.

В результате разработки были созданы приборы в форме шлема, в которых размещается более 300 датчиков MEG.Производство устройств MEG не было прибыльным бизнесом, вероятно, из-за затрат, связанных с технологией сверхнизких температур, включая стоимость гелия и сложности измеряемых сигналов и необходимых методов анализа. Коммерческие предприятия Сименс, Филипс, Биомагнитные Технологии Инк. (BTi) и Канадские Тонкопленочные (CTF) Системы Инк., Действовавшие в начале 1990-х годов (Hämäläinen et al., 1993), закрылись. В настоящее время действуют четыре производителя МЭГ. Elekta Inc.имеет самый большой опыт работы в области МЭГ. Кроме того, Yokogawa Inc., Корейский научно-исследовательский институт стандартов и науки (KRISS) и Tristan Technologies Inc. имеют операционные проекты по развитию MEG. В настоящее время около 160 лабораторий по всему миру используют системы МЭГ с цельной головкой (Hari and Salmelin, 2012).

Магнитные поля — Новости, исследования и анализ — Разговор — стр. 1

Студия Mongta / Shutterstock

Марианна Корсос, Университет Аберистуита и Хью Морган, Университет Аберистуита

Волны Альфвена, впервые предложенные 80 лет назад, могут объяснить, почему атмосфера Солнца намного горячее, чем его поверхность.

Взаимодействие солнечных ветров и атмосферы Земли порождает северное сияние, танцующее в ночном небе. (Бенджамин Сутер / Unsplash)

Мартин Джерард Коннорс, Университет Атабаски

Только в прошлом веке предсказание погоды на Земле стало достаточно продвинутым, чтобы работать на две недели вперед.Однако предсказывать космическую погоду можно только за час.

НАСА

Агата Лиз-Проновост, Мельбурнский университет

Исследователи нашли первые австралийские свидетельства этого глобального события, во время которого люди на Земле стали бы свидетелями множества захватывающих полярных сияний.

muratart / Shutterstock

Ричард Холланд, Bangor University и Дмитрий Кишкинев, Keele University

Некоторые птицы могут эффективно обладать встроенной глобальной системой GPS.

Пока, горелки. brizmaker / iStock / Getty Images Plus

Кеннет МакЛеод, Бингемтонский университет, Государственный университет Нью-Йорка

Переход от ископаемого топлива к электричеству не наносит вреда окружающей среде, но серьезные повара не думают об электрических плитах.Будет ли индукционное приготовление пищи, наконец, популярным в качестве альтернативы?

Гималайские скалы содержат магнитные подсказки об их происхождении. Крейг Роберт Мартин

Крейг Роберт Мартин, Массачусетский технологический институт (MIT)

Магнитное поле Земли фиксирует информацию в лаве, когда она остывает в горные породы. Миллионы лет спустя ученые могут расшифровать эти магнитные данные для построения геологических графиков и карт.

Фотография почти полной Луны, ярко сияющей в атмосфере Земли, сделанная с Международной космической станции. НАСА

Кристофер Дэвис, Университет Лидса и Джон Маунд, Университет Лидса

Магнитное поле Земли, скорее всего, было слабее, когда на нашей планете развивалась жизнь, чем сегодня.

Остров Святой Елены, где магнитное поле Земли ведет себя странно. Умомо / Shutterstock

Яэль Аннемик Энгберс, Ливерпульский университет и Эндрю Биггин, Ливерпульский университет

Магнитное поле Земли вокруг острова Святой Елены намного слабее, чем можно было бы ожидать.

Давно оставалось загадкой, как быстро меняется магнитное поле Земли.Андрей ВП / Shutterstock

Кристофер Дэвис, Университет Лидса

Изменения магнитного поля Земли представляют большой риск для электронной инфраструктуры.

Очень редко, в зависимости от того, где вы находитесь в мире, ваш компас действительно может указывать на истинный север. https: //www.shutterstock.ком

Недавно магнитные компасы в Гринвиче впервые за 360 лет указывали прямо на истинный север. В настоящее время это происходит и в Западной Австралии. Но что это значит?

Северное сияние на озере Лаппаярви, Финляндия. Сантери Виинамяки

Натан Кейс, Университет Ланкастера

Поскольку северный магнитный полюс Земли направляется в сторону Сибири, высказывались опасения, что северное сияние может двигаться вместе с ним.

Поначалу это звучит неплохо, но не очень практично. Кредит изображения: НАСА / Марк Ванде Хей

Стивен Дж. Бози, Университет Новой Англии

Даже магниты на холодильник имеют магнитные поля примерно в 200 раз сильнее, чем у Земли.

У тебя в голове магнитный компас? Световая пружина / Shutterstock.ком

Синсуке Симодзё, Калифорнийский технологический институт ; Доу-Ан Ву, Калифорнийский технологический институт , и Джозеф Киршвинк, Калифорнийский технологический институт

Сенсорные таланты вашего мозга выходят далеко за рамки этих традиционных пяти чувств. Команда геологов и нейробиологов изучала, как человеческий мозг отслеживает магнитные поля и реагирует на них.

Ориентация каменных стен, пересекающих северо-восток США, может рассказать не только историческую, но и геомагнитную историю. Джон Делано

Джон Делано, Университет в Олбани, Государственный университет Нью-Йорка

Научное вдохновение пришло к геологу после многих прогулок по лесам Нью-Йорка и Новой Англии.Эти руины хранят секрет того, где компас указывал на север, когда они были построены много веков назад.

Художественный образ электронов, вращающихся вокруг ядра. Роман Сигаев / Shutterstock.com

Алексей А Петров, Wayne State University

Какой формы электрон? Ответ, хотите верьте, хотите нет, имеет значение для нашего понимания всей Вселенной и может показать, есть ли загадочные частицы, которые еще предстоит открыть.

Солнечные вспышки, запечатленные на Солнце. НАСА / SDO

Бретт Картер, Университет РМИТ

Когда в 1972 году десятки американских мин, установленных в водах у побережья Вьетнама, взорвались почти одновременно, все взоры обратились к Солнцу в поисках объяснений.

Земля имеет мощное магнитное поле.НАСА

Кристофер Дэвис, Университет Лидса

Странный участок чрезвычайно сильного магнитного поля произошел над Иорданией в 1000 г. до н.э. Можем ли мы встретиться с другим?

Перевал Баркли, стратотип формации Эллиот. Эти красивые скалы хранят древние секреты. Лара Sciscio

Лара Сцисио, Кейптаунский университет

Собственное магнитное поле Земли предлагает полезный способ измерения возраста горных пород — информацию, которая может помочь раскрыть древние события и помочь нам понять настоящее.

Центр управления полетами теряет сигнал от Кассини. НАСА / Джоэл Ковски

«Кассини», возможно, уже нет, но оставленные им данные могут помочь выяснить, как долго длится день Сатурна и как создается его магнитное поле.

Shutterstock

Паула Келемейер, Оксфордский университет

Сигналы сильных землетрясений помогают раскрыть внутренний ландшафт планеты.

Электрические и магнитные поля

Электрические и магнитные поля (ЭМП) — это невидимые области энергии, часто называемые излучением, которые связаны с использованием электроэнергии и различных форм естественного и искусственного освещения. ЭМП обычно делятся на две категории по частоте:

  • Неионизирующий : низкоуровневое излучение, которое обычно считается безвредным для человека
  • Ионизирующая : излучение высокого уровня, потенциально способное вызвать повреждение клеток и ДНК

← Вернуться на страницу

Тип излучения Определение Формы излучения Примеры источников
Неионизирующий Низко- и среднечастотное излучение, которое обычно считается безвредным из-за недостаточной активности.
  • Чрезвычайно низкая частота (ELF)
  • Радиочастота (RF)
  • Микроволны
  • Визуальный свет
  • Микроволновые печи
  • Компьютеры
  • Интеллектуальные счетчики электроэнергии для дома
  • Беспроводные сети (Wi-Fi)
  • Сотовые телефоны
  • устройств Bluetooth
  • Линии электропередачи
  • МРТ
Ионизация Средне- и высокочастотное излучение, которое при определенных обстоятельствах может привести к повреждению клеток или ДНК при длительном воздействии.
  • Ультрафиолет (УФ)
  • Рентгеновские лучи
  • Гамма
  • Солнечный свет
  • Рентгеновские лучи
  • Некоторые гамма-лучи
Могут ли ЭМП быть вредными для моего здоровья?

В течение 1990-х годов большинство исследований ЭМП было сосредоточено на чрезвычайно низкочастотном воздействии, исходящем от обычных источников энергии, таких как линии электропередач, электрические подстанции или бытовые приборы. Хотя некоторые из этих исследований показали возможную связь между напряженностью поля ЭМП и повышенным риском лейкемии у детей, их результаты показали, что такая связь была слабой.Несколько исследований, проведенных на взрослых, не показывают доказательств связи между воздействием ЭМП и раком взрослых, например лейкемией, раком мозга и раком груди.

Сейчас, в эпоху сотовых телефонов, беспроводных маршрутизаторов и Интернета вещей, которые все используют ЭМП, сохраняются опасения по поводу возможных связей между ЭМП и неблагоприятными последствиями для здоровья. Эти воздействия активно изучаются. NIEHS рекомендует продолжить обучение практическим способам снижения воздействия ЭМП.

Излучает ли мой сотовый телефон электромагнитное излучение?

Сотовые телефоны излучают форму радиочастотного излучения в нижней части спектра неионизирующего излучения. В настоящее время научные данные не позволяют однозначно связать использование сотового телефона с какими-либо неблагоприятными проблемами для здоровья человека, хотя ученые признают, что необходимы дополнительные исследования.

Национальная токсикологическая программа (NTP) со штаб-квартирой в NIEHS только что завершила крупнейшее на сегодняшний день исследование на животных по радиочастотному воздействию сотовых телефонов.Чтобы ознакомиться с кратким изложением результатов, посетите наш пресс-релиз и веб-страницу NTP «Радиочастотное излучение сотовых телефонов».

