Что такое магнитное поле. Как оно возникает. Какими свойствами обладает. Как описывается математически. Где применяется магнитное поле в технике и повседневной жизни. Как магнитное поле влияет на движущиеся заряженные частицы.
Что такое магнитное поле и как оно возникает
Магнитное поле — это особый вид материи, который возникает вокруг движущихся электрических зарядов, постоянных магнитов или проводников с током. Основные свойства магнитного поля:
- Оно невидимо, но проявляет себя через действие на другие магниты, проводники с током и движущиеся заряженные частицы
- Имеет определенную ориентацию в пространстве — силовые линии магнитного поля замкнуты
- Характеризуется векторной величиной — магнитной индукцией B
- Может быть постоянным (статическим) или переменным во времени
Как возникает магнитное поле? Существует несколько основных источников:
- Движущиеся электрические заряды. Любой движущийся заряд создает вокруг себя магнитное поле.
- Проводники с током. Упорядоченное движение зарядов в проводнике порождает магнитное поле вокруг него.
- Постоянные магниты. В них магнитное поле создается упорядоченными микротоками внутри вещества.
- Переменное электрическое поле. Согласно теории Максвелла, изменяющееся во времени электрическое поле порождает магнитное.
Основные характеристики магнитного поля
Магнитное поле описывается несколькими важными физическими величинами:
- Вектор магнитной индукции B — основная характеристика поля, определяет силу действия поля на движущиеся заряды и токи. Измеряется в теслах (Тл).
- Напряженность магнитного поля H — векторная величина, характеризующая магнитное поле независимо от магнитных свойств среды. Измеряется в амперах на метр (А/м).
- Магнитный поток Ф — скалярная величина, равная потоку вектора магнитной индукции через поверхность. Измеряется в веберах (Вб).
Связь между индукцией B и напряженностью H магнитного поля в среде:
B = μ0μH
Здесь μ0 — магнитная постоянная, μ — относительная магнитная проницаемость среды.
Силовые линии магнитного поля
Магнитное поле принято изображать с помощью силовых линий. Это воображаемые линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора магнитной индукции. Основные свойства силовых линий:
- Они всегда замкнуты, не имеют начала и конца
- Плотность линий пропорциональна модулю вектора индукции
- Линии не пересекаются
- Входят в южный полюс магнита и выходят из северного
Силовые линии наглядно показывают структуру и направление магнитного поля в пространстве.
Действие магнитного поля на движущиеся заряды
На движущуюся заряженную частицу в магнитном поле действует сила Лоренца:
F = qvB sin α
Здесь:
- q — заряд частицы
- v — скорость частицы
- B — индукция магнитного поля
- α — угол между векторами скорости и индукции
Сила Лоренца всегда перпендикулярна скорости частицы и вектору магнитной индукции. Она не совершает работы, а лишь изменяет направление движения заряда. Это приводит к тому, что в однородном магнитном поле заряженная частица движется по окружности или спирали.
Где используется магнитное поле
Магнитное поле нашло широчайшее применение в науке и технике:
- Электродвигатели и генераторы
- Трансформаторы и дроссели
- Электромагнитные реле и пускатели
- Электромагнитные подъемные краны
- Масс-спектрометры
- Магнитно-резонансные томографы
- Ускорители заряженных частиц
- Магнитные сепараторы
- Магнитные накопители информации
В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с магнитным полем Земли, которое позволяет ориентироваться по компасу и защищает нас от космического излучения.
Как измерить магнитное поле
Для измерения магнитных полей используются различные приборы:
- Тесламетры — измеряют индукцию магнитного поля
- Феррозонды — для измерения слабых полей
- Датчики Холла — основаны на эффекте Холла
- СКВИД-магнитометры — сверхчувствительные квантовые приборы
Выбор метода измерения зависит от диапазона значений индукции, требуемой точности, условий измерения.
Магнитные свойства веществ
По магнитным свойствам все вещества делятся на несколько типов:
- Диамагнетики — слабо отталкиваются от магнита (μ < 1)
- Парамагнетики — слабо притягиваются к магниту (μ > 1)
- Ферромагнетики
- Антиферромагнетики — магнитные моменты атомов компенсируются
- Ферримагнетики — частичная компенсация магнитных моментов
Ферромагнетики способны сохранять намагниченность в отсутствие внешнего поля, что используется для создания постоянных магнитов.
Влияние магнитного поля на живые организмы
Магнитное поле оказывает определенное воздействие на биологические объекты:
- Некоторые животные (птицы, рыбы) используют магнитное поле Земли для навигации
- Сильные магнитные поля могут влиять на протекание биохимических реакций
- Переменные магнитные поля индуцируют в тканях организма вихревые токи
- Импульсные магнитные поля применяются в медицине для лечения некоторых заболеваний
Влияние слабых постоянных магнитных полей на человека до конца не изучено и является предметом научных дискуссий.
Магнитное поле играет очень большую роль в электротехнике и электронике. Без магнитного поля не функционировали бы герконы, электромагнитные реле, соленоиды, катушки индуктивности, дроссели, трансформаторы, двигатели, динамики, генераторы электрической энергии да и вообще много чего.
Природа магнетизма
Согласно одной из легенд, когда-то давным-давно жил в Греции пастух по имени Магнес. И вот шел он как-то со своим стадом овец, присел на камень и обнаружил, что конец его посоха, сделанный из железа, стал притягиваться к этому камню. С тех пор стали называть этот камень магнетит в честь Магнеса. Этот камень представляет из себя оксид железа.
Если такой камень положить на деревянную доску на воду или подвесить на нитке, то он всегда выстраивался в определенном положении. Один его конец всегда показывал на СЕВЕР, а другой – на ЮГ.
Этим свойством камня пользовались древние цивилизации. Поэтому, это был своего рода первый компас. Потом уже стали обтачивать такой камень и делать из разные фигурки. Например, так выглядел китайский древний компас, ложка которого была сделана из того самого магнетита. Ручка у этой ложки всегда показывала на ЮГ.
Ну а далее дело шло за практичностью и маленькими габаритами. Из магнетита вытачивали маленькие стрелки, которые подвешивали на тонкую иглу посередине. Так стали появляться первые малогабаритные компасы.
Древние цивилизации, конечно, не знали еще что такое север и юг. Поэтому, одну сторону магнетита они назвали северным полюсом (North), а противоположный конец – южным (South). Названия на английском очень легко запомнить, если кто смотрел американский мультфильм “Южный парк”, он же Сауз (South) парк).
Магнитные линии и магнитный поток
Вокруг магнита экспериментальным путем были обнаружены магнитные силовые линии. Эти магнитные линии создают так называемое магнитное поле.
Как вы могли заметить на рисунке, концентрация магнитных силовых линий на самых краях магнита намного больше, чем в его середине. Это говорит о том, что магнитное поле является более сильным именно на краях магнита, а в его середине практически равна нулю. Направлением магнитных силовых линий считается направление от севера к югу.
Ошибочно считать, что магнитные силовые линии начинают свое движение от северного полюса и заканчивают свой век на южном. Это не так. Магнитные линии – они замкнуты и непрерывны. В магните это будет выглядеть примерно так.
Если приблизить два разноименных полюса, то произойдет притягивание магнитов
Если же приблизить одноименными полюсами, то произойдет их отталкивание
Итак, ниже важные свойства магнитных силовых линий.
- Магнитные линии не поддаются гравитации.
- Никогда не пересекаются между собой.
- Всегда образуют замкнутые петли.
- Имеют определенное направление с севера на юг.
- Чем больше концентрация силовых линий, тем сильнее магнитное поле.
- Слабая концентрация силовых линий указывает на слабое магнитное поле.
Магнитные силовые линии, которые образуют магнитное поле, называют также магнитным потоком.
Итак, давайте рассмотрим два рисунка и ответим себе на вопрос, где плотность магнитного потока будет больше? На рисунке “а” или на рисунке “б”?
Видим, что на рисунке “а” мало силовых магнитных линий, а на рисунке “б” их концентрация намного больше. Отсюда можно сделать вывод, что плотность магнитного потока на рисунке “б” больше, чем на рисунке “а”.
В физике формула магнитного потока записывается как
где
Ф – магнитный поток, Вебер
В – плотность магнитного потока, Тесла
а – угол между перпендикуляром n (чаще его зовут нормалью) и плоскостью S, в градусах
S – площадь, через которую проходит магнитный поток, м2
Что же такое 1 Вебер? Один вебер – это магнитный поток, который создается полем индукцией 1 Тесла через площадку 1м2 расположенной перпендикулярно направлению магнитного поля.
Напряженность магнитного поля
Формула напряженности
Слышали ли вы когда-нибудь такое выражение: “напряженность между ними все росла и росла”. То есть по сути напряженность – это что-то невидимое, какая-то сдерживающая сила, энергия. Здесь почти все то же самое. Напряженностью магнитного поля также часто называют силой магнитного поля. Напряженность магнитного поля напрямую зависит от плотности магнитного потока и выражается формулой
где
H – напряженность магнитного поля, Ампер/метр
B – плотность магнитного потока, Тесла
μ0 – магнитная постоянная = 4π × 10-7 Генри/метр или если написать по человечески 1,2566 × 10-6 Генри/метр.
PS.
Эта формула работает только тогда, когда между витками катушки находится воздух, либо вакуум. Более крутая формула выглядит вот так.
где
μ – это относительная магнитная проницаемость.
У разных веществ она разная
Напряженность магнитного поля проводника с током
Итак, имеем какой-либо проводник, по которому течет электрический ток.
Для того, чтобы вычислить напряженность магнитного поля на каком-то расстоянии от проводника при условии, что проводник находится в воздушном пространстве либо в вакууме, достаточно воспользоваться формулой
где
H – напряженность магнитного поля, Ампер/метр
I – сила тока, текущая через проводник, Ампер
r – расстояние до точки, в которой измеряется напряженность, метр
Магнитное поле проводника с током
Оказывается, если через какой-либо проводник пропустить электрический ток, то вокруг проводника образуется магнитное поле.
Здесь можно вспомнить знаменитое правило буравчика, но для наглядности я лучше буду использовать правило самореза, так как почти все хоть раз в жизни ввинчивали либо болт, либо саморез.
Ввинчиваем по часовой стрелке – саморез идет вниз. В нашем случае он показывает направление электрического тока. Движение наших рук показывает направление линий магнитного поля. Все то же самое, когда мы начинаем откручивать саморез. Он начинает вылазить вверх, то есть в нашем случае показывает направление электрического тока, а наша рука в этом время рисует в воздухе направление линий магнитного поля.
Также часто в учебниках физики можно увидеть, что направление электрического тока от нас рисуют кружочком с крестиком, а к нам – кружочком с точкой. В этом случае опять представляем себе саморез и уже в голове увидим направление магнитного поля.
Как думаете, что будет если мы сделаем вот такую петельку из провода? Что изменится в этом случае?
Давайте же рассмотрим этот случай более подробно. Так в этой плоскости оба проводника создают магнитное поле, то по идее они должны отталкиваться друг от друга. Но если они хорошо закреплены, то начинается самое интересное. Давайте рассмотрим вид сверху, как это выглядит.
Как вы можете заметить, в области, где суммируются магнитные силовые линии плотность магнитного потока прям зашкаливает.
Соленоид
А что если сделать много-много таких петелек? Взять какую-нибудь круглую бобину, намотать на нее провод и потом убрать бобину. У нас должно получится что-то типа этого.
Если подать постоянное напряжение на такую катушку, магнитные силовые линии будут выглядеть вот так.
Вы только посмотрите, какая бешеная плотность магнитного потока внутри такой катушки! Получается, что от каждой петельки магнитное поле суммируется, что в итоге дает такую плотность магнитного потока. Такую катушку также называют катушкой индуктивности или соленоидом.
Вот также схема, показывающая как магнитные силовые линии складываются в соленоиде.
Плотность магнитного потока зависит от того, какая сила тока проходит через соленоид. Чтобы увеличить плотность магнитного потока, достаточно поверх витков намотать еще больше витков и вставить сердечник из специального материала – феррита.
Если в электрических цепях есть такое понятие, как ЭДС – электродвижущая сила, то и в магнитных цепях есть свой аналог – МДС – магнитодвижущая сила. Магнитодвижущая сила выражается в виде тока, протекающего через катушку из N витков и выражается в Амперах-витках.
где
I – это сила тока в катушке, Амперы
N – количество витков катушки, штуки)
Также советую посмотреть очень простое и интересное видео про магнитное поле.
Похожие статьи по теме “магнитное поле”
Катушка индуктивности
Трансформатор
Электромагнитное реле
Конспект «Магнитное поле. Теория, формулы, схемы»
Подобно тому, как покоящийся электрический заряд действует на другой заряд посредством электрического поля, электрический ток действует на другой ток посредством магнитного поля. Действие магнитного поля на постоянные магниты сводится к действию его на заряды, движущиеся в атомах вещества и создающие микроскопические круговые токи.
Учение об электромагнетизме основано на двух положениях:
- магнитное поле действует на движущиеся заряды и токи;
- магнитное поле возникает вокруг токов и движущихся зарядов.
Взаимодействие магнитов
Постоянный магнит (или магнитная стрелка) ориентируется вдоль магнитного меридиана Земли. Тот его конец, который указывает на север, называется северным полюсом (N), а противоположный конец — южным полюсом (S). Приближая два магнита друг к другу, заметим, что одноименные их полюсы отталкиваются, а разноименные — притягиваются (рис. 1).
Если разделить полюса, разрезав постоянный магнит на две части, то мы обнаружим, что каждая из них тоже будет иметь два полюса, т. е. будет постоянным магнитом (рис. 2). Оба полюса — северный и южный, — неотделимые друг от друга, равноправны.
Магнитное поле, создаваемое Землей или постоянными магнитами, изображается, подобно электрическому полю, магнитными силовыми линиями. Картину силовых линий магнитного поля какого-либо магнита можно получить, помещая над ним лист бумаги, на котором насыпаны равномерным слоем железные опилки. Попадая в магнитное поле, опилки намагничиваются — у каждой из них появляется северный и южный полюсы. Противоположные полюсы стремятся сблизиться друг с другом, но этому мешает трение опилок о бумагу. Если постучать по бумаге пальцем, трение уменьшится и опилки притянутся друг к другу, образуя цепочки, изображающие линии магнитного поля.
На рис. 3 показано расположение в поле прямого магнита опилок и маленьких магнитных стрелок, указывающих направление линий магнитного поля. За это направление принято направление северного полюса магнитной стрелки.
Опыт Эрстэда. Магнитное поле тока
В начале XIX в. датский ученый Эрстэд сделал важное открытие, обнаружив действие электрического тока на постоянные магниты. Он поместил длинный провод вблизи магнитной стрелки. При пропускании по проводу тока стрелка поворачивалась, стремясь расположиться перпендикулярно ему (рис. 4). Это можно было объяснить возникновением вокруг проводника магнитного поля.
Магнитные силовые линии поля, созданного прямым проводником с током, представляют собой концентрические окружности, расположенные в перпендикулярной к нему плоскости, с центрами в точке, через которую проходит ток (рис. 5). Направление линий определяется правилом правого винта:
Если винт вращать по направлению линий поля, он будет двигаться в направлении тока в проводнике.
Силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции B. В каждой точке он направлен по касательной к линии поля. Линии электрического поля начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных, а сила, действующая в этом поле на заряд, направлена по касательной к линии в каждой ее точке. В отличие от электрического, линии магнитного поля замкнуты, что связано с отсутствием в природе «магнитных зарядов».
Магнитное поле тока принципиально ничем не отличается от поля, созданного постоянным магнитом. В этом смысле аналогом плоского магнита является длинный соленоид — катушка из провода, длина которой значительно больше ее диаметра. Схема линий созданного им магнитного поля, изображенная на рис. 6, аналогична таковой для плоского магнита (рис. 3). Кружочками обозначены сечения провода, образующего обмотку соленоида. Токи, текущие по проводу от наблюдателя, обозначены крестиками, а токи противоположного направления — к наблюдателю — обозначены точками. Такие же обозначения приняты и для линий магнитного поля, когда они перпендикулярны плоскости чертежа (рис. 7 а, б).
Направление тока в обмотке соленоида и направление линий магнитного поля внутри него также связаны правилом правого винта, которое в этом случае формулируется так:
Если смотреть вдоль оси соленоида, то текущий по направлению часовой стрелки ток создает в нем магнитное поле, направление которого совпадает с направлением движения правого винта (рис. 8)
Исходя из этого правила, легко сообразить, что у соленоида, изображенного на рис. 6, северным полюсом служит правый его конец, а южным — левый.
Магнитное поле внутри соленоида является однородным — вектор магнитной индукции имеет там постоянное значение (B = const). В этом отношении соленоид подобен плоскому конденсатору, внутри которого создается однородное электрическое поле.
Сила, действующая в магнитном поле на проводник с током
Опытным путем было установлено, что на проводник с током в магнитном поле действует сила. В однородном поле прямолинейный проводник длиной l, по которому течет ток I, расположенный перпендикулярно вектору поля B, испытывает действие силы: F = I l B.
Направление силы определяется правилом левой руки:
Если четыре вытянутых пальца левой руки расположить по направлению тока в проводнике, а ладонь — перпендикулярно вектору B, то отставленный большой палец укажет направление силы, действующей на проводник (рис. 9).
Следует отметить, что сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, направлена не по касательной к его силовым линиям, подобно электрической силе, а перпендикулярна им. На проводник, расположенный вдоль силовых линий, магнитная сила не действует.
Уравнение F = IlB позволяет дать количественную характеристику индукции магнитного поля.
Отношение 
не зависит от свойств проводника и характеризует само магнитное поле.
Модуль вектора магнитной индукции B численно равен силе, действующей на расположенный перпендикулярно к нему проводник единичной длины, по которому течет ток силой один ампер.
В системе СИ единицей индукции магнитного поля служит тесла (Тл):
Магнитное поле. Таблицы, схемы, формулы
(Взаимодействие магнитов, опыт Эрстеда, вектор магнитной индукции, направление вектора, принцип суперпозиции. Графическое изображение магнитных полей, линии магнитной индукции. Магнитный поток, энергетическая характеристика поля. Магнитные силы, сила Ампера, сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Магнитные свойства вещества, гипотеза Ампера)
Дополнительные материалы по теме: Электромагнитные явления
Конспект по теме «Магнитное поле. Теория, формулы, схемы».
Следующая тема «Электромагнитная индукция»
Электрические и магнитные силы
Физика > Электрические и магнитные силы
Как электрическая и магнитная сила влияют на траекторию движения заряженной частицы в поле: сила Лоренца, линии магнитного поля, уравнения, правило правой руки.
Траектория заряженной частички подчиняется электрической и магнитной силам, но проявляют они себя по-разному.
Задача обучения
- Сравнить влияние обеих сил на заряженную частичку.
Основные пункты
- Сила на заряженной частичке, созданная электрическим полем, направляется параллельно его вектору при положительном знаке и антипараллельно при отрицательном. Она не основывается на скорости частички.
- Магнитная сила выступает ортогональной вектору магнитного поля и основывается на скорости частички. Для определения направленности используют правило правой руки.
- Над заряженной частичкой может функционировать электрическое поле, но не магнитное.
- Сила Лоренца – комбинация обеих сил.
- На положительных зарядах электрические линии создаются, а заканчиваются на отрицательных. Линии изолированного заряда располагаются радиально наружу, касаясь электрического поля.
- Линии магнитного поля создаются на северном полюсе и заканчиваются на южном. Магнитные полюса не пребывают в изоляции и касаются магнитного поля.
Термин
- Ортогональные – расположены перпендикулярно друг другу.
Электрические и магнитные силы
Зараженные частички испытывают на себе влияние электрических и магнитных сил. Но результирующее изменение траектории будет отличаться, если рассматривать каждую по отдельности.
Электростатическая и магнитная силы на заряженной частичке
В статическом стабильном электрическом поле сила:
F = qE (F – вектор силы, q – заряд, E – вектор электрического поля). В положительном заряде направленность F идентична E, а в отрицательном будет противоположной. Электрическое поле можно установить большим зарядом Q, влияющим на меньший q на дистанции r:
Не забывайте, что электрическая сила располагается параллельно электрическому полю. Ее коррекция приравнивается к нулю:
▽ × Е = 0
Получается, что электрическое поле способно функционировать, а заряд последует за касательной линией.
А вот магнитная сила на заряженной частичке будет ортогональна к магнитному полю, поэтому:
F = qv × B = qvBsinθ (В – вектор магнитного поля, v – скорость частицы, а θ – угол между магнитным полем и скоростью частиц). Правило правой руки поможет вычислить направленность F.
Перемещающиеся заряды ощущают влияние магнитного поля. Это одна из наиболее распространенных сил. Ее направленность выступает перпендикулярной плоскости и соответствует правилу правой руки. Величина пропорциональна q, v, B и синусу угла между v и B
Если скорость частички выровняется параллельно по отношению к магнитному полю или приравняется к нулю, то и магнитная сила достигнет 0. И в этом отличие от электрического варианта, где скорость частички никак не влияет на величину или направленность электрической силы.
Зависимость от угла также приводит к тому, что заряженные частички перемещаются перпендикулярно по отношению к линиям магнитного поля, выполняя круговые/спиральные движения. Стоит отметить, что магнитное поле не функционирует при круговой траектории, так как частичка возвращается на исходную точку:
W = ∮B ⋅ dr = 0
Сила Лоренца
Передает сложенные электрические и магнитные силы на заряженной частичке. Сила высчитывается уравнением:
F = q [Е + vBsinθ]
Электрические и магнитные линии
Линии электрического поля из положительно изолированного заряда выглядят как последовательность радиально направленных линий, установленных наружу от заряда. Если же заряд несет отрицательный знак, то направленность поля меняется на противоположную. Завиток электрической линии приравнивается к 0.
Электрическое поле сосредоточено вокруг трех разных точечных зарядов: (а) – положительный, (b) – отрицательный с равной величиной, (с) – больший отрицательный заряд
Если активировано несколько зарядов, то линии поля создаются на положительных и заканчиваются в отрицательных. В магнитах они возникают на северном полюсе (+) и завершаются на южном (-). Но они путешествуют парами, поэтому завиток магнитного поля не всегда приравнивается к нулю. Если у частичек есть ненулевой компонент скорости, то они будут вращаться вокруг линий.
На этой модели видны два противоположных полюса: северный (+) и южный (-). Они разделены дистанцией (d) и формируют линии
Можно создать магнитное поле током с линиями поля. На схеме отобразится в виде концентрических окружностей вокруг проводящего ток провода. В любой точке магнитную силу можно будет вычислить по правилу правой руки.
Как рассчитать силу магнита?
Сила магнита рассчитывается, в первую очередь, исходя из его массы. То есть, чем больше масса магнита, тем больше его сила, так называемая, сила на отрыв.
Обращаем внимание на то, что сила на отрыв измеряется в единицах килограмм-сила. Сила на отрыв не измеряется просто в килограммах.
Тангенциальная составляющая силы
Стоит понимать, что сила на отрыв — это усилие (сила), которое необходимо приложить к магниту, чтобы оторвать его от стальной поверхности, например, от стального листа. При этом данное усилие должно быть приложено перпендикулярно к магниту. Если мы попытаемся оторвать магнит от поверхности, приложив силу под углом к поверхности, то нам потребуется меньшее усилие, так как в данном случае сила будет высчитываться через тангенциальную составляющую, которая, в свою очередь, высчитывается через косинусы углов приложенной силы.
Физические характеристики или класс магнита
Во-вторых, сила на отрыв рассчитывается исходя из физических характеристик магнита. Например, магнит класса N45 сложнее оторвать от поверхности, чем магнит таких же размеров класса N35. Это связано с магнитной энергией магнита: чем она выше (энергия), тем сложнее оторвать магнит от поверхности.
Рассмотрим пример на магните размером 30*10 мм. Сила на отрыв такого магнита классом N35 от стального листа составляет 17,87 кг/с (или просто килограмм). Сила на отрыв такого же магнита от стального листа, но уже классом N45, составляет 22,92 кг/с. То есть разница составляет 28%!
Система, в которую помещен магнит
В-третьих, попробуем рассмотреть силу на отрыв магнита, помещенного между двумя стальными листами (схематично, лист-магнит-лист). В этом случае, мы будем отрывать один из листов от магнита (второй лист надежно закреплен).
Рассмотрим тот же пример, магнит 30*10 мм. Чтобы оторвать лист от магнита классом N35, нам потребуется сила 30,55 кг/с!!! Для класса N45 эта величина составит и вовсе рекордные 39,28 кг/с!!! Делаем вывод: сила на отрыв рассчитывается исходя из системы характеристик, в которую помещен магнит.
Площадь соприкосновения
В-четвертых, сила на отрыв рассчитывается исходя из площади соприкосновения поверхности магнита с поверхностью стального листа.
Рассмотрим наглядный пример: два магнита, первый 25*20 мм, второй 30*10 мм, оба имеют одинаковый класс N35. Масса магнита 25*20 мм составляет 76,09 грамм, масса магнита 30*10 мм составляет 54,79 грамм, то есть, если бы мы рассчитывали силу на отрыв исходя только из массы магнита, то магнит 25*20 мм должен быть сильнее магнита 30*10 мм примерно на 38% процентов. Однако если учесть площадь соприкосновения магнита со стальным листом (25 мм против 30 мм), то сила на отрыв даст нам следующие показатели: у магнита 25*20 мм — 20,65 кг/с, у магнита 30*10 мм — 17,87 кг/с. То есть магнит 25*20 мм сильнее магнита 30*10 мм всего на 16%! Таким образом, разница в массе магнитов была компенсирована площадью соприкосновения. Делаем вывод: площадь соприкосновения магнита со стальным листом имеет не меньшее значение, чем масса или класс магнита.
Итог: сила на отрыв — сложная система
Подведем итог. Сила на отрыв магнита — это очень сложная, в какой-то мере тонкая система, составленная из множества приложенных сил и зависящая от мелочей. И очень сложно дать универсальный ответ, который на 100% будет соответствовать истине в различных вариантах применения. Поэтому для расчета силы на отрыв, предлагаем воспользоваться помощью наших менеджеров. От вас — детали сиcтемы, в которую помещен магнит, от нас — точный расчет.
Если же Вам достаточно теоретических расчетов, то каждая карточка магнита имеет информацию о массе и силе на отрыв. Удачных покупок!
Читайте также:
Характеристики неодимовых магнитов
Что значит «класс» магнита?
Правила работы с магнитами
Что такое аксиальная намагниченность?
Сила — это слово, производное от латинского слова fortĭa, которое относится к прочности и силе, чтобы вызвать движение в объекте или в существе, которое имеет вес или которое вызывает некоторую степень сопротивления; сила противостоять толчку или весу; самое сильное состояние чего-либо; действие, которое может изменить состояние покоя или движения тела ; естественное состояние вещей; или акт принуждения субъекта к выполнению определенного действия.
В случае магнитного термина мы должны заявить, что этимологическое происхождение этого слова встречается в греческом языке, а точнее в слове magnetikos, которое можно определить как «относительно магнита». И состоит в том, что оно состоит из суммы слова « магнез», которое является синонимом «магнита», и суффикса — « ico», который эквивалентен «относительно».
Магнитный, с другой стороны, это то, что принадлежит магнетизму или имеет к нему отношение, или имеет свойства магнита . Магнетизм — это сила притяжения, которую магнит воздействует на железо или сталь, тогда как магнит — это минерал, который объединяет два оксида железа и обладает этими магнитными возможностями.
Следовательно, определение магнитной силы относится к измерению электромагнитных сил, связанных с тем, как распределяются нагрузки, которые находятся в движении. Эти силы возникают при движении заряженных частиц, например, с электронами . В случае магнитов, движение создает линии магнитного поля, которые покидают тело и снова проникают в него, создавая магнетизм.
Магнитная сила направлена от одного полюса к другому. Каждый полюс — это точка, где линии магнитной силы сходятся. Поэтому, когда два магнита приближаются, эта сила создает притяжение между двумя, когда полюса противоположны. С другой стороны, если полюса имеют одинаковую полярность, сила магнетизма заставит эти магниты отклонять друг друга.
Таким образом, обобщая и проясняя вышесказанное, говоря о магнитной силе, мы должны прояснить, что существует два четко дифференцированных типа. Таким образом, во-первых, на проводнике существует так называемая магнитная сила, а во-вторых, мы находим магнитную силу между магнитами.
В первом процитированном типе мы также встречаемся с существованием в нем двух вариантов, и это дифференцирование основано на прямолинейной или непроводящей форме, то есть той проволоке или нити, через которую течет электрический ток.
Пример магнитной силы находится в компасе, магнитная стрелка которого всегда указывает на магнитный север.
Все вышесказанное также заставляет нас прояснить существование различных работ, концепций и исследований, таких как хорошо известный Закон Силы Лоренца. Это определяется как та сила, которая создается электромагнитным полем, которое, в свою очередь, принимает ток электрического типа или заряженную частицу.
Упомянутая сила, которая имеет различные варианты, такие как кл
При подключении к двум параллельным проводникам электрического тока, они будут притягиваться или отталкиваться, в зависимости от направления (полярности) подключенного тока. Это объясняется явлением возникновения материи особого рода вокруг этих проводников. Эта материя называется магнитное поле (МП). Магнитной силой называется сила, с которой проводники действуют друг на друга.
Теория магнетизма возникла еще в древности, в античной цивилизации Азии. В Магнезии в горах нашли особую породу, куски которой могли притягиваться между собой. По названию места эту породу назвали «магнетиками». Стержневой магнит содержит два полюса. На полюсах особенно сильно обнаруживаются его магнитные свойства.
Магнит, висящий на нитке, своими полюсами будет показывать стороны горизонта. Его полюса будут повернуты на север и юг. На таком принципе действует устройство компаса. Разноименные полюсы двух магнитов притягиваются, а одноименные отталкиваются.
Ученые обнаружили, что намагниченная стрелка, находящаяся возле проводника, отклоняется при прохождении по нему электрического тока. Это говорит о том, что вокруг него образуется МП.
Магнитное поле оказывает влияние на:
- Перемещающиеся электрические заряды.
- Вещества, называемые ферромагнетиками: железо, чугун, их сплавы.
Постоянные магниты – тела, имеющие общий магнитный момент заряженных частиц (электронов).
1 — Южный полюс магнита
2 — Северный полюс магнита
3 — МП на примере металлических опилок
4 — Направление магнитного поля
Силовые линии появляются при приближении постоянного магнита к бумажному листу, на который насыпан слой железных опилок. На рисунке четко видны места полюсов с ориентированными силовыми линиями.
Источники магнитного поля
- Электрическое поле, меняющееся во времени.
- Подвижные заряды.
- Постоянные магниты.
С детства нам знакомы постоянные магниты. Они использовались в качестве игрушек, которые притягивали к себе различные металлические детали. Их прикрепляли к холодильнику, они были встроены в различные игрушки.
Электрические заряды, которые находятся в движении, чаще всего имеют больше магнитной энергии, по сравнению с постоянными магнитами.
Свойства
- Главным отличительным признаком и свойством магнитного поля является относительность. Если неподвижно оставить заряженное тело в некоторой системе отсчета, а рядом расположить магнитную стрелку, то она укажет на север, и при этом не «почувствует» постороннего поля, кроме поля земли. А если заряженное тело начать двигать возле стрелки, то вокруг тела появится МП. В результате становится ясно, что МП формируется только при передвижении некоторого заряда.
- Магнитное поле способно воздействовать и влиять на электрический ток. Его можно обнаружить, если проконтролировать движение заряженных электронов. В магнитном поле частицы с зарядом отклонятся, проводники с протекающим током будут перемещаться. Рамка с подключенным питанием тока станет поворачиваться, а намагниченные материалы переместятся на некоторое расстояние. Стрелка компаса чаще всего окрашивается в синий цвет. Она является полоской намагниченной стали. Компас ориентируется всегда на север, так как у Земли есть МП. Вся планета – это как большой магнит со своими полюсами.
Магнитное поле не воспринимается человеческими органами, и может фиксироваться только особыми приборами и датчиками. Оно бывает переменного и постоянного вида. Переменное поле обычно создается специальными индукторами, которые функционируют от переменного тока. Постоянное поле формируется неизменным электрическим полем.
Основные правила
Правило буравчика
Силовая линия изображается в плоскости, которая расположена под углом 900 к пути движения тока таким образом, чтобы в каждой точке сила была направлена по касательной к линии.
Чтобы определить направление магнитных сил, нужно вспомнить правило буравчика с правой резьбой.
Буравчик нужно расположить по одной оси с вектором тока, рукоятку вращать таким образом, чтобы буравчик двигался в сторону его направления. В этом случае ориентация линий определится вращением рукоятки буравчика.
Правило буравчика для кольца
Поступательное перемещение буравчика в проводнике, выполненном в виде кольца, показывает, как ориентирована индукция, вращение совпадает с течением тока.
Силовые линии имеют свое продолжение внутри магнита и не могут быть разомкнутыми.
Магнитное поле разных источников суммируются между собой. При этом они создают общее поле.
Магниты с одинаковыми полюсами отталкиваются, а с разными – притягиваются. Значение силы взаимодействия зависит от удаленности между ними. При приближении полюсов сила возрастает.
Параметры магнитного поля
- Сцепление потоков (Ψ).
- Вектор магнитной индукции (В).
- Магнитный поток (Ф).
Интенсивность магнитного поля вычисляется размером вектора магнитной индукции, которая зависит от силы F, и формируется током I по проводнику, имеющему длину l: В = F / (I * l).
Магнитная индукция измеряется в Тесла (Тл), в честь ученого, изучавшего явления магнетизма и занимавшегося их методами расчета. 1 Тл равна индукции магнитного потока силой 1 Н на длине 1 м прямого проводника, находящегося под углом 900 к направлению поля, при протекающем токе в один ампер:
1 Тл = 1 х Н / (А х м).
Правило левой руки
Правило находит направление вектора магнитной индукции.
Если ладонь левой руки разместить в поле, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь из северного полюса под 900, а 4 пальца разместить по течению тока, большой палец покажет направление магнитной силы.
Если проводник находится под другим углом, то сила будет прямо зависеть от тока и проекции проводника на плоскость, находящуюся под прямым углом.
Сила не зависит от вида материала проводника и его сечения. Если проводник отсутствует, а заряды движутся в другой среде, то сила не изменится.
При направлении вектора магнитного поля в одну сторону одной величины, поле называется равномерным. Различные среды влияют на размер вектора индукции.
Магнитный поток
Магнитная индукция, проходящая по некоторой площади S и ограниченная этой площадью, является магнитным потоком.
Если площадь имеет наклон на некоторый угол α к линии индукции, магнитный поток снижается на размер косинуса этого угла. Наибольшая его величина образуется при нахождении площади под прямым углом к магнитной индукции:
Ф = В * S.
Магнитный поток измеряется в такой единице, как «вебер», который равен протеканием индукции величиной 1 Тл по площади в 1 м2.
Потокосцепление
Такое понятие применяется для создания общего значения магнитного потока, который создан от некоторого числа проводников, находящихся между магнитными полюсами.
В случае, когда одинаковый ток I протекает по обмотке с количеством витков n, общий магнитный поток, образованный всеми витками, является потокосцеплением.
Потокосцепление Ψ измеряется в веберах, и равно: Ψ = n * Ф.
Магнитные свойства
Магнитная проницаемость определяет, насколько магнитное поле в определенной среде ниже или выше индукции поля в вакууме. Вещество называют намагниченным, если оно образует свое магнитное поле. При помещении вещества в магнитное поле у него появляется намагниченность.
Ученые определили причину, по которой тела получают магнитные свойства. Согласно гипотезе ученых внутри веществ есть электрические токи микроскопической величины. Электрон обладает своим магнитным моментом, который имеет квантовую природу, движется по некоторой орбите в атомах. Именно такими малыми токами определяются магнитные свойства.
Если токи движутся беспорядочно, то магнитные поля, вызываемые ими, самокомпенсируются. Внешнее поле делает токи упорядоченными, поэтому формируется магнитное поле. Это является намагниченностью вещества.
Различные вещества можно разделить по свойствам взаимодействия с магнитными полями. Их разделяют на группы:
- Парамагнетики – вещества, имеющие свойства намагничивания в направлении внешнего поля, обладающие низкой возможностью магнетизма. Они имеют положительную напряженность поля. К таким веществам относят хлорное железо, марганец, платину и т. д.
- Ферримагнетики – вещества с неуравновешенными по направлению и значению магнитными моментами. В них характерно наличие некомпенсированного антиферромагнетизма. Напряженность поля и температура влияет на их магнитную восприимчивость (различные оксиды).
- Ферромагнетики – вещества с повышенной положительной восприимчивостью, зависящей от напряженности и температуры (кристаллы кобальта, никеля и т. д.).
- Диамагнетики – обладают свойством намагничивания в противоположном направлении внешнего поля, то есть, отрицательное значение магнитной восприимчивости, не зависящая от напряженности. При отсутствии поля у этого вещества не будет магнитных свойств. К таким веществам относятся: серебро, висмут, азот, цинк, водород и другие вещества.
- Антиферромагнетики – обладают уравновешенным магнитным моментом, вследствие чего образуется низкая степень намагничивания вещества. У них при нагревании осуществляется фазовый переход вещества, при котором возникают парамагнитные свойства. При снижении температуры ниже определенной границы, такие свойства появляться не будут (хром, марганец).
Рассмотренные магнетики также классифицируются еще по двум категориям:
- Магнитомягкие материалы. Они обладают низкой коэрцитивной силой. При маломощных магнитных полях они могут войти в насыщение. При процессе перемагничивания у них наблюдаются незначительные потери. Вследствие этого такие материалы используются для производства сердечников электрических устройств, функционирующих на переменном напряжении (асинхронный электродвигатель, генератор, трансформатор).
- Магнитотвердые материалы. Они обладают повышенной величиной коэрцитивной силы. Чтобы их перемагнитить, потребуется сильное магнитное поле. Такие материалы используются в производстве постоянных магнитов.
Магнитные свойства различных веществ находят свое использование в технических проектах и изобретениях.
Магнитные цепи
Объединение нескольких магнитных веществ называется магнитной цепью. Они являются подобием электрических цепей и определяются аналогичными законами математики.
На базе магнитных цепей действуют электрические приборы, индуктивности, трансформаторы. У функционирующего электромагнита поток протекает по магнитопроводу, изготовленному из ферромагнитного материала и воздуху, который не является ферромагнетиком. Объединение этих компонентов является магнитной цепью. Множество электрических устройств в своей конструкции содержат магнитные цепи.
Похожие темы:
МАГНИТНАЯ СИЛА — это… Что такое МАГНИТНАЯ СИЛА?
- МАГНИТНАЯ СИЛА
- МАГНЕТИЗМ или МАГНИТНАЯ СИЛА
(ново-лат. magnetismus, от лат. magnes — магнит). 1) способность магнита или намагниченных железных тел притягивать кусочки железа. 2) животным магнетизмом называется влияние, оказываемое, при известных условиях, одним человеком на другого.
Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка.- Чудинов А.Н., 1910.
.
- МАГНЕТИЗМ
- МАГНЕТИЗМ ЖИВОТНЫЙ
Смотреть что такое «МАГНИТНАЯ СИЛА» в других словарях:
магнитная сила — сила (действия) магнитного поля — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы сила (действия) магнитного… … Справочник технического переводчика
магнитная сила — электромагнитная сила; сила Ампера; пондеромоторная сила; отрасл. магнитная сила Сила, обусловленная взаимодействием магнитного поля и электрического тока и действующая на единицу объёма проводящей среды … Политехнический терминологический толковый словарь
магнитная сила — magnetinė jėga statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Jėga, kuria magnetinis laukas veikia jame esančius magnetinius (di)polius, judančias elektringąsias daleles. atitikmenys: angl. magnetic force vok. magnetische Kraft, f… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
магнитная сила — magnetinė jėga statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Magnetinių dipolių sąveikos jėga. atitikmenys: angl. magnetic force vok. magnetische Kraft, f rus. магнитная сила, f; сила магнитного поля, f pranc. force magnétique, f … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
магнитная сила — magnetinė jėga statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. magnetic force vok. magnetische Kraft, f rus. магнитная сила, f pranc. force magnétique, f … Fizikos terminų žodynas
поверхностная магнитная сила — Сила, обусловленная магнитным полем и действующая на единицу поверхности материального объёма … Политехнический терминологический толковый словарь
сила Ампера — электромагнитная сила; сила Ампера; пондеромоторная сила; отрасл. магнитная сила Сила, обусловленная взаимодействием магнитного поля и электрического тока и действующая на единицу объёма проводящей среды … Политехнический терминологический толковый словарь
сила магнитного поля — magnetinė jėga statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Jėga, kuria magnetinis laukas veikia jame esančius magnetinius (di)polius, judančias elektringąsias daleles. atitikmenys: angl. magnetic force vok. magnetische Kraft, f… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
сила магнитного поля — magnetinė jėga statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Magnetinių dipolių sąveikos jėga. atitikmenys: angl. magnetic force vok. magnetische Kraft, f rus. магнитная сила, f; сила магнитного поля, f pranc. force magnétique, f … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
Магнитная жёсткость — Размерность L2MT 3I 1 Единицы измерения СИ вольт СГСЭ … Википедия
Магнитная сила , притяжение или отталкивание, возникающее между электрически заряженными частицами из-за их движения. Это основная сила, ответственная за такие эффекты, как действие электродвигателей и притяжение магнитов для железа. Электрические силы существуют среди стационарных электрических зарядов; среди движущихся электрических зарядов существуют как электрические, так и магнитные силы. Магнитная сила между двумя движущимися зарядами может быть описана как эффект, оказываемый на любой заряд магнитным полем, созданным другим.
Подробнее на эту тему
электромагнетизм: магнитные поля и силы
Магнитная сила воздействует только на те заряды, которые уже находятся в движении. Это передано магнитным полем. Оба магнитных поля …
С этой точки зрения магнитная сила F на вторую частицу пропорциональна ее заряду q 2 , величина ее скорости v 2 , величина магнитного поля B 1 , созданный первым движущимся зарядом, и синус угла тета, θ , между траекторией второй частицы и направлением магнитного поля; то есть F = q 2 B 1 v 2 sin θ .Сила равна нулю, если второй заряд движется в направлении магнитного поля, и является наибольшей, если она движется под прямым углом к магнитному полю.
Encyclopædia Britannica, Inc.Магнитная сила на движущийся заряд действует в направлении под прямым углом к плоскости, образованной направлением его скорости и направлением окружающего магнитного поля.
Электромагнетизм | физика | Britannica
Электромагнетизм , наука о заряде и о силах и полях, связанных с зарядом. Электричество и магнетизм являются двумя аспектами электромагнетизма.
Британика Викторина
Все о физике викторины
Что сделал физик Дж.Дж. Томсон обнаружил в 1890-х годах, когда он проанализировал катодные лучи и пришел к выводу, что они состоят из заряженных «корпускул»?
Электричество и магнетизм долгое время считались отдельными силами. Только в 19 веке они наконец стали рассматриваться как взаимосвязанные явления. В 1905 году специальная теория относительности Альберта Эйнштейна установила вне сомнения, что оба являются аспектами одного общего явления. Однако на практическом уровне электрические и магнитные силы ведут себя совершенно по-разному и описываются различными уравнениями.Электрические силы создаются электрическими зарядами либо в покое, либо в движении. Магнитные силы, с другой стороны, создаются только движущимися зарядами и действуют исключительно на движущиеся заряды.
Электрические явления возникают даже в нейтральном веществе, потому что силы действуют на отдельные заряженные компоненты. В частности, электрическая сила отвечает за большинство физических и химических свойств атомов и молекул. Это чрезвычайно сильно по сравнению с гравитацией. Например, отсутствие только одного электрона из каждого миллиарда молекул в двух людях весом 70 килограммов (154 фунта), стоящих на расстоянии двух метров (двух ярдов), оттолкнет их силой в 30 000 тонн.В более привычном масштабе электрические явления ответственны за молнию и гром, сопровождающий определенные бури.
Электрические и магнитные силы могут быть обнаружены в областях, называемых электрическими и магнитными полями. Эти поля имеют фундаментальный характер и могут существовать в космосе вдали от заряда или тока, который их генерировал. Примечательно, что электрические поля могут создавать магнитные поля и наоборот, независимо от какого-либо внешнего заряда. Изменяющееся магнитное поле создает электрическое поле, как обнаружил английский физик Майкл Фарадей в работе, которая составляет основу производства электроэнергии.И наоборот, изменяющееся электрическое поле создает магнитное поле, как сделал вывод шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл. Математические уравнения, сформулированные Максвеллом, включили световые и волновые явления в электромагнетизм. Он показал, что электрические и магнитные поля путешествуют вместе в пространстве как волны электромагнитного излучения, причем изменяющиеся поля взаимно поддерживают друг друга. Примерами электромагнитных волн, распространяющихся в пространстве независимо от материи, являются радио- и телевизионные волны, микроволны, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовый свет, рентгеновские лучи и гамма-лучи.Все эти волны движутся с одинаковой скоростью, а именно со скоростью света (примерно 300 000 километров, или 186 000 миль в секунду). Они отличаются друг от друга только частотой, с которой их электрические и магнитные поля колеблются.
Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 года с вашей подпиской. Подпишитесь сегодняУравнения Максвелла по-прежнему дают полное и элегантное описание электромагнетизма вплоть до, но не включая, субатомного масштаба. Интерпретация его работы, однако, была расширена в 20 веке.Специальная теория относительности Эйнштейна объединила электрические и магнитные поля в одно общее поле и ограничила скорость всей материи скоростью электромагнитного излучения. В конце 1960-х годов физики обнаружили, что другие силы в природе имеют поля с математической структурой, аналогичной структуре электромагнитного поля. Эти другие силы — сильная сила, ответственная за энергию, выпущенную в ядерном синтезе, и слабая сила, наблюдаемая в радиоактивном распаде нестабильных атомных ядер.В частности, слабые и электромагнитные силы были объединены в общую силу, называемую электрослабой силой. Цель многих физиков объединить все фундаментальные силы, включая гравитацию, в одну великую объединенную теорию до сих пор не достигнута.
Важным аспектом электромагнетизма является наука об электричестве, которая занимается поведением агрегатов заряда, включая распределение заряда в веществе и движение заряда с места на место.Различные типы материалов классифицируются как проводники или изоляторы в зависимости от того, могут ли заряды свободно перемещаться через составляющие их вещества. Электрический ток является мерой потока зарядов; законы, регулирующие течение в материи, важны в технологии, особенно в производстве, распределении и контроле энергии.
Понятие напряжения, как и заряда и тока, является фундаментальным для науки об электричестве. Напряжение — это мера склонности заряда течь из одного места в другое; положительные заряды обычно имеют тенденцию перемещаться из области высокого напряжения в область более низкого напряжения.Распространенной проблемой в электричестве является определение взаимосвязи между напряжением и током или зарядом в данной физической ситуации.
Эта статья призвана дать качественное понимание электромагнетизма, а также количественную оценку величин, связанных с электромагнитными явлениями.
магнетизм | Определение, примеры, физика и факты
Магнетизм , явление, связанное с магнитными полями, возникающими при движении электрических зарядов. Это движение может принимать разные формы. Это может быть электрический ток в проводнике или заряженных частицах, движущихся в пространстве, или это может быть движение электрона на атомной орбите. Магнетизм также связан с элементарными частицами, такими как электрон, которые имеют свойство, называемое спином.
Основы
Основой магнетизма являются магнитные поля и их влияние на вещество, например, отклонение движущихся зарядов и моментов на других магнитных объектах.Доказательством наличия магнитного поля является магнитная сила на зарядах, движущихся в этом поле; сила находится под прямым углом как к полю, так и к скорости заряда. Эта сила отклоняет частицы без изменения их скорости. Отклонение можно наблюдать по крутящему моменту на стрелке компаса, которая действует для выравнивания иглы с магнитным полем Земли. Игла представляет собой тонкий железный намагниченный кусок, то есть маленький стержневой магнит. Один конец магнита называется северным полюсом, а другой конец — южным полюсом.Сила между северным и южным полюсами привлекательна, тогда как сила между одинаковыми полюсами отталкивающая. Магнитное поле иногда называют магнитной индукцией или плотностью магнитного потока; это всегда символизируется B . Магнитные поля измеряются в единицах тесла (Т). (Другая единица измерения, обычно используемая для B , — это Гаусс, хотя она больше не считается стандартной единицей. Один гаусс равен 10 −4 тесла.)
Основным свойством магнитного поля является то, что его поток через любую замкнутую поверхность исчезает.(Закрытая поверхность — это та, которая полностью окружает объем.) Это математически выражается div B = 0 и может быть физически понято с точки зрения линий поля, представляющих B . Эти линии всегда замыкаются на себя, поэтому, если они входят в определенный объем в какой-то момент, они также должны покинуть этот объем. В этом отношении магнитное поле сильно отличается от электрического поля. Линии электрического поля могут начинаться и заканчиваться на заряде, но эквивалентный магнитный заряд не был найден, несмотря на многие поиски так называемых магнитных монополей.
Наиболее распространенным источником магнитных полей является петля электрического тока. Это может быть электрический ток в кольцевом проводнике или движение орбитального электрона в атоме. С обоими этими типами токовых петель связан магнитный дипольный момент, значение которого составляет i , A , произведение тока i и площадь контура A . Кроме того, электроны, протоны и нейтроны в атомах имеют магнитный дипольный момент, связанный с их собственным спином; такие магнитные дипольные моменты представляют собой другой важный источник магнитных полей.Частица с магнитным дипольным моментом часто называется 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.) При помещении во внешнее магнитное поле магнитный диполь может подвергаться воздействию крутящий момент, который стремится выровнять его с полем; если внешнее поле не является однородным, диполь также может подвергаться воздействию силы.
Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 года с вашей подпиской.Подпишитесь сегодняВсе вещество проявляет магнитные свойства в некоторой степени. При помещении 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 размера дипольных моментов атомов в веществе и степени, в которой дипольные моменты выровнены относительно друг друга.Некоторые материалы, такие как железо, проявляют очень сильные магнитные свойства из-за выравнивания магнитных моментов их атомов в определенных небольших областях, называемых доменами. При нормальных условиях у разных доменов есть поля, которые отменяются, но они могут быть выровнены друг с другом для создания очень больших магнитных полей. Различные сплавы, такие как NdFeB (сплав неодима, железа и бора), сохраняют свои домены выровненными и используются для изготовления постоянных магнитов. Сильное магнитное поле, создаваемое типичным магнитом толщиной в три миллиметра из этого материала, сравнимо с электромагнитом, изготовленным из медной петли с током в несколько тысяч ампер.Для сравнения, ток в типичной лампочке составляет 0,5 А. Поскольку выравнивание доменов материала создает магнит, дезорганизация упорядоченного выравнивания разрушает магнитные свойства материала. Тепловое перемешивание, возникающее в результате нагревания магнита до высокой температуры, разрушает его магнитные свойства.
Магнитные поля сильно различаются по силе. Некоторые репрезентативные значения приведены в таблице.
| Типичные магнитные поля | |
|---|---|
| внутри атомных ядер | 10 11 Т |
| в сверхпроводящих соленоидах | 20 Т |
| в сверхпроводящей катушке циклотрон | 5 Т |
| возле маленького керамического магнита | 0.1 Т |
| Земное поле на экваторе | 4 (10 −5 ) T |
| в межзвездном пространстве | 2 (10 −10 ) T |
Электромагнитная сила , также называемая силой Лоренца , объясняет, как взаимодействуют как движущиеся, так и неподвижные заряженные частицы. Это называется электромагнитной силой, потому что она включает в себя ранее различную электрическую силу и магнитную силу; магнитные силы и электрические силы — это на самом деле одна и та же фундаментальная сила. [1] Электромагнитная сила является одной из четырех фундаментальных сил.
Электрическая сила действует между всеми заряженными частицами, независимо от того, движутся они или нет. [1] Магнитная сила действует между движущимися заряженными частицами. Это означает, что каждая заряженная частица испускает электрическое поле, независимо от того, движется оно или нет. Движущиеся заряженные частицы (например, в электрическом токе) испускают магнитные поля. Эйнштейн развил свою теорию относительности из идеи, что если наблюдатель движется с заряженными частицами, магнитные поля превращаются в электрические поля и наоборот! Одним из особых случаев электромагнитной силы, когда все заряды являются точечными (или могут быть разбиты на точечные), является закон Кулона.
Поскольку расчет силы для каждого отдельного заряда для каждого отдельного заряда чрезвычайно сложен, физики разработали инструменты для упрощения этих вычислений. Эти упрощенные вычисления превращаются в макроскопические, повседневные явления, перечисленные ниже:
- житейские силы нравятся
- большая часть химии
- держа атомы вместе
- химических связей между атомами с образованием молекул, как при сгорании
- сохраняя твердые частицы определенной формы
- Липкие вещи, такие как скотч или смола, прилипающие к поверхности
- Магниты, наклеивающие произведение искусства на холодильник
- Сила, действующая на электроны в петле проволоки, когда рядом с изменяющимся магнитным полем.Электромагнитная сила очень тесно связана с электродвижущей силой, которая вызывает электрический ток.
Современная физика объединила электромагнитные и слабые силы в электрослабую силу. Полное понимание электромагнитной силы и всех последствий электромагнетизма требует многих лет изучения. Некоторые хорошие места для получения дополнительной информации об электромагнетизме включают гиперфизику.
Ниже приводится серия Scishow о фундаментальных силах, части 4a (электричество) и 4b (магнетизм):
А вот и часть 2.
В других видеороликах рассказывается о сильной ядерной силе, слабой ядерной силе и гравитации. Проверьте их канал YouTube для большего количества видео, как это! (замечательный ресурс для любопытных людей).
для дальнейшего чтения
Для получения дополнительной информации см. Соответствующие страницы ниже:
Ссылки
- ↑ 1,0 1,1 Р. Д. Найт, «Закон силы Лоренца» в Физика для ученых и инженеров: стратегический подход, 3-е изд.Сан-Франциско, США: Пирсон Аддисон-Уэсли, 2008, гл.35, с.5, с. 1096-1097