Магнитное поле что это такое: Что такое магнитные поля? (статья)

Магнитное поле: что это простыми словами, в чём измеряется и как создаётся

Магнитное поле — это результат действия магнита в пространстве, которое его окружает и где он проявляет своё действие. Также это изображение этих сил — оно показывает пространственное распределение магнитных сил внутри и вокруг магнитных предметов.

У магнитов есть два полюса: северный (отрицательный) и южный (положительный). Их поведение:

1. Два магнита с противоположными полюсами притягиваются (+/–)
2. Два магнита с одинаковыми полюсами отталкиваются (+/+ или –/–)

Магнитное поле можно изобразить с помощью силовых линий (также называются линиями магнитной индукции).

Диаграмма силовых линий магнитного поля прямоугольного магнита

Магнитные линии выходят из северного полюса (North) и входят в южный полюс (South), т.е. нужно запомнить направление с севера на юг. Силовые линии:

• не пересекаются,
• не обрываются,
• образуют замкнутые циклы, которые продолжаются внутри магнита.

В чём измеряется магнитное поле?

Магнитное поле является векторной величиной и для его измерения/определения нужно знать его направление и силу.

Для определения направления можно положить рядом с магнитным предметом магнитный компас. Таким образом, стрелка компаса остановится вдоль силовой линии.

Сила магнитного поля измеряется:

1. Либо в СИ в единицах Тесла (Тл) или микротесла (мкТл)

2. Либо в единицах Гаусс (Гс) или миллигаусс (мГс), до сих пор используется экспериментально.

Где:

• 1 Тл = 10 000 Гс
• 1 Гс = Тл
• 1 мГс = 0,1 мкТл

Как создаётся магнитное поле?

Магнитные поля создаются движущимися электрически заряженными частицами, т.е. поле появляется там, где движутся электрические заряды. Например, пропуская электрический ток по проводнику.

Другой способ — комбинировать собственные магнитные поля электронов, что случается в некоторых материалах. Их называют постоянными магнитами (например, магнитики на наших холодильниках).

Если очень больший заряд будет двигаться с ещё большей скоростью, то и сила его магнитного поля тоже возрастёт.

Характеристики магнитного поля

Основные характеристики:

• магнитная индукция
• магнитный поток
• магнитная проницаемость

Магнитная индукция (B)

Это интенсивность магнитного поля. Чем сильнее магнит или электромагнит создаёт магнитное поле, тем больше индукция.

Формула: B = Ф / S.cos (𝛂)

Где:

• B — магнитная индукция (в Тл — Тесла)
• Ф — магнитный поток (в Вб — вебер)
• S — площадь поверхности (в м²)
• cos 𝛂 — угол 𝛂 (образованный угол между линиями B с вектором n, перпендикулярен плоскости S)

Магнитный поток (Ф)

Магнитная индукция (B) проходит через определённую поверхность (с площадью S), и индукция внутри неё будет значиться как магнитный поток (Ф). Формула: Ф = BS.

Это общее число магнитных силовых линий, которые пронизывают определённую ограниченную поверхность.

Магнитная проницаемость

Ещё магнитная индукция зависит и от среды, где создано магнитное поле. Эту величину характеризует магнитная проницаемость. Среда с большей магнитной проницаемостью создаст магнитное поле с большей индукцией.

Формулы

Формула вычисления магнитной индукции:

Где:

• B — индукция магнитного поля (в Тл)
• — максимальный крутящий момент магнитных сил, приложенных к рамке (в Нм)
• l — длина проводника (в м)
• S — площадь рамки (в м²)

Формула магнитной индукции, которая создаётся бесконечно длинным проводником с током:

Где:

• B — индукция магнитного поля (в Тл)
• — магнитная проницаемость вакуума (это постоянная) = (в Гн/м — Генри на метр)
• I — сила текущего по проводнику тока (в А — ампер)
• r — расстояние от проводника до рассматриваемой точки (в см)

Формула индукции на каждом отдельном участке:

Где:

• B — магнитная индукция (в Тл)
• Ф — магнитный поток (в Вб — вебер)
• S — площадь поверхности (в м²)
• cos 𝛂 — угол 𝛂 (образованный угол между линиями B с вектором n, перпендикулярен плоскости S)

Узнайте также про Магнитное поле Земли и Магнитную индукцию.

Дата обновления 09/06/2021.

---

---

Другие значения и понятия, которые могут вас заинтересовать

• Магнитная индукция
• Магнитное поле Земли
• Уравнения Максвелла
• Напряженность электрического поля
• Северное сияние
• Юпитер
• Венера
• Стандартное отклонение
• Атмосфера Земли
• Число Рейнольдса

Узнай Что Такое: узнайте значения, понятия и определения.