Что делать, если я живу рядом с линией электропередачи?
EMF: Электрические и магнитные поля, связанные с использованием электроэнергии Буклет

Важно помнить, что сила магнитного поля резко уменьшается с увеличением расстояния от источника. Это означает, что сила поля, достигающего дома или строения, будет значительно слабее, чем в исходной точке.

Например, по данным Всемирной организации здравоохранения в 2010 году, магнитное поле величиной 57,5 ​​миллигаусс непосредственно рядом с линией электропередачи на 230 киловольт составляет всего 7,1 миллигаусс на расстоянии 100 футов и 1,8 миллигаусс на расстоянии 200 футов.

Для получения дополнительной информации см. Учебный буклет NIEHS «ЭМП: электрические и магнитные поля, связанные с использованием электроэнергии». Этот буклет, подготовленный в 2002 году, содержит самые последние исследования NIEHS в области здравоохранения и электрических и магнитных полей в линиях электропередач.

Как я могу узнать, не подвержен ли я воздействию электромагнитных полей?

Если вас беспокоят ЭМП, излучаемые линией электропередачи или подстанцией в вашем районе, вы можете связаться с местной энергетической компанией, чтобы запланировать чтение на месте. Вы также можете измерить ЭДС самостоятельно с помощью гауссметра, который можно приобрести в Интернете через ряд розничных продавцов.

1 Введение | Возможности в науке о сильном магнитном поле

проводник к следующему — это напряженность поля, при которой происходит гашение, т.е.е., критическое поле — и, следовательно, самое высокое поле, которое материал может создать, когда он сформирован в магнит.

Только в 1961 году были обнаружены материалы, которые остаются сверхпроводящими в полях, достаточно сильных, чтобы представлять интерес для разработчиков магнитов, и с тех пор использование этих материалов для изготовления магнитов резко возросло. Трудно оценить количество сверхпроводящих магнитов, используемых в приборах в лабораториях и больницах по всему миру, но представитель отрасли сообщил комитету, что ежегодно производители продают около 2000 приборов МРТ и примерно 500 спектрометров ЯМР.Эти инструменты содержат сверхпроводящие магниты, общая стоимость которых составляет миллиарды долларов. Другие области, в которых сверхпроводящие магниты широко используются, — это физика высоких энергий и исследования термоядерного синтеза. Спрос на сверхпроводящий провод, подходящий для высокоэффективных магнитов, чрезвычайно вырос в связи со строительством Большого адронного коллайдера (LHC) в ЦЕРНе и будет расти еще больше, когда начнется строительство Международного термоядерного экспериментального реактора (ITER).

Как объясняется в основной части этого отчета, создание магнитов из сверхпроводящего провода — это сложное искусство.Характеристики всех таких магнитов ограничены свойствами сверхпроводников, из которых они сделаны, особенно их критическими полями. Механическая прочность и технологичность также являются важными вопросами. Несмотря на эти проблемы, максимальная напряженность полей, создаваемых сверхпроводящими магнитами, постепенно увеличилась примерно до 25 Тл. Гибридные магниты, которые состоят из резистивного соленоида внутри сверхпроводящего соленоида, могут создавать значительно более высокие магнитные поля постоянного тока (около 45 Тл), но конечно, они постоянно потребляют электроэнергию и выделяют тепло в своих нормальных проводящих секциях.

В 1986 году были обнаружены материалы, которые обладают сверхпроводимостью при температурах до 130 К, что намного выше, чем наивысшая температура, достигаемая ранее известными сверхпроводящими материалами (около 23 К). Эти высокотемпературные сверхпроводники представляют собой керамические оксиды меди, которые по своей природе имеют слабые связи на внутренних границах зерен, что делает изготовление из них магнитов чрезвычайно трудным. Однако они очень интересны разработчикам магнитов, потому что их критические поля намного выше, чем у любого из сверхпроводников, обычно используемых в настоящее время для изготовления магнитов.Технические проблемы, которые они создают, решаются, поэтому напряженность поля, которую можно получить с помощью сверхпроводящих магнитов, вероятно, значительно увеличится в ближайшие несколько лет.

Резистивные магниты могут генерировать поля с напряженностью более 45 Тл, но только на короткое время. NHMFL имеет магниты, которые генерируют поля примерно 60 Тл за десятые доли секунды, 65 Тл за сотые доли секунды или примерно 200 Тл за миллисекунды. Если допустимо частичное или полное разрушение инструмента, поля хорошо

Магнитные поля — AP Physics 2

Если вы считаете, что контент, доступный через Веб-сайт (как определено в наших Условиях обслуживания), нарушает одно или больше ваших авторских прав, сообщите нам, отправив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее в информацию, описанную ниже, назначенному ниже агенту.Если репетиторы университета предпримут действия в ответ на ан Уведомление о нарушении, оно предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, которая предоставила такой контент средствами самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

Ваше Уведомление о нарушении прав может быть отправлено стороне, предоставившей доступ к контенту, или третьим лицам, таким как в виде ChillingEffects.org.

Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатам), если вы существенно искажать информацию о том, что продукт или действие нарушает ваши авторские права.Таким образом, если вы не уверены, что контент находится на Веб-сайте или по ссылке с него нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к юристу.

Чтобы отправить уведомление, выполните следующие действия:

Вы должны включить следующее:

Физическая или электронная подпись правообладателя или лица, уполномоченного действовать от их имени; Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены; Описание характера и точного местонахождения контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права, в \ достаточно подробностей, чтобы позволить репетиторам Varsity найти и точно идентифицировать этот контент; например нам требуется а ссылка на конкретный вопрос (а не только на название вопроса), который содержит содержание и описание к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба; Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; и Ваше заявление: (а) вы добросовестно считаете, что использование контента, который, по вашему утверждению, нарушает ваши авторские права не разрешены законом, владельцем авторских прав или его агентом; (б) что все информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство вы либо владелец авторских прав, либо лицо, уполномоченное действовать от их имени.

Отправьте жалобу нашему уполномоченному агенту по адресу:

Чарльз Кон Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
St. Louis, MO 63105

Или заполните форму ниже:

Магнитное поле Земли и его изменения во времени

Сложные конвекционные токи в ядре Земли создают вокруг Земли огромное магнитное поле, защищающее нас от заряженных солнечных частиц, исходящих от Солнца.Однако магнитное поле Земли не всегда было одинаковым. Камни Земли обеспечивают запись геомагнитных инверсий и изменений во времени геомагнитного поля. Д-р Даниэль Франко и его команда из Национальной обсерватории Бразилии используют сложные численные модели, чтобы лучше понять структуру магнитного поля Земли и то, что может вызвать эти изменения в геологических временных масштабах.

Земля окружена невидимым, но мощным щитом: ее магнитным полем. Это то, что заставляет северное сияние танцевать в небе вокруг Северного и Южного полюсов и защищает жизнь на Земле от интенсивного потока солнечных частиц, несущихся через Солнечную систему от нашего Солнца.Но как мы можем понять то, чего даже не видим?

Люди использовали магнитное поле Земли для навигации в течение сотен лет с помощью компасов, и это остается для нас самым простым способом увидеть магнитное поле Земли в действии. Ученые также могут измерять его интенсивность в точках вокруг поверхности Земли, а также ее ориентацию, а спутники играют жизненно важную роль в ее постоянном мониторинге.

Стабильность современного магнитного поля важна не только для защиты жизни на Земле, но и для наших технологий.Мобильные телефоны зависят от него, чтобы правильно определять свое местоположение. Усиление солнечного ветра (геомагнитные бури) может нарушить работу энергосетей, связи, спутников и навигационных систем, и без стабильного магнитного поля, защищающего Землю, мы были бы невероятно уязвимы для событий солнечной бури.

Доктор Франко стремится лучше понять структуру магнитного поля Земли и то, что может вызвать эти изменения в геологических временных масштабах.

Мы надеемся, что понимание того, как магнитное поле изменилось с течением времени, даст нам ключ к пониманию того, как оно может колебаться в будущем.Породы Земли содержат подсказки о ее магнитном поле в прошлом (палеомагнитные записи), которые геофизики, такие как доктор Даниэль Франко из Национальной обсерватории Бразилии, могут собрать вместе, чтобы понять, как могло вести себя палеомагнитное поле.

Создание магнитного поля
Чтобы понять, почему магнитное поле Земли изменяется с течением времени, мы сначала должны понять, как оно формируется. Магнитное поле может быть создано магнитом, куском постоянно намагниченного металла, который может притягивать или отталкивать другие материалы.Магнит создает невидимое магнитное поле, которое описывает область воздействия вокруг магнита. Магниты имеют два полюса, обычно называемые северным и южным полюсами, и магнитное поле течет от северного полюса вокруг внешней стороны магнита к южному полюсу. Хорошо известно, что у магнитного поля Земли есть северный полюс и южный полюс (мы называем этот тип магнитного поля осевым диполем), и когда вы стоите на поверхности Земли с компасом, стрелка совмещается с полем, указывающим на Северный полюс.Однако это нечто гораздо более сложное, чем металлический магнит, создающий магнитное поле Земли.

Сложные численные модели помогают геологам
лучше понять изменения палеомагнитного поля Земли и причины их возникновения.

Магнитное поле также может создаваться динамо-машиной. Это когда протекающий электрический ток создает магнитное поле. Глубоко внутри Земли постоянно движется жидкость, способная проводить электрические токи.Внутреннее ядро ​​Земли чрезвычайно горячее, более 5000 ° C, и это тепло вызывает конвекционные токи в жидком металлическом внешнем ядре Земли. Когда планета вращается, эти конвекционные потоки направляются в колонны, по которым движутся электрические токи, создавая огромное магнитное поле, которое распространяется в космос вокруг Земли.

