Permanent magnetfält. Magnetfältström, magnetisk ström

Låt oss tillsammans förstå vad ett magnetfält är. Trots allt lever många människor i det här fältet hela livet och tänker inte ens på det. Dags att fixa det!

Ett magnetfält

Ett magnetfältär en speciell sorts materia. Det visar sig i verkan på rörliga elektriska laddningar och kroppar som har sitt eget magnetiska moment (permanenta magneter).

Viktigt: ett magnetfält verkar inte på stationära laddningar! Ett magnetiskt fält skapas också genom att elektriska laddningar förflyttas, eller av ett tidsvarierande elektriskt fält, eller av de magnetiska momenten hos elektroner i atomer. Det vill säga, vilken tråd som helst genom vilken ström flyter blir också en magnet!

En kropp som har ett eget magnetfält.

En magnet har poler som kallas norr och söder. Beteckningarna "norra" och "södra" ges endast för bekvämlighet (som "plus" och "minus" i el).

Magnetfältet representeras av kraft magnetiska linjer. Kraftlinjerna är kontinuerliga och slutna, och deras riktning sammanfaller alltid med fältkrafternas riktning. Om den är spridd runt en permanentmagnet metallspån, kommer metallpartiklar att visa en tydlig bild av fältlinjer magnetiskt fält, lämnar den norra och går in Sydpolen. Grafisk egenskap hos magnetfältet - kraftlinjer.

Magnetfältsegenskaper

De huvudsakliga egenskaperna hos magnetfältet är magnetisk induktion, magnetiskt flöde och magnetisk permeabilitet. Men låt oss prata om allt i ordning.

Omedelbart noterar vi att alla måttenheter anges i systemet SI.

Magnetisk induktion B - vektorfysisk kvantitet, som är magnetfältets huvudeffektkarakteristik. Betecknas med bokstav B . Måttenheten för magnetisk induktion - Tesla (Tl).

Magnetisk induktion indikerar hur starkt ett fält är genom att bestämma kraften med vilken det verkar på en laddning. Given makt kallad Lorentz kraft.

Här q - ladda, v - dess hastighet i ett magnetfält, B - induktion, F är den Lorentz-kraft med vilken fältet verkar på laddningen.

F- en fysisk kvantitet som är lika med produkten av magnetisk induktion med konturens area och cosinus mellan induktionsvektorn och normalen till konturens plan genom vilken flödet passerar. magnetiskt flöde- skalär karaktäristik för magnetfältet.

Vi kan säga att det magnetiska flödet kännetecknar antalet magnetiska induktionslinjer som penetrerar en enhetsarea. Det magnetiska flödet mäts i Weberach (WB).

Magnetisk permeabilitet- koefficient som bestämmer magnetiska egenskaper miljö. En av parametrarna som den magnetiska induktionen av fältet beror på är den magnetiska permeabiliteten.

Vår planet har varit en enorm magnet i flera miljarder år. Induktionen av jordens magnetfält varierar beroende på koordinaterna. Vid ekvatorn är det cirka 3,1 gånger 10 till Teslas minus femte potens. Dessutom finns det magnetiska anomalier, där fältets värde och riktning skiljer sig markant från närliggande områden. En av de största magnetiska anomalierna på planeten - Kursk och Brasiliansk magnetisk anomali.

Ursprunget till jordens magnetfält är fortfarande ett mysterium för forskare. Det antas att källan till fältet är jordens flytande metallkärna. Kärnan rör sig, vilket innebär att den smälta järn-nickellegeringen rör sig, och rörelsen av laddade partiklar är den elektriska ström som genererar magnetfältet. Problemet är att denna teori geodynamo) förklarar inte hur fältet hålls stabilt.

Jorden är en enorm magnetisk dipol. De magnetiska polerna sammanfaller inte med de geografiska, även om de ligger i närheten. Dessutom rör sig jordens magnetiska poler. Deras förflyttning har registrerats sedan 1885. Till exempel, under de senaste hundra åren har den magnetiska polen på södra halvklotet förskjutits med nästan 900 kilometer och är nu i södra oceanen. Polen på det arktiska halvklotet rör sig genom norr Arktiska havet till den östsibiriska magnetiska anomalien var hastigheten för dess rörelse (enligt 2004) cirka 60 kilometer per år. Nu sker en acceleration av polernas rörelse - i genomsnitt växer hastigheten med 3 kilometer per år.

Vilken betydelse har jordens magnetfält för oss? Först och främst skyddar jordens magnetfält planeten från kosmiska strålar och solvind. Laddade partiklar från rymden faller inte direkt till marken, utan avleds av en jättemagnet och rör sig längs dess kraftlinjer. Allt levande är alltså skyddat från skadlig strålning.

Under jordens historia har det funnits flera inversioner(förändringar) av magnetiska poler. Polinversionär när de byter plats. Förra gången detta fenomen inträffade för cirka 800 tusen år sedan, och det fanns mer än 400 geomagnetiska omkastningar i jordens historia. Vissa forskare tror att, med tanke på den observerade accelerationen av magnetpolernas rörelse, bör nästa polomkastning förväntas i kommande tusen år.

Lyckligtvis förväntas ingen polvändning i vårt århundrade. Så du kan tänka på det trevliga och njuta av livet i det gamla goda konstantfältet på jorden, efter att ha övervägt magnetfältets huvudegenskaper och egenskaper. Och så att du kan göra detta, det finns våra författare, som kan anförtros några av de pedagogiska problemen med förtroende för framgång! och andra typer av arbeten kan du beställa på länken.

Under det senaste århundradet har olika vetenskapsmän lagt fram flera antaganden om jordens magnetfält. Enligt en av dem visas fältet som ett resultat av planetens rotation runt sin axel.

Den bygger på den märkliga Barnet-Einstein-effekten, som ligger i att när någon kropp roterar så uppstår ett magnetfält. Atomerna i denna effekt har sitt eget magnetiska moment, eftersom de roterar runt sin egen axel. Så här ser jordens magnetfält ut. Denna hypotes klarade dock inte experimentella tester. Det visade sig att magnetfältet som erhålls på ett sådant icke-trivialt sätt är flera miljoner gånger svagare än det verkliga.

En annan hypotes är baserad på utseendet av ett magnetfält på grund av den cirkulära rörelsen av laddade partiklar (elektroner) på planetens yta. Också hon var inkompetent. Elektronernas rörelse kan orsaka uppkomsten av ett mycket svagt fält, dessutom förklarar denna hypotes inte omkastningen av jordens magnetfält. Det är känt att den nordliga magnetiska polen inte sammanfaller med den norra geografiska.

Solvind och mantelströmmar

Mekanismen för bildandet av magnetfältet på jorden och andra planeter solsystem inte helt förstådd och förblir fortfarande ett mysterium för forskare. En föreslagen hypotes gör dock ett ganska bra jobb med att förklara inversionen och storleken på den verkliga fältinduktionen. Den är baserad på arbetet med jordens inre strömmar och solvinden.

Jordens inre strömmar flyter i manteln, som består av ämnen med mycket god ledningsförmåga. Kärnan är den aktuella källan. Energi från kärnan till jordytan överförs genom konvektion. Således finns i manteln konstant rörelseämne, som bildar ett magnetfält enligt den kända rörelselagen för laddade partiklar. Om vi ​​bara associerar dess utseende med inre strömmar, visar det sig att alla planeter vars rotationsriktning sammanfaller med jordens rotationsriktning måste ha ett identiskt magnetfält. Det är det dock inte. Jupiters nordliga geografiska pol sammanfaller med nordmagneten.

Inte bara interna strömmar är involverade i bildandet av jordens magnetfält. Det har länge varit känt att det reagerar på solvinden, en ström av högenergipartiklar som kommer från solen som ett resultat av reaktioner som sker på dess yta.

Solvinden är till sin natur en elektrisk ström (rörelsen av laddade partiklar). Medbringad av jordens rotation skapar den en cirkulär ström, vilket leder till uppkomsten av jordens magnetfält.

Det är välkänt att magnetfältet används flitigt i vardagen, på jobbet och i vetenskaplig forskning. Det räcker med att namnge sådana enheter som generatorer, elmotorer, reläer, acceleratorer. elementarpartiklar och olika sensorer. Låt oss överväga mer i detalj vad ett magnetfält är och hur det bildas.

Vad är ett magnetfält - definition

Ett magnetfält är ett kraftfält som verkar på rörliga laddade partiklar. Storleken på magnetfältet beror på graden av dess förändring. Enligt denna funktion särskiljs två typer av magnetfält: dynamiska och gravitationella.

Gravitationsmagnetfältet uppstår endast nära elementarpartiklar och bildas beroende på egenskaperna hos deras struktur. Källorna till ett dynamiskt magnetfält är rörliga elektriska laddningar eller laddade kroppar, strömförande ledare, såväl som magnetiserade ämnen.

Magnetfältsegenskaper

Den store franske forskaren André Ampere lyckades ta reda på två grundläggande egenskaper hos magnetfältet:

1. Den största skillnaden mellan ett magnetfält och ett elektriskt fält och dess huvudsakliga egenskap är att det är relativt. Om du tar en laddad kropp, lämnar den orörlig i valfri referensram och placerar en magnetnål i närheten, kommer den som vanligt att peka norrut. Det vill säga, den kommer inte att upptäcka något annat fält än jordens. Om du börjar röra den här laddade kroppen i förhållande till pilen kommer den att börja vända - detta indikerar att när den laddade kroppen rör sig uppstår även ett magnetfält, förutom det elektriska. Således uppstår ett magnetfält om och endast om det finns en rörlig laddning.
2. Magnetfältet verkar på en annan elektrisk ström. Så du kan upptäcka det genom att spåra rörelsen av laddade partiklar - i ett magnetfält kommer de att avvika, ledare med ström kommer att röra sig, ramen med ström kommer att vända, magnetiserade ämnen kommer att skifta. Här ska vi komma ihåg den magnetiska kompassnålen, vanligtvis inmålad Blå färg- det är bara en bit magnetiserat järn. Den pekar alltid norrut eftersom jorden har ett magnetfält. Hela vår planet är en enorm magnet: vid nordpolen finns ett sydmagnetiskt bälte och vid söder geografisk polär den nordliga magnetiska polen.

Dessutom inkluderar magnetfältets egenskaper följande egenskaper:

1. Magnetfältets styrka beskrivs av magnetisk induktion - det här är en vektormängd som bestämmer styrkan med vilken magnetfältet påverkar rörliga laddningar.
2. Magnetfältet kan vara av konstant och variabel typ. Den första genereras av ett elektriskt fält som inte förändras med tiden, induktionen av ett sådant fält är också oförändrad. Den andra genereras oftast med hjälp av induktorer som drivs av växelström.
3. Magnetfältet kan inte uppfattas av de mänskliga sinnena och registreras endast av speciella sensorer.

Vi minns fortfarande om magnetfältet från skolan, det är precis vad det är, "doppar upp" i inte allas minnen. Låt oss uppdatera vad vi har varit med om, och kanske berätta något nytt, användbart och intressant.

Bestämning av magnetfältet

Ett magnetfält är ett kraftfält som verkar på rörliga elektriska laddningar (partiklar). På grund av detta kraftfält attraheras föremål till varandra. Det finns två typer av magnetfält:

1. Gravitation - bildas uteslutande nära elementarpartiklar och viruetsya i sin styrka baserat på egenskaperna och strukturen hos dessa partiklar.
2. Dynamisk, producerad i föremål med rörliga elektriska laddningar (strömsändare, magnetiserade ämnen).

För första gången introducerades beteckningen på magnetfältet av M. Faraday 1845, även om dess betydelse var lite felaktig, eftersom man trodde att både elektriska och magnetiska effekter och interaktion bygger på samma materialfält. Senare 1873 "presenterade" D. Maxwell kvantteorin, där dessa begrepp började separeras, och det tidigare härledda kraftfältet kallades det elektromagnetiska fältet.

Hur uppstår ett magnetfält?

Magnetiska fält uppfattas inte av det mänskliga ögat olika föremål, och endast speciella sensorer kan fixa det. Källan till uppkomsten av ett magnetiskt kraftfält i mikroskopisk skala är rörelsen av magnetiserade (laddade) mikropartiklar, som är:

• joner;
• elektroner;
• protoner.

Deras rörelse uppstår på grund av det magnetiska spinnmomentet, som finns i varje mikropartikel.

Magnetfält, var kan det hittas?

Hur konstigt det än kan låta, men nästan alla föremål runt omkring oss har sitt eget magnetfält. Även om i mångas begrepp är det bara en sten som kallas en magnet som har ett magnetfält, som lockar till sig järnföremål. Faktum är att attraktionskraften finns i alla objekt, den visar sig bara i en lägre valens.

Det bör också klargöras att kraftfältet, som kallas magnetiskt, endast uppträder under förutsättning att elektriska laddningar eller kroppar rör sig.

Orörliga laddningar har ett elektriskt kraftfält (det kan också finnas i rörliga laddningar). Det visar sig att källorna till magnetfältet är:

• permanentmagneter;
• mobilavgifter.

Ett magnetfältär saken som uppstår kring källor elektrisk ström, samt runt permanentmagneter. I rymden visas magnetfältet som en kombination av krafter som kan påverka magnetiserade kroppar. Denna åtgärd förklaras av närvaron av drivande urladdningar på molekylär nivå.

Magnetfältet bildas bara runt elektriska laddningar som är i rörelse. Det är därför de magnetiska och elektriska fälten är integrerade och bildar tillsammans elektromagnetiskt fält. Komponenterna i magnetfältet är sammankopplade och verkar på varandra och ändrar deras egenskaper.

Magnetfältsegenskaper:
1. Magnetfältet uppstår under påverkan av drivladdningar av elektrisk ström.
2. Vid vilken punkt som helst kännetecknas magnetfältet av vektorn fysisk kvantitet berättigad magnetisk induktion, som är kraften som är karakteristisk för magnetfältet.
3. Magnetfältet kan bara påverka magneter, ledande ledare och rörliga laddningar.
4. Magnetfältet kan vara av konstant och variabel typ
5. Magnetfältet mäts endast av speciella anordningar och kan inte uppfattas av de mänskliga sinnena.
6. Magnetfältet är elektrodynamiskt, eftersom det genereras endast under rörelse av laddade partiklar och påverkar endast de laddningar som är i rörelse.
7. Laddade partiklar rör sig längs en vinkelrät bana.

Storleken på magnetfältet beror på ändringshastigheten för magnetfältet. Följaktligen finns det två typer av magnetfält: dynamiskt magnetfält och gravitationsmagnetfält. Gravitationsmagnetfält uppstår endast nära elementarpartiklar och bildas beroende på dessa partiklars strukturella egenskaper.

Magnetiskt ögonblick uppstår när ett magnetfält verkar på en ledande ram. Det magnetiska momentet är med andra ord en vektor som är placerad på linjen som går vinkelrätt mot ramen.

Magnetfältet kan representeras grafiskt med hjälp av magnetiska kraftlinjer. Dessa linjer är ritade i en sådan riktning att fältkrafternas riktning sammanfaller med själva fältlinjens riktning. Magnetiska fältlinjer är kontinuerliga och stängda samtidigt.

Riktningen på magnetfältet bestäms med hjälp av en magnetnål. Kraftlinjerna bestämmer också magnetens polaritet, slutet med kraftlinjernas utgång är Nordpolen, och slutet, med ingången till dessa linjer, är sydpolen.

Det är mycket bekvämt att visuellt bedöma magnetfältet med hjälp av vanliga järnspån och ett papper.
Om vi ​​lägger ett pappersark på en permanentmagnet och strö sågspån ovanpå, så kommer järnpartiklarna att radas upp enligt magnetfältslinjerna.

Riktningen för kraftlinjerna för ledaren bestäms bekvämt av den berömda gimlet regel eller regel höger hand . Om vi ​​slår armarna runt konduktören så att tumme tittade i strömmens riktning (från minus till plus), då kommer de 4 återstående fingrarna att visa oss riktningen för magnetfältslinjerna.

Och Lorentzkraftens riktning - kraften med vilken magnetfältet verkar på en laddad partikel eller ledare med ström, enl. vänsterhandsregel.
Om vi ​​placerar vänster hand i ett magnetfält så att 4 fingrar tittade i riktningen för strömmen i ledaren, och kraftlinjerna kom in i handflatan, då kommer tummen att indikera riktningen för Lorentzkraften, kraften som verkar på ledaren placerad i en magnetisk fält.

Det är ungefär det. Var noga med att ställa några frågor i kommentarerna.