ПоследниеПопулярныеКонтактыПолитика КонфиденциальностиО нас

2018 — 2022 © 7Graus

Магнитные поля: опасность или польза

В современной медицине прослеживается такая закономерность: чем выше уровень знаний о каком-либо способе лечения, тем шире он применяется. Именно поэтому терапия магнитными полями занимает сейчас одно из ведущих мест среди физиотерапевтических методов.

В настоящее время опубликовано уже несколько тысяч работ по магнитотерапии, среди которых есть статьи, монографии, международные исследования.

Однако человеку без специальной подготовки бывает непросто в них разобраться, понять в каких случаях магнитное поле может принести пользу, а в каких – вред.
Давайте попробуем сделать это вместе.

---

Безопасны ли магнитные поля в целом?

Таким вопросом люди стали задаваться по мере развития промышленности и возникновения большого количества антропогенных источников магнитного поля.

С 1960-х гг. стали появляться исследования, посвященные этому вопросу¹. А к 1992 году группа ученых из СССР, США, Франции и других стран подготовила по заданию Всемирной организации здравоохранения обзор 557 таких публикаций².

На основе изложенных в них фактов удалось определить, как человеческий организм реагирует на магнитные поля. Выяснилось, что опасность представляют только постоянные поля интенсивностью более 5 Тл, а также переменные с плотностью магнитных потоков 50-5000 мТл (при частоте 50-60 Гц) или 1–10 Тл (при частоте 3 Гц) и более³.

Подвергнуться такому воздействию в быту, случайно практически невозможно. С подобными полями могут столкнуться, в основном, работники радиоцентров и некоторых промышленных предприятий. Магнитные поля с другими характеристиками вполне безобидны – в конце концов, это привычный раздражитель, ведь люди постоянно находятся в магнитном поле Земли.

Могут ли магнитные поля быть полезными для здоровья?

Как показывает всё тот же обзор, могут. Магнитные поля со специально подобранными параметрами при небольшом времени использования подстегивают адаптационные возможности организма⁴.

Сейчас уже удалось выяснить, что с терапевтической целью лучше всего использовать импульсные магнитные поля, поскольку чувствительность к ним биологических тканей самая высокая. При этом оптимальная частота магнитного поля не должна превышать 100 Гц, чтобы соответствовать резонансной частоте большинства структур организма

5.

Основными эффектами использования такого магнитного поля будут:

• Противовоспалительный
• Обезболивающий
• Улучшающий микроциркуляцию крови
• Противоотечный
• Регенеративный

Именно поэтому низкочастотные импульсные поля часто применяют для лечения суставных заболеваний.

Какого эффекта можно ожидать от магнитотерапии остеоартрита?

Судите сами: в 2020 году под руководством НИИ Ревматологии им.  В.А. Насоновой было проведено многоцентровое слепое рандомизированное плацебоконтролируемое исследование КОСМО (Клиническая Оценка Современной Магнитотерапии при Остеоартрите).

В ходе него сравнивался результат использования магнитотерапии и плацебо при остеоартрите коленного сустава. Экспериментальная группа получала магнитотерапию от действующего устройства, а контрольной группе накладывали модифицированный аппарат, внешне не отличающийся от обычного, но не индуцирующий магнитное поле. В эксперименте принял участие 231 пациент, испытывающий умеренную или выраженную боль и нуждающийся в регулярном приеме нестероидных противовоспалительных препаратов. Эксперимент длился 2 недели.

На фоне проводимой терапии отмечалось статистически значимое уменьшение боли и скованности, улучшение функции коленного сустава в группе, получавшей подлинную магнитотерапию. Также у пациентов снизилась потребность в приеме НПВП: в экспериментальной группе препарат был отменен или снижена его доза у 33,1% больных, в группе плацебо – только у 16,8%. По всем показателям в первой группе положительная динамика была статистически более значимой, чем во второй. Субъективно результаты лечения как «хорошие» и «отличные» оценили 58,5% пациентов в группе, получавшей магнитотерапию, и 39,8% в группе плацебо

6.

Примечательно и то, что переносимость терапии оказалась хорошей. Не было ни одного случая, чтобы из-за серьезных нежелательных реакций на фоне подлинной магнитотерапии пришлось прервать лечение, а вот двое пациентов, получавших плацебо-воздействие, вынуждены были прервать участие в эксперименте из-за усиления суставной боли⁷.

Поэтому исследователи пришли к выводу, что магнитотерапия при кратковременном применении обеспечивает значимое улучшение состояния больных остеоартритом коленного сустава, хорошо переносится и не вызывает серьезных осложнений⁸.

Похоже, использование магнитного поля в лечебных целях может быть весьма перспективным.

---

¹ См., например, О биологическом действии электромагнитных полей радиочастот.

– М., 1964.; Вопросы профпатологии. – М., 1964.
^2,3,4 Сердюк В.В. Магнитотерапия: Прошлое, настоящее, будущее. Справочное пособие. – К.: «Азимут-Украина», 2004. – 536 с. С.20.
⁵ Золотухина Е.И., Улащик В.С. ОСНОВЫ ИМПУЛЬСНОЙ МАГНИТОТЕРАПИИ. Справочное пособие. — Витебская областная типография. 2008.
^6,7,8 Каратеев А.Е., Погожева Е.Ю., Сухарева М.Л. и др. Оценка эффективности и безопасности магнитотерапии при остеоартрите. Результаты многоцентрового слепого плацебоконтролируемого исследования КОСМО (Клиническая Оценка Современной Магнитотерапии при Остеоартрите). Научно-практическая ревматология. 2020;58(1):55-61

Магнитное поле Определение и значение

• Основные определения
• Тест
• Связанный контент
• Примеры
• Британский
• Научный
• Культурный уровень сложности
• 7.

  Сохрани это слово!

  См. синонимы к слову магнитное поле на Thesaurus.com

  Показывает уровень оценки в зависимости от сложности слова.

  ---

  сущ.

  область пространства вблизи магнита, электрического тока или движущейся заряженной частицы, в которой магнитная сила действует на любой другой магнит, электрический ток или движущуюся заряженную частицу.

  напряженность магнитного поля.

  ВИКТОРИНА

  ВЫ ПРОЙДЕТЕ ЭТИ ГРАММАТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ИЛИ НАТЯНУТСЯ?

  Плавно переходите к этим распространенным грамматическим ошибкам, которые ставят многих людей в тупик. Удачи!

  Вопрос 1 из 7

  Заполните пропуск: Я не могу понять, что _____ подарил мне этот подарок.

  Происхождение магнитного поля

  Впервые записано в 1835–1845 гг. напряженность магнитного поля, магнитный поток, плотность магнитного потока

  Dictionary.com Полный текст На основе Random House Unabridged Dictionary, © Random House, Inc.

  2022

  Слова, связанные с магнитным полем

  электромагнитное поле

  Как использовать магнитное поле в предложении

  • Поскольку они не отклоняются магнитными полями, гамма лучи указывают на свои источники, показывая местонахождение блуждающих космических лучей.

    Новое высокоэнергетическое свечение Млечного Пути намекает на секреты космических лучей|Эмили Коновер|2 февраля 2021 г.|Новости науки

  • Вооружившись магнитометрами для измерения магнитных полей, исследователи также определили магнитную ориентацию пород морского дна — то, как их железосодержащие минералы ориентированы относительно поля Земли.

    Как родилась сотрясающая Землю теория тектоники плит|Кэролин Грэмлинг|13 января 2021|Новости науки

  • У космологов нет конца идеям, но один упускаемый из виду вариант — возможное существование магнитных полей при рождении Вселенная.

    Год в физике|Майкл Мойер|23 декабря 2020 г.|Журнал Quanta

  • Когда он создал вокруг резервуаров искусственное магнитное поле, черепахи продолжали двигаться, как им казалось, в северо-восточном направлении.

    Как морские черепахи находят свой путь — Выпуск 94: Эволюция|Джейсон Г. Голдман|16 декабря 2020|Наутилус на изображении горячие и холодные газовые пауки выходят из более темного центра, говорится в пресс-релизе NSO.

    Изображения, подобные этому, могут помочь раскрыть внутреннюю работу Солнца|Мария Паула Рубиано А.|11 декабря 2020 г.|Popular-Science

  • Область расстройств пищевого поведения остается разделенной по поводу потенциальной эффективности таких мер.

    Насколько худой может быть слишком худым? Израиль запрещает «худощавые» модели|Кэрри Арнольд|8 января 2015 г.|DAILY BEAST

  • «Он был храбрым полевым командиром и экспертом в разведке, а также в организации народных и племенных сил», — сказал восхвалитель.

    Что иранские похороны говорят нам о войнах в Ираке|IranWire|6 января 2015|DAILY BEAST

  • Во всяком случае, обучение офицеров и методы работы полиции на местах укрепляют эти убеждения.

    Что произойдет, если я наткнусь на лицо белого полицейского?|Голди Тейлор|30 декабря 2014|DAILY BEAST

  • Затем к этому переполненному полю присоединились коммерческие гиганты по снижению веса Weight Watchers и Дженни Крейг.

    Почему ваша новогодняя диета потерпит неудачу|Кэрри Арнольд|30 декабря 2014 г.|DAILY BEAST

  • Так и было, у нас должна быть команда, правильные мячи, большое поле, и все должно выглядеть правильно и быть правильным.

    Стена напряженности Тима Ховарда|Уильям О’Коннор|22 декабря 2014 г.|DAILY BEAST

  • Он отличился в нескольких кампаниях, особенно в войне на полуострове, и был повышен до звания фельдмаршала.

    Книга истории и хронологии на каждый день|Джоэл Манселл

  • У нас было шесть полевых орудий, но мы взяли только четыре, запряженных вдвое большим количеством лошадей.

    Эдинбургский журнал Blackwood, № CCCXXXIX. Январь 1844 г. Том. LV.|Разные

  • Было два батальона, всего около тысячи человек; и они принесли полевое орудие с ними.

    Эдинбургский журнал Blackwood, № CCCXXXIX. Январь 1844 г. Том. LV.|Various

  • Пробуждением спящих мексиканцев стал разряд двух наших полевых орудий, заряженных канистрой.

    Эдинбургский журнал Blackwood, № CCCXXXIX. Январь 1844 г. Том. LV.|Разные

  • Затем вражеские гаубицы и полевые орудия сделали все по-своему, вынудив атаку уступить много территории.

    Gallipoli Diary, Volume I|Ian Hamilton

  Определения магнитного поля из Британского словаря

  магнитное поле

  ---

  сущ. движущийся заряд испытывает силуСравнить электрическое поле

  Английский словарь Коллинза — полное и полное цифровое издание 2012 г. © William Collins Sons & Co. Ltd., 1979, 1986 © HarperCollins Publishers 1998, 2000, 2003, 2005, 2006, 2007, 2009, 2012

  Научные определения магнитного поля

  магнитное поле

  ---

  Силовое поле, связанное с изменяющимися электрическими полями, как при движении электрических зарядов. Магнитные поля воздействуют на движущиеся электрические заряды отклоняющими силами. Большинство магнитов имеют магнитные поля в результате вращательного движения электронов, вращающихся вокруг атомов, из которых они состоят; электромагниты создают такие поля из электрического тока, проходящего через катушки. Крупные объекты, такие как Земля, другие планеты и звезды, также создают магнитные поля. См. Примечание по магнетизму.

  См. напряженность магнитного поля.

  Научный словарь American Heritage® Авторские права © 2011. Опубликовано издательством Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Все права защищены.

  Культурные определения магнитного поля

  магнитное поле

  ---

  Говорят, что магнитное поле существует в области, если на магнит можно воздействовать силой. Если стрелка компаса отклоняется, когда ее помещают в определенное место, мы говорим, что в этой точке существует магнитное поле, и сила поля измеряется силой силы стрелки компаса. Земля, Солнце и галактика Млечный Путь имеют магнитные поля. Все известные магнитные поля вызваны движением электрических зарядов. Электроны на орбитах в атомах создают магнитные поля, так что каждый атом, как и Земля, окружен магнитным полем. (См. магнит и магнетизм.)

  Новый словарь культурной грамотности, третье издание Авторское право © 2005 г. , издательство Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Опубликовано издательством Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Все права защищены.

  Линии магнитного поля | Brilliant Math & Science Wiki

  Содержание

  • Монополи
  • Компасы
  • Принцип суперпозиции
  • Правило правой руки
  • Линии поля вокруг проводников
  • Приложения
  • Совет Фейнмана
  • Смотрите также

  Монополи — это (пока) теоретические объекты, которые имеют либо северный, либо южный полюс. Другой способ представить их — это магнитные заряды, аналогичные протонам и электронам. Их существование оспаривается, хотя есть некоторые свидетельства того, что они могут быть искусственно синтезированы. Тем не менее, они являются полезными инструментами для размышлений о силовых линиях магнитного поля и других концептуальных представлений о магнетизме. Обратите внимание, что монополи сводят магнитные явления к их электростатическому аналогу. Можно сказать, что силовые линии магнитного поля выходят из северных полюсов и сходятся в южных полюсах.

  Если бы монополи были изолированы в природе, то было бы обнаружено, что они испытывают в электрическом поле такие же взаимодействия, как электрический заряд в магнитном поле. Например, магнитное поле монополей и электрическое поле зарядов вели бы себя одинаково, а движущийся магнитный монополь индуцировал бы циркулирующее электрическое поле (диаграмма ниже).

  Эта идея подводит нас к другому определению силовых линий: 92}. B=kr2m1​​.

  Фактически, использование закона Кулона для моделирования стержневого магнита как двух магнитных зарядов противоположного «знака», разделенных небольшим расстоянием, точно воспроизводит форму и изменение напряженности магнитного поля.

  Стержневой магнит :

  Давайте начнем с силовых линий стержневого магнита, пожалуй, самого простого случая для анализа.

  • Если бы мы выпустили северный монополь рядом с северным полюсом магнита, он бы оттолкнулся, как два положительных заряда, помещенные в непосредственной близости. Таким образом, мы ожидаем силовую линию, выходящую из северного полюса и направляющуюся прямо влево вниз по оси xxx.
  • Выше или ниже оси xxx силовые линии должны начать закручиваться и направляться к отрицательному полюсу, поскольку в этом направлении будут притягиваться северные монополи.
  • Если мы поместим северный монополь между xxx-координатами северного и южного полюсов, мы должны ожидать, что они будут двигаться вправо, изгибаясь вниз и заканчиваясь на южном полюсе.
  • Наконец, если мы разместим северные монополи далеко, но с правой стороны от южного полюса, мы должны ожидать, что они будут двигаться к южному полюсу.

  Объединив этот набор идей, мы можем нарисовать силовые линии стержневого магнита, как показано ниже:

  Мы заметили несколько вещей. Вблизи стержневого магнита силовые линии плотные, что отражает высокую напряженность поля вблизи полюсов. Когда мы удаляемся от полюсов, линии поля становятся менее плотными, что отражает уменьшение напряженности поля. Мы также видим, что все силовые линии начинаются на северном полюсе и заканчиваются на южном полюсе. Поскольку силовые линии представляют собой траекторию движения частиц, они не могут пересекаться; иначе частица, стартующая из точки пересечения, имела бы неоднозначную динамику.

  В этом месте мы отмечаем, что если бы мы представили стержневой магнит как близко разделенную пару электрических зарядов и вычислили их электрическое поле, то получили бы почти такой же результат:

  Давайте систематизируем наши наблюдения на примере стержневого магнита:

  Свойства силовых линий магнитного поля :

  • Они нарисованы локально как параллельные траектории.
  • Они никогда не пересекаются (если пересекаются, это означает, что один полюс указывает в двух направлениях).
  • Они начинаются с севера и заканчиваются на юге снаружи магнита и наоборот внутри. □_\квадрат□​

  Компас представляет собой простое устройство, состоящее из постоянного магнитного диполя, который может свободно вращаться на вершине штифта, и этот диполь называется стрелкой. Помещенный в магнитное поле, северный полюс имеет тенденцию двигаться в том же направлении, что и северный монополь, а также южный полюс. Ясно, что это движение сильно ограничено и останавливается, как только стрелка совмещается с локальным магнитным полем.

  Таким образом, компас полезен для определения местного направления магнитного поля. Поскольку Земля имеет простое поле с северным полюсом, примерно совпадающим с истинным севером, компас является наиболее надежным инструментом для навигации по земному шару. Однако, если локальное магнитное поле превосходит силу магнитного поля Земли, стрелка больше не будет давать информацию о поле Земли. Таким образом, его можно использовать для отображения линий магнитного поля электрического устройства в лаборатории.

  Подобно компасу, железную стружку можно использовать для определения магнитного поля устройства. Каждая частица в банке с железной стружкой представляет собой небольшой (ферро)магнитный диполь и ориентируется на локальное магнитное поле. Таким образом, это похоже на развертывание тысяч крошечных компасов вокруг, чтобы получить одновременный глобальный обзор поля.

  Рассмотрим эту фотографию железных опилок, осевших вокруг стержневого магнита. Как видите, опилки позволяют нам буквально видеть поле.

  До сих пор мы рассматривали силовые линии магнитного поля, создаваемые одним устройством . Когда мы хотим узнать напряженность магнитного поля объекта в определенной точке, мы рассматриваем только этот объект и игнорируем все другие объекты, генерирующие потенциальное поле. Это нормально, пока рассматриваемое устройство создает гораздо более сильное поле, чем все другие близлежащие источники, или если все другие источники расположены очень далеко. Однако этого недостаточно, если мы хотим найти магнитное поле, создаваемое несколькими устройствами, создающими поле сравнимой силы, расположенными близко друг к другу.

  В случае нескольких устройств мы выполняем ту же процедуру, что и для одного устройства, а затем добавляем их, чтобы найти результирующее магнитное поле в точке. То есть, если устройство AAA создает магнитное поле B⃗A \vec{B}_A BA​ в точке xxx, а устройство BBB создает магнитное поле B⃗B \vec{B}_B BB​ в xxx, то результирующее магнитное поле в xxx будет B⃗(x)=B⃗A(x)+B⃗B(x)\vec{B}(x) = \vec{B}_A(x) + \vec{B}_B(x)B(x)=BA​( х)+ВВ​(х). Это известно как принцип суперпозиции.

  Два стержневых магнита :

  Чтобы создать линии поля для двух соседних диполей, нарисуйте линии поля для каждого отдельного стержневого магнита, а затем наложите их друг на друга. Линии поля, расположенные очень близко к одному из стержневых магнитов и далеко от другого, будут в основном такими же, как и в изолированном случае. Это связано с тем, что поле другого магнита слабо на больших расстояниях и не может существенно искажать локальное поле. Между двумя магнитами история другая. Оба поля имеют сравнимую силу в этой области, и северные монополи будут стремиться двигаться от северного полюса магнита справа к южному полюсу магнита слева. Таким образом, поле в этой области будет более или менее горизонтальным.

  На самом деле, если мы просто рассматриваем силовые линии как векторы, мы можем видеть, что путем сложения векторов силовые линии между магнитами ослабят их вертикальный характер и сговорятся сделать в основном горизонтальные силовые линии, направленные от стержневого магнита справа к тот, что слева. Объединив все эти идеи вместе, мы можем нарисовать результирующее магнитное поле для двух соседних стержневых магнитов.

  Читателю предлагается начертить линию поля для следующих случаев:

  • Два стержневых магнита с соседними северными полюсами.
  • Два параллельных стержневых магнита с противоположными полюсами.

  Юг Невозможно сказать Север Это может быть север или юг

  На приведенной выше диаграмме показаны два стержневых магнита, подвешенных на веревке. Если «N» обозначает один конец магнита как магнитный север, то определите магнитный полюс, отмеченный знаком «?».

  Теперь мы пытаемся понять, как силовые линии магнитного поля выравниваются вокруг проводников с током. Чтобы понять направление силовых линий магнитного поля, нам нужно знать мнемонику, называемую правилом правой руки . Истоки этого правила исходят из ранних экспериментов с железной стружкой, помещенной вокруг токоведущих проводов. Наблюдения математически закодированы в одном из уравнений Максвелла, известном как закон Ампера.

  Винт правый (захват) правило :

  В соответствии с этим правилом, если вы поместите правую руку в положение «большой палец вверх», при этом большой палец будет указывать в направлении, в котором течет ток , то оставшиеся пальцы укажут вам направление магнитного поля вокруг проводник с током, показанный на рисунке ниже. □_\квадрат□​

  Примечание: Под током здесь понимается обычный поток (т. е. положительный заряд), поэтому не путайте его с потоком электронов. Электроны текут в направлении, противоположном обычному потоку.

  Если электроны в проводнике движутся с запада на восток, в каком направлении будет создаваться магнитное поле, если смотреть с восточного конца?

  ---

  электронов движутся с с запада на восток , что означает , что условное течение тока идет с с востока на запад . Применяя правило правой руки, приходим к выводу, что магнитное поле направлено по часовой стрелке в плоскости, перпендикулярной проводу, если смотреть с востока, и против часовой стрелки, если смотреть с западного конца. □_\квадрат□​

  Проволока :

  Провод — прямой проводник с током. Следовательно, это самая простая система, которая дает нам простейший тип силовых линий магнитного поля с прямым применением правила правой руки. Ниже показан провод, по которому течет ток, выходящий вертикально из стола. Железные опилки на столе показывают ориентацию магнитного поля вокруг провода.

  Как видно на рисунке выше, силовые линии образуют концентрические окружности вокруг проводника. Сила магнитного поля вокруг провода зависит от двух основных вещей:

  • Во-первых, сумма тока проходящего через него. Если ток увеличивается, напряженность магнитного поля также увеличивается (прямо пропорционально): B∝I B\propto IB∝I.
  • Во-вторых, расстояние от токоведущего проводника . Если расстояние от проводника увеличивается, сила магнитного поля уменьшается. Напряженность магнитного поля обратно пропорциональна расстоянию от провода: B∝1/RB\propto 1/RB∝1/R.

  Токовая петля :

  До сих пор мы обсуждали структуру силовых линий магнитного поля, возникающую в прямолинейном проводе с током. Рассмотрим другую ситуацию: попробуем согнуть тот же провод в петлю. Мы обнаруживаем одну новую вещь, которую раньше не видели: образование прямой линии магнитного поля .

  Как и раньше (провод), силовые линии продолжают расширяться, но петля создает взаимодействие между двумя концами и, таким образом, прямая линия в центре петли. Вы можете применить правило правой руки и проверить направление магнитного поля. Хотя прямая линия магнитного поля не показана на рисунке выше, она существует.

  Проверим, работает ли в этом случае правило правой руки. Рассмотрим положительный терминал. Если мы держим руку в положении большого пальца вверх, мы видим, что направление магнитного поля будет против часовой стрелки, что показано на рисунке. На минусовой клемме все ровно наоборот.

  Наконец, мы проверим эти аргументы опытами с железными опилками:

  Соленоид :

  Соленоид представляет собой катушку из множества круглых петель, свернутых в форме цилиндра. Мы можем найти одно большое сходство между соленоидом и стержневым магнитом. Мы находим, что силовые линии магнитного поля в обоих случаях совершенно одинаковы. Фактически оба конца соленоида ведут себя как полюса. Один конец — южный полюс, а другой конец — север. Это объясняется правилом часов.

  Правило часов гласит, что когда электрический ток входит в соленоид, направление, в котором он движется, определяет полярность. Если он движется по петле по часовой стрелке, это южный полюс, а если он движется по петле против часовой стрелки, это северный полюс. На этом рисунке ток поступает по часовой стрелке, поэтому правый конец соленоида становится южным полюсом, а левый конец — северным полюсом.

  Более важно отметить, что силовые линии внутри соленоида всегда параллельны. Это указывает на то, что линии магнитного поля, создаваемые внутри соленоида в любой точке, имеют одинаковую величину, а это означает, что поле является однородным. Соленоиды имеют широкое применение, и в основном они используются в качестве электромагнитов в металлургической промышленности. Еще одно применение — МРТ, где для сканирования помещается слойон (при сверхнизких температурах).

  Тороид :

  Тороид представляет собой полое круглое кольцо, на которое плотно намотано большое количество витков провода. Это похоже на соленоид, который делается круглым, соединяя его концы. Магнитное поле в тороиде движется по концентрическим окружностям одинаковой величины. Поле ВВВ внутри тороида постоянно по величине для идеального тороида из тесно намотанных витков. Магнитное поле вне тороида равно нулю. Направление магнитного поля внутри тороида легко найти по правилу правой руки. Возьмитесь за тороид пальцами правой руки, согнутыми в направлении тока в обмотках. Затем большой палец указывает направление магнитного поля.

  Два провода :

  Когда два прямолинейных проводника с током расположены параллельно друг другу, между ними действует некоторая сила. Сила может быть двух видов: притяжение или отталкивание. Эта сила зависит от направления тока, протекающего через них. Если ток в обоих проводах течет в одном направлении, то два провода притягиваются друг к другу. Если ток течет в противоположных направлениях, они отталкивают друг друга.

  Земля :

  Возможно, вы читали о разрушительных солнечных вспышках, вызванных солнечными бурями, или о красивых узорах ионизации, которые формируют Северное сияние (Северное сияние). \text{th}17-го века китайские путешественники заметили, что с их компасом шутят в море. Исследователи выдвинули гипотезу, что аномальный магнетизм может быть вызван вращением Земли и наличием железа в мантии Земли. Эти теории вскоре были опровергнуты и заменены теорией геодинамо, в которой утверждается, что многие ионы движутся в мантии под поверхностью нашей Земли, тем самым создавая ток, создающий магнитное поле.

  Обратите внимание, что, как и любой стержневой магнит, наша Земля также имеет два полюса, разница в том, что эти полюса не совпадают с нашими географическими северным и южным полюсами, и поэтому известны как магнитные полюса. Из свойств стержневых магнитов мы знаем, что силовые линии магнитного поля, ответственные за поле, берут начало на севере и заканчиваются на южном полюсе и, таким образом, представляют собой замкнутые петли. Хотя Земля иногда рассматривается как имеющая в своем ядре огромный магнит, это совсем не так, но дает хорошую картину для тематического исследования.

  Как упоминалось ранее, магнитное поле Земли отклоняет вредные солнечные вспышки, унося с собой ионизированные частицы. Рассмотрим заряженную частицу, летящую от Солнца. Направляясь прямо к Земле, он сталкивается с магнитным полем, перпендикулярным его движению, и отклоняется прочь. Это создает своего рода защитный щит вокруг Земли и может выдерживать типичные солнечные вспышки. Этот эффект магнитного экранирования показан ниже:

  Ускорители частиц :

  Ускорители частиц используются для разгона элементарных частиц и атомов до огромных скоростей, приближающихся к скорости света. Затем частицы сталкиваются, и продукты этих столкновений тщательно анализируются на наличие признаков гипотетических или совершенно новых частиц. Ускорители также используются для генерации излучения, используемого при лечении рака, например, при протонной терапии.

  Ускорители бывают нескольких типов, основными из которых являются циклотрон и синхотрон.

  Циклотрон :

  Механизм циклотрона сочетает в себе постоянное магнитное поле с переменным электрическим полем, чтобы удерживать частицы на спиральных траекториях постоянно увеличивающегося радиуса. Чтобы увидеть, как это работает, рассмотрим заряженную частицу массы mmm, совершающую круговое движение в постоянном магнитном поле. Мы, конечно, имеем центростремительное ускорение частицы, уравновешенное действующей на нее силой Лоренца: 92}{r}.qvB=mrv2​.

  Отсюда следует, что qB/m=v/rqB/m = v/rqB/m=v/r. Поскольку частота траектории задается как 2πr/v2\pi r/v2πr/v, это предполагает, что частота орбиты равна 1/T=2πm/qB1/T = 2\pi m/qB1/T=2πm/ qB. Заметим, что это не зависит ни от энергии, ни от радиуса. Таким образом, частица любой энергии будет поддерживать частоту 1/T1/T1/T, даже если ее энергия меняется! Мы можем использовать эту невероятную регулярность траектории (даже если она спиральная) для создания простого ускорителя.

  Рассмотрим область, в которой мы поддерживаем постоянное магнитное поле напряженностью BBB. Далее рассмотрим разделительную линию (граница между красным и синим на схеме ниже). Всякий раз, когда частицы находятся справа от этой линии, электрическое поле указывает налево, ускоряя их влево через зазор, и всякий раз, когда частицы находятся слева, поле указывает направо, и они ускоряются вправо. Поскольку магнитное поле удерживает частицы на траекториях с постоянной частотой, частицы регулярно ускоряются до более высокой энергии каждый раз, когда они пересекают зазор, и они движутся по путям с увеличивающимся радиусом.

  Рассматривая это во временной области, мы видим, что мы можем питать этот ускоритель электрическим полем, которое меняет ориентацию каждые T=qB/2πmT = qB/2\pi mT=qB/2πm секунд. Черная линия соответствует красно-синему интерфейсу выше.

  Таким образом, используя в тандеме переключающееся ВВВ-поле (направленное прямо поперек промежутка) и однородное поле ВВВ (вертикально ориентированное), мы можем ускорять заряженные частицы по спиральным траекториям, которые затем можно выпустить из ускорителя и использовать для дальнейшего движения. целей (т. е. столкновений, терапии и т. д.)

  Синхотрон :

  Синхротрон — усовершенствованная форма циклотрона; это тип кругового ускорителя, в котором дипольные магниты используются для направления пути частицы, а квадрупольные магниты используются для удержания сфокусированного пучка заряженных частиц.

  Высокочастотное поле RF (радиочастотное) используется для передачи энергии частицам, и путь остается постоянным независимо от энергии. Различие между циклотроном и синхротроном связано с производством синхротронного излучения.

  Синхротронное излучение возникает, когда электрон с высокой энергией (скорость приближается к скорости света) проходит через дипольный магнит и испытывает на себе боковую силу, вызывающую центростремительное ускорение. На этом этапе электрон испускает интенсивное излучение по касательной к своему пути, известное как синхротронное излучение.

  Фотон :

  Фотоны, конечно же, являются фундаментальными квантами света; на данной частоте интенсивность светового потока может изменяться только с шагом в один фотон. Но фотоны также являются фундаментальными квантами электромагнитного поля. С этой точки зрения фотоны — это не просто рябь в ЭМ-поле, а само ЭМ-поле. Таким образом, ЭМ волна, распространяющаяся в пространстве, есть не что иное, как фотон. 9. Это поле изменяется в пространстве и во времени, а значит, по закону индукции Фарадея оно порождает магнитное поле. Магнитное поле сдвинуто на полпериода и колеблется перпендикулярно электрическому полю. Очевидно, аргумент применим в обратном порядке (распространяющееся магнитное поле порождает перпендикулярно колеблющееся электрическое поле), так что они неразделимы.

  Визуализируя этот результат, мы видим, что ЭМ волна, распространяющаяся в пространстве, состоит из связанных полей ЭЭЭ и ВВВ, колеблющихся поперек общей оси, которая является направлением волны.

  Тогда силовые линии представляют собой стрелки, указывающие от оси распространения к амплитуде каждой волны.

  В конце концов, силовые линии — это всего лишь «грубый» способ объяснить магнитное поле. Однако это нечто большее, чем просто геометрический объект . Вот что говорит Ричард Фейнман, пионер квантовой электродинамики, в «Фейнмановских лекциях по физике»:

  Силовые линии, однако, являются лишь грубым способом описания поля, и очень трудно дать правильные, количественные законы непосредственно в терминах силовых линий. Также в представлениях о силовых линиях отсутствует глубочайший принцип электродинамики — принцип суперпозиции. Хотя мы знаем, как выглядят линии поля для одного набора зарядов и как выглядят линии поля для другого набора зарядов, мы не имеем никакого представления о том, как будут выглядеть паттерны линий поля, когда оба набора присутствуют вместе. С другой стороны, с математической точки зрения суперпозиция проста — мы просто складываем два вектора. Линии поля имеют некоторое преимущество в том, что они дают яркую картинку, но они также имеют и некоторые недостатки. Способ мышления с прямым взаимодействием имеет большие преимущества, когда речь идет об электрических зарядах в состоянии покоя, но имеет большие недостатки, когда речь идет о быстро движущихся зарядах.