Свойства магнитного поля. Магнитное поле: характеристики, свойства и практическое применение

Что такое магнитное поле и как оно возникает. Какими свойствами обладает магнитное поле. Как можно наблюдать и измерять магнитное поле. Где магнитные поля находят практическое применение.

Сущность и происхождение магнитного поля

Магнитное поле представляет собой особую форму материи, которая возникает вокруг движущихся электрических зарядов, проводников с током и постоянных магнитов. Это силовое поле способно воздействовать на другие магниты, проводники с током и движущиеся заряженные частицы.

Как возникает магнитное поле? Существует несколько основных источников:

• Движущиеся электрические заряды (электрический ток)
• Постоянные магниты
• Переменное электрическое поле

При движении электрических зарядов в проводнике возникает круговое магнитное поле вокруг него. Постоянные магниты создают магнитное поле благодаря упорядоченному движению электронов внутри атомов. А переменное во времени электрическое поле порождает вихревое магнитное поле согласно уравнениям Максвелла.

Основные характеристики и свойства магнитного поля

Магнитное поле обладает рядом важных характеристик и свойств:

• Векторный характер — магнитное поле имеет направление в каждой точке пространства
• Силовое воздействие на магниты, токи и движущиеся заряды
• Непрерывность и замкнутость силовых линий
• Проникновение через вакуум и большинство материалов
• Суперпозиция — поля от разных источников складываются
• Квантование магнитного потока в сверхпроводниках

Основной силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции B. Он показывает силу и направление действия поля на помещенный в него проводник с током или движущийся заряд.

Способы наблюдения и измерения магнитного поля

Как можно обнаружить и исследовать невидимое магнитное поле? Существует несколько методов:

Визуализация с помощью железных опилок

Если насыпать железные опилки на лист бумаги над магнитом, они выстроятся вдоль силовых линий, делая структуру поля видимой. Это простой, но наглядный способ.

Использование магнитной стрелки

Магнитная стрелка компаса всегда ориентируется вдоль силовых линий поля. По ее поведению можно определить направление поля в разных точках.

Эффект Холла

При помещении проводника с током в магнитное поле возникает поперечная разность потенциалов — ЭДС Холла. Ее величина пропорциональна индукции поля.

Магнитометры

Современные магнитометры позволяют с высокой точностью измерять даже слабые магнитные поля. Они основаны на различных физических эффектах — от простого электромагнитного до квантовых явлений.

Практическое применение магнитных полей

Магнитные поля находят широкое применение в науке и технике:

Электродвигатели и генераторы

Принцип действия электродвигателей и генераторов основан на взаимодействии проводников с током и магнитного поля. Это позволяет преобразовывать электрическую энергию в механическую и наоборот.

Магнитная левитация

Сильные магнитные поля используются для создания эффекта левитации в транспортных системах на магнитной подушке. Это позволяет значительно снизить трение и достичь высоких скоростей.

Магнитно-резонансная томография

МРТ использует мощное магнитное поле и радиоволны для получения детальных изображений внутренних органов. Это важнейший метод медицинской диагностики.

Магнитная сепарация

В промышленности магнитные поля применяются для разделения магнитных и немагнитных материалов. Это используется, например, при обогащении руд.

Взаимосвязь магнитного и электрического полей

Магнитное и электрическое поля тесно взаимосвязаны и являются проявлениями единого электромагнитного поля. Эта связь проявляется в нескольких важных эффектах:

Электромагнитная индукция

При изменении магнитного потока через проводящий контур в нем возникает индукционный ток. Это явление лежит в основе работы трансформаторов и генераторов переменного тока.

Электромагнитные волны

Переменные электрическое и магнитное поля могут распространяться в пространстве в виде электромагнитных волн. Это основа для работы радио, телевидения и мобильной связи.

Эффект Фарадея

Магнитное поле способно влиять на распространение света в некоторых средах, вызывая поворот плоскости поляризации. Это явление используется в оптических изоляторах и модуляторах.

Магнитные материалы и их свойства

Различные вещества по-разному взаимодействуют с магнитным полем. По магнитным свойствам материалы можно разделить на несколько групп:

Ферромагнетики

Это вещества, способные сильно намагничиваться во внешнем магнитном поле и сохранять намагниченность после его снятия. К ним относятся железо, никель, кобальт и их сплавы.

Парамагнетики

Слабо притягиваются магнитным полем. Их намагниченность пропорциональна внешнему полю и исчезает при его снятии. Примеры: алюминий, платина.

Диамагнетики

Слабо отталкиваются от магнитного поля. К ним относится большинство органических соединений, а также медь, золото, серебро.

Понимание магнитных свойств материалов важно для создания постоянных магнитов, магнитных экранов и других технических устройств.

Магнитное поле Земли и его значение

Земля обладает собственным магнитным полем, которое играет важную роль в жизни нашей планеты:

• Защищает от космической радиации и солнечного ветра
• Влияет на миграцию животных
• Используется для навигации
• Вызывает полярные сияния

Магнитное поле Земли имеет сложную структуру и медленно меняется со временем. Изучение геомагнитного поля важно для понимания процессов в ядре планеты и прогнозирования космической погоды.

Перспективы исследований магнитных полей

Несмотря на длительную историю изучения, магнитные явления продолжают оставаться областью активных исследований. Некоторые перспективные направления включают:

• Разработку высокотемпературных сверхпроводников для создания мощных магнитных полей
• Исследование спиновых и магнонных эффектов для квантовых вычислений
• Создание новых магнитных материалов с улучшенными характеристиками
• Изучение влияния магнитных полей на биологические системы

Эти исследования могут привести к прорывам в энергетике, информационных технологиях и медицине.

Магнитное поле. Магнитный поток.Свойства магнитного поля.

Магнитное поле

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

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

магнитным полем.

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

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

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

Магнитное поле проводника с током

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

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

Направление вектора магнитной индукции

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

Направление линий магнитной индукции зависит от направления тока в проводнике.

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

Вектор магнитной индукции

Это векторная величина, характеризующая силовое действие поля.

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

Индукция магнитного поля в центре тонкого кругового витка радиуса r:

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

Принцип суперпозиции

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

Магнитный поток

Магнитный поток — скалярная физическая величина, характеризующая число линий магнитной индукции поля, пронизывающих замкнутый контур.

 

Нормаль — перпендикуляр к плоскости контура.

Анализ формулы позволяет заключить, что магнитный поток изменится, если изменить угол наклона контура, площадь контура, интенсивность магнитного поля.

Контур — замкнутый провод. При изучении магнитного поля контур «усиливают», используя катушку.

ПРОВЕРЬ СЕБЯ

суть понятия, свойства и определение магнитных линий

Содержание:

• Понятие магнитного поля, его свойства
• Свойства магнитного поля
• Что такое силовые линии магнитного поля
• Как определить силовые линии магнитного поля

Содержание

• Понятие магнитного поля, его свойства
• Свойства магнитного поля
• Что такое силовые линии магнитного поля
• Как определить силовые линии магнитного поля

Понятие магнитного поля, его свойства

Магнитное поле в физике представляет собой материю, возникающую вблизи источников электрического тока, а также вокруг постоянных магнитов.

Если рассматривать магнитное поле в пространстве, целесообразно представлять его в виде комплекса сил, которые способны воздействовать на намагниченные предметы. Такое явление выстраивается при наличии движущих разрядов на молекулярном уровне.

Источник: reshit.ru

Особенностью магнитного поля является тот факт, что оно формируется вблизи электрических зарядов, находящихся в движении. Исходя из этого, понятия магнитного и электрического поля являются неотъемлемыми и совместно участвуют в образовании электромагнитного поля.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Свойства магнитного поля

Магнитное поле включает элементы, которые связаны друг с другом и оказывают взаимное воздействие, в процессе чего свойства этих компонентов изменяются. Свойства магнитного поля:

1. Образуется в результате воздействия перемещающихся зарядов электрического тока.
2. Характеристикой магнитного поля в любой его точке является вектор физической величины, который называют магнитной индукцией. Данная характеристика является силовым параметром магнитного поля.
3. Оказывает воздействие исключительно на магниты, проводники, по которым проходит ток, перемещающиеся заряды.
4. Классифицируется на постоянный и переменный тип.
5. Может быть измерено с помощью специальных приборов, не воспринимается человеческими органами чувств.
6. Обладает электродинамическим характером, поскольку образовано в процессе перемещения зарядов и влияет на заряженные частицы, когда они перемещаются.
7. Частицы, обладающие зарядом, перемещаются перпендикулярно.

Габариты магнитного поля определяются скоростью его изменения. Исходя из данной характеристики, выделяют два вида магнитного поля:

• динамическое;
• гравитационное.

Примечание

Гравитационное магнитное поле можно наблюдать вокруг элементарных частиц. Оно образуется в зависимости от специфики их строения.

Что такое силовые линии магнитного поля

Силовые линии магнитного поля представляют собой линии, касательные к которым совместимы с направлением вектора индукции магнитного поля.

Используя силовые линии, можно изобразить магнитные поля наглядно. К примеру, поведение железных опилок на листе бумаги демонстрирует магнитное поле, источником которого является постоянный магнит в форме стержня:

Источник: foxford.ru

Другим примером может служить картина силовых линий, полученная при наблюдении длинной индукционной катушки и постоянного магнита:

Источник: foxford.ru

Силовые линии магнитного поля имеют следующие свойства:

• данные линии не имеют пересечений и прерываний;
• частота расположения линий пропорциональна индукции магнитного поля;
• линии всегда замыкаются, следовательно, магнитное поле является вихревым.

Как определить силовые линии магнитного поля

В процессе воздействия магнитного поля на рамку, по которой протекает ток, возникает магнитный момент. Данная величина является вектором, расположенным на той линии, которая проходит перпендикулярно рамке. Магнитное поле изображают графически, используя силовые линии. Их направляют таким образом, чтобы вектор сил поля совмещался с направлением силовой линии. Такие линии замыкаются и не прерываются.

Определить, в каком направлении действует магнитное поле, можно с помощью магнитной стрелки. С помощью силовых линий также можно определить полярность магнита. Концу, из которого выходят силовые линии, соответствует северный полюс, а точка входа линий совпадает с южным полюсом. 

Для наглядной оценки магнитного поля целесообразно использовать опилки из железа и бумажный листок. Им накрывают постоянный магнит. Поверхность бумаги посыпают железными опилками. Частицы металла приобретут такой порядок, который соответствует расположению силовых линий.

В случае проводника, направление силовых линий определяют с помощью правила буравчика или правила правой руки. К примеру, если обхватить проводник рукой таким образом, чтобы большой палец указывал направление тока от плюса к минусу, то остальные четыре пальца будут направлены так же, как и силовые линии магнитного поля.

Источник: reshit.ru

Магнитное поле воздействует на заряд или проводник, по которому проходит ток, с силой Лоренца. Ее направление определяют с помощью правила левой руки. Если расположить левую руку таким образом, чтобы четыре пальца были направлены аналогично движению тока в проводнике, а силовые линии пронизывали ладонь, большой палец будет указывать на вектор силы Лоренца, с которой поле действует на проводник, помещенный в магнитное поле.

Источник: reshit.ru

Насколько полезной была для вас статья?

Рейтинг: 4.00 (Голосов: 1)

Выделите текст и нажмите одновременно клавиши «Ctrl» и «Enter»

Поиск по содержимому

Магнитное поле | Свойства линий магнитного поля

Магнетизм — Комментарии отключены

Пространство вокруг магнита, в котором может быть реализована его магнитная сила, называется магнитным полем . Теоретически магнитное поле простирается до бесконечности, хотя практически мы рассматриваем его только до определенного расстояния.

Линии магнитного поля

Линии магнитного поля представляют собой гипотетические замкнутые кривые, по которым двигался бы единичный северный полюс, если бы он мог свободно двигаться, а касание в каждой точке кривой указывает направление результирующего магнитного поля.

Свойства

1. Линии магнитного поля выходят из северного полюса и входят в южный полюс, но эти линии идут от южного полюса к северному внутри магнита под любым углом.
2. Это непрерывно замкнутые кривые.
3. Они отталкиваются друг от друга в стороны (боком), так что между одинаковыми полюсами возникает отталкивание.
4. Они похожи на натянутую эластичную нить, которая имеет тенденцию сокращаться по всей своей длине, так что возникает притяжение между разными полюсами.
5. Эти линии никогда не пересекаются. Если они пересекутся, то в точке пересечения будут две касательные, которые покажут два направления магнитного поля. Но магнитное поле является векторной величиной, поэтому у него не должно быть двух направлений. Следовательно, две силовые линии магнитного поля никогда не пересекаются.
6. На них влияет магнитное поле Земли.
7. Касательная в любой точке к силовым линиям магнитного поля дает направление напряженности магнитного поля в этой точке.
8. Увеличение силовых линий магнитного поля увеличивает силу магнитного поля.

Магнитное поле может быть представлено набором линий магнитного поля. Если линии расположены близко друг к другу, то это представляет собой сильное поле, а если линии находятся далеко друг от друга, это представляет собой слабое поле. Есть два типа магнитного поля; однородное магнитное поле и неоднородное магнитное поле.

Однородное магнитное поле

Магнитное поле, в котором напряженность магнитного поля одинакова во всех точках, называется однородным магнитным полем. Это идеальная ситуация, такой тип магнитного поля невозможен. Следовательно, магнитное поле, в котором напряженность магнитного поля почти одинакова (как по величине, так и по направлению), называется однородным магнитным полем . Примером однородного магнитного поля является магнитное поле Земли. Он представлен набором параллельных силовых линий.

Неоднородное магнитное поле

Магнитное поле, в котором напряженность магнитного поля различна в разных точках, называется неоднородным магнитным полем . Он представлен набором сходящихся, расходящихся или изогнутых силовых линий.

---

Подробнее о магнетизме

• Магнит
• Магнитная напряженность
• Магнитные векторы
• Магнитная проницаемость и классификация магнитной восприимчивости
• 16
• Магнитный домен
• Магнитный гистерезис
• Земной магнетизм
• Элементы земного магнетизма

Related Posts

6.3 Магнитные поля и силовые линии магнитного поля – Колледж Дугласа Физика 1207

Глава 6 Магнетизм

Резюме

• Дайте определение магнитному полю и опишите 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 .

Рисунок 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.) На рис. 2 показано, как выглядит магнитное поле для контура с током и длинный прямой провод, который можно было исследовать с помощью небольшого компаса. Небольшой компас, помещенный в эти поля, выровняется параллельно линии поля в том месте, где он находится, с северным полюсом, указывающим в направлении 9 градусов.0095 Б . Обратите внимание на символы, используемые для поля ввода и вывода из бумаги.

Рисунок 2. Небольшие компасы можно использовать для отображения 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).

Установление связей: концепция поля

Поле — это способ отображения сил, окружающих любой объект, которые могут воздействовать 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:

1. Направление магнитного поля касается силовой линии в любой точке пространства. Маленький компас укажет направление линии поля.
2. Сила поля пропорциональна близости линий. Она точно пропорциональна количеству линий на единицу площади, перпендикулярной линиям (называемой поверхностной плотностью).
3. Линии магнитного поля никогда не могут пересекаться, а это означает, что поле уникально в любой точке пространства.
4. Линии магнитного поля непрерывны, образуя замкнутые петли без начала и конца. Они идут от северного полюса к южному полюсу.