Proporciona un campo magnético. El campo magnético de un conductor portador de corriente. Cambios en las propiedades magnéticas de los materiales.

Campo magnético y sus características.

Plan de lectura:

Campo magnético, sus propiedades y características.

un campo magnetico- la forma de existencia de la materia que rodea las cargas eléctricas en movimiento (conductores de corriente, imanes permanentes).

Este nombre se debe a que, como descubrió el físico danés Hans Oersted en 1820, tiene un efecto orientador sobre la aguja magnética. Experimento de Oersted: se colocó una aguja magnética debajo de un cable con corriente, girando sobre una aguja. Cuando se encendió la corriente, se instaló perpendicular al cable; al cambiar el sentido de la corriente, giraba en sentido contrario.

Propiedades básicas campo magnético:

generado por cargas eléctricas en movimiento, conductores con corriente, imanes permanentes y un campo eléctrico alterno;

actúa con fuerza sobre cargas eléctricas en movimiento, conductores con corriente, cuerpos magnetizados;

un campo magnético alterno genera un alterno campo eléctrico.

De la experiencia de Oersted se deduce que el campo magnético es direccional y debe tener una característica de fuerza vectorial. Se designa y llama inducción magnética.

El campo magnético se representa gráficamente usando líneas magnéticas de fuerza o líneas de inducción magnética. fuerza magnética líneas Se denominan líneas a lo largo de las cuales se ubican limaduras de hierro o ejes de pequeñas flechas magnéticas en un campo magnético. En cada punto de dicha línea, el vector se dirige tangencialmente.

Las líneas de inducción magnética siempre están cerradas, lo que indica la ausencia de cargas magnéticas en la naturaleza y la naturaleza de vórtice del campo magnético.

Convencionalmente, salen del polo norte del imán y entran por el sur. La densidad de las líneas se elige de modo que el número de líneas por unidad de área perpendicular al campo magnético sea proporcional a la magnitud de la inducción magnética.

Solenoide magnético con corriente

La dirección de las líneas está determinada por la regla del tornillo derecho. Solenoide: una bobina con corriente, cuyas vueltas están ubicadas cerca unas de otras, y el diámetro de la vuelta es mucho menor que la longitud de la bobina.

El campo magnético dentro del solenoide es uniforme. Un campo magnético se llama homogéneo si el vector es constante en cualquier punto.

El campo magnético de un solenoide es similar al campo magnético de una barra magnética.

Con

El olenoide con corriente es un electroimán.

La experiencia muestra que para un campo magnético, así como para un campo eléctrico, principio de superposición: la inducción del campo magnético creado por varias corrientes o cargas en movimiento es igual a la suma vectorial de las inducciones de los campos magnéticos creados por cada corriente o carga:

El vector se ingresa en una de 3 formas:

a) de la ley de Ampère;

b) por la acción de un campo magnético sobre una espira con corriente;

c) de la expresión de la fuerza de Lorentz.

PERO mper estableció experimentalmente que la fuerza con la que actúa el campo magnético sobre el elemento del conductor con corriente I, ubicado en un campo magnético, es directamente proporcional a la fuerza

corriente I y el producto vectorial del elemento de longitud y la inducción magnética:

- Ley de Ampère

H
la dirección del vector se puede encontrar de acuerdo con las reglas generales del producto vectorial, de las cuales se sigue la regla de la mano izquierda: si la palma de la mano izquierda se coloca de manera que las líneas de fuerza magnéticas entren en ella, y 4 extendida los dedos se dirigen a lo largo de la corriente, entonces el pulgar doblado mostrará la dirección de la fuerza.

La fuerza que actúa sobre un alambre de longitud finita se puede encontrar integrando sobre toda la longitud.

Para I = const, B=const, F = BIlsen

Si  =90 0 , F = BIl

Inducción de campo magnético- una cantidad física vectorial numéricamente igual a la fuerza que actúa en un campo magnético uniforme sobre un conductor de unidad de longitud con unidad de corriente, ubicado perpendicularmente a las líneas del campo magnético.

1Tl es la inducción de un campo magnético homogéneo, en el que una fuerza de 1N actúa sobre un conductor de 1m de largo con una corriente de 1A, situado perpendicular a las líneas del campo magnético.

Hasta ahora, hemos considerado macrocorrientes que fluyen en conductores. Sin embargo, según la suposición de Ampere, en cualquier cuerpo existen corrientes microscópicas debidas al movimiento de electrones en los átomos. Estas corrientes moleculares microscópicas crean su propio campo magnético y pueden convertirse en campos de macrocorrientes, creando un campo magnético adicional en el cuerpo. El vector caracteriza el campo magnético resultante creado por todas las macro y microcorrientes, es decir, para la misma macrocorriente, el vector en diferentes medios tiene diferentes valores.

El campo magnético de las macrocorrientes se describe mediante el vector de intensidad magnética.

Para un medio isotrópico homogéneo

 0 \u003d 410 -7 H / m - constante magnética,  0 \u003d 410 -7 N / A 2,

 - permeabilidad magnética del medio, que muestra cuántas veces cambia el campo magnético de las macrocorrientes debido al campo de las microcorrientes del medio.

flujo magnético. Teorema de Gauss para el flujo magnético.

flujo vectorial(flujo magnético) a través de la almohadilla dS se llama un valor escalar igual a

dónde está la proyección en la dirección de la normal al sitio;

 - ángulo entre los vectores y .

elemento de superficie direccional,

El flujo vectorial es una cantidad algebraica,

Si - al salir de la superficie;

Si - en la entrada a la superficie.

El flujo del vector de inducción magnética a través de una superficie arbitraria S es igual a

Para un campo magnético uniforme =const,

1 Wb: flujo magnético que pasa a través de una superficie plana de 1 m 2 ubicada perpendicularmente a un campo magnético uniforme, cuya inducción es igual a 1 T.

El flujo magnético a través de la superficie S es numéricamente igual al número de líneas de fuerza magnéticas que cruzan la superficie dada.

Dado que las líneas de inducción magnética siempre están cerradas, para una superficie cerrada el número de líneas que ingresan a la superficie (Ф 0), por lo tanto, el flujo total de inducción magnética a través de una superficie cerrada es cero.

- teorema de Gauss: el flujo del vector de inducción magnética a través de cualquier superficie cerrada es cero.

Este teorema es una expresión matemática del hecho de que en la naturaleza no existen cargas magnéticas sobre las cuales comenzarían o terminarían las líneas de inducción magnética.

Ley de Biot-Savart-Laplace y su aplicación al cálculo de campos magnéticos.

El campo magnético de corrientes continuas de varias formas fue estudiado en detalle por fr. los científicos Biot y Savart. Descubrieron que en todos los casos la inducción magnética en un punto arbitrario es proporcional a la fuerza de la corriente, depende de la forma, las dimensiones del conductor, la ubicación de este punto en relación con el conductor y el medio.

Los resultados de estos experimentos fueron resumidos por fr. matemático Laplace, quien tuvo en cuenta la naturaleza vectorial de la inducción magnética y planteó la hipótesis de que la inducción en cada punto es, según el principio de superposición, la suma vectorial de las inducciones de los campos magnéticos elementales creados por cada sección de este conductor.

Laplace en 1820 formuló una ley, que se denominó ley de Biot-Savart-Laplace: cada elemento de un conductor con corriente crea un campo magnético, cuyo vector de inducción en algún punto arbitrario K está determinado por la fórmula:

- Ley de Biot-Savart-Laplace.

De la ley de Biot-Sovar-Laplace se deduce que la dirección del vector coincide con la dirección del producto vectorial. La misma dirección viene dada por la regla del tornillo derecho (gimlet).

Dado que ,

Elemento conductor codireccional con corriente;

Radio vector que conecta con el punto K;

La ley de Biot-Savart-Laplace es de importancia práctica, porque le permite encontrar en un punto dado en el espacio la inducción del campo magnético de la corriente que fluye a través del conductor de tamaño finito y forma arbitraria.

Para una corriente arbitraria, tal cálculo es un problema matemático complejo. Sin embargo, si la distribución de corriente tiene una cierta simetría, entonces la aplicación del principio de superposición junto con la ley de Biot-Savart-Laplace hace posible calcular campos magnéticos específicos de forma relativamente sencilla.

Veamos algunos ejemplos.

A. Campo magnético de un conductor rectilíneo con corriente.

para un conductor de longitud finita:

para un conductor de longitud infinita:  1 = 0,  2 = 

B. Campo magnético en el centro de la corriente circular:

=90 0 , sen=1,

Oersted en 1820 descubrió experimentalmente que la circulación en un circuito cerrado que rodea un sistema de macrocorrientes es proporcional a la suma algebraica de estas corrientes. El coeficiente de proporcionalidad depende de la elección del sistema de unidades y en SI es igual a 1.

C
la circulación de un vector se llama integral de lazo cerrado.

Esta fórmula se llama teorema de circulación o ley de corriente total:

la circulación del vector de intensidad del campo magnético a lo largo de un circuito cerrado arbitrario es igual a la suma algebraica de las macrocorrientes (o corriente total) cubiertas por este circuito. su características En el espacio que rodea las corrientes y los imanes permanentes, existe una fuerza campo llamado magnético. Disponibilidad magnético los campos aparece...

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Durante mucho tiempo, el campo magnético ha planteado muchas preguntas en los humanos, pero incluso ahora sigue siendo un fenómeno poco conocido. Muchos científicos intentaron estudiar sus características y propiedades, porque los beneficios y el potencial del uso del campo eran hechos indiscutibles.

Tomemos todo en orden. Entonces, ¿cómo actúa y se forma cualquier campo magnético? Así es, de corriente eléctrica. Y la corriente, según los libros de texto de física, es una corriente de partículas cargadas con una dirección, ¿no es así? Entonces, cuando una corriente pasa a través de cualquier conductor, un cierto tipo de materia comienza a actuar a su alrededor: un campo magnético. El campo magnético puede ser creado por la corriente de partículas cargadas o por los momentos magnéticos de los electrones en los átomos. Ahora bien, este campo y la materia tienen energía, lo vemos en las fuerzas electromagnéticas que pueden afectar la corriente y sus cargas. El campo magnético comienza a actuar sobre el flujo de partículas cargadas, y estas cambian la dirección inicial del movimiento perpendicular al propio campo.

Otro campo magnético puede llamarse electrodinámico, porque se forma cerca de partículas en movimiento y afecta solo a las partículas en movimiento. Bueno, es dinámico por el hecho de que tiene una estructura especial en la rotación de biones en una región del espacio. Una carga eléctrica ordinaria en movimiento puede hacer que giren y se muevan. Los biones transmiten cualquier posible interacción en esta región del espacio. Por lo tanto, la carga en movimiento atrae un polo de todos los biones y los hace rotar. Sólo él puede sacarlos del estado de reposo, nada más, porque otras fuerzas no podrán influir en ellos.

En un campo eléctrico hay partículas cargadas que se mueven muy rápido y pueden recorrer 300.000 km en tan solo un segundo. La luz tiene la misma velocidad. No hay campo magnético sin carga eléctrica. Esto significa que las partículas están increíblemente relacionadas entre sí y existen en un campo electromagnético común. Es decir, si hay cambios en el campo magnético, habrá cambios en el campo eléctrico. Esta ley también se invierte.

Hablamos mucho sobre el campo magnético aquí, pero ¿cómo puedes imaginarlo? No podemos verlo con nuestro ojo humano desnudo. Además, debido a la increíblemente rápida propagación del campo, no tenemos tiempo para arreglarlo con la ayuda de varios dispositivos. Pero para poder estudiar algo, uno debe tener al menos alguna idea de ello. A menudo también es necesario representar el campo magnético en diagramas. Para facilitar su comprensión, se dibujan líneas de campo condicionales. ¿De dónde los sacaron? Fueron inventados por una razón.

Tratemos de ver el campo magnético con la ayuda de pequeñas limaduras de metal y un imán ordinario. vamos a verter superficie plana estos aserrín e introducirlos en la acción de un campo magnético. Luego veremos que se moverán, rotarán y se alinearán en un patrón o patrón. La imagen resultante mostrará el efecto aproximado de las fuerzas en un campo magnético. Todas las fuerzas y, en consecuencia, las líneas de fuerza son continuas y cerradas en este lugar.

La aguja magnética tiene características y propiedades similares a una brújula y se utiliza para determinar la dirección de las líneas de fuerza. Si cae en la zona de acción de un campo magnético, podemos ver la dirección de acción de las fuerzas por su polo norte. Luego destacaremos varias conclusiones de aquí: la parte superior de un imán permanente ordinario, de donde emanan las líneas de fuerza, está designada por el polo norte del imán. Mientras que el polo sur denota el punto donde las fuerzas están cerradas. Bueno, las líneas de fuerza dentro del imán no están resaltadas en el diagrama.

El campo magnético, sus propiedades y características son bastante utilizados, ya que en muchos problemas hay que tenerlo en cuenta y estudiarlo. Este es el fenómeno más importante en la ciencia de la física. Cosas más complejas están indisolublemente unidas a él, como la permeabilidad magnética y la inducción. Para explicar todas las razones de la aparición de un campo magnético, uno debe confiar en hechos y confirmaciones científicas reales. De lo contrario, más tareas dificiles el enfoque equivocado puede romper la integridad de la teoría.

Ahora vamos a dar ejemplos. Todos conocemos nuestro planeta. ¿Dices que no tiene campo magnético? Puede que tengas razón, pero los científicos dicen que los procesos e interacciones dentro del núcleo de la Tierra crean un enorme campo magnético que se extiende por miles de kilómetros. Pero cualquier campo magnético debe tener sus polos. Y existen, simplemente ubicados un poco alejados del polo geográfico. ¿Cómo lo sentimos? Por ejemplo, las aves han desarrollado habilidades de navegación y se orientan, en particular, por el campo magnético. Entonces, con su ayuda, los gansos llegan sanos y salvos a Laponia. Los dispositivos de navegación especiales también utilizan este fenómeno.

Ver también: Portal:Física

El campo magnético puede ser creado por la corriente de partículas cargadas y/o por los momentos magnéticos de los electrones en los átomos (y por los momentos magnéticos de otras partículas, aunque en mucha menor medida) (imanes permanentes).

Además, aparece en presencia de un campo eléctrico variable en el tiempo.

La principal característica de potencia del campo magnético es vector de inducción magnética (vector de inducción de campo magnético) . Desde un punto de vista matemático, es un campo vectorial que define y especifica el concepto físico de un campo magnético. A menudo, el vector de inducción magnética se llama simplemente campo magnético por brevedad (aunque probablemente este no sea el uso más estricto del término).

Otra característica fundamental del campo magnético (inducción magnética alternativa y muy relacionada con ella, prácticamente igual a ella en valor físico) es potencial vectorial .

Un campo magnético puede llamarse un tipo especial de materia, a través del cual se lleva a cabo la interacción entre partículas cargadas en movimiento o cuerpos que tienen un momento magnético.

Los campos magnéticos son una consecuencia necesaria (en contexto) de la existencia de campos eléctricos.

Desde el punto de vista de la teoría cuántica de campos, la interacción magnética es como caso especial la interacción electromagnética es transportada por un bosón sin masa fundamental: un fotón (una partícula que puede representarse como una excitación cuántica de un campo electromagnético), a menudo (por ejemplo, en todos los casos de campos estáticos) - virtual.

Fuentes de campo magnético

El campo magnético es creado (generado) por la corriente de partículas cargadas, o por el campo eléctrico variable en el tiempo, o por los momentos magnéticos intrínsecos de las partículas (este último, en aras de la uniformidad de la imagen, puede reducirse formalmente a las corrientes eléctricas).

cálculo

En casos simples, el campo magnético de un conductor portador de corriente (incluido el caso de una corriente distribuida arbitrariamente sobre el volumen o el espacio) se puede encontrar a partir de la ley de Biot-Savart-Laplace o del teorema de circulación (también es la ley de Ampère). En principio, este método se limita al caso (aproximación) de la magnetostática, es decir, al caso de campos magnéticos y eléctricos constantes (si hablamos de aplicabilidad estricta) o que cambian lentamente (si hablamos de aplicación aproximada).

En situaciones más complejas, se busca como solución a las ecuaciones de Maxwell.

Manifestación de un campo magnético.

El campo magnético se manifiesta en el efecto sobre los momentos magnéticos de partículas y cuerpos, sobre partículas cargadas en movimiento (o conductores portadores de corriente). La fuerza que actúa sobre una partícula cargada eléctricamente que se mueve en un campo magnético se denomina fuerza de Lorentz, que siempre se dirige perpendicularmente a los vectores v y B. es proporcional a la carga de la partícula q, la componente de velocidad v, perpendicular a la dirección del vector de campo magnético B, y la magnitud de la inducción del campo magnético B. En el sistema de unidades SI, la fuerza de Lorentz se expresa de la siguiente manera:

en el sistema de unidades CGS:

donde los corchetes indican el producto vectorial.

Además (debido a la acción de la fuerza de Lorentz sobre partículas cargadas que se mueven a lo largo del conductor), el campo magnético actúa sobre el conductor con corriente. La fuerza que actúa sobre un conductor que lleva corriente se llama fuerza de amperios. Esta fuerza es la suma de las fuerzas que actúan sobre las cargas individuales que se mueven dentro del conductor.

Interacción de dos imanes

Uno de los más comunes en vida ordinaria manifestaciones del campo magnético: la interacción de dos imanes: los polos idénticos se repelen, los opuestos se atraen. Parece tentador describir la interacción entre imanes como una interacción entre dos monopolos y, desde un punto de vista formal, esta idea es bastante realizable y, a menudo, muy conveniente y, por lo tanto, útil en la práctica (en los cálculos); sin embargo, un análisis detallado muestra que, de hecho, esto no es completamente descripción correcta fenómeno (la pregunta más obvia que no puede explicarse en el marco de tal modelo es la pregunta de por qué los monopolos nunca pueden separarse, es decir, por qué el experimento muestra que ningún cuerpo aislado tiene realmente una carga magnética; además, el debilidad del modelo es que es inaplicable a un campo magnético creado por una corriente macroscópica, y por lo tanto, si no se considera como una técnica puramente formal, solo conduce a una complicación de la teoría en un sentido fundamental).

Sería más correcto decir que un dipolo magnético colocado en un campo no homogéneo está sujeto a una fuerza que tiende a hacerlo girar de manera que el momento magnético del dipolo es codirigido con el campo magnético. Pero ningún imán experimenta una fuerza (total) de un campo magnético uniforme. Fuerza que actúa sobre un dipolo magnético con un momento magnético metro se expresa por la fórmula:

La fuerza que actúa sobre un imán (que no es un dipolo de un solo punto) de un campo magnético no homogéneo se puede determinar sumando todas las fuerzas (definidas por esta fórmula) que actúan sobre los dipolos elementales que forman el imán.

Sin embargo, es posible un enfoque que reduzca la interacción de los imanes a la fuerza de Ampère, y la fórmula anterior para la fuerza que actúa sobre un dipolo magnético también se puede obtener en función de la fuerza de Ampère.

El fenómeno de la inducción electromagnética.

campo vectorial H medido en amperios por metro (A/m) en el sistema SI y en oersteds en el CGS. Oersteds y gausses son cantidades idénticas, su separación es puramente terminológica.

energía del campo magnético

El incremento en la densidad de energía del campo magnético es:

H- intensidad del campo magnético, B- inducción magnética

En la aproximación del tensor lineal, la permeabilidad magnética es un tensor (lo denotamos) y la multiplicación de un vector por él es una multiplicación del tensor (matriz):

o en componentes.

La densidad de energía en esta aproximación es igual a:

- componentes del tensor de permeabilidad magnética, - tensor representado por una matriz inversa a la matriz del tensor de permeabilidad magnética, - constante magnética

Cuando los ejes de coordenadas se eligen para que coincidan con los ejes principales del tensor de permeabilidad magnética, las fórmulas en los componentes se simplifican:

son las componentes diagonales del tensor de permeabilidad magnética en sus propios ejes (las demás componentes en estas coordenadas especiales -¡y sólo en ellas!- son iguales a cero).

En un imán lineal isotrópico:

- permeabilidad magnética relativa

En el vacío y:

La energía del campo magnético en el inductor se puede encontrar mediante la fórmula:

Ф - flujo magnético, I - corriente, L - inductancia de una bobina o bobina con corriente.

Propiedades magnéticas de las sustancias.

Desde un punto de vista fundamental, como se mencionó anteriormente, un campo magnético puede ser creado (y por lo tanto, en el contexto de este párrafo, debilitado o fortalecido) por un campo eléctrico alterno, corrientes eléctricas en forma de corrientes de partículas cargadas o Momentos magnéticos de las partículas.

La estructura microscópica específica y las propiedades de diversas sustancias (así como sus mezclas, aleaciones, estados de agregación, modificaciones cristalinas, etc.) conducen a que a nivel macroscópico puedan comportarse de manera muy diferente bajo la acción de un campo magnético externo. (en particular, debilitándolo o amplificándolo en diversos grados).

En este sentido, las sustancias (y los medios en general) en relación con sus propiedades magnéticas se dividen en los siguientes grupos principales:

Los antiferromagnetos son sustancias en las que se establece el orden antiferromagnético de los momentos magnéticos de los átomos o iones: los momentos magnéticos de las sustancias están dirigidos de manera opuesta y tienen la misma fuerza.
Los diamagnetos son sustancias que se magnetizan en contra de la dirección de un campo magnético externo.
Los paraimanes son sustancias que se magnetizan en un campo magnético externo en la dirección del campo magnético externo.
Los ferroimanes son sustancias en las que, por debajo de una determinada temperatura crítica (punto de Curie), se establece un orden ferromagnético de momentos magnéticos de largo alcance.
Ferrimagnetos: materiales en los que los momentos magnéticos de la sustancia están dirigidos de manera opuesta y no tienen la misma fuerza.
Los grupos de sustancias anteriores incluyen principalmente sustancias sólidas ordinarias o (para algunos) líquidas, así como gases. La interacción con el campo magnético de los superconductores y el plasma difiere significativamente.

toki foucault

Corrientes de Foucault (corrientes de Foucault): corrientes eléctricas cerradas en un conductor masivo que surgen de un cambio en el flujo magnético que lo penetra. Son corrientes inductivas formadas en un cuerpo conductor ya sea por un cambio en el tiempo del campo magnético en el que se encuentra, o como resultado del movimiento del cuerpo en un campo magnético, dando lugar a un cambio en el flujo magnético a través de él. el cuerpo o cualquier parte de él. De acuerdo con la regla de Lenz, el campo magnético de las corrientes de Foucault está dirigido para oponerse al cambio en el flujo magnético que induce estas corrientes.

La historia del desarrollo de ideas sobre el campo magnético.

Aunque los imanes y el magnetismo se conocían mucho antes, el estudio del campo magnético comenzó en 1269, cuando el científico francés Peter Peregrine (el caballero Pierre de Méricourt) observó el campo magnético en la superficie de un imán esférico usando agujas de acero y determinó que el Las líneas de campo magnético resultantes se cruzaban en dos puntos, a los que llamó "polos" por analogía con los polos de la Tierra. Casi tres siglos después, William Gilbert Colchester usó el trabajo de Peter Peregrinus y por primera vez afirmó definitivamente que la tierra misma era un imán. Publicado en 1600, el trabajo de Gilbert Magneto, sentó las bases del magnetismo como ciencia.

Tres descubrimientos seguidos han desafiado esta "base del magnetismo". Primero, en 1819, Hans Christian Oersted descubrió que una corriente eléctrica crea un campo magnético a su alrededor. Luego, en 1820, André-Marie Ampère demostró que los cables paralelos que llevan corriente en la misma dirección se atraen entre sí. Finalmente, Jean-Baptiste Biot y Félix Savard descubrieron una ley en 1820 llamada ley de Biot-Savart-Laplace, que predecía correctamente el campo magnético alrededor de cualquier cable con corriente.

Ampliando estos experimentos, Ampère publicó su propio modelo exitoso de magnetismo en 1825. En él, mostró la equivalencia de la corriente eléctrica en los imanes, y en lugar de los dipolos de las cargas magnéticas en el modelo de Poisson, propuso la idea de que el magnetismo está asociado con bucles de corriente que fluyen constantemente. Esta idea explicaba por qué no se podía aislar la carga magnética. Además, Ampère dedujo la ley que lleva su nombre, que, al igual que la ley de Biot-Savart-Laplace, describía correctamente el campo magnético creado por la corriente continua, y también introdujo el teorema de circulación del campo magnético. También en este trabajo, Ampère acuñó el término "electrodinámica" para describir la relación entre la electricidad y el magnetismo.

Aunque la fuerza del campo magnético de una carga eléctrica en movimiento implícita en la ley de Ampère no se estableció explícitamente, en 1892 Hendrik Lorentz la derivó de las ecuaciones de Maxwell. Al mismo tiempo, se completó básicamente la teoría clásica de la electrodinámica.

El siglo XX amplió los puntos de vista sobre la electrodinámica, gracias al surgimiento de la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica. Albert Einstein, en su trabajo de 1905, donde se fundamentaba su teoría de la relatividad, demostró que los campos eléctrico y magnético forman parte de un mismo fenómeno considerado en diferentes sistemas referencia. (Ver El imán en movimiento y el problema del conductor: el experimento mental que eventualmente ayudó a Einstein a desarrollar la relatividad especial). Finalmente, la mecánica cuántica se combinó con la electrodinámica para formar la electrodinámica cuántica (QED).

ver también

Visualizador de película magnética

notas

TSB. 1973, "Enciclopedia soviética".
En casos especiales, un campo magnético puede existir incluso en ausencia de campo eléctrico, pero en términos generales, el campo magnético está profundamente interconectado con el campo eléctrico, tanto dinámicamente (generación mutua entre sí por campos eléctricos y magnéticos alternos), como en el sentido de que en la transición a nuevo sistema referencia, los campos magnético y eléctrico se expresan uno a través del otro, es decir, en términos generales, no se pueden separar incondicionalmente.
Yavorsky B. M., Detlaf A. A. Manual de Física: 2ª ed., Revisada. - M .: Science, Edición principal de literatura física y matemática, 1985, - 512 p.
En SI, la inducción magnética se mide en teslas (T), en el sistema cgs en gauss.
Coinciden exactamente en el sistema de unidades CGS, en SI se diferencian por un coeficiente constante, lo que, por supuesto, no cambia el hecho de su identidad física práctica.
La diferencia más importante y superficial aquí es que la fuerza que actúa sobre una partícula en movimiento (o sobre un dipolo magnético) se calcula precisamente en términos de y no en términos de . Cualquier otro método de medida físicamente correcto y con sentido también permitirá medirla, aunque a veces resulta más conveniente para un cálculo formal - ¿cuál es, en realidad, el sentido de introducir esta cantidad auxiliar (de lo contrario, haríamos sin él en absoluto, utilizando sólo
Sin embargo, debe entenderse bien que una serie de propiedades fundamentales de esta "materia" son fundamentalmente diferentes de las propiedades de esa apariencia normal"materia", que podría denotarse con el término "sustancia".
Véase el teorema de Ampère.
Para un campo homogéneo, esta expresión da fuerza cero, ya que todas las derivadas son iguales a cero B por coordenadas.
Sivukhin D.V. Curso general física. - Ed. 4º, estereotipado. - M .: Fizmatlit; Editorial MIPT, 2004. - Vol. III. Electricidad. - 656 pág. - ISBN 5-9221-0227-3; ISBN 5-89155-086-5.

Los campos magnéticos ocurren naturalmente y pueden crearse artificialmente. El hombre los notó. características útiles que han aprendido a aplicar en La vida cotidiana. ¿Cuál es la fuente del campo magnético?

Cómo se desarrolló la doctrina del campo magnético

Las propiedades magnéticas de algunas sustancias se notaron en la antigüedad, pero su estudio real comenzó en Europa medieval. Usando pequeñas agujas de acero, un científico de Francia, Peregrine, descubrió la intersección de líneas de fuerza magnética en ciertos puntos: los polos. Solo tres siglos después, guiado por este descubrimiento, Gilbert continuó estudiándolo y posteriormente defendió su hipótesis de que la Tierra tiene su propio campo magnético.

El rápido desarrollo de la teoría del magnetismo comenzó a principios del siglo XIX, cuando Ampere descubrió y describió la influencia de un campo eléctrico en la aparición de un campo magnético, y el descubrimiento de Faraday inducción electromagnética estableció una relación inversa.

¿Qué es un campo magnético?

El campo magnético se manifiesta en el efecto de fuerza sobre cargas eléctricas que están en movimiento, o sobre cuerpos que tienen un momento magnético.

conductores a través de los cuales pasa la corriente eléctrica;
magnetos permanentes;
cambio de campo eléctrico.

La causa raíz de la aparición de un campo magnético es idéntica para todas las fuentes: las microcargas eléctricas (electrones, iones o protones) tienen su propio momento magnético o están en movimiento dirigido.

¡Importante! Se generan mutuamente campos eléctricos y magnéticos que cambian con el tiempo. Esta relación está determinada por las ecuaciones de Maxwell.

Características del campo magnético

Las características del campo magnético son:

Flujo magnético, una cantidad escalar que determina cuántas líneas de campo magnético pasan a través de una sección determinada. Designado con la letra F. Calculado según la fórmula:

F = B x S x cos α,

donde B es el vector de inducción magnética, S es la sección, α es el ángulo de inclinación del vector a la perpendicular trazada al plano de sección. Unidad de medida - weber (Wb);

El vector de inducción magnética (B) muestra la fuerza que actúa sobre los portadores de carga. Está dirigido hacia el polo norte, donde apunta la habitual aguja magnética. Cuantitativamente, la inducción magnética se mide en teslas (Tl);
Tensión MP (N). Está determinada por la permeabilidad magnética de varios medios. En el vacío, la permeabilidad se toma como unidad. La dirección del vector de intensidad coincide con la dirección de la inducción magnética. Unidad de medida - A / m.

Cómo representar un campo magnético

Es fácil ver las manifestaciones del campo magnético en el ejemplo de un imán permanente. Tiene dos polos y, dependiendo de la orientación, los dos imanes se atraen o se repelen. El campo magnético caracteriza los procesos que ocurren en este caso:

MP se describe matemáticamente como un campo vectorial. Puede construirse por medio de muchos vectores de inducción magnética B, cada uno de los cuales está dirigido hacia el polo norte de la aguja de la brújula y tiene una longitud que depende de la fuerza magnética;
Una forma alternativa de representación es usar líneas de fuerza. Estas líneas nunca se cruzan, nunca comienzan ni terminan en ningún lugar, formando circuitos cerrados. Las líneas de MF se combinan en regiones más frecuentes donde el campo magnético es más fuerte.

¡Importante! La densidad de las líneas de campo indica la fuerza del campo magnético.

Aunque en realidad no se puede ver el MF, las líneas de fuerza son fáciles de visualizar en mundo real, colocando limaduras de hierro en MP. Cada partícula se comporta como un pequeño imán con un polo norte y sur. El resultado es un patrón similar a las líneas de fuerza. Una persona no es capaz de sentir el impacto de MP.

Medición de campo magnético

Como se trata de una cantidad vectorial, existen dos parámetros para medir MF: fuerza y dirección. La dirección es fácil de medir con una brújula conectada al campo. Un ejemplo es una brújula colocada en el campo magnético de la Tierra.

La medición de otras características es mucho más difícil. Los magnetómetros prácticos solo aparecieron en el siglo XIX. La mayoría de ellos funcionan utilizando la fuerza que siente el electrón al moverse a través del campo magnético.

La medición muy precisa de campos magnéticos pequeños se ha vuelto práctica desde el descubrimiento en 1988 de la magnetorresistencia gigante en materiales en capas. Este descubrimiento en física fundamental se aplicó rápidamente a la tecnología de disco duro magnético para el almacenamiento de datos en computadoras, lo que resultó en un aumento de mil veces en la capacidad de almacenamiento en solo unos años.

En los sistemas de medición generalmente aceptados, MF se mide en pruebas (T) o en gauss (G). 1 T = 10000 gauss. Gauss se usa a menudo porque Tesla es un campo demasiado grande.

Interesante. Un pequeño imán de nevera crea un MF igual a 0,001 T, y el campo magnético de la Tierra, en promedio, es de 0,00005 T.

La naturaleza del campo magnético.

El magnetismo y los campos magnéticos son manifestaciones de la fuerza electromagnética. Hay dos formas posibles cómo organizar una carga de energía en movimiento y, en consecuencia, un campo magnético.

El primero es conectar el cable a una fuente de corriente, se forma un MF a su alrededor.

¡Importante! A medida que aumenta la corriente (el número de cargas en movimiento), el MP aumenta proporcionalmente. A medida que te alejas del cable, el campo disminuye con la distancia. Esto se describe mediante la ley de Ampère.

Algunos materiales con mayor permeabilidad magnética son capaces de concentrar campos magnéticos.

Dado que el campo magnético es un vector, es necesario determinar su dirección. Para una corriente ordinaria que fluye a través de un cable recto, la dirección se puede encontrar mediante la regla de la mano derecha.

Para usar la regla, debes imaginar que el cable está envuelto mano derecha, y el pulgar indica la dirección de la corriente. Luego, los otros cuatro dedos mostrarán la dirección del vector de inducción magnética alrededor del conductor.

La segunda forma de crear un MF es utilizar el hecho de que los electrones aparecen en algunas sustancias que tienen su propio momento magnético. Así funcionan los imanes permanentes:

Aunque los átomos a menudo tienen muchos electrones, en su mayoría están conectados de tal manera que el campo magnético total del par se cancela. Se dice que dos electrones emparejados de esta manera tienen espines opuestos. Por lo tanto, para magnetizar algo, se necesitan átomos que tengan uno o más electrones con el mismo espín. Por ejemplo, el hierro tiene cuatro de esos electrones y es adecuado para fabricar imanes;
Miles de millones de electrones en los átomos pueden orientarse aleatoriamente y no habrá un campo magnético común, sin importar cuántos electrones desapareados tenga el material. Debe ser estable a baja temperatura para proporcionar una orientación de electrones preferida en general. La alta permeabilidad magnética provoca la magnetización de tales sustancias bajo ciertas condiciones fuera de la influencia del campo magnético. Estos son ferromagnetos;
Otros materiales pueden exhibir propiedades magnéticas en presencia de un campo magnético externo. El campo externo sirve para igualar todos los espines de los electrones, que desaparece después de la eliminación de la MF. Estas sustancias son paramagnéticas. El metal de la puerta del refrigerador es un ejemplo de un paramagneto.

La tierra se puede representar en forma de placas de condensadores, cuya carga tiene signo opuesto: "menos" - en superficie de la Tierra y "más" - en la ionosfera. entre ellos esta aire atmosférico como almohadilla aislante. El capacitor gigante retiene una carga constante debido a la influencia del campo magnético terrestre. Usando este conocimiento, es posible crear un esquema para obtener energía eléctrica del campo magnético de la Tierra. Es cierto que el resultado serán valores de bajo voltaje.

Tener que tomar:

dispositivo de puesta a tierra;
el alambre;
Transformador Tesla, capaz de generar oscilaciones de alta frecuencia y crear una descarga de corona, ionizando el aire.

La bobina de Tesla actuará como un emisor de electrones. Toda la estructura está conectada entre sí y, para garantizar una diferencia de potencial suficiente, el transformador debe elevarse a una altura considerable. Así, se creará circuito eléctrico a través del cual fluirá una pequeña corriente. Conseguir un gran número de la electricidad usando este dispositivo no es posible.

La electricidad y el magnetismo dominan muchos de los mundos que rodean al hombre: desde los procesos más fundamentales de la naturaleza hasta los dispositivos electrónicos de última generación.

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Así como una carga eléctrica en reposo actúa sobre otra carga a través de un campo eléctrico, una corriente eléctrica actúa sobre otra corriente a través de campo magnético. La acción de un campo magnético sobre imanes permanentes se reduce a su acción sobre cargas que se mueven en los átomos de una sustancia y crean corrientes circulares microscópicas.

doctrina de electromagnetismo basado en dos supuestos:

el campo magnético actúa sobre cargas y corrientes en movimiento;
surge un campo magnético alrededor de corrientes y cargas en movimiento.

Interacción de imanes

Imán permanente(o aguja magnética) está orientada a lo largo del meridiano magnético de la Tierra. El extremo que apunta al norte se llama Polo Norte(N) y el extremo opuesto es Polo Sur(S). Al acercar dos imanes entre sí, notamos que sus polos iguales se repelen y los opuestos se atraen ( arroz. uno ).

Si separamos los polos cortando el imán permanente en dos partes, encontraremos que cada uno de ellos también tendrá dos polos, es decir, será un imán permanente ( arroz. 2 ). Ambos polos, el norte y el sur, son inseparables, iguales.

El campo magnético creado por la Tierra o los imanes permanentes se representa, como el campo eléctrico, mediante líneas de fuerza magnética. Se puede obtener una imagen de las líneas del campo magnético de un imán colocando una hoja de papel sobre ella, sobre la cual se vierten limaduras de hierro en una capa uniforme. Al entrar en un campo magnético, el aserrín se magnetiza; cada uno de ellos tiene polos norte y sur. Los polos opuestos tienden a acercarse, pero esto se evita por la fricción del aserrín sobre el papel. Si golpea el papel con el dedo, la fricción disminuirá y las limaduras se atraerán entre sí, formando cadenas que representan líneas de campo magnético.

Sobre el arroz. 3 muestra la ubicación en el campo de un imán directo de aserrín y pequeñas flechas magnéticas que indican la dirección de las líneas del campo magnético. Para esta dirección se toma la dirección del polo norte de la aguja magnética.

La experiencia de Oersted. corriente de campo magnético

EN principios del XIX en. científico danés Oersted hecho descubrimiento importante, descubriendo acción de la corriente eléctrica sobre los imanes permanentes . Colocó un cable largo cerca de la aguja magnética. Cuando pasó una corriente a través del cable, la flecha giró, tratando de ser perpendicular a ella ( arroz. 4 ). Esto podría explicarse por la aparición de un campo magnético alrededor del conductor.

Las líneas magnéticas de fuerza del campo creado por un conductor directo con corriente son círculos concéntricos situados en un plano perpendicular a él, con centro en el punto por donde pasa la corriente ( arroz. 5 ). La dirección de las líneas está determinada por la regla del tornillo derecho:

Si se gira el tornillo en la dirección de las líneas de campo, se moverá en la dirección de la corriente en el conductor. .

La fuerza característica del campo magnético es vector de inducción magnética B . En cada punto, se dirige tangencialmente a la línea de campo. Las líneas de campo eléctrico comienzan en cargas positivas y terminan en negativo, y la fuerza que actúa en este campo sobre la carga se dirige tangencialmente a la línea en cada uno de sus puntos. A diferencia del campo eléctrico, las líneas del campo magnético están cerradas, lo que se debe a la ausencia de “cargas magnéticas” en la naturaleza.

El campo magnético de la corriente no es fundamentalmente diferente del campo creado por un imán permanente. En este sentido, un análogo de un imán plano es un solenoide largo: una bobina de alambre, cuya longitud es mucho mayor que su diámetro. El diagrama de las líneas del campo magnético que creó, representado en arroz. 6 , similar a la de un imán plano ( arroz. 3 ). Los círculos indican las secciones del cable que forman el devanado del solenoide. Las corrientes que fluyen a través del cable desde el observador se indican con cruces, y las corrientes en la dirección opuesta, hacia el observador, se indican con puntos. Se aceptan las mismas designaciones para las líneas de campo magnético cuando son perpendiculares al plano del dibujo ( arroz. 7 a, b).

La dirección de la corriente en el devanado del solenoide y la dirección de las líneas del campo magnético en su interior también están relacionadas por la regla del tornillo derecho, que en este caso se formula de la siguiente manera:

Si observa a lo largo del eje del solenoide, la corriente que fluye en el sentido de las agujas del reloj crea un campo magnético en él, cuya dirección coincide con la dirección de movimiento del tornillo derecho ( arroz. ocho )

Con base en esta regla, es fácil darse cuenta de que el solenoide que se muestra en arroz. 6 , su extremo derecho es el polo norte, y su extremo izquierdo es el polo sur.

El campo magnético dentro del solenoide es homogéneo: el vector de inducción magnética tiene un valor constante allí (B = const). En este sentido, el solenoide es similar a un condensador plano, dentro del cual se crea un campo eléctrico uniforme.

La fuerza que actúa en un campo magnético sobre un conductor con corriente

Se estableció experimentalmente que una fuerza actúa sobre un conductor que lleva corriente en un campo magnético. En un campo uniforme, un conductor rectilíneo de longitud l, a través del cual fluye la corriente I, ubicado perpendicularmente al vector de campo B, experimenta la fuerza: F = yo l segundo .

La dirección de la fuerza se determina regla de la mano izquierda:

Si los cuatro dedos extendidos de la mano izquierda se colocan en la dirección de la corriente en el conductor, y la palma es perpendicular al vector B, entonces el pulgar retraído indicará la dirección de la fuerza que actúa sobre el conductor. (arroz. nueve ).

Cabe señalar que la fuerza que actúa sobre un conductor con corriente en un campo magnético no se dirige tangencialmente a sus líneas de fuerza, como una fuerza eléctrica, sino perpendicular a ellas. Un conductor ubicado a lo largo de las líneas de fuerza no se ve afectado por la fuerza magnética.

La ecuacion F = IlB permite dar una característica cuantitativa de la inducción del campo magnético.

Actitud no depende de las propiedades del conductor y caracteriza al propio campo magnético.

El módulo del vector de inducción magnética B es numéricamente igual a la fuerza que actúa sobre un conductor de longitud unitaria situado perpendicularmente a él, por el que circula una corriente de un amperio.

En el sistema SI, la unidad de inducción de campo magnético es tesla (T):

Un campo magnético. Tablas, diagramas, fórmulas.

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