Доктор Франко использует сложные численные модели, чтобы лучше понять структуру магнитного поля Земли, динамо-машину, которая управляет геомагнетизмом и палеосекулярными вариациями.

Магнитное поле Земли имеет структуру, похожую на простой магнит, с северным и южным полюсами.Ученые, измеряющие магнитное поле Земли, заметили, что положение полюсов полностью не зафиксировано. Например, северный полюс «блуждал» последние сто лет, медленно приближаясь к Сибири. Однако геологические данные магнитного поля Земли показывают, что это не единственный тип магнитных колебаний, которые происходят.

Палеомагнетизм
Изучение горных пород, регистрирующих магнитное поле Земли и его колебания в течение миллионов лет, известно как палеомагнетизм.Магнитное поле Земли записывается в определенных минералах, которые содержатся в определенных типах горных пород, особенно в вулканических породах, образовавшихся во время вулканической активности. Эти минералы богаты железом, и, хотя лава все еще жидкая, они выравниваются с магнитным полем Земли, как стрелка компаса. После того, как лава остыла и превратилась в скалу, эти минералы являются прямой записью силы и ориентации магнитного поля Земли в то время.

Полярные сияния, окружающие как северный магнитный полюс (aurora borealis), так и южный магнитный полюс (aurora australis), возникают, когда сильно заряженные электроны солнечного ветра взаимодействуют с элементами атмосферы Земли.

Геологи сопоставили данные о палеомагнетизме Земли, насчитывающие более миллиарда лет. Еще в 20-х годах прошлого века геологи, изучавшие эту летопись, заметили нечто странное. Некоторые из магнитных минералов были выровнены в направлении, противоположном сегодняшнему магнитному полю, что позволяет предположить, что в определенные моменты истории Земли северный и южный полюсы диполя Земли поменялись местами. Следовательно, магнитное поле Земли на протяжении своей истории претерпевало как большие, так и небольшие изменения; эти изменения с течением времени известны как палеосекулярные вариации.

Движение магнитных полюсов и скорость изменения полярности во времени контролируются тем, насколько магнитное поле Земли структурировано в виде осевого диполя.

Изучение геомагнитных инверсий
Доктор Франко и его команда, в которую входят аспиранты Веллингтон Пауло де Оливейра и Фелипе Барбоса Венансио де Фрейтас, используют сложные числовые модели, чтобы лучше понять изменения в палеомагнитном поле Земли и причины их возникновения.Они исследовали геологический интервал, где наблюдается необычно большое количество палеомагнитных инверсий (эта высокая скорость инверсии составляет около 6 инверсий на миллион лет). Гиперзона смешанной полярности Иллварра возникла между 267 и 229 миллионами лет назад, и команда собрала подробный набор данных палеомагнитной информации, включая полярность магнитного поля (ориентацию северного и южного полюсов осевого диполярного поля Земли) и палеосекулярные вариации. (долгосрочные временные вариации магнитного поля Земли в локальном, региональном и глобальном масштабах) на протяжении этого периода.

Магнитное поле Земли больше похоже на осевой диполь (с противоположными северным и южным полюсами).

Исследователи сравнили этот период частых инверсий геомагнитного поля с другими временами, когда было отмечено такое же количество инверсий. Они обнаружили, что движение магнитных полюсов во времени, возможно, контролируется тем, насколько магнитное поле Земли структурировано как осевой диполь. Большая часть магнитного поля Земли является частью дипольной структуры (один северный полюс и один южный полюс), однако существуют дополнительные сложные процессы, которые иногда вызывают небольшие изменения магнитного поля, что означает, что меньшая часть общей структуры похожа на диполь, и может быть даже несколько полюсов.Команда отметила, что эти периоды геологического времени, которые регистрировали более высокую скорость геомагнитных инверсий, происходили, когда осевая дипольная структура магнитного поля Земли была слабее — что также совпадает с более высоким тепловым потоком на границе ядро-мантия — с большим количеством этих вариаций. в его общей структуре.

Что вызывает геомагнитные перевороты?
Целью доктора Франко и его команды было достичь лучшего понимания того, как геомагнитные инверсии и палеосекулярные вариации развиваются в зависимости от температурного градиента.Это уже давно является предметом дебатов среди геологов, изучающих инверсии палеомагнитного поля. Неясно, как происходит палеосекулярная вариация из-за изменений в самом ядре Земли, а также из-за ее связи с отводом тепла из ядра и перемещением через границу между ядром Земли и мантией.

Команда использовала свою численную модель для изучения взаимосвязи между тепловым потоком на границе ядро-мантия (сколько тепла перемещается из внешнего ядра в нижнюю мантию) и тем, насколько магнитное поле Земли похоже на дипольную структуру.

«Прошлое — ключ к настоящему» — важная концепция для геологов. Информация из геологической истории Земли может помочь объяснить современную Землю и то, что мы можем ожидать в будущем.

