Свойство магнитного поля: §16. Магнитное поле и его характеристики и свойства

Содержание

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.
6. Магнитное поля является электродинамическим, так как порождается только при движении заряженных частиц и оказывает влияние только на заряды, которые находятся в движении.
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. Другими словами, магнитный момент это вектор, который расположен на ту линию, которая идет перпендикулярно раме.

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.


Если материал был полезен, вы можете отправить донат или поделиться данным материалом в социальных сетях:

Магнитное поле земли и здоровье человека

Сейфулла Р.Д. 
М.: ООО "Самполиграфист", 2013. 120 с.

Магнитное поле Земли в первом приближении представляет собой диполь, полюса которого располагаются рядом с полюсами планеты. Магнитное поле – разновидность электромагнитного поля, создаваемого движущимися электрическими зарядами или токами и оказывающая силовое воздействие на движущиеся заряды или токи. Поле определяет магнитосферу, которая отклоняет частицы солнечного ветра. Они накапливаются в радиационных поясах – двух концентрических областях в форме экватора вокруг Земли. Около магнитных поясов эти частицы могут "высыпаться" в атмосферу и приводить к появлению полярных сияний. Нашу планету окружает магнитное поле, которое существует с момента её формирования. Всё, что находится на Земле подвержено действию невидимых силовых линий этого поля. Именно это обстоятельство заинтересовало нас в большей степени, так как структура и функция Земли, а также и человеческого организма тесным образом связана с наличием электрических зарядов, которые определяют все процессы, связанные с жизнедеятельностью всех организмов, находящихся на её поверхности, в воде, в почве, в воздухе. Земля обладает электрическим и магнитным полем. Вся планета имеет отрицательный заряд, а ионосфера положительный. Линии напряженности электрического поля направлены сверху (от ионосферы) вниз (к Земле). Напряженность поля порядка Е = 120 – 130 в/м. Проведя несложные вычисления был сделан вывод, что в электромагнитном поле Земли заключена колоссальная энергия. Проблема получения энергии из магнитного поля Земли весьма актуальна для человечества. Такой приёмник - генератор был сделан ещё в 1889 году Николой Тесла, но правительство США запретило разглашать эту тайну по коммерческим соображениям. В теле человека имеется своё силовое поле, вследствие протекания крови по сосудам. В здоровом теле человека и в нормальных атмосферных условиях имеется полное соответствие и взаимодействие внешнего и внутреннего магнитных полей. Кроме того, существует магнитное поле Солнца, космических галактик и Земли, которые оказывают своё действие на поведение человека и животных (перелётных птиц, рыб, членистоногих, насекомых), которые безошибочно определяют направления движения на тысячи километров.

Оказалось, что изменение магнитного поля Земли является причиной многих заболеваний, которые лечатся другими способами, что требует особого внимания специалистов и лечащих врачей. Так называемые магнитные бури, в которых принимают участие Солнце, солнечный ветер, а также магнитное поле Земли создают много проблем и являются причиной ненормального поведения человека, в том числе и криминального, а также тяжелейших заболеваний: инсультов мозга, инфарктов миокарда, психических расстройств, ДТП и другого криминального и суицидального поведения, о чем пойдёт речь ниже. Японский врач – исследователь Киочи Накагава обратил внимание в середине ХХ века на то, что дефицит магнитного поля Земли является причиной многочисленных заболеваний, которые он объединил общим названием синдром дефицита магнитного поля Земли . Накагава, а также другие ученые поддержали это открытие и предложили проводить коррекцию магнитного поля при его дефиците, при помощи магнитотерапии, что позволило проводить профилактику и лечение многих заболеваний при помощи компенсации недостающего магнитного поля. Это касается, прежде всего, сердечно-сосудистой системы, которая занимает в настоящее время первое место среди других заболеваний. Дело в том, что каждая молекула в магнитном поле вытягивается и поляризуется. Один её конец становится северным магнитным полюсом, а другой - южным. В таком виде каждая молекула легче вступает в электрохимические реакции и в организме идёт правильный обмен веществ. Резкое усиление магнитного поля при магнитной буре или геомагнитной зоне всегда отрицательно сказывается на самочувствии человека. Однако, отсутствие или ослабление магнитного поля является для организма критической ситуацией. Дополнительным фактором риска является электромагнитный смог (создаваемый компьютерными дисплеями, электробытовыми приборами, TV и другими) уменьшают воздействие на наш организм геомагнитного поля Земли. У вернувшихся из космического полёта космонавтов обнаруживали остеопороз, тяжелую депрессию и другие патологические состояния. Важной составляющей для нормализации физиологических функций является восстановление полярности клеток и активизация работы ферментных систем, а также улучшения кровообращения. Автор в течение 33 лет занимается проблемами спортивной фармакологии со спортсменами высшей квалификации, что требует нестандартных, недопинговых подходов (к подготовке спортсменов экстра - класса) особенно восстановления. Поэтому нас заинтересовала, в своё время, проблема дефицита магнитного поля Земли и соответствующие меры её коррекции для того, чтобы повысить работоспособность физически одарённых спортсменов без применения искусственных стимуляторов. Автор не ставил перед собой задачи процитировать всех авторов, которые занимались проблемами магнитного поля Земли, так как их существует многие тысячи как в нашей стране, так и за рубежом, а попытался продемонстрировать основные тенденции этой проблемы, касающихся здоровья человека.

Издание носит научно-популярный характер. В космосе постоянно работают и накапливают необходимый опыт для межпланетных полётов коллективы отечественных и зарубежных ученых исследователей для перспективы создания постоянно действующих обитаемых станций с человеком и разработки полезных ископаемых.


 



Часть I.
Природа магнитного поля Земли и влияние его на человека

Глава 1. Вселенная и строение солнечной системы
Глава 2. Солнечная система во вселенной
Глава 3. Напряженность магнитного поля Земли
Глава 4. Позитивные свойства магнитного поля Земли
Глава 5. Роль магнитного поля в жизнедеятельности человека
Глава 6. Атмосфера Земли
Глава 7. Влияние магнитных бурь на организм человека

Часть II.
Электрические и магнитные свойства при передаче нервного импульса

Глава 8. Поляризация мембраны живой клетке
Глава 9. Живые ткани как источник энергетических потенциалов
Глава 10. Синдром дефицита магнитного поля Земли
Глава 11. Коррекция магнитного поля спортсменов при помощи магнитотерапии
Глава 12. Естественный баланс дефицита магнитного поля Земли
Глава 13. Влияние магнитного поля Земли на космонавтов
Глава 14. Биоэлектрические явления (при эпилепсии) в процессах передачи информации в организме
Глава 15. Патофизиологические причины эпилепсии
Глава 16. Межнейронные связи при передаче информации в организме 

Глава 17. Необходимые условия для нормальной работы ЦНС
Глава 18. Профилактическое действие магнитотерапии при дефиците магнитного поля
Глава 19. О пользе магнитов при дефиците магнитного поля Земли
Глава 20. Перспективы развития цивилизаций


Магнитное поле, его свойства

Сегодня на уроке мы с вами поговорим о магнитном поле и его свойствах

 «Исследования Ампера… принадлежат к

 числу самых блестящих работ,

которые проведены когда-либо в науке»

Джеймс Клерк Максвелл

Магнитные явления известны людям с глубокой древности. Еще древние греки знали, что существует особый минерал, способный притягивать железные предметы. Это был один из минералов железной руды, который сейчас известен как магнетит. Его залежи находились возле города Магнесии на севере Турции. Слово «магнит» в переводе с греческого означает «камень из Магнесии».

Впервые свойства магнитных материалов использовали в Китае. Именно там в

III веке до нашей эры был сконструирован первый компас, и только к XII веку он стал известен в Европе. Первой крупной работой, посвящённой исследованию магнитных явлений, является книга Вильяма Гильберта «О магните», вышедшая в 1600 году.

Известные с древних времен явления притяжения разноименных и отталкивания одноименных полюсов магнита напоминают явление взаимодействия разноименных и одноименных электрических зарядов.

Известно, что между неподвижными электрическими зарядами действуют силы, определяемые законом Кулона. Согласно теории близкодействия это взаимодействие осуществляется так: каждый из зарядов создает электрическое поле, которое действует на другой заряд.

Однако долгое время оставался неразрешимым вопрос о том, могут ли между электрическими зарядами существовать силы иной природы? Рассмотрим опыт, проведенный французским физиком Андре-Мари Ампером в 1820 году.

Ампер взял два гибких провода и укрепил их вертикально, а затем присоединил нижние концы проводов к полюсам источника тока. При таком подключении с проводниками не обнаруживалось никаких изменений. Проводники заряжались от источника тока, но заряды проводников при разности потенциалов между ними в несколько вольт ничтожно малы. Поэтому кулоновские силы никак не проявляются.

Затем Ампер замкнул другие концы проводников небольшой проволочкой так, чтобы в проводниках возникли токи противоположного направления. Оказалось, что при таком подключении проводники начинают отталкиваться друг от друга. Если же поменять направление токов так, чтобы они текли в одном направлении, то проводники начинали притягиваться друг к другу.

Это взаимодействие не может быть вызвано электростатическим полем по следующим причинам. Во-первых, при размыкании цепи взаимодействие проводников прекращается, хотя заряды на проводниках и их электростатические поля остаются. Во-вторых, одноименные заряды (электроны в проводнике) всегда только отталкиваются.

В том же 1820 году Ханс Кристиан Эрстед провел серии опытов. Он располагал проводник над магнитной стрелкой (или под ней) параллельно ее оси. При пропускании тока по проводнику, стрелка начинала отклоняться от своего первоначального положения. При размыкании цепи — стрелка возвращалась в своё первоначальное положение.

  

Этот опыт наглядно показывает, что в пространстве, окружающем проводник с током, действуют силы, вызывающие поворот магнитной стрелки, то есть силы, подобные тем, которые действуют на нее вблизи постоянных магнитов.

Поэтому взаимодействия между проводниками с током, т.е. взаимодействия между направленно движущимися электрическими зарядами, называют магнитными.

Силы же, с которыми проводники с током действуют друг на друга, называют магнитными силами.

Действие магнитных сил было обнаружено в пространстве и вокруг отдельно движущихся заряженных частиц. Русский и советский физик Абрам Фёдорович Иоффе в 1911 году наблюдал отклонение магнитных стрелок, расположенных вблизи пучка движущихся электронов.

    

Схема его опыта довольно проста. Над и под трубкой, через которую пропускался поток электронов, находились две одинаковые, но противоположно направленные магнитные стрелки, укрепленные на общем кольце, подвешенном на упругой нити. При прохождении в трубке потока электронов магнитные стрелки поворачивались.

Таким образом, многочисленные опыты привели ученых к выводу, что вокруг любого проводника с током, т.е. вокруг движущихся электрических зарядов, существует магнитное поле.

Магнитное полеэто особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами.

Магнитное поле можно обнаружить и исследовать с помощью железных опилок, магнитной стрелки, а также небольшого контура или рамки с током, причем собственное магнитное поле контура должно быть слабым по сравнению с исследуемым.

Проводники, подводящие ток к контуру, должны быть расположены вблизи друг друга или сплетены между собой, тогда их магнитные поля взаимно компенсируются. Ориентация такого контура характеризуется направлением нормали к контуру. В качестве положительного направления нормали принимается направление, которое связано с током правилом правого винта (или правилом буравчика): если головку винта поворачивать по направлению тока в контуре, то поступательное движение острия винта указывает направление положительной нормали.

Опыт показывает, что если подвесить такой контур на гибких проводниках в магнитном поле, то он повернется и установится определенным образом. Таким образом, магнитное поле оказывает на контур с током ориентирующее действие. При этом положительная нормаль будет направлена к плоскости контура вдоль продольной оси магнитной стрелки, помещенной в ту же точку магнитного поля. Поэтому за направление магнитного поля принимают направление от южного полюса к северному по оси свободно установившейся в магнитном поле стрелки.

Основные выводы:

Вокруг движущихся электрических зарядов, существует магнитное поле.

Магнитное поле — это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами.

Магнитное поле порождается электрическим током и обнаруживается по действию на электрический ток.

Характеристики и свойства магнитного пола. Проявления магнитного поля в жизни

Давайте вместе разбираться в том, что такое магнитное поле. Ведь многие люди живут в этом поле всю жизнь и даже не задумываются о нем. Пора это исправить!

Магнитное поле

Магнитное поле – особый вид материи. Оно проявляется в действии на движущиеся электрические заряды и тела, которые обладают собственным магнитным моментом (постоянные магниты).

Важно: на неподвижные заряды магнитное поле не действует! Создается магнитное поле также движущимися электрическими зарядами, либо изменяющимся во времени электрическим полем, либо магнитными моментами электронов в атомах. То есть любой провод, по которому течет ток, становится также и магнитом!

 

Магнит

 

Магнит - тело, обладающее собственным магнитным полем.

У магнита есть полюса, называемые северным и южным. Обозначения "северный" и "южный" даны лишь для удобства (как "плюс" и "минус" в электричестве).

Магнитное поле изображается посредством силовых магнитных линий. Силовые линии непрерывны и замкнуты, а их направление всегда совпадает с направлением действия сил поля. Если вокруг постоянного магнита рассыпать металлическую стружку, частицы металла покажут наглядную картину силовых линий магнитного поля, выходящих из северного и входящих в южный полюс. Графическая характеристика магнитного поля - силовые линии.

 

Картина магнитного поля

 

Характеристики магнитного поля

Основными характеристиками магнитного поля являются магнитная индукция, магнитный поток и магнитная проницаемость. Но давайте обо всем по порядку.

Сразу отметим, что все единицы измерения приводятся в системе СИ.

Магнитная индукция B – векторная физическая величина, являющаяся основной силовой характеристикой магнитного поля. Обозначается буквой B. Единица измерения магнитной индукции – Тесла (Тл).

Магнитная индукция показывает, насколько сильно поле, определяя силу, с которой оно действует на заряд. Данная сила называется силой Лоренца.

Здесь q - заряд, v - его скорость в магнитном поле, B - индукция, F - сила Лоренца, с которой поле действует на заряд.

Магнитный поток Ф –  физическая величина, равная произведению магнитной индукции на площадь контура и косинус между вектором индукции и нормалью к плоскости контура, через который проходит поток. Магнитный поток - скалярная характеристика магнитного поля.

Можно сказать, что магнитный поток характеризует количество линий магнитной индукции, пронизывающих единицу площади. Магнитный поток измеряется в Веберах (Вб).

 

Магнитный поток

 

Магнитная проницаемость – коэффициент, определяющий магнитные свойства среды. Одним из параметров, от которых зависит магнитная индукция поля, является магнитная проницаемость.

Магнитное поле Земли

Наша планета на протяжении нескольких миллиардов лет является огромным магнитом. Индукция магнитного поля Земли изменяется в зависимости от координат. На экваторе она равна примерно 3,1 на 10 в минус пятой степени Тесла. К тому же существуют магнитные аномалии, где значение и направление поля существенно отличаются от соседних областей. Одни из самых крупных магнитных аномалий на планете - Курская и Бразильская магнитные аномалии.

Происхождение магнитного поля Земли до сих пор остается загадкой для ученых. Предполагается, что источником поля является жидкое металлическое ядро Земли.  Ядро движется, значит, движется расплавленный железо-никелевый сплав, а движение заряженных частиц – это и есть электрический ток, порождающий магнитное поле. Проблема в том, что эта теория (геодинамо) не объясняет того, как поле сохраняется устойчивым.

 

Магнитное поле земли

 

Земля – огромный магнитный диполь. Магнитные полюса не совпадают с географическими, хотя и находятся в непосредственной близости. Более того, магнитные полюса Земли движутся. Их смещение регистрируется с 1885 года. Например, за последние сто лет магнитный полюс в Южном полушарии сместился почти на 900 километров и сейчас находится в Южном океане. Полюс арктического полушария движется через Северный Ледовитый океан к Восточно-Сибирской магнитной аномалии, скорость его передвижения (по данным 2004 года) составила около 60 километров в год. Сейчас наблюдается ускорение движения полюсов - в среднем скорость растет на 3 километра в год.

Каково значение магнитного поля Земли для нас? В первую очередь магнитное поле Земли защищает планету от космических лучей и солнечного ветра. Заряженные частицы из далекого космоса не падают прямо на землю, а отклоняются гигантским магнитом и движутся вдоль его силовых линий. Таким образом, все живое оказывается защищенным от пагубной радиации.

 

Магнитное поле Земли

 

За историю Земли происходило несколько инверсий (смен) магнитных полюсов. Инверсия полюсов – это когда они меняются местами. Последний раз это явление произошло около 800 тысяч лет назад, а всего геомагнитных инверсий в истории Земли было более 400. Некоторые ученые полагают, что с учетом наблюдающегося ускорения движения магнитных полюсов следующей инверсии полюсов следует ожидать в ближайшие пару тысяч лет.

К счастью, в нашем веке смены полюсов пока не ожидается. А значит, можно думать о приятном и наслаждаться жизнью в старом добром постоянном поле Земли, рассмотрев основные свойства и характеристики магнитного поля.

 

 

Урок 4. магнитные свойства вещества. электроизмерительные приборы - Физика - 11 класс

Физика, 11 класс

Урок 4. Магнитные свойства вещества. Электроизмерительные приборы

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1. Магнитные свойства вещества.

2. Свойства диа-, пара- и ферромагнетиков.

3. Принцип действия электроизмерительных приборов.

Глоссарий по теме:

Магнитная проницаемость – это физическая скалярная величина, показывающая, во сколько раз индукция магнитного поля в данном веществе отличается от индукции магнитного поля в вакууме.

Диамагнетики – вещества, у которых магнитная проницаемость чуть меньше единицы. К таким веществам относятся золото, серебро, углерод, висмут.

Парамагнетики – вещества, у которых магнитная проницаемость чуть больше единицы. Это алюминий, вольфрам, щелочные металлы, магний, платина.

Ферромагнетики – вещества у которых магнитная проницаемость много больше единицы. Это железо, никель, кобальт, и сплавы металлов.

Точка Кюри – температура, при которой ферромагнетики теряют ферромагнитные свойства.

Ферриты – ферромагнитные материалы, не проводящие электрического тока.

Основная и дополнительная литература по теме:

1. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Чаругин В. М. Физика. 11 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. С. 27-30.

2.Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. 10-11 класс.- М.:Дрофа,2009. С. 113.

3. ЕГЭ 2017. Физика. 1000 задач с ответами и решениями. Демидова М.Ю., Грибов В.А., Гиголо А.И. М.: Экзамен, 2017.

Теоретический материал для самостоятельного изучения.

Все вещества в окружающей нас природе в какой - то мере обладают магнитными свойствами. Ещё с глубокой древности была известна способность некоторых минералов притягивать железные предметы. Среди многих приборов навигации, необходимых для прокладывания курса кораблей или самолётов, обязательно должен быть и магнитный компас. Во многих измерительных приборах основными деталями служат постоянные магниты. Что же происходит с веществом, помещённом в магнитное поле? Вспомним, как магнитные свойства катушки, по которой течёт ток, усиливаются, если в катушку вставлен железный сердечник. Железный сердечник намного увеличивает магнитное поле в катушке с током. Мы знаем, что вокруг катушки с электрическим током возникает магнитное поле, а железный сердечник, создаёт своё магнитное поле и, согласно принципу суперпозиции полей, векторы этих двух полей складываются. Таким образом, мы наблюдаем усиление магнитного поля. Магнитную индукцию, создаваемую электрическим током, обозначим через (В0). Магнитную индукцию поля в веществе обозначим через (В). При введении железного сердечника, появляется магнитная индукция поля, возникающая благодаря намагничиванию вещества (В1). Эти поля складываются по принципу суперпозиции полей. В итоге мы наблюдаем, что вещество может усилить или, возможно ослабить магнитное поле. Магнитная индукция поля, создаваемого этими токами в вакууме, будет меньше, чем магнитная индукция поля в веществе.

Магнитной проницаемостью вещества называется физическая скалярная величина показывающая, во сколько раз индукция магнитного поля в данном веществе отличается от индукции магнитного поля в вакууме.

Французский физик Андре Мари Ампер сравнивал магнитные поля, создаваемые полосовым магнитом и проводниками с током. В итоге, Ампер выдвинул гипотезу, что внутри молекул и атомов циркулируют элементарные электрические токи. Круговые электрические токи – это токи, обусловленные орбитальными движениями электронов вокруг ядра.

Английский физик Майкл Фарадей исследовал влияние вещества на магнитное поле. В итоге, он определил, что все вещества изменяют магнитное поле, если их поместить во внешнее магнитное поле. Получается если вещество поместить во внешнее магнитное поле, оно становится источником своего магнитного поля. Это явление называют намагничиванием. Таким образом, Майкл Фарадей обнаружил, что вещества делятся на три группы - диа-, пара-, и ферромагнетики.

Диамагнетики – это вещества, у которых магнитная проницаемость чуть меньше единицы. К таким веществам относятся золото, серебро, углерод, висмут. Магнитная проницаемость висмута равна 0,9998. Значит, магнитное поле ослабляется, когда в него помещают это вещество В˂В0. Это означает, что вектор магнитной индукции поля, создаваемого веществом направлен противоположно вектору магнитной индукции поля, создаваемого током.

Парамагнетики – вещества, у которых магнитная проницаемость чуть больше единицы. Это алюминий, вольфрам, щелочные металлы, магний, платина. Эти вещества намагничиваются очень слабо, намагничиваются вдоль намагничивающего поля. Вектор магнитной индукции поля, создаваемого веществом, направлен в ту же сторону, что и вектор магнитной индукции поля, создаваемого током.

Ферромагнетики – это вещества, у которых магнитная проницаемость во много раз больше единицы. Это такие вещества как железо, кобальт, никель и сплавы металлов. Для железа магнитная проницаемость равна одна тысяча (1000).

Магнитные поля создаются ферромагнетиками не только вследствие обращения электронов вокруг ядер, но и вследствие их собственного вращения. Собственный вращательный момент (момент импульса) электрона называется спином. Согласно простейшим представлениям, электроны вращаясь вокруг собственной оси обладая зарядом, имеют, магнитное поле наряду с полем, появляющимся за счёт их орбитального движения вокруг ядер. В ферромагнетиках существуют области с параллельными ориентациями спинов, называемыми доменами; размеры доменов порядка 0.5 мкм. Параллельная ориентация спинов обеспечивает доменам минимум потенциальной энергии. Если ферромагнетик не намагничен, то ориентация доменов хаотична и суммарное магнитное поле, создаваемой доменами, равно нулю. При включении внешнего магнитного поля домены ориентируются вдоль линий магнитной индукции этого поля, и индукция магнитного поля в ферромагнетиках увеличивается, становясь в тысячи и даже миллионы раз больше индукции внешнего поля

Ферромагнитные свойства у веществ существуют только в определённой области температуры. Температура, при которой ферромагнитные материалы теряют свои ферромагнитные свойства, называют точкой Кюри по имени открывшего данное явление французского учёного Пьера Кюри. Если сильно нагреть намагниченный образец, то он потеряет способность притягивать железные предметы. Точка Кюри для железа 753 градусов по Цельсию, для кобальта 1000 градусов по Цельсию. Существуют ферромагнитные сплавы, у которых точка Кюри менее 100 градусов. Первые детальные исследования магнитных свойств ферромагнетиков были выполнены выдающимся русским физиком А.Г. Столетовым.

Большое применение получили ферромагнитные материалы, не проводящие электрического тока – ферриты. Это химические соединения оксидов железа с оксидами других веществ. К их числу относится и магнитный железняк.

Стальной или железный сердечник в катушке усиливает создаваемое ею магнитное поле, не увеличивая силу тока в катушке. Это экономит электроэнергию. Сердечники трансформаторов, генераторов, электродвигателей и т. д. изготовляют из ферромегнетиков. При выключении внешнего магнитного поля ферромагнетик остаётся намагниченным, таким образом создаёт магнитное поле в окружающем пространстве. Это объясняется тем, что домены не возвращаются в прежнее положение и их ориентация частично сохраняется. Благодаря этому существуют постоянные магниты. Постоянные магниты широко применяются в электроизмерительных приборах, громкоговорителях и телефонах, звукозаписывающих аппаратах, магнитных компасах и т.д. Электроизмерительный прибор является необходимым устройством в связи, промышленности, на транспорте, в медицине и в научных исследованиях.

Примеры и разбор решения заданий:

1. Для каких целей применяют ферромагнитные материалы? Выберите один правильный ответ.

Варианты ответов:

1) для усиления силы тока;

2) для ослабления магнитного поля;

3) для усиления магнитного поля;

4) для ослабления силы тока.

Пояснение: ферромагнетики и ферромагнитные материалы это вещества, которые создают наиболее сильные магнитные поля.

Правильный ответ: 3) для усиления магнитного поля.

2. По графику определите магнитную проницаемость стали при индукции В0 намагничивающего поля 1) 0,4 мТл, 2) 1,2 мТл.

Дано:

1) B0 = 0.4 мТл

2) B0 = 1,2 мТл

µ1 -? µ2 -?

Решение:

По определению магнитная проницаемость µ показывает, во сколько раз индукция магнитного поля В в веществе превышает индукцию намагничивающего поля В0 в вакууме: µ =

  1. При В0 = 0,4 мТл по графику находим что В = 0,8 Тл, следовательно:

2) При В0 = 1.2 мТл, по графику В = 1,2 Тл

Следовательно:

Ответ: µ1 = 2000; µ2 = 1000

Влияние магнитного поля на реологические свойства магнитных жидкостей на основе оксидов железа

ЖУРНАЛ ФИЗИЧЕСКОЙ ХИМИИ, 2015, том 89, № 2, с. 336–339

336

Магнитные жидкости представляют собой

коллоидные системы ферромагнитных частиц

диаметром 7–20 нм [1] в немагнитной жидкой

среде. Влияние магнитного поля на реологиче

ские свойства магнитных жидкостей было описа

но в 1953 г. в работе [2], в которой для жидкостей

на основе карбонила и оксида железа в загущен

ном льняном масле и глицерине было обнаруже

но увеличение вязкости (в 1.5 раза) и напряжения

сдвига (в 2–14 раз) под влиянием магнитного поля.

Позже магнитовязкий эффект (увеличение вяз

кости в магнитном поле) в феррожидкостях был

изучен в ряде экспериментальных работ [3–15].

Было установлено, что в покоящихся системах на

блюдается структурообразование в результате маг

нитодипольного взаимодействия частиц и ориен

тации анизодиаметрических элементов структуры

вдоль силовых линий магнитного поля. По мере

увеличения скорости сдвига происходит разру

шение агрегатов. Каждой комбинации задавае

мых параметров (вязкость дисперсионной среды,

магнитные свойства частиц, напряженность по

ля, скорость деформирования) соответствует

определенный набор элементов структуры и их

взаимное расположение.

В работах Шлиомиса [4, 15–17] феррожидкость

рассматривается как суспензия невзаимодейству

ющих броуновских сфер с вмороженными в их те

ла магнитными диполями. Частицы находятся под

влиянием внешнего поля и гидродинамического

течения среды. При этом для вращательной вязко

сти предсказывается весьма слабый магнитовяз

кий эффект (<10%). Модели идеальных ферро

жидкостей проверялись в ряде лабораторных и

компьютерных экспериментов. В рамках их при

менимости эти модели демонстрируют хорошее

согласие с экспериментами [18–21]. Таким обра

зом, эксперименты с малоконцентрированными

магнитными жидкостями, в которых можно пре

небречь межчастичными взаимодействиями, хо

рошо описываются теорией Шлиомиса.

Однако для многих феррожидкостей, в кото

рых межчастичными взаимодействиями прене

брегать нельзя, теория Шлиомиса не применима.

Так, интерпретация экспериментов [22] на основе

этих моделей потребовала гипотезы о нереально

больших концентрациях магнитных частиц. В ра

боте [23] был обнаружен рост вязкости под влия

нием поля, намного больший, чем предсказыва

ют модели идеальных сред. В экспериментах [24]

с кобальтовыми феррожидкостями было обнару

жено увеличение вязкости в магнитном поле в

~100 раз вместо максимальных 1.1 раза, что пред

сказывают идеальные модели. Обзоры последних

достижений в науке о магнитных жидкостях мож

но найти в работах [1, 25–27].

Для понимания физической природы магни

товязкого эффекта в феррожидкостях требуются

новые данные о влиянии магнитного поля и де

формирующего течения на динамику таких си

стем. До сих пор данные о влиянии концентрации

магнитной жидкости на магнитореологический

эффект малочисленны. В работе [28] для колло

идной дисперсии магнетита в керосине, стабили

зированной олеиновой кислотой, авторы обнару

ФОТОХИМИЯ

И МАГНЕТОХИМИЯ

ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЕЙ НА ОСНОВЕ ОКСИДОВ ЖЕЛЕЗА

© 2015 г. С. А. Вшивков, Е. В. Русинова, А. П. Сафронов,

А. Г. Галяс, Т. В. Терзиян

Уральский федеральный университет, Екатеринбург

E)mail: [email protected]

Поступила в редакцию 13.03.2014 г.

Изучена концентрационная зависимость влияния напряженности постоянного магнитного поля на

вязкость водных и водноглицериновых магнитных жидкостей оксида железа Fe

2.8

O

4

. Показано, что

c увеличением концентрации магнитных частиц и напряженности магнитного поля вязкость вод

ной и водноглицериновой магнитной жидкости увеличивается в 2.5 и 20 раз соответственно, при

этом концентрационная зависимость эффекта влияния магнитного поля на вязкость описывается

кривой с максимумом.

Ключевые слова:

магнитные жидкости, нанодисперсные системы, вязкость, магнитное поле.

DOI:

10.7868/S0044453715020375

УДК 539.22:537.63

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

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

 

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.

Магнитные поля и линии магнитного поля

Цель обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Определение магнитного поля и описание силовых линий различных магнитных полей.

Говорят, что Эйнштейн был очарован компасом в детстве, возможно, размышляя о том, как стрелка ощущала силу без прямого физического контакта. Его способность глубоко и ясно мыслить 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 Фиг.1, направление линий магнитного поля определяется как направление, в котором указывает северный конец стрелки компаса. Магнитное поле традиционно называют B -field .

Рис. 1. Линии магнитного поля определяются так, чтобы они имели направление, которое указывает маленький компас при размещении в определенном месте. (a) Если для отображения магнитного поля вокруг стержневого магнита используются небольшие компасы, они будут указывать в показанных направлениях: от северного полюса магнита к южному полюсу магнита. (Напомним, что северный магнитный полюс Земли на самом деле является южным полюсом с точки зрения определения полюсов стержневого магнита.) (B) Соединение стрелок дает непрерывные линии магнитного поля.Сила поля пропорциональна близости (или плотности) линий. (c) Если бы можно было исследовать внутреннюю часть магнита, было бы обнаружено, что силовые линии образуют непрерывные замкнутые контуры.

Маленькие компасы, используемые для проверки магнитного поля, его не побеспокоят. (Это аналогично тому, как мы тестировали электрические поля с помощью небольшого пробного заряда. В обоих случаях поля представляют только объект, создающий их, а не проверяющий их зонд.) На рисунке 2 показано, как магнитное поле появляется для токовой петли и длинный прямой провод, который можно исследовать с помощью небольшого компаса.Небольшой компас, помещенный в эти поля, выровняется параллельно линии поля в своем местоположении, а его северный полюс будет указывать в направлении B . Обратите внимание на символы, используемые для ввода и вывода из бумаги.

Рис. 2. Маленькие компасы можно использовать для картирования полей, показанных здесь. (а) Магнитное поле круговой токовой петли похоже на магнитное поле стержневого магнита. (б) Длинный и прямой провод создает поле с силовыми линиями магнитного поля, образующими кольцевые петли. (c) Когда проволока находится в плоскости бумаги, поле перпендикулярно бумаге.Обратите внимание, что символы, используемые для поля, указывающего внутрь (например, хвоста стрелки), и поля, указывающего наружу (например, наконечника стрелки).

Установление соединений: 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 линии магнитного поля для представления поля (линии - это графический инструмент, а не физическая сущность сами по себе). Свойства силовых линий магнитного поля можно описать 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.Он точно пропорционален количеству линий на единицу площади, перпендикулярной линиям (так называемая поверхностная плотность).
  3. Силовые линии магнитного поля никогда не могут пересекаться, а это означает, что поле уникально в любой точке пространства.
  4. Линии магнитного поля непрерывны, образуют замкнутые контуры 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 магнитные монополи существовали, то силовые линии магнитного поля начинались бы и заканчивались на них.

Сводка раздела

  • Магнитные поля могут быть графически представлены силовыми линиями магнитного поля, свойства которых следующие:
    • Поле касается линии магнитного поля.
    • Напряженность поля пропорциональна линейной плотности.
    • Линии поля не могут пересекаться.
    • Полевые линии представляют собой непрерывные петли.

Концептуальные вопросы

  1. Объясните, почему магнитное поле не может быть уникальным (то есть не иметь единственного значения) в точке пространства, где силовые линии магнитного поля могут пересекаться.(Учитывайте направление поля в такой точке.)
  2. Перечислите сходства силовых линий магнитного и 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.
  3. Заметив, что силовые линии магнитного поля стержневого магнита напоминают силовые линии пары равных и противоположных зарядов, ожидаете ли вы, что магнитное поле будет быстро уменьшаться в силе по мере удаления от магнита? Это согласуется с вашим опытом работы с магнитами?
  4. Магнитное поле Земли параллельно земле во всех местах? Если нет, то где она параллельна поверхности? Его сила одинакова во всех местах? Если нет, то где оно больше всего?

Глоссарий

Магнитное поле:
представление магнитных сил
B - поле:
другой термин для обозначения магнитного поля
силовые линии магнитного поля:
графическое изображение силы и направления магнитного поля
направление силовых линий магнитного поля:
направление, на которое указывает северный конец стрелки компаса

магнетизм | Определение, примеры, физика и факты

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

Основы

В основе магнетизма лежат магнитные поля и их влияние на материю, как, например, отклонение движущихся зарядов и крутящих моментов на другие магнитные объекты. Свидетельством наличия магнитного поля является магнитная сила, действующая на заряды, движущиеся в этом поле; сила направлена ​​под прямым углом как к полю, так и к скорости заряда.Эта сила отклоняет частицы, не меняя их скорости. Отклонение можно наблюдать в крутящем моменте стрелки компаса, который выравнивает стрелку с магнитным полем Земли. Игла представляет собой тонкий кусок железа, намагниченный, то есть небольшой стержневой магнит. Один конец магнита называется северным полюсом, а другой - южным. Сила между северным и южным полюсами притягательна, тогда как сила между такими же полюсами отталкивает. Магнитное поле иногда называют магнитной индукцией или плотностью магнитного потока; он всегда обозначается как B .Магнитные поля измеряются в единицах тесла (Тл). (Другой единицей измерения, обычно используемой для B , является гаусс, хотя он больше не считается стандартной единицей измерения. Один гаусс равен 10 −4 тесла.)

Основным свойством магнитного поля является то, что его поток через любую замкнутую поверхность равен нулю. (Замкнутая поверхность - это поверхность, которая полностью окружает объем.) Это выражается математически как div B = 0 и может быть понято физически в терминах линий поля, представляющих B .Эти линии всегда замыкаются сами по себе, 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. Силовые линии электрического поля могут начинаться и заканчиваться на заряде, но не было найдено эквивалентного магнитного заряда, несмотря на многочисленные поиски так называемых магнитных монополей.

Наиболее распространенным источником магнитных полей является электрическая петля. Это может быть электрический ток в круговом проводнике или движение вращающегося электрона в атоме.С обоими этими типами токовых контуров связан магнитный дипольный момент, значение которого составляет i A , произведение тока i и площади 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 еще один важный источник магнитных полей. Частицу с магнитным дипольным моментом часто называют магнитным диполем.(Магнитный диполь можно представить как крошечный стержневой магнит. Он имеет такое же магнитное поле, что и такой магнит, и ведет себя таким же образом 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 неоднородно, на диполь также может действовать сила.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Все вещества в той или иной степени проявляют магнитные свойства.При помещении в неоднородное поле материя 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 выравнивания дипольных моментов относительно друг друга. Некоторые материалы, такие как железо, демонстрируют очень сильные магнитные свойства из-за выравнивания магнитных моментов их атомов в определенных небольших областях, называемых доменами.В нормальных условиях различные домены имеют компенсирующие поля, но их можно выровнять друг с другом для создания чрезвычайно сильных магнитных полей. Различные сплавы, такие как NdFeB (сплав неодима, железа и бора), поддерживают выравнивание своих доменов и используются для изготовления постоянных магнитов. Сильное магнитное поле, создаваемое типичным магнитом из этого материала толщиной три миллиметра, сравнимо с электромагнитом, сделанным из медной петли, по которой проходит ток в несколько тысяч ампер. Для сравнения, ток в обычной лампочке равен 0.5 ампер. Поскольку выравнивание доменов материала создает магнит, нарушение упорядоченного выравнивания разрушает магнитные свойства материала. Тепловое перемешивание, возникающее в результате нагрева 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 циклотроне со сверхпроводящей катушкой 5 т
возле небольшого керамического магнита 0.1 т
Поле Земли на экваторе 4 (10 −5 ) т
в межзвездном пространстве 2 (10 −10 ) т

Магнитное поле,

Магнитный Поле,

термин магнетизм происходит из региона Магнезия, города в Западной Турции, где греки нашли магниты, которые притягивали куски железа через космос.Также наблюдается, что, магниты притягивают и отталкивают. Мы может объяснить эту двойственную природу магнитной силы, предположив, что каждый магнит имеет два полюса, северный полюс (N) и южный полюс (S). Во время занятий вы заметите две вещи:

1) Когда два магнита приближаются друг к другу, как отталкивающиеся полюса; противоположные полюса привлекать.

2) Когда магнит подносят к железке, железо тоже притягивается к магнит, и он приобретает такую ​​же способность притягивать другие железки.

ср хотелось бы представить это силовое воздействие магнита на железоподобные предметы с помощью понятие называется магнитным полем. В понятие поля можно лучше понять, если вспомнить гравитационную силу Земли на объект рядом с ней. Мы говорим что простое присутствие Земли создает гравитационное поле в окружающем пространство, и что мы можем изобразить этот гравитационный силовой эффект линиями начиная с Земли и уходя радиально в бесконечность.

Луна попадает в поле Земли. Так же, Космонавт в космическом путешествии ощущает притяжение Земли. Космический шаттл также находится в области Земли. В причина, по которой они не падают, выходит за рамки этого курса, но я объясните для полноты. Ни один из них падают на Землю, потому что все они имеют достаточную горизонтальную скорость, чтобы Земля. Если бы вы могли горизонтально бросать бейсбольный мяч со скоростью 18 000 миль / ч, я бы также Земля и вернусь к вам.Поэтому мы представляют притягивающую силу притяжения Земли с силовыми линиями. Направление линий поля обозначает направление силы, которое тело будет испытывать вокруг Земли, и плотность силовые линии (насколько близко они разделены) представляет силу сила. Например, вы ближе к Земля, сильнее сила.

Аналогично, магнит создает магнитное поле в окружающем его пространстве, в котором он магнитно влияет на любой другой магнитный материал.Сила представлена ​​плотностью магнитного поля. линий. Линии магнитного поля замкнуты кривые, уходящие с Северного полюса и входящие в Южный полюс, если следовать по ним снаружи магнит.

А компас, который сам по себе является маленьким магнитом, расположен параллельно магнитному полюсу. линии поля в точке его размещения. Кончик стрелки - это северный магнитный полюс, а ее конец - это Южный магнитный полюс.

Строительными блоками магнитов являются атомы, которые представляют собой маленькие крошечные магниты. Что касается магнетизма, мы можем рассматривать атом как крошечный компас / магнит, указывающий на север направление. Позже мы увидим, что движение электронов (движущийся электрический заряд) - основная причина магнетизм. Для практических целей мы могут сосредоточиться на кластере атомов, называемом магнитными доменами , которые выровнен в определенном направлении. Каждый домен может состоять из миллиардов ориентированных атомов.В нормальных условиях магнитный материал, такой как железо, не ведут себя как магнит, потому что домены не имеют предпочтительного направления выравнивание. С другой стороны, домены магнита (или намагниченного железа) все выровнены в определенных направление. Домены отделены от соседние домены - доменными стенками. В общем, выравнивание внутри домена одинаково для всех атомов этого домена. домен. Однако атомы одного домена выровнены в другом направлении, чем атомы другого домен.Эта ситуация обрисована в общих чертах ниже для магнитного материала, намагниченного материала и для немагнитного материал. Немагнитный материал не имеет доменной структуры.

доменов можно вызвать выравнивание. Рассмотрим обычный железный гвоздь. Его домены ориентированы случайным образом, как на первом рисунке выше. Если вы принесете магнит, поднесите поблизости, области железного гвоздя выровняются таким образом, что северный полюс железа домены будут обращены к южному полюсу магнита и наоборот.

Когда вы снимаете магнит, гвоздь становится постоянным магнит на время. Тепловое движение (помните, чем выше температура, тем быстрее движутся атомы) атомов в конечном итоге может привести к тому, что большинство атомов вернутся к случайной ориентации. Кроме того, уронив магнит, не только будет вы нарушите его, но вы также разрушите выравнивание домена.

Другой способ сделать постоянный магнит - погладить железку (или железную стружку что вы будете делать как занятие) с помощью магнита.Железное бритье ведет себя как крошечный магниты.

Электромагнит:

А катушки из проволоки, подобные показанной на рисунке ниже, также могут производить магнитные поле, подобное магнитному. Если внутри, если катушки заполнены железным сердечником, магнитное поле даже становится сильнее за счет дополнительного магнетизма от утюга.

Магнетизм: определение, типы, свойства и принцип работы (с примерами)

Обновлено 28 декабря 2020 г.

Автор: GAYLE TOWELL

Магниты.Они у вас на холодильнике, вы играли с ними в детстве, вы даже держали компас в руке, когда стрелка компаса указывала на северный магнитный полюс Земли. Но как они работают? Что это за явление магнетизма?

Что такое магнетизм?

Магнетизм - один из аспектов фундаментальной электромагнитной силы. Он описывает явления и силы, связанные с магнитами или магнитными объектами.

Все магнитные поля создаются движущимся зарядом или изменяющимися электрическими полями.Вот почему явления электричества и магнетизма вместе называются электромагнетизмом. Они действительно одно и то же!

Во всех материалах атомы содержат электроны, и эти электроны образуют облако вокруг атомного ядра, а их общее движение создает миниатюрный магнитный диполь. Однако в большинстве материалов случайное распределение ориентации этих мини-магнитов приводит к компенсации полей. Ферромагнитные материалы - исключение.

Многие материалы проявляют магнитные явления, включая железо, марганец, магнетит и кобальт.Они могут существовать как постоянные магниты или могут быть парамагнитными (т. Е. Притягиваться к магнитным материалам, но сами не сохраняют постоянный магнетизм). Электромагниты создаются путем пропускания электрического тока через провод, намотанный вокруг такого материала, как железо (или в любой ситуации, в которой есть движущийся электрический заряд).

Магнитные материалы могут притягиваться друг к другу или отталкиваться, в зависимости от того, какие части этих материалов собраны вместе.

Магнитные поля

Так же, как электрическая сила и сила гравитации, объекты, которые действуют друг на друга магнитными силами, создают вокруг себя поле.Например, стержневой магнит создает магнитное поле в пространстве вокруг себя, в результате чего любые другие магниты или ферромагнитные материалы, попадающие в это поле, чувствуют силу.

Один из способов визуализировать магнитное поле - использовать железные опилки. Железные опилки - это маленькие кусочки железа, которые при рассыпании вокруг магнита выравниваются по линиям внешнего магнитного поля, позволяя вам их визуализировать.

Единицей СИ, связанной с напряженностью магнитного поля, является тесла.2} = \ frac {\ text {N}} {\ text {Am}}

Другой распространенной единицей, связанной с напряженностью магнитного поля, является гаусс.

Типы магнетизма

Существует много различных типов магнетизма:

Парамагнетизм описывает определенные материалы, которые могут быть слабо притянуты к магнитам, но сами не сохраняют постоянное магнитное поле. В присутствии внешнего поля они будут формировать внутренние индуцированные магнитные поля, которые выравниваются.Это может привести к временному усилению магнитного поля в целом. Есть много разных типов парамагнитных материалов, в том числе некоторые драгоценные камни.

Диамагнетизм - это свойство, присущее всем материалам, но обычно наиболее очевидное для материалов, которые мы считаем немагнитными. Диамагнитные материалы очень слабо отталкиваются магнитными полями. В постоянных магнитах и ​​парамагнитных материалах эффекты диамагнетизма незначительны.

Электромагнетизм возникает, когда электрический ток проходит через провод.Этот провод может быть намотан на железный стержень, чтобы усилить эффект, поскольку железо будет создавать собственное магнитное поле, которое выравнивается с внешним полем. Эта форма магнетизма является прямым результатом того факта, что движение электронов создает магнитное поле. (Опять же, электричество и магнетизм - две стороны одного и того же фундаментального физического свойства!)

Ферромагнетизм описывает, как определенные материалы, называемые ферромагнитными материалами, образуют постоянные магниты, которые более подробно обсуждаются в следующем разделе.

Ферромагнитные материалы

Материалы, которые сильно притягиваются магнитами, называются ферромагнитными. Железо - самый распространенный материал этого типа. (Это неудивительно, поскольку латинский префикс ferro - означает «железо».)

Ферромагнитные материалы имеют так называемые магнитные домены; то есть области внутри них, похожие на магниты, но ориентированные в разных направлениях, так что общий эффект нейтрализуется, и они обычно не действуют как магниты.Однако, если эти материалы поместить в магнитные поля, это может вызвать выравнивание доменов, так что все они будут выровнены в одном направлении, и, следовательно, они сами станут (часто временно) подобными магнитам.

Ферромагнитные материалы включают магнитный камень, железо, никель, кобальт и различные редкоземельные материалы, включая неодим.

Стержневые магниты, диполи и магнитные свойства

Стержневой магнит представляет собой прямоугольный или цилиндрический стержень из магнитного материала.Концы стержневого магнита - это северный и южный полюса. Это два типа магнитных полюсов, и они взаимодействуют друг с другом посредством магнитной силы аналогично тому, как положительные и отрицательные заряды взаимодействуют через электрическую силу.

Барные магниты представляют собой магнитные диполи. У них есть противоположные полюса, разделенные расстоянием, как у электрического диполя. Однако одно из основных отличий заключается в том, что с магнитами у вас не может быть монополя (изолированного полюса), как у зарядов.Магнит всегда существует как диполь, и никогда как северный полюс сам по себе или южный полюс сам по себе. (Если вы разрежете стержневой магнит пополам, чтобы попытаться разделить полюса, вы просто получите два меньших диполярных магнита!)

Магнитное поле Земли

Как вы, вероятно, знаете, у Земли есть магнитное поле. Это позволяет людям использовать компасы, чтобы определить, в каком направлении они смотрят относительно полюсов. Магнитный компас состоит из небольшого магнита, который может свободно перемещаться и выравниваться с любым внешним полем.Красный конец стрелки компаса указывает на север. Магнитное поле Земли действует как гигантский стержневой магнит. Этот воображаемый стержневой магнит ориентирован так, что северный конец магнита находится на южном полюсе Земли, а южный конец магнита - на северном полюсе Земли.

Магнитное поле Земли также в большинстве мест не параллельно поверхности Земли. Вы можете определить склонение магнитного поля Земли с помощью погружной иглы. Сначала сориентируйте стрелку горизонтально и совместите ее с магнитным севером Земли.Затем поверните его вертикально и соблюдайте угол падения. Угол тем больше, чем ближе вы к полюсам.

Магнитное поле Земли создает область пространства, окружающую планету, которая называется магнитосферой. Магнитосфера по сути выглядит как магнитное поле очень большого стержневого магнита, выровненного близко к оси Земли, хотя магнитосфера может деформироваться при взаимодействии с заряженными частицами.

Магнитосфера защищает нас от солнечного ветра, который содержит заряженные частицы.Взаимодействие между этими частицами и силовыми линиями магнитного поля вызывает полярные сияния.

Примеры

Явление магнетизма используется во всех видах повседневных приложений.

Явление электромагнетизма позволяет нам преобразовывать механическую энергию в электрическую в электрических генераторах. В электрических генераторах используются механические средства для вращения турбины (дующий ветер или проточная вода), которая изменяет магнитное поле относительно проволочных катушек, вызывая протекание тока.

Электродвигатели, по сути, противоположны электрическим генераторам, использующим электромагнетизм для преобразования электрической энергии в механическую, будь то электродрель, миксер или электромобиль.

Промышленные электромагниты - это гигантские магниты с очень сильными магнитными полями, которые позволяют собирать старые автомобили на свалке.

Аппараты МРТ используют сильные магнитные поля для создания изображений ваших внутренних органов и позволяют врачам диагностировать целый ряд заболеваний.

Магнитное поле Земли

Магнитное поле Земли
Магнитное поле Земли


У Земли есть сильное магнитное поле, что является историческим фактом. важность из-за роли магнитного компаса в исследовании планета.

Структура поля

Линии поля , определяющие структуру магнитного поля аналогичны таковым у простого стержневого магнита, как показано на следующем фигура.
Магнитное поле Земли и радиационные пояса Ван Аллена

Хорошо известно, что ось магнитного поля наклонена относительно ось вращения Земли. Таким образом, истинный север (определяемый направлением на северный полюс вращения) не совпадает с магнитный север (определяется направлением на северный магнитный полюс) и направления по компасу должны корректироваться на фиксированную величину на данные точки на поверхности Земли, чтобы дать истинное направление.

Радиационные пояса Ван Аллена

Фундаментальный свойство магнитных полей состоит в том, что они действуют на движущиеся электрические обвинения. Таким образом, магнитное поле может улавливать заряженные частицы такие как электроны и протоны, поскольку они вынуждены выполнять спиралевидное движение вперед и назад вдоль линий поля.

Как показано на рисунке рядом, заряженный частицы отражаются в «точках зеркала», где силовые линии сближаются вместе, и спирали затягиваются. Один из первых плодов раннего космоса исследование было открытием в конце 1950-х годов, что Земля окружена две области с особенно высокой концентрацией заряженных частиц, называемые Радиационные пояса Ван Аллена .

Внутренний и внешний ремни Ван Аллена имеют показано на верхнем рисунке. Первоисточник этих заряженных частицы это поток частиц исходящий от Солнца, который мы называем Солнечный ветер . Как мы увидим в следующем разделе, заряженные частицы, захваченные в ловушку Земли магнитное поле несут ответственность за Аврора (Северное и южное сияние).

Происхождение магнитного поля

Магнитные поля создаются движением электрических зарядов.Например, магнитное поле стержневого магнита возникает в результате движения отрицательно заряженные электроны в магните. Происхождение магнитного поля Земли не полностью изучен, но считается, что он связан с электрическими токи создается за счет сочетания конвективных эффектов и вращения во вращающейся жидкости металлический внешний сердечник из железа и никеля. Этот механизм называется динамо-эффект .

Породы, образовавшиеся из расплавленного состояния, содержат индикаторы магнитного поле в момент их застывания.Изучение таких «магнитных» окаменелости "указывает на то, что магнитное поле Земли меняет свое направление на противоположное каждый миллионов лет или около того (северный и южный магнитные полюса меняются местами). Это но одна деталь магнитного поля, которая не совсем понятна.

Магнитосфера Земли

Упомянутый выше солнечный ветер представляет собой поток ионизированных газов, который дует наружу. от Солнца со скоростью около 400 км / сек, и интенсивность этого сигнала меняется в зависимости от количество поверхностной активности на Солнце. Магнитное поле Земли экранирует его. от большей части солнечного ветра.Когда солнечный ветер встречает магнитное поле Земли. поле оно отклоняется, как вода, вокруг носовой части корабля, как показано на соседнем изображение (Источник).

Воображаемый поверхность, на которой в первую очередь отклоняется солнечный ветер, называется носовой амортизатор . Соответствующая область пространства за носовой частью толчок и окружающий Землю называется магнитосфера ; Это представляет собой область космоса, в которой доминирует магнитное поле Земли в ощущение, что это в значительной степени препятствует проникновению солнечного ветра.Однако некоторые высокая энергия заряженные частицы солнечного ветра проникают в магнитосферу и являются источник заряженных частиц, захваченных поясами Ван Аллена.

Магнитное поле | Линии магнитного поля и применение магнитов

Магнитное поле можно проиллюстрировать двумя разными способами; векторное поле и силовые линии магнитного поля

Векторное поле:

Векторное поле - это математическое описание магнитного поля.Считается, что магнитное поле имеет как величину, так и направление. Векторное поле можно нарисовать как набор векторов, нарисованных на сетке. Направление каждого вектора указывает на направление компаса. Длина вектора зависит от силы магнитного поля.

Линии магнитного поля:

Силовые линии магнитного поля - это воображаемые линии вокруг магнита. Величина поля обозначается плотностью его линий. Вблизи южного и северного полюсов магнита магнитное поле сильнее и ослабевает, когда оно удаляется от полюсов.Эту концепцию можно прояснить, проведя простой эксперимент. Закрепите лист белой бумаги на столе и поместите стержневой магнит в центр. Посыпьте магнит железной опилкой. Осторожно постучите по столу. Можно видеть, что железные опилки выстраиваются по определенной схеме, которая представляет поле этого магнита. Если эти закономерности наблюдаются четко, можно увидеть, что железные опилки накапливаются около полюсов, тогда как концентрация меньше в области от полюсов.

Силовые линии магнитного поля обладают различными свойствами:

1.Линии магнитного поля никогда не пересекаются друг с другом.

2. Между противоположными магнитными полюсами проходит путь с наименьшим сопротивлением. Путь магнитных силовых линий стержневого магнита представляет собой замкнутую петлю от одного полюса к другому.

3. Длина силовых линий магнитного поля будет одинаковой.

4. По мере того, как силовые линии перемещаются из области более высокой проницаемости в область более низкой проницаемости, их плотность будет уменьшаться.

5.В магнитном поле материала линии текут от южного полюса к северному полюсу, а в воздухе их направление потока будет от северного полюса к южному полюсу.

6. Плотность магнитного поля зависит от расстояния от полюса. По мере удаления от полюса их плотность уменьшается.

7. Магнитное поле является векторной величиной, потому что оно имеет как величину, так и направление.

Как нарисовать линии магнитного поля?

Линии магнитного поля можно нарисовать с помощью компаса, стержневого магнита и диаграммной бумаги.Сначала закрепите бумагу на чертежной доске. Поместите стержневой магнит в центр и отметьте положение карандашом. Держите компас рядом с любым полюсом магнита. Убедитесь, что поблизости нет других магнитных материалов. Видно, что стрелка компаса указывает в некоторых направлениях. Отметьте точку в этом направлении. Переместите компас из этого положения и поместите его на точку таким образом, чтобы основание стрелки находилось в точке. Отметьте новую точку в том направлении, куда сейчас указывает стрелка компаса.Пока компас не достигнет противоположного полюса магнита, повторяйте эту процедуру. Соединить точки. Снова вернитесь в предыдущую позицию и повторите те же шаги, начиная с нового места. Проведя несколько линий, можно увидеть, что линии образуют замкнутую петлю, которая, кажется, начинается от одного полюса магнита и заканчивается на другом полюсе. Это метод рисования линий магнитного поля. Если сравнить эти линии с выравниванием железных опилок, можно заметить схожесть рисунков.В зависимости от типа магнитов силовые линии магнитного поля также будут различаться.

Как создается магнитное поле?

Магнитное поле создается не только магнитом, но также может создаваться движущимся зарядом или электрическими токами. Все мы знаем, что материя состоит из крошечных частиц, называемых атомами. Ядро атома состоит из протонов и нейтронов, а электроны вращаются вокруг него. Вращение и вращение протонов и нейтронов или ядра атома создают магнитное поле.Направление магнитного поля определяется направлением орбиты и вращения. Магнитное поле математически представлено символом «B». Его единица измерения - Тесла (Т).

Магнитное поле Земли

Доказательства наличия магнитного поля Земли были впервые даны сэром Уильямом Гилбертом в 1600 году. Основываясь на некоторых экспериментах, он обнаружил, что Земля проявляет некоторые магнитные свойства и у нее есть магнитное поле. Если магнит свободно подвешен на нити и может вращаться в горизонтальной плоскости, он автоматически выровняется в направлении север-юг и остановится.Регулировка магнита будет таким образом, чтобы северный полюс магнита притягивался к географическому югу, а южный полюс магнита притягивался к географическому северу. Второе свидетельство - наличие нейтральных точек на силовых линиях магнитного поля. Магнитное поле магнита, которое используется для рисования силовых линий, нейтрализуется магнитным полем Земли. Без магнитного поля Земли эти нейтральные точки не видны. Третье свидетельство состоит в том, что мягкое железо становится магнитом, если оно закопано под землей в направлении север-юг.

Гипотеза об источнике магнитного поля Земли

1. Ядро Земли находится в форме горячей расплавленной жидкости и содержит ионы. Эти ионы циркулируют внутри жидкости в виде токовых петель, и в результате создается магнитное поле.

2. Земля вращается вокруг своей оси, и материя на Земле состоит из заряженных частиц. Эти заряженные частицы также вращаются вокруг оси Земли в виде токовых петель и отвечают за создание магнитного поля.

3. Внешний слой Земли состоит из ионизированных газов. Когда Земля вращается, движение ионов производит электрический ток, и из-за этого создается магнитное поле.

Характеристики магнитного поля Земли

1. Магнитное поле Земли однородно

2. Напряженность магнитного поля на поверхности Земли составляет примерно 10-4 Тесла

3. Магнитное поле Земли простирается на высоту, в 5 раз превышающую радиус Земли.

Применение магнитов в реальной жизни

1. Магниты используются в электрических звонках.

2. Применяются в производстве генераторов и электродвигателей.

3. Магниты используются для поиска географических направлений.

4. Магниты играют важную роль в отделении магнитных и немагнитных материалов от лома.

5. Магниты также широко используются в медицине для снятия боли в различных частях тела.

Магнитное поле Земли (стрелки компаса) Набор данных

Описание

Земля похожа на гигантский магнит с Северным и Южным полюсами. Однако магнитные Северный и Южный полюсы не совпадают с географическими Северным и Южным полюсами. Географический северный полюс определяется широтой 90 ° северной широты и является осью вращения Земли. Магнитный Северный полюс - это место, где магнитное поле Земли направлено вертикально вниз.Земля создает собственное магнитное поле из электрических токов, создаваемых в жидком железо-никелевом сердечнике. Чтобы проиллюстрировать магнитное поле Земли, были созданы три набора данных по магнетизму Земли. Все эти наборы данных показывают изменения магнитного поля с 1590 по 2010 год. Первый набор данных показывает силовые линии магнитного поля на поверхности Земли. Магнитные полюса обозначены звездами. Синие линии показывают, где магнитное поле опускается на Землю, а красные линии показывают, где магнитное поле выходит из Земли.Там, где силовые линии горизонтальны по отношению к Земле, между красной и синей линиями, магнитный экватор заштрихован желтым цветом.

Стрелки компаса указывают направление силовых линий магнитного поля, которое обычно отличается от направления на географический северный полюс. Направление наведения компаса также может отличаться от направления на Северный магнитный полюс, поскольку силовые линии магнитного поля - это не просто круги, соединяющие магнитные полюса. Второй набор данных показывает направления наведения компаса по всему миру.Черные линии (меридианы) указывают направление на Истинный Север. Угол между направлением наведения компаса и истинным севером называется магнитным склонением. Третий набор данных показывает линии равного магнитного склонения, измеренные в градусах восточной (положительной) или западной (отрицательной) части истинного севера. Черная линия - это место, где склонение равно нулю, а направления истинного севера и магнитного севера равны. Магнитные Северный и Южный полюса обозначены черными звездами. При использовании компаса для навигации важно знать магнитное склонение, чтобы можно было определить направление на истинный север.С 1970-х годов движение Северного магнитного полюса ускорилось, что заметно во всех трех наборах данных.

Примечательные особенности

  • Магнитные полюса (обозначенные звездами) медленно перемещаются со временем
  • В наборе данных линий магнитного поля желтая линия - это магнитный экватор
  • Направление стрелки компаса и магнитное склонение меняются со временем из-за изменений магнитного поля Земли
  • С 1970-х годов Северный Магнитный полюс ускоряется с менее чем 10 до более чем 30 миль в год

На этих рисунках и анимациях магнитное поле с 1590 по 1980 год определяется выражением модель GUFM-1 Джексона и др.(2000), а поле с 1980 по 2010 гг. дается 10-м поколением Международного опорного геомагнитного поля.

Связанные наборы данных

Ваш браузер не поддерживает элемент HTML5 .

У вас есть 0 наборов данных в вашем.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *