Что такое магнитное поле. Как оно образуется. Какими свойствами обладает. Как взаимодействует с другими физическими явлениями. Где применяется в современном мире.
Природа и происхождение магнитного поля
Магнитное поле представляет собой особую форму материи, которая возникает вокруг движущихся электрических зарядов и постоянных магнитов. Оно проявляется в виде силового воздействия на другие заряженные частицы и намагниченные тела.
Как образуется магнитное поле? Его источниками являются:
- Электрический ток в проводниках
- Движущиеся заряженные частицы
- Постоянные магниты
- Намагниченные материалы
Магнитное поле неразрывно связано с электрическим полем — вместе они образуют единое электромагнитное поле. Изменение одного компонента всегда вызывает изменение другого.
Основные характеристики магнитного поля
К ключевым параметрам, описывающим магнитное поле, относятся:
- Вектор магнитной индукции B — силовая характеристика поля
- Напряженность магнитного поля H
- Магнитный поток Ф через поверхность
- Магнитная проницаемость среды μ
Магнитная индукция B измеряется в теслах (Тл) и характеризует силу воздействия поля на движущиеся заряды. Чем больше B, тем сильнее магнитное поле в данной точке пространства.
Ключевые свойства магнитного поля
Магнитное поле обладает рядом важных свойств:
- Действует только на движущиеся заряженные частицы и проводники с током
- Силовые линии замкнуты и не имеют начала и конца
- Силовые линии не пересекаются
- Поле может быть постоянным или переменным во времени
- Не воспринимается органами чувств человека
Каково направление силовых линий магнитного поля? Оно определяется по правилу буравчика: если ввинчивать буравчик по направлению тока, то направление вращения его рукоятки покажет направление линий магнитного поля.
Взаимодействие магнитного поля с веществом
При внесении различных материалов в магнитное поле наблюдаются интересные эффекты:
- Ферромагнетики (железо, никель, кобальт) сильно намагничиваются и усиливают внешнее поле
- Парамагнетики (алюминий, платина) слабо намагничиваются
- Диамагнетики (медь, висмут) создают собственное поле, направленное против внешнего
Как магнитное поле влияет на проводники с током? Оно создает силу Ампера, действующую перпендикулярно и току, и силовым линиям поля. Это явление используется в электродвигателях.
Магнитное поле Земли и его значение
Наша планета обладает собственным магнитным полем, которое образуется за счет движения расплавленных масс в ядре. Геомагнитное поле играет важнейшую роль:
- Защищает Землю от космической радиации и солнечного ветра
- Обеспечивает работу компасов и навигационных систем
- Влияет на миграцию животных
- Создает полярные сияния
Каковы параметры магнитного поля Земли? Его индукция на поверхности составляет 25-65 мкТл. Магнитные полюса не совпадают с географическими и постоянно смещаются.
Применение магнитных полей в науке и технике
Магнитные явления нашли широчайшее применение в современных технологиях:
- Электродвигатели и генераторы
- Трансформаторы
- Электромагниты
- Магнитная левитация
- МРТ-томографы
- Накопители информации
Где еще используются магнитные поля? В ускорителях частиц, для магнитной сепарации материалов, в системах магнитного удержания плазмы и во многих других областях.
Методы измерения и визуализации магнитных полей
Для исследования магнитных полей применяются различные методы:
- Эффект Холла
- Магниторезистивные датчики
- СКВИД-магнитометры
- Феррозондовые магнитометры
Как можно увидеть магнитное поле? Распределение силовых линий визуализируют с помощью железных опилок, магнитной жидкости или специальных пленок. Компьютерное моделирование позволяет получить наглядную 3D-картину поля.
Перспективные направления исследований магнетизма
Изучение магнитных явлений продолжает оставаться актуальным направлением физики. Среди перспективных областей исследований:
- Высокотемпературная сверхпроводимость
- Спинтроника
- Квантовый магнетизм
- Магнитные наноматериалы
- Магнитные методы хранения информации
Новые знания о природе магнетизма открывают широкие возможности для создания инновационных технологий в энергетике, электронике, медицине и других отраслях.
Магнитное поле и его свойства
Магнитное поле это материя, которая возникает вокруг источников электрического тока, а также вокруг постоянных магнитов. В пространстве магнитное поле отображается как совокупление сил, которые способны оказать воздействие на намагниченные тела. Это действие объясняется наличием движущих разрядов на молекулярном уровне.
Магнитное поле формируется только вокруг электрических зарядов, которые находятся в движении. Именно поэтому магнитное и электрическое поле являются, неотъемлемыми и вместе формируют электромагнитное поле. Компоненты магнитного поля взаимосвязаны и воздействуют друг на друга, изменяя свои свойства.
Свойства магнитного поля:
1. Магнитное поле возникает под воздействие движущих зарядов электрического тока.
2. В любой своей точке магнитное поле характеризуется вектором физической величины под названием магнитная индукция, которая является силовой характеристикой магнитного поля.
3. Магнитное поле может воздействовать только на магниты, на токопроводящие проводники и движущиеся заряды.
4. Магнитное поле может быть постоянного и переменного типа
5. Магнитное поле измеряется только специальными приборами и не может быть воспринятым органами чувств человека.
7. Заряженные частицы двигаются по перпендикулярной траектории.
Размер магнитного поля зависит от скорости изменения магнитного поля. Соответственно этому признаку существуют два вида магнитного поля: динамичное магнитное поле и гравитационное магнитное поле. Гравитационное магнитное поле возникает только вблизи элементарных частиц и формируется в зависимости от особенностей строения этих частиц.
Магнитный момент возникает в том случае, когда магнитное поле воздействует на токопроводящую раму.
Магнитное поле можно изобразить графически с помощью магнитных силовых линий. Эти линии проводятся в таком направлении, так чтобы направление сил поля совпало с направлением самой силовой линии. Магнитные силовые линии являются непрерывными и замкнутыми одновременно.
Направление магнитного поля определяется с помощью магнитной стрелки. Силовые линии определяют также полярность магнита, конец с выходом силовых линий это северный полюс, а конец, с входом этих линий, это южный полюс.
Очень удобно наглядно оценить магнитное поле с помощью обычных железных опилок и листка бумаги.
Если мы на постоянный магнит положим лист бумаги, а сверху насыпим опилок, то частички железа выстроятся соответственно силовым линиям магнитного поля.
Направление силовых линий для проводника удобно определять по знаменитому правилу буравчика
или правилу правой руки.
Если мы обхватим проводник рукой так, чтобы большой палец смотрел по направлению тока(от плюса к минусу), то 4 оставшиеся пальцы покажут нам направление силовых линий магнитного поля.А направление силы Лоренца — силы, с которой действует магнитное поле на заряженную частицу или проводник с током, по правилу левой руки.
Если мы расположим левую руку в магнитном поле так, что 4 пальца смотрели по направлению тока в проводнике , а силовые линии входили в ладонь, то большой палец укажет направление силы Лоренца, силы действующей на проводник помещенный в магнитное поле.
На этом собственно всё. Появившиеся вопросы обязательно задавайте в комментариях.
Заметка: учите инглиш? — рейтинг школ английского языка (http://www.schoolrate.ru/) будет вам полезен при выборе.
Магнитное поле и его характеристики
С давних времён это явление вызывало немало вопросов, более того, до сих пор оно остаётся загадочным.
Многие учёные занимались изучением свойств магнитного поля, потому что его потенциал и возможности применения уже тогда казались, без преувеличения огромными.
Как же образуется магнитное поле? Когда электрический ток проходит по проводнику, он создаёт вокруг себя магнитное поле, которое является одной из разновидностей материи, существующей в окружающем нас мире. Это поле обладает некой энергией, проявляющейся в электромагнитных силах, а также способной воздействовать на электрические заряды и на электрический ток в целом.
Влияние магнитного поля на поток заряженных частиц выражается в том, что они отклоняются от своей первоначальной траектории движения в перпендикулярном полю направлении. Магнитное поле, также иногда называют электродинамическим. Такое определение рождается из того, что это поле возникает только вокруг движущихся зарядов, при этом действие магнитного поля,также распространяется только на частицы, находящиеся в движении.
Динамическим магнитное поле называется из-за своего строения.
Это некая область пространства, в котором находятся бионы – передатчики всех возможных в нём взаимодействий. Они постоянно вращаются, т. е., находятся в движении. Отсюда и динамическая характеристика поля — данное явление возникает, когда бионы приходят в движение, т. е., начинают вращаться.
Вывести их из состояния покоя способен лишь движущийся заряд. Когда он попадает в зону магнитного поля, то воздействуя на бион и, притягивает один из его полюсов. Таким образом, все бионы начинают вращаться. Если не будет заряда, то и бионы не будут вращаться, так как нет никаких других сил, которые бы воздействовали на него.
Электромагнитное поле
Магнитное поле не может существовать само по себе, как уже было сказано, причиной его возникновения является электрический заряд. Следовательно, магнитные и электрические поля неразрывно связаны между собой. Они всегда существуют в едином электромагнитном поле.
Взаимодействие их происходит следующим образом: изменения в электрическом поле заставляют меняться и магнитное поле, также верно и обратное утверждение, если изменения происходят в магнитном поле, то это сразу отражается на характеристиках электрического поля.
Основой этого поля также является заряженные частицы, движущиеся со скоростью света, которая составляет 300 тысяч километров в секунду. Это значит, что и электромагнитное поле распространяется и изменяется именно с этой же скоростью.
Изображение характеристик магнитного поля
Часто приходится сталкиваться с необходимостью изображения магнитного поля графически – на схемах. Так как его свойства важны, и их нужно учитывать при различных расчётах, то обозначать их необходимо. Но как уже было сказано, скорость распространения поля слишком велика, чтобы можно было что-то зафиксировать, поэтому применяются схематические изображения магнитного поля, которые отражают его свойства.
Основным способом обозначения магнитного поля на схемах являются условные силовые линии. Направление каждой такой линии совпадает с направлением действия сил в магнитном поле. Эти линии всегда непрерывны и замкнуты, как и любые силы, действующие здесь. Схема автомобильного двигателя работает по такому же принципу.
Подробнее вы можете прочитать в авто журнале — www.avtonerd.ru. Там есть статья подробно описывающая этот процесс в двигателе и коробке передач авто.
Чтобы определить направление силовой линии в любой точке магнитного поля, нужно использовать магнитную стрелку, которая имеет схожие с компасом свойства. Когда стрелка попадает в зону действия поля, её северный полюс начинает показывать в направлении действия сил.
Отсюда идут и привычные обозначения: тот конец постоянного магнита, из которого исходят силовые линии, считается его северным полюсом. Тогда как противоположный конец, в котором силы замыкаются, называется южным полюсом магнита. Силовые линии, которые проходят внутри постоянного магнита не обозначаются на схемах.
Обозначение действующих сил с помощью силовых линий далеко не случайно, их можно обнаружить в любом магнитном поле и увидеть невооружённым взглядом. Сделать это можно с помощью металлических опилок. Насыпав их на лист бумаги, и внеся в магнитное поле, можно увидеть, как они начнут двигаться и выстраиваться в определённом порядке.
Получившийся рисунок будет напоминать силовые линии, которые и можно увидеть на схеме.
Магнитное поле и его характеристики – это важнейшее явление в физике, которое находит достаточно широкое применение просто потому, что его нельзя не учитывать во многих вопросах. С ними связаны такие понятия как магнитная индукция и магнитная проницаемость.
Чтобы объяснить причины возникновения магнитного поля, необходимо всегда опираться на научные данные и правильный подход, иначе такой целостной картины может и не сложиться, особенно, в случае, когда нужно объяснять более глобальные взаимодействия.
СВОЙСТВА ЛИНИИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
Линии магнитного поля представляют собой воображаемые линии между двумя полюсами. Для рисования магнитных линий используются разные способы. Использование компаса было еще одним ярким примером экспериментов с существованием магнитного поля. Магнетизм и магнитные поля характерны для электромагнитной энергии; это также одна из абсолютных сил природы.
Использование потока электромагнитного тока влияет на линию магнитного поля. Железные гвозди могут быть преобразованы в магниты для измерения магнитных полей, поскольку в них включена электромагнитная энергия. Буква «B» обозначает магнитное поле в математике и также называется «линия B».
Свойства линий магнитного поля:
- Линии магнитного поля представляют собой изогнутые линии, которые начинаются с северного полюса и заканчиваются на южном полюсе.
- Более сильные линии поля должны быть замкнутыми, и наоборот.
- Линии магнитного поля никогда не пересекаются между собой.
- Вблизи Южного и Северного полюсов линии магнитного поля сгущены и широко расставлены.
Описание силовых линий магнитного поля
Объем пространства имеет жизненно важное значение при изучении силовых линий магнитного поля и их энергии на разных полюсах. Среди двух полюсов на Земле магнитные поля помогают открывать разные места. Различные типы форм магнитов имеют жизненно важное значение для заявлений об одобрении линии магнитного поля.
Аспекты магнетизма в земле действуют в пределах магнитного поля, охватывающего материалы магнита. Линия магнитного поля иллюстрирует магнитную область. Для обнаружения линий полезен визуальный инструмент, который предоставляет подробную информацию о направлении и стабильности магнитного поля.
Способы измерения магнитных линий
Для измерения магнитных линий между двумя полюсами земного шара применяются различные способы. Некоторые полезные прикладные способы проиллюстрированы ниже.
- Прямая медная проволока, по которой течет электрический ток, может быть прикреплена к железному гвоздю и служить инструментом для измерения магнитного потока.
- Магнитные компасы доступны для измерения силовых линий магнитного поля. В транспортных системах, таких как военно-морской флот, авиация использует магнитный компас для измерения магнитных линий, что помогает определить правильное направление.
- С течением времени есть эффективные пути развития. Существуют различные доступные пути развития измерения магнитного поля.
Происхождение магнитного поля
На Земле магнитные поля присутствуют повсюду, значение силовых линий магнитного поля можно найти из-за приближения его сил. Солнце имеет источник магнитного поля, основываясь на других предыдущих терминах, есть законные способы, которые охватывают это, Земля была оценена как часть Солнца, и поэтому она включила в себя магнитную энергию. Магнетизм возникает из двух разновидностей движений электронов в атомах, движения электронов по орбите, а также в солнечной системе.
Способы рисования линий магнитного поля
Сила магнетизма за счет приложения электронов внутри атомов с помощью линий магнитного поля. Следовательно, напряженность магнитного поля определяется числом линий энергии на единицу измерения пространства. Поля линий в магнитных стержнях можно использовать для выравнивания областей, в различных обстоятельствах магнитные стержни могут рисовать линии, и для транспортировки может быть полезно включить магнитный компас, который автоматически притягивается магнитными полюсами, помещенными в Северный полюс.
Не размещая поблизости никаких магнитных материалов; с помощью стрелки компаса можно провести прямую линию на бумаге, предварительно закрепленной стабильностью.
Что такое циклотрон?
Циклотрон представляет собой компактный материал, который может ускорять производимые радиоактивные волны, чтобы представить силовые линии магнитного поля. Между атомами-мишенями возникает ядерный ответ, и протоны могут создавать некоторые изотопы. Радиоизотопы используются в разных областях для разработки ядерных исследовательских целей в разных лабораториях. Радиоизотопы, полученные из материалов в разных местах, и оценка использования циклотрона в ускоренных магнитных силах. Магниты надежны для циклотрона.
Заключение
Таким образом, магнитные поля измеряются в различных аспектах. Различные аспекты материалов нашли для развития изогнутых линий, умиротворяющих между южным и северным полюсами. На практических этапах в циклотроне используются как магнитные поля, так и электричество, чтобы дополнить анимацию задержанных частиц.
Среди различных значительных по важности, в центре Земли, магнитное поле спасает Землю от астрального излучения и от испускаемых частиц, испускаемых Солнцем. Электромагнитное излучение, присутствующее на поверхности, надежно связано с линиями магнитного поля.
Магнитные поля и линии магнитного поля | Физика |
Цель обучения
К концу этого раздела вы сможете:
- Давать определение магнитному полю и описывать линии магнитного поля различных магнитных полей.
Говорят, что в детстве Эйнштейн был очарован компасом, возможно, размышляя о том, как стрелка чувствует силу без прямого физического контакта. Его способность глубоко и ясно размышлять о действиях на расстоянии, особенно о гравитационных, электрических и магнитных силах, позже позволила ему создать свою революционную теорию относительности. Поскольку магнитные силы действуют на расстоянии, мы определяем магнитное поле для представления магнитных сил.
Графическое представление линий магнитного поля очень полезно для визуализации силы и направления магнитного поля. Как показано на рисунке 1, направление линий магнитного поля определяется как направление, в котором указывает северный конец стрелки компаса. Магнитное поле традиционно называют B -полем .
Рис. 1. Линии магнитного поля имеют направление, которое указывает небольшой компас, размещенный в определенном месте. (a) Если для картографирования магнитного поля вокруг стержневого магнита используются небольшие компасы, они будут указывать в указанном направлении: от северного полюса магнита к южному полюсу магнита. (Вспомните, что северный магнитный полюс Земли на самом деле является южным полюсом с точки зрения определения полюсов стержневого магнита.) (b) Соединение стрелок дает непрерывные силовые линии магнитного поля. Сила поля пропорциональна близости (или плотности) линий. в) Если бы можно было исследовать внутреннюю часть магнита, то было бы обнаружено, что силовые линии образуют непрерывные замкнутые петли.
Небольшие компасы, используемые для проверки магнитного поля, не будут мешать ему. (Это аналогично тому, как мы тестировали электрические поля с небольшим пробным зарядом. В обоих случаях поля представляют собой только объект, создающий их, а не зонд, проверяющий их.) длинный прямой провод, который можно было исследовать с помощью небольшого компаса. Небольшой компас, помещенный в эти поля, будет выровнен параллельно линии поля в том месте, где он находится, а его северный полюс будет указывать в направлении 9°.0061 Б . Обратите внимание на символы, используемые для поля ввода и вывода из бумаги.
Рисунок 2. Небольшие компасы можно использовать для картирования полей, показанных здесь. (а) Магнитное поле круглой петли с током подобно магнитному полю стержневого магнита. (b) Длинный и прямой провод создает поле с силовыми линиями магнитного поля, образующими круглые петли. (c) Когда проволока находится в плоскости бумаги, поле перпендикулярно бумаге.
Обратите внимание, что символы, используемые для поля, указывающего внутрь (например, хвост стрелы), и поля, указывающего наружу (например, кончик стрелки).
Поле — это способ отображения сил, окружающих любой объект, которые могут действовать на другой объект на расстоянии без видимой физической связи. Поле представляет объект, его генерирующий. Гравитационные поля отображают гравитационные силы, электрические поля отображают электрические силы, а магнитные поля отображают магнитные силы.
Обширные исследования магнитных полей выявили ряд жестких правил. Мы используем силовые линии магнитного поля для представления поля (линии — это изобразительный инструмент, а не физическая сущность сама по себе). Свойства силовых линий магнитного поля можно обобщить следующими правилами:
- Направление магнитного поля касается силовой линии в любой точке пространства. Маленький компас укажет направление линии поля.
- Сила поля пропорциональна близости линий. Она точно пропорциональна количеству линий на единицу площади, перпендикулярной линиям (называемой поверхностной плотностью).
- Линии магнитного поля никогда не могут пересекаться, а это означает, что поле уникально в любой точке пространства.
- Линии магнитного поля непрерывны, образуя замкнутые петли без начала и конца. Они идут от северного полюса к южному полюсу.
Последнее свойство связано с тем, что северный и южный полюса нельзя разделить. Это явное отличие от силовых линий электрического поля, которые начинаются и заканчиваются на положительных и отрицательных зарядах. Если бы существовали магнитные монополи, то силовые линии магнитного поля начинались бы и заканчивались на них.
Резюме раздела
- Магнитные поля могут быть графически представлены силовыми линиями магнитного поля, свойства которых следующие:
- Поле касается силовой линии магнитного поля.
- Сила поля пропорциональна плотности линий.
- Линии поля не могут пересекаться.
- Линии поля представляют собой непрерывные петли.
- Поле касается силовой линии магнитного поля.
Концептуальные вопросы
- Объясните, почему магнитное поле не будет уникальным (то есть не будет иметь единственного значения) в точке пространства, где линии магнитного поля могут пересекаться. (Учитывайте направление поля в такой точке.)
- Перечислите сходство линий магнитного поля и линий электрического поля. Например, направление поля касается линии в любой точке пространства. Также укажите, чем они отличаются. Например, электрическая сила параллельна силовым линиям электрического поля, тогда как магнитная сила, действующая на движущиеся заряды, перпендикулярна силовым линиям магнитного поля.
- Отметив, что силовые линии магнитного поля стержневого магнита напоминают силовые линии электрического поля пары равных и противоположных зарядов, ожидаете ли вы, что напряженность магнитного поля будет быстро уменьшаться по мере удаления от магнита? Это согласуется с вашим опытом работы с магнитами?
- Во всех ли местах магнитное поле Земли параллельно земле? Если нет, то где она параллельна поверхности? Одинакова ли его сила во всех местах? Если нет, то где он больше всего?
Глоссарий
- Магнитное поле:
- .