Исследователи обнаружили, что при меньшей передаче тепла от ядра к мантии магнитное поле Земли ведет себя больше как осевой диполь (с противоположными северным и южным полюсами), и поэтому при меньшем тепловом потоке магнитное поле меняет направление на противоположное. . И наоборот, когда тепловой поток на границе ядро-мантия увеличивается, происходит более высокая скорость инверсий магнитного поля Земли, поскольку ее структура становится менее похожей на диполь.Это говорит о том, что в геологические периоды времени, когда наблюдается высокая скорость геомагнитных инверсий, таких как гиперзона смешанной полярности Иллварра, происходит большее перемещение тепла от ядра Земли в ее мантию.

Важность палеомагнетизма сегодня
Сложные численные модели, такие как та, которую использовал доктор Франко и его команда, которые используются для лучшего понимания структуры магнитного поля Земли, динамо-машины, которая управляет геомагнетизмом и палеосекулярными вариациями, являются относительно недавним научным прорывом. .Это невероятно сложные системы, которые оказывают огромное влияние на жизнь на Земле. Идея «прошлое — ключ к настоящему» — важная концепция для геологов, когда информация из геологической истории Земли изучается в надежде понять, что происходит на Земле сегодня и чего мы можем ожидать в будущем. Колебания магнитного поля Земли влияют на всех нас, и поэтому, если мы сможем начать понимать, как такие особенности, как блуждающий в настоящее время северный магнитный полюс, могут иметь значение для общей структуры магнитного поля Земли и что может вызывать эти изменения, мы можем стать лучше. подготовлен к будущим колебаниям невидимого щита Земли.

Личный ответ

Как вы думаете, почему так важно понимать, как может изменяться магнитное поле Земли?

Важность понимания того, как геомагнитное поле может изменяться на протяжении геологических эпох, может особенно пролить свет на следующие три момента:

  1. Как он меняет полярность;
  2. Какие геодинамические механизмы могут быть задействованы и сроки их действия; и
  3. Магнитное поле Земли обеспечивает важный щит для жизни — магнитосферу — от частиц высокой энергии, которые приходят с Солнца и из космоса.

Есть надежные доказательства того, что напряженность поля может уменьшаться во время геомагнитных инверсий, что, вероятно, также влияет на магнитосферу. Вот почему важно распознавать «признаки» геомагнитной инверсии и связанные с ней механизмы.

Магнетизм: бесконтактная сила

Эта идея фокусировки исследована через:

Противопоставление взглядов студентов и ученых

Ежедневный опыт студентов

Многие молодые студенты испытали запоминающийся, но часто сбивающий с толку опыт работы с магнитами и магнитными материалами.Магнитные материалы регулярно встречаются в доме, часто они держат мелкие предметы на кухонном холодильнике или держат шкафы и дверцы холодильника закрытыми. Во многих детских игрушках используются слабые магниты, чтобы «склеивать» материалы (например, деревянные вагоны поезда), или они используются в простых детских конструкторах, чтобы они могли быстро собирать более сложные конструкции без использования грязного клея или сложных соединений. В игрушках очень редко используется магнитное отталкивание.

Многие младшие школьники еще не сформировали четких представлений или, во многих случаях, вообще каких-либо представлений о том, как магниты взаимодействуют с материей или друг с другом.Они не видят необходимости различать магнитные силы и электростатические силы (или гравитацию). Для них это часто кажется обычным переживанием одной и той же невидимой бесконтактной силы, обычно только притяжения. Например, воздушный шар, «натертый» тканью, приводящий к его притяжению к другому объекту, часто неправильно описывается молодыми студентами (и даже некоторыми взрослыми) как каким-то образом «намагниченный».

Путаница студентов в отношении бесконтактных сил исследуется в основной идее Электростатика — Уровень 4.

Хорошо известно, что старшие ученики придерживаются различных взглядов на магнетизм, которые значительно различаются по степени сложности, от магнитных моделей с окружающими их «облаками» действия до идей об «электрических лучах» и «полях». Однако многие младшие школьники просто ассоциируют магнетизм с «притягивающей силой». Понятно, что их наивная модель не имеет предсказательной или объяснительной силы, и они обычно не ощущают необходимости делать больше, чем идентифицировать и маркировать привлекательное или менее частое отталкивающее поведение как магнитное.

Исследование: Эриксон (1994), Борхес и Гилберт (1998), Хаупт (2006), Ван Хук и Хузиак-Кларк (2007), Эшбрук (2005), Хикки и Шибечи (1999), Мэлони, О’Кума, Хейггельке и Ван Хеувелен (2001)

Scientific view

Мы часто встречаемся магнитные поля в нашем повседневном опыте (например, магнитное поле Земли и магнитные поля, создаваемые электрическим током). Однако подавляющее большинство магнитных полей вокруг нас просто слишком слабы, чтобы вызывать какие-либо наблюдаемые эффекты, или остаются «удаленными от нас», потому что они используются в более сложных машинах, таких как электродвигатели и жесткие диски компьютеров.

Магнитное притяжение и отталкивание — одна из трех фундаментальных сил бесконтактной природы. Две другие силы электростатические и гравитационные (см. идею фокусировки Бесконтактные силы на уровне 4, Электростатика — Уровень 4 и Гравитация — Уровень 6).

Подавляющее большинство магнитов, с которыми мы сталкиваемся (например, магниты на холодильник, дверные защелки и магнитные игрушки), изготовлены из материалов, которые ферромагнетик. Эти материалы основаны на смесях железа, никеля или кобальта, поскольку это единственные три известных ферромагнитных элемента.С их помощью и добавлением более дорогих редкоземельных элементов можно сделать более сильные промышленные магниты.

Атомы в ферромагнитных материалах разные, потому что они могут вести себя как маленькие магниты. Обычно магнитное поле вокруг каждого атома направлено в случайном направлении, в результате чего они компенсируют друг друга (см. Рисунок 1). Однако, если окружающее магнитное поле достаточно сильное, они могут выровняться так, чтобы каждый из них способствовал созданию более сильного магнитного поля в материале (см. Рисунок 2).Они также могут оставаться выровненными, когда окружающее поле удаляется, создавая постоянный магнит.

Типичные магниты, которые можно найти вокруг дома или использовать в гитарных «звукоснимателях» или очистителях стекол аквариумов, сделаны из ферромагнитных материалов и могут создавать постоянные магнитные поля с интенсивностью до 3000 раз большей, чем магнитное поле Земли.

Ферромагнитные материалы обычно очень хрупкие и легко раскалываются или ломаются при падении или столкновении.Они также потеряют свои постоянные магнитные свойства при сильном нагревании. Все эти действия приводят к тому, что отдельные атомы теряют выравнивание.

Считается, что магнитные поля, окружающие все магниты, имеют два полюса: северный и южный. Эти названия происходят из наблюдения, что магниты будут выровнены в направлении слабого магнитного поля Земли, если им разрешено свободно вращаться, то есть магнитные компасы для определения направления полагаются на этот принцип для работы. «Северный полюс» магнита получил это название, потому что он всегда указывает на северный географический магнитный полюс Земли.
Подобные магнитные полюса отталкиваются, а разные магнитные полюса притягиваются друг к другу.

Критические идеи обучения

  • Магнитные силы — это неконтактные силы; они тянут или толкают предметы, не касаясь их.
  • Магниты притягиваются только к некоторым «магнитным» металлам, а не ко всей материи.
  • Магниты притягиваются к другим магнитам и отталкивают их.

В соответствии со стандартами до Уровня 3 включительно, уместно поощрять учащихся наблюдать и исследовать магнитные явления через игру.Студентам следует помочь развить простое понимание наблюдаемого притяжения магнитов к некоторым «особым» металлам (не ко всем металлам), а также их притяжения и отталкивания к другим магнитам. Студентов следует поощрять различать магнитные силы, электростатические и гравитационные силы как разные, но примеры сил, которые могут действовать без физического контакта, то есть примеры бесконтактных сил.

Изучите взаимосвязь между идеями о магнетизме и неконтактными силами в Карты развития концепции — Электричество и магнетизм.

Учебная деятельность

Предложите открытую задачу для изучения в игре или путем решения задач

Предоставьте учащимся различные материалы, чтобы они могли исследовать, какие из них обладают магнитными свойствами. Эти материалы могут включать образцы: бумаги, пластика, полистирола, дерева, стекла, веревки, листьев, керамики, камня и некоторых предметов из железа или стали. Старайтесь использовать только металлические предметы, сделанные из железа или стали, чтобы учащиеся могли понять, что быть состоящими из твердого металлического материала — обычное свойство.

Раздайте ученикам пакеты с образцами (скажем, 12–15) и попросите их протестировать образцы с помощью стержневого магнита или магнита на холодильник, чтобы увидеть, какие из них притягиваются к магниту. Попросите их разделить предметы на две отдельные группы: те, которые кажутся притягиваемыми магнитом, и те, которые не притягиваются.

Предложите студентам предложить общие черты объектов в группе, которые были привлечены магнитом. Может ли разница в их цвете, весе или веществе, из которого они сделаны? Попросите учащихся предложить и проверить свои идеи, чтобы определить возможные общие свойства.

Затем спросите учащихся, все ли предметы из металлических материалов магнитные. Был ли у кого-нибудь из студентов опыт, свидетельствующий об обратном? Теперь предоставьте учащимся несколько предметов, сделанных из разных металлов, и попросите их рассортировать предметы на две стопки, предсказывая, какие предметы будут притягиваться к магниту, а какие нет. Некоторыми примерами металлов и их источников могут быть: алюминиевые банки или фольга, латунные ключи, медные гвозди или проволока, стальные винты или гвозди, цинкование или припой, железные болты или гвозди, свинцовые грузила и никелевые сварочные стержни.

После сортировки объектов учащиеся могут протестировать их, чтобы убедиться, что они правильно предсказали, какие материалы являются магнитными.

Цель состоит в том, чтобы побудить студентов испытать различные материалы и путем исследования признать, что только некоторые металлы обладают магнитными свойствами. Важно отметить, что в нашем повседневном опыте большинство металлов кажутся магнитными, потому что наиболее широко используемым металлом является сталь, содержащая железо.

Начать обсуждение через общий опыт

Большинство студентов знакомы с магнитами, «притягивающими» магнитные материалы или с притяжением к некоторым металлическим поверхностям, таким как холодильники и белые доски, но они гораздо менее знакомы с магнитными силами, которые отталкивают друг друга.Студентам становится труднее исследовать это, потому что у них должно быть как минимум два магнита сопоставимой силы, а многие из знакомых рекламных магнитов на холодильник, используемых для простых исследований, являются слабыми и сконструированы таким образом, что у них нет идентифицируемых магнитных полюсов.

Постарайтесь приобрести несколько магнитов для чистки стекла «аквариум», которые поставляются парами, или «магниты для коров», которые можно приобрести в некоторых магазинах сельскохозяйственной продукции. Поверхности этих магнитов хорошо защищены, что снижает риск случайного защемления учениками пальцев или разбрасывания фрагментов магнитов при неосторожном обращении.

Попросите учеников выяснить, что им нужно сделать, чтобы магниты притягивались и отталкивались друг от друга. Попросите их идентифицировать разные концы каждого магнита с помощью стикеров. Насколько хорошо ученики могут предсказать, что произойдет, когда магниты поднесут друг к другу?

Теперь посоветуйте ученикам закрепить один магнит липкой лентой на крыше игрушечной машинки. Используйте ручной магнит, чтобы толкать автомобиль, не касаясь его, или притягивать автомобиль к себе, изменяя его ориентацию.Могут ли студенты предсказать, будет ли магнит на машине притягиваться или отталкиваться приближением нового магнита?

Цель этого урока — показать учащимся, что магниты могут как отталкивать, так и притягивать друг друга. На этом уровне для учащихся не считается важным уметь вспоминать, что одинаковые полюса отталкиваются, а разные полюса притягиваются, но осознавать, что магниты могут отталкивать и притягиваться, не вступая в физический контакт, и что важна их ориентация.

Открытое обсуждение через общий опыт

Учащимся можно предложить изучить, проходят ли магнитные силы через другие немагнитные материалы.Чтобы привлечь интерес учащихся, поместите магнит (например, магнит для чистки стекла аквариума) на классный стол. Поместите еще один магнит (другой магнит для чистки стекла) под стол, чтобы они оба сильно притягивались. Расположите магнит так, чтобы вы могли перемещать магнит под столом коленом или другой рукой. Магнит на столешнице будет следовать за движением магнита внизу. Это загадочное движение магнита на столе произведет впечатление на студентов, но в конечном итоге они откроют для себя «уловку» второго магнита под столом.

Попросите учащихся прикрепить магнит к подставке или верхней части небольшой бутылки с водой с помощью «синей застежки» или липкой ленты, чтобы он выступал за боковую поверхность бутылки. Затем попросите их прикрепить канцелярскую скрепку к отрезку хлопка достаточной длины, чтобы дотянуться от поверхности стола до магнита. Наконец, используйте «синюю кнопку», чтобы прикрепить вату к столу, чтобы скрепка не доходила до магнита и казалась подвешенной в воздухе с зазором между ней и магнитом.

Предложите студентам исследовать, могут ли различные материалы остановить магнитную силу притяжения, когда они помещаются между магнитом и скрепкой.Попробуйте листы бумаги, стекла, плитки, алюминиевой фольги, меди и цинка. Влияет ли какой-либо из этих материалов на уменьшение магнитной силы?

Здесь мы хотим показать учащимся, что магнитные силы останутся беспрепятственными и могут проходить через большинство материалов без какого-либо воздействия.

Помощь студентам в отработке некоторых «научных» объяснений для себя

Соберите несколько вешалок из проволоки без покрытия, разрежьте и выпрямите их на короткие отрезки от 10 до 20 см.Раздайте пару штук ученикам, работающим в парах или тройках, убедившись, что они имеют разную длину. Также передайте каждой группе несколько (от 5 до 8) маленьких скрепок. Сознательно не отдавайте магниты друг на друга, чтобы ученики не соприкасались с проволокой.

Предложите студентам исследовать, удается ли какой-либо из отрезков проволоки притягивать скрепки. Если отрезки проволоки ранее не контактировали с какими-либо магнитами, они не должны проявлять магнитных свойств и не мешать скрепкам.

Теперь раздайте постоянный магнит каждой группе студентов и продемонстрируйте, как вы можете использовать один конец магнита, чтобы последовательно перемещать провод в одном направлении, заставляя его намагничиваться. Затем ученики могут повторить это со своей собственной длиной проволоки и определить, удалось ли им сделать магнит, проверив его способность притягивать или поднимать несколько скрепок.

Этот метод намагничивания соответствует идее использования магнитного поля (от магнита) для выравнивания направления атомов, действующих как крошечные магниты в проводе.Не рекомендуется делиться этим объяснением со студентами.

Попросите учащихся описать то, что они делали, и обсудить, насколько им удалось создать магнит.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *