Два магнитных поля. Магнитное поле: виды, свойства и взаимодействие с материей

Что такое магнитное поле и как оно возникает. Какие существуют виды магнитных полей. Как магнитные поля взаимодействуют с веществом. Каковы основные свойства и характеристики магнитных полей.

Природа и происхождение магнитного поля

Магнитное поле — это особый вид материи, возникающий вокруг движущихся электрических зарядов или постоянных магнитов. В отличие от электрического поля, магнитное поле является вихревым — его силовые линии всегда замкнуты.

Основные источники магнитного поля:

• Движущиеся электрические заряды (электрический ток)
• Постоянные магниты
• Элементарные частицы с ненулевым спином (электроны, протоны, нейтроны)

Магнитное поле характеризуется векторной величиной — вектором магнитной индукции B. Единица измерения магнитной индукции в СИ — тесла (Тл).

Виды магнитных полей

Существует несколько основных видов магнитных полей:

1. Поле прямого проводника с током

Силовые линии такого поля представляют собой концентрические окружности вокруг проводника. Направление линий определяется по правилу буравчика.

2. Поле кругового тока

Силовые линии подобны силовым линиям полосового магнита — выходят из одной стороны витка и входят в другую.

3. Поле соленоида

Внутри длинного соленоида магнитное поле однородно. Снаружи оно подобно полю полосового магнита.

4. Поле постоянного магнита

Силовые линии выходят из северного полюса и входят в южный, замыкаясь внутри магнита.

Взаимодействие магнитного поля с веществом

При помещении вещества в магнитное поле происходит его намагничивание. По магнитным свойствам вещества делятся на:

• Диамагнетики — слабо отталкиваются от магнитного поля
• Парамагнетики — слабо притягиваются магнитным полем
• Ферромагнетики — сильно намагничиваются и притягиваются

Степень намагничивания вещества характеризуется магнитной восприимчивостью.

Основные свойства магнитного поля

Магнитное поле обладает рядом важных свойств:

• Действует на движущиеся заряженные частицы и проводники с током
• Не действует на неподвижные заряды
• Силовые линии всегда замкнуты
• Магнитный поток через любую замкнутую поверхность равен нулю
• Работа магнитного поля при перемещении заряда по замкнутому контуру равна нулю

Характеристики магнитного поля

Основными характеристиками магнитного поля являются:

• Вектор магнитной индукции B — силовая характеристика поля
• Магнитный поток Ф — поток вектора B через поверхность
• Напряженность магнитного поля H — характеристика поля в веществе

Между этими величинами существует связь: B = μ0μH, где μ0 — магнитная постоянная, μ — магнитная проницаемость среды.

Магнитное поле Земли

Земля обладает собственным магнитным полем, подобным полю полосового магнита. Магнитные полюса Земли не совпадают с географическими:

• Южный магнитный полюс находится вблизи Северного географического полюса
• Северный магнитный полюс — вблизи Южного географического полюса

Магнитное поле Земли защищает планету от космического излучения и солнечного ветра. Его напряженность составляет 25-65 мкТл.

Применение магнитных полей

Магнитные поля широко используются в науке и технике:

• Электродвигатели и генераторы
• Электромагнитные реле и пускатели
• Магнитная левитация в транспорте
• Магнитно-резонансная томография
• Магнитная сепарация материалов
• Магнитные накопители информации

Понимание природы и свойств магнитных полей позволяет создавать новые технологии и устройства во многих областях.

Взаимодействие магнитных полей

При взаимодействии магнитных полей наблюдаются следующие эффекты:

• Разноименные магнитные полюса притягиваются
• Одноименные магнитные полюса отталкиваются
• Силовые линии не пересекаются, а огибают друг друга
• Результирующее поле является суперпозицией полей

Эти принципы лежат в основе работы многих электромагнитных устройств.

Магнитное поле в веществе

При помещении вещества в магнитное поле происходит его намагничивание. Степень намагничивания зависит от магнитной восприимчивости вещества χ:

• Диамагнетики: χ < 0
• Парамагнетики: χ > 0
• Ферромагнетики: χ >> 0

В ферромагнетиках происходит сильное усиление внешнего магнитного поля за счет выстраивания магнитных доменов. Это позволяет создавать мощные электромагниты.

Измерение магнитных полей

Для измерения характеристик магнитного поля используются различные приборы:

• Тесламетры — измеряют индукцию магнитного поля
• Магнитометры — измеряют напряженность магнитного поля
• Феррозонды — определяют направление магнитного поля
• Датчики Холла — измеряют индукцию на основе эффекта Холла

Современные приборы позволяют измерять магнитные поля с высокой точностью в широком диапазоне значений.

Магнитное поле — что это, определение и ответ

Электрические и магнитные явления связаны, так как имеют общую природу ― электромагнитное поле. Движение электрических зарядов всегда создает магнитное поле, а магнитное поле, в свою очередь, всегда вызывает перемещение электрических зарядов.

Так как ток ― это направленное перемещение электрических зарядов, то протекание тока в проводнике всегда создает магнитное поле вокруг проводника.

Линии магнитного поля, которое создается проводниками с электрическим током.

Для изображения магнитных полей используют магнитные силовые линии ― линии, на которых модуль вектора магнитной индукции одинаков и равен В, а сам вектор магнитной индукции \(\overrightarrow{B}\) направлен по касательной к линии. Линии магнитной индукции всегда замкнуты.

Для обозначения направлений движения тока и направлений магнитных силовых линий, помимо стрелок «вправо» → и «влево» ←, используются знаки «от нас» ― ⊗ или ⊕ (как торец оперения стрелы, летящей от нас), и «к нам» • или ⊙ (как острие летящей на нас стрелы).

Чтобы определить направление вектора магнитной индукции \(\overrightarrow{B}\), которое создает ток, протекающий в прямом проводнике, используется правило правого винта: если представить, что вкручиваешь винт по направлению тока ― то направление вращения винта покажет направление вектора магнитной индукции.

Магнитное поле, которое создает ток в прямом проводнике, представляют собой концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной проводнику. При этом, некоторая область магнитного поля всегда направлена на нас, а другая ― от нас.

Чтобы определить направление вектора магнитной индукции \(\overrightarrow{B}\), которое создает ток, в круговом проводнике или витках катушки, используется правило правого винта: если ток вращается по часовой стрелке, то магнитное поле будет направленно «от нас». Если ток течет против часовой стрелки, то ток будет направлен «на нас».

Сила Ампера ― сила, действующая на проводник с током со стороны магнитного поля.

Сила ампера равна

F_A = IBLsinα, где

F_A ― сила Ампера [Н];

I ― сила тока в проводнике [A];

B ― магнитная индукция [Тл];

L ― длина проводника [м];

sinα ― синус угла между проводником и вектором магнитной индукции.

Сила Ампера максимальна, если между проводником и вектором магнитной индукции угол равен α = 90°, так как sinα = sin90° = 1 и F_A = IBLsin90° = IBL.

Если проводник расположен параллельно вектору магнитной индукции, т. е. α = 0° ― сила Ампера отсутствует, так как sinα = sin0° = 0 и F_A = IBLsin0° = 0.

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки: если ладонь расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь, а четыре пальца указывали направление тока ― то противопоставленный большой палец укажет направление силы Ампера.

Взаимодействие проводников с током

Ток, протекающий в проводнике, создает магнитное поле. Если рядом расположен еще один проводник, в котором протекает ток ― то второй проводник оказывается в магнитном поле, которое создает первый. На проводник в магнитном поле действует сила Ампера, в результате чего проводники с током или притягиваются, или отталкиваются друг от друга.

Пусть в проводниках 1 и 2 токи текут в одном направлении. Тогда первый проводник создает магнитное поле, направленное против часовой стрелки. В области, близлежащей к проводнику 2 это поле направлено перпендикулярно проводнику и от него. Согласно правилу левой руки, сила Ампера, которая действует со стороны магнитного поля, создаваемого проводником 1 на проводник с током 2, F_1-2 направлено в сторону проводника 1.

Проводник 2 действует на проводник 1 аналогично, и сила ампера, с которой магнитное поле проводника 2 действует на проводник 1 F_2-1 направлена в сторону проводника 2.

Таким образом, силы Ампера, с которым действуют проводники друг на друга ― F_1-2 и F_2-1 направлены навстречу друг другу и проводники притягиваются.

Пусть теперь ток в проводнике 2 течет в том же направлении, а ток в проводнике 1 ― в противоположном. Магнитное поле, которое создает проводник 1, будет направлено по часовой стрелке, а в ближайшей к проводнику 2 области ― на нас. Согласно правилу левой руки, такое магнитное поле создает силу Ампера, направленную от проводника 1.

Магнитное поле, которое создает проводник 2, будет направлено как в первом случае, но из-за того, что ток в проводнике 1 течет в противоположную сторону, сила Ампера F_2-1 будет направлена от проводника 2.

Силы Ампера, с которым действуют проводники друг на друга ― F_1-2 и F_2-1 направлены в разные стороны и проводники отталкиваются.

Магнитное поле постоянного магнита. Магниты обладают собственным магнитным полем. Силовые линии магнита выходят из северного магнитного полюса (N) и входят в южный магнитный полюс (S).

Магнитные поля двух магнитов взаимодействуют друг с другом, переориентируя магниты так, чтобы магнитные линии выходили из северного магнитного полюса и входили в ближайший южный магнитный полюс. При этом одинаковые полюса двух магнитов, отталкиваются, а разные ― притягиваются.

Магнитное поле, силовые линии, направление, вектор магнитной индукции, взаимодействие магнитов. Курсы по физике

Всего вопросов: 20

Вопрос 1. Как будут взаимодействовать магниты, изображенные на рисунке?

A.	не будут взаимодействовать
B.	притягиваться
C.	колебаться
D.	отталкиваться

Вопрос 2. Доказательством реальности существования магнитного поля может служить…

A.	взаимодействие проводников с током
B.	наличие источника поля
C.	отклонение заряженной частицы, движущейся в поле
D.	существование электромагнитных волн

Вопрос 3. На рисунке изображены электрические и магнитные поля с помощью силовых линий. На каких рисунках изображены магнитные поля?

A.	на рисунках 1 и 3
B.	только на рисунке 3
C.	на рисунках 2 и 4
D.	только на рисунке 1

Вопрос 4. Силовой характеристикой магнитного поля служит…

A.	потенциал
B.	магнитная проницаемость
C.	работа
D.	магнитная индукция

Вопрос 5. На рисунке изображены магнитные поля с помощью линий магнитной индукции. На каком из рисунков магнитное поле можно считать однородным?

A.	на рисунках 1 и 2
B.	на рисунке 3
C.	на рисунке 4
D.	на рисунках 1, 2, 3 и 4

Вопрос 6. На рисунке а) изображена катушка с током, а на рисунке б) магнитное поле внутри катушки. Сравните значение индукции магнитного поля в точках 1, 2 и 3.

A.
B.
C.
D.

Вопрос 7. Какая из катушек на рисунке обладает наибольшим магнитным полем?

A.	только 3
B.	1 и 2
C.	только 1
D.	только 2

Вопрос 8. На рисунке изображены линии индукции магнитного поля прямого проводника с током и показано положение точек 1, 2, 3. Сравните индукции магнитного поля в этих точках.

A.
B.
C.
D.

Вопрос 9. В каком направлении нужно пропустить ток по проводнику

аб, чтобы магнитная стрелка повернулась?

A.	в направлении от б к а
B.	магнитная стрелка поворачивается при любом направлении тока
C.	в направлении от а к б
D.	магнитная стрелка не будет поворачиваться

Вопрос 10. Что нужно сделать для того, чтобы изменить полюса магнитного поля катушки с током?

A.	ввести в катушку сердечник
B.	отключить источник тока
C.	увеличить силу тока
D.	изменить направление тока в катушке

Вопрос 11. На рисунке изображен проводник с током. Символ «+» означает, что ток в проводнике направлен от наблюдателя. Какое направление имеет вектор магнитной индукции поля в точке а?

A.	2
B.	3
C.	4
D.	1

Вопрос 12. Какое направление имеет вектор магнитной индукции в точке А?

A.	1
B.	5
C.	4
D.	3
E.	2

Вопрос 13. Какое направление имеет вектор магнитной индукции в точке А?

A.	1
B.	4
C.	2
D.	5
E.	6

Вопрос 14. Какое направление имеет вектор магнитной индукции в центре кругового витка с током?

A.	1
B.	2
C.	5
D.	4
E.	3

Вопрос 15. Какое направление имеет вектор магнитной индукции в точке А, находящейся на некотором расстоянии от прямолинейного проводника?

A.	1
B.	4
C.	3
D.	6
E.	2

Вопрос 16. Направление тока в круговом витке изменили на противоположное. Вектор магнитной индукции витка с током повернулся на:

A.	900
B.	3600
C.	1800
D.	0
E.	3600

Вопрос 17. Модуль вектора магнитной индукции в точке М максимален в случае:

A.	3
B.	2
C.	4
D.	1
E.	5

Вопрос 18. Силовые линии магнитного поля в зазоре электромагнита 1,2 направлены:

A.	магнитное поле в зазоре не возникает
B.	к нам
C.	вправо
D.	от нас
E.	влево

Вопрос 19. Круглый проводящий виток с током, направленным против часовой стрелки, свободно висит на подводящих проводах. Если перед витком поместить полосовой магнит, северный полюс которого обращен к витку, то виток:

A.	повернется против часовой стрелки
B.	повернется по часовой стрелке
C.	притянется к магниту
D.	останется неподвижным
E.	оттолкнется от магнита

Вопрос 20. По двум длинным проводникам, перпендикулярным плоскости рисунка, в противоположных направлениях проходят токи, силы которых одинаковы. Направление индукции магнитного поля, создаваемого этими токами в точке О, указывает стрелка, обозначенная цифрой:

A.	4
B.	2
C.	5
D.	3
E.	1

Magnetic Fields — Physics Video by Brightstorm

Магнитные поля — это векторные поля, связанные с магнитными силами. Магнитные поля генерируются твердыми ферромагнетиками. В отличие от электрических полей, магнитные поля всегда образуют замкнутые петли и никогда не создаются и не разрушаются. Хотя силовые линии магнитного поля выходят из северных полюсов и заканчиваются на южных полюсах, внутри магнита они образуют замкнутый контур. Чем ближе друг к другу линии поля, тем сильнее поле. Когда противоположные концы двух магнитов взаимодействуют, их силовые линии соединяют северный полюс одного с южным полюсом другого, и они притягиваются. Когда одни и те же концы двух магнитов взаимодействуют, они отталкиваются, потому что линии не могут пересекаться и сжимаются друг другом.

магнитные поля

Итак, давайте поговорим о магнитных полях, что такое магнитное поле? Что ж, магнитное поле — это векторное поле, что делает такую ​​концепцию Мати, которая в основном просто говорит, что у вас есть вектор в каждой точке, и это векторное поле связано с силами, такими же, как электрическое поле. Помните, что электрическое поле всегда указывает в том направлении, куда указывала бы сила, действующая на положительный заряд, если бы вы куда-то поместили этот положительный заряд.

Магнитные поля немного отличаются, они немного сложнее в том, что касается их отношения к фактической силе, но вы все равно можете думать о магнитных полях как о связанных с силой, они не направлены в одном направлении, но они связаны с силой. Хорошо магнитные поля создаются постоянными магнитами, которые также называют твердыми ферромагнитными материалами. Слово Ferro похоже на слово ferrous, которое связано с железом, поэтому магниты Ferro связаны с железом, хотя железо само по себе не является твердым ферромагнетиком, вы не можете сделать магнит только из железа, по крайней мере, не при обычных температурах, но есть другие твердые ферромагнитные материалы, которые генерируют магнитные поля.

Итак, магнитные материалы имеют два полюса. Это что-то вроде электрических зарядов, но это не одно и то же, поэтому линии электрического поля выходят из положительных зарядов и заканчиваются на отрицательных, линии магнитного поля выходят из северных полюсов и входят в южные полюса. Тем не менее, очень, очень, очень важное различие, вероятно, самое важное различие между магнитными полями и электрическими полями, электрические поля создаются при положительном заряде и разрушаются при отрицательном заряде, с магнитными полями дело обстоит иначе, магнитные поля никогда не возникают или не возникают. останавливайтесь где угодно, они всегда создают замкнутые контуры, всегда, всегда, всегда, поэтому давайте посмотрим, что это означает на диаграмме магнитных полей, связанной с простым постоянным магнитом. Итак, у нас есть наш северный полюс, у нас есть наш южный полюс, у нас есть линии магнитного поля, исходящие из северного полюса, так что они выходят, а затем они входят в южный полюс, отлично, так что теперь как я соединяю эти линии? Что ж, эти линии северного полюса будут совпадать, и, как и в случае с электрическими полями, они будут распространяться, когда для этого есть место, и когда они находятся близко друг к другу, что представляет собой более сильное магнитное поле, так что у нас это происходит. вот так, и у нас это происходит вот так, так что это наше магнитное поле. Обратите внимание, что магнитное поле сильнее всего на полюсах, а здесь, внизу, оно не такое сильное. Но что теперь происходит внутри магнита? Вот где разница между электрическими полями и магнитными полями. Внутри магнита магнитные поля продолжаются на всем протяжении, точно так же, как это, так что в некотором смысле постоянный магнит как бы сжимает вместе все силовые линии магнитного поля, они выглядят далеко друг от друга снаружи магнита, но внутри магнита они как бы сжимаются. все было сплющено вместе, так что именно здесь магнитное поле будет самым сильным, и это будет связано с чем-то, называемым проницаемостью магнита, потому что это то, насколько хорошо магнитное поле может проникать в этот твердый ферромагнитный материал.

Хорошо, а теперь давайте посмотрим, что сделают силовые линии магнитного поля, если мы возьмем два магнита и поместим их рядом друг с другом. Итак, давайте сначала рассмотрим это, итак, у нас есть северный полюс, что означает, что у нас есть исходящие линии поля, у нас есть линии поля на южном полюсе, которые входят, ну, боже, это легко, мы идем, верно? Значит, так и будет, хорошо? А здесь? Линии поля северного полюса выходят, здесь входят линии поля южного полюса, так что мы снова соединимся, вот так, вот так. Теперь обратите внимание, что если я сдвину это ближе друг к другу, эти силовые линии станут красивыми и сильными, и на самом деле это похоже на то, что происходит внутри магнита, так что это представляет собой притяжение северный полюс магнита притягивает южный полюс другого магнита, и если я положу их вместе они просто становятся одним большим магнитом, верно? Я попытаюсь разъединить их, и им это не нравится, поэтому эти силовые линии начнут становиться все больше и больше и больше, пока они все просто не соединятся здесь, и два магнита просто не разделятся.

Хорошо, а что будет, если я возьму два одинаковых шеста и поставлю их рядом? Хорошо, давайте посмотрим сюда, так что теперь у нас есть северный полюс, северный полюс, снова наружу, наружу, наружу, теперь какая разница? Вы знаете, это точно так же, как я делал раньше, проблема в том, что теперь я не могу их соединить, потому что эти ребята все уходят, поэтому эти собираются появиться и так, эти появятся и так далее . Теперь, как и все силовые линии, они не могут пересекаться, потому что магнитное поле, которое должно быть в каждом отдельном месте, должно быть в определенном направлении, вы не можете знать, что оно шизофренично, как это, часть его указывает туда, а часть нет, все в порядке. не пересекаться, так что эти линии поля не могут пересекаться, и это вызывает много проблем с этим, потому что они вроде как вынуждены двигаться вот так и вот так и вниз вот так и вниз вот так, а затем эти парни делают то же самое, так что здесь вы можете видеть, что эта ситуация усугубляется, если я пытаюсь сдвинуть два северных полюса ближе друг к другу, потому что этим силовым линиям не разрешается пересекаться, и они просто толкают друг друга, это создает то, что мы можем назвать магнитным давление поля и что происходит, когда у вас есть два одинаковых полюса, и вы пытаетесь столкнуть их вместе, вы чувствуете это давление магнитного поля, которое хочет раздвинуть их, им нужно место, чтобы существовать сами по себе, и если вы попытаетесь их тоже столкнуть закрыто Вместе у них нет этой комнаты, поэтому они будут жаловаться, так что это магнитные поля.

Магнетизм | Определение, примеры, физика и факты

магнитное поле от токовой петли

Посмотреть все СМИ

Ключевые люди:

Джон Б. Гуденаф Пьер Кюри Петр Леонидович Капица Юлиус Плюкер Питер Перегрин де Марикур

Похожие темы:

магнит ферромагнетизм магнитная цепь антиферромагнетизм магнитный полюс

Просмотреть весь связанный контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

магнетизм , явление, связанное с магнитными полями, которые возникают в результате движения электрических зарядов. Это движение может принимать различные формы. Это может быть электрический ток в проводнике или заряженные частицы, движущиеся в пространстве, или это может быть движение электрона на атомной орбите. Магнетизм также связан с элементарными частицами, такими как электрон, которые обладают свойством, называемым вращением.

Основой магнетизма являются магнитные поля и их воздействие на материю, как, например, отклонение движущихся зарядов и крутящих моментов на другие магнитные объекты. Доказательством наличия магнитного поля является магнитная сила, действующая на заряды, движущиеся в этом поле; сила направлена ​​под прямым углом как к полю, так и к скорости заряда. Эта сила отклоняет частицы, не изменяя их скорости. Отклонение можно наблюдать по крутящему моменту стрелки компаса, который выравнивает стрелку с магнитным полем Земли. Игла представляет собой намагниченный тонкий кусок железа, т. е. небольшой стержневой магнит. Один конец магнита называется северным полюсом, а другой конец – южным полюсом. Сила между северным и южным полюсами притягивает, тогда как сила между одинаковыми полюсами отталкивает. Магнитное поле иногда называют магнитной индукцией или плотностью магнитного потока; это всегда символизируется цифрой Б . Магнитные поля измеряются в единицах тесла (Тл). (Другой единицей измерения, обычно используемой для B , является гаусс, хотя он больше не считается стандартной единицей. Один гаусс равен 10 ⁻⁴ тесла.) поток через любую замкнутую поверхность равен нулю. (Замкнутая поверхность — это та, которая полностью окружает объем.) Это выражается математически как div B = 0 и может быть понято физически с точки зрения силовых линий, представляющих Б . Эти линии всегда замкнуты сами на себя, так что если они в какой-то момент входят в какой-то объем, то должны и выйти из этого объема. В этом отношении магнитное поле сильно отличается от электрического поля. Линии электрического поля могут начинаться и заканчиваться на заряде, но, несмотря на многочисленные поиски так называемых магнитных монополей, не было найдено эквивалентного магнитного заряда.

Наиболее распространенным источником магнитных полей является петля электрического тока. Это может быть электрический ток в круглом проводнике или движение электрона по орбите в атоме. С обоими этими типами токовых петель связан магнитный дипольный момент, значение которого равно i A , произведение тока i и площади петли A . Кроме того, электроны, протоны и нейтроны в атомах имеют магнитный дипольный момент, связанный с их собственным спином; такие магнитные дипольные моменты представляют собой еще один важный источник магнитных полей. Частицу с магнитным дипольным моментом часто называют магнитным диполем. (Магнитный диполь можно рассматривать как крошечный стержневой магнит. Он имеет то же магнитное поле, что и такой магнит, и ведет себя так же во внешних магнитных полях.) Помещенный во внешнее магнитное поле, магнитный диполь может подвергаться воздействию крутящий момент, стремящийся выровнять его с полем; если внешнее поле неоднородно, на диполь также может действовать сила.

Все вещества в той или иной степени обладают магнитными свойствами. Помещенное в неоднородное поле вещество либо притягивается, либо отталкивается в направлении градиента поля. Это свойство описывается магнитной восприимчивостью вещества и зависит от степени намагниченности вещества в поле. Намагниченность зависит от величины дипольных моментов атомов в веществе и степени, в которой дипольные моменты выровнены друг относительно друга. Некоторые материалы, такие как железо, обладают очень сильными магнитными свойствами из-за выравнивания магнитных моментов их атомов в определенных небольших областях, называемых доменами. В нормальных условиях различные домены имеют поля, которые компенсируют друг друга, но они могут быть выровнены друг с другом, создавая чрезвычайно большие магнитные поля. Различные сплавы, такие как NdFeB (сплав неодима, железа и бора), поддерживают выравнивание своих доменов и используются для изготовления постоянных магнитов. Сильное магнитное поле, создаваемое типичным трехмиллиметровым магнитом из этого материала, сравнимо с электромагнитом, состоящим из медной петли, по которой течет ток в несколько тысяч ампер. Для сравнения, сила тока в обычной лампочке составляет 0,5 ампера.