Uvod
Što je magnetsko polje? Svi su čuli za njega, svi su vidjeli kako se magnetizirana igla kompasa uvijek jednim te istim krajem okreće prema sjevernom magnetskom polu, a svojim drugim krajem uvijek prema južnom magnetskom polu. Ono što osobu razlikuje od najinteligentnije životinje je to što je radoznala i želi znati zašto se to događa, kako funkcionira, da se to događa. Da bi objasnio što se događa oko njega, drevni je čovjek izmislio bogove. Duhovi, bogovi u glavama ljudi bili su čimbenici koji su objašnjavali sve što je osoba vidjela, čula, o tome kakva je sreća ovisila o lovu i ratu, tko je premjestio Sunce po nebu, tko je organizirao grmljavinu, sipao kišu i snijeg, općenito, sve, sve što se događa. Zamislite, mali unuk priđe djedu, pokaže na munju i pita: što je to, zašto vatra leti iz oblaka u zemlju, i tko tamo tako glasno kuca u oblacima? Ako je djed odgovorio: Ne znam, unuk ga je sa žaljenjem pogledao i počeo ga manje poštovati. Ali kada je djed rekao da je bog Yarilo taj koji se vozi kočijom kroz oblake i gađa vatrene strijele na zle ljude, unuk je slušao i još više poštovao svog djeda. Počeo se manje bojati grmljavine i munje, jer je znao da je dobar, pa Yarilo ne bi pucao na njega.
U ranom djetinjstvu, kad sam se počela šaliti, baka Ana je rekla: "Šurka, gledaj, nemoj biti šalovi, inače će Bog srušiti kamenčić." I istodobno je pokazala na ikonu u crvenom kutu na polici-božanstvu. Zašutio sam neko vrijeme, oprezno pogledao strogog seljaka nacrtanog na ploči, ali nekako sam sumnjao u njegovu sposobnost bacanja kamenja. Stavio je tabure na klupu, popeo se na nju i pogledao na policu iza ikone. Tu nisam vidio nikakav kamenčić, a kad me je baka još jednom počela plašiti, nasmijao se i rekao: “Nema kamenja, a općenito je naslikan i ne može se baciti. Na isti način, naš daleki predak jednom je sumnjao da je Yarilo taj koji jaše nebom i gađa strijele. Tada se rodilo racionalno znanje, kada su ljudi počeli sumnjati u svemoć bogova. Ali čime su ih zamijenili? I zamijenili su bogove zakonima prirode i snažno su počeli vjerovati u te zakone. Ali tamo gdje čovjek ne može objasniti što se događa zakonima prirode, ostavio je mjesto bogovima. Zato religija i znanost koegzistiraju u društvu do danas.
Sjećam se kako su stariji prijatelji nama djeci pokazali trik. Željezni čavao postavljen na stol pomaknuo se sam po stolu, a mađioničar ispod stola pomaknuo je ruku. Nokat je slijedio ruku. Iznenađeno smo zurili u ovo i nismo razumjeli zašto se čavao pomiče. Kad sam mami ispričala ovaj trik, ona mi je objasnila da je tip u ruci imao magnet koji privlači željezo na sebe, da je tip ispod stola pomicao ne samo ruku, nego je imao magnet u ruci. Tada je ovo objašnjenje zadovoljilo moju znatiželju, ali malo kasnije već sam htio shvatiti zašto magnet na daljinu - kroz ploču stola, kroz sloj zraka - privlači željezo na sebe. Ni moja majka ni moj otac nisu znali odgovoriti na ovo pitanje. Morao sam čekati do škole. Tamo je na satu fizike učiteljica objasnila da magnet djeluje na željezo kroz magnetsko polje koje stvara oko sebe, da magnet ima dva pola – sjeverni i južni, da sa sjevera izlaze neke nevidljive magnetske linije sile koje saviti se u luku i ući u Južni pol.
Tada sam prvi put pomislio: to znači da u svijetu, osim vidljivog, čujnog i opipljivog, postoji nešto nevidljivo i neopipljivo. Tada sam pomislio: što ako je Bog nevidljiv i nematerijalan – kao ovo magnetsko polje. Čini se da nema nigdje, ali ipak postoji. A na ikonama u liku seljaka, tako je budalasto prikazan. Tada nisam znao da je filozof Spinoza, koji je Prirodu i Boga počeo smatrati jednim i neodvojivim, vidljivim i nevidljivim, razmišljao o tome i prije mene. Priroda je Bog!
Sjećam se da sam pokušao zamisliti ovo magnetsko polje, koje se sastoji od linija sile, i nisam ništa razumio. Nisam vidio niti čuo ove retke. Nisu mirisali ni na što, a meni tada nije bilo baš jasno vjerovati da oko nas može biti nešto što nikako ne osjećamo. Željezni čavli i piljevina osjetili su magnetsko polje i orijentirali se i kretali u njemu, ali ja svojim suptilnim osjetilima nisam ništa osjećao. Ta me inferiornost iskreno tlačila. Ali ne samo ja. A. Einstein je pisao o snažnom iznenađenju svojstvima magneta koje je vidio, a koji mu je otac poklonio za rođendan kao djetetu, iz činjenice da nije mogao razumjeti kako i zašto nastaju ta privlačna svojstva magneta.
Kada nas je učiteljica društvenih znanosti već u 10. razredu upoznala s definicijom materije koju je dao V.I. Lenjin: "Materija je ono što postoji oko nas i dato nam je u senzacijama", ogorčeno sam je upitao: "Ali mi ne osjećamo magnetsko polje, ali ono postoji, zar nije materija?" Da, sami osjetilni organi nisu dovoljni za percepciju svih oblika materije, potreban je drugi um uz pomoć kojeg, ako nešto ne osjećamo, ne osjećamo, onda razumijemo da postoji. Shvativši to, odlučio sam proučavati znanosti i razvijati svoj um, nadajući se da će mi to omogućiti puno razumijevanja. Ali kako sam širio prostor onoga što mi je bilo jasno, neshvatljivo nije nestajalo, nego se samo udaljavalo, a linija horizonta neshvatljivog postajala je duža, kako se krug poznatog povećavao i duljina njegovog opsega, odvajanje onoga što je moj um razumio od nepoznatog i neshvatljivog, također se povećao. To je glavni paradoks znanja: što više učimo i razumijemo, više još ne znamo. Nikola Kuzanski, koji se iz nekog razloga smatra skolastičkim filozofom, pisao je o tom znanstvenom neznanju, iako istina koju je otkrio prije sugerira da je bio dijalektičar.
Prvi spomen stijena koje mogu privući željezo datiraju još iz antičkih vremena. Uz magnet je vezana i stara legenda o pastiru Magnusu, koji je jednom otkrio da njegov željezni štap i sandale obložene željeznim čavlima privlači nepoznati kamen. Od tada se ovaj kamen naziva "Magnusov kamen", odnosno magnet.
Podrijetlo i bit Zemljinog magnetskog polja, kao i magnetskih polja općenito, do danas ostaje misterij. Postoji mnogo hipoteza - opcija za objašnjenje ovog fenomena, ali istina je još uvijek "vani". Ovako fizičari definiraju magnetsko polje: Magnetno polje- ovo je polje sile koje djeluje na pokretne električne naboje i na tijela s magnetskim momentom, bez obzira na stanje njihova kretanja. "I dalje:" Magnetno polje može biti stvoreno strujom nabijenih čestica i/ili magnetskim momentima elektrona u atomima (i magnetskih momenata drugih čestica, iako u znatno manjoj mjeri). Osim toga, pojavljuje se u prisutnosti vremenski promjenjivog električnog polja. "Ne bih rekao da je s logičke točke gledišta ovo briljantna definicija. Reći da je magnetsko polje polje sile znači ne reći ništa, to je je tautologija. Uostalom, gravitacijsko polje "je također polje sile, a polje nuklearnih sila je sila! Oznaka učinka magnetskog polja na pokretne električne naboje nešto govori, ovo je opis jednog od svojstva magnetskog polja. No nije jasno djeluje li magnetsko polje izravno na čestice koje imaju električni naboj ili djeluje na magnetska polja koja te čestice stvaraju, a ona (transformirana polja čestica) zauzvrat djeluju na čestice - prenose im primljeni zamah.
Po prvi put magnetske fenomene počeo je proučavati engleski liječnik i fizičar William Gilbert, koji je napisao djelo "O magnetu, magnetskim tijelima i velikom magnetu - Zemlji". Tada se vjerovalo da elektricitet i magnetizam nemaju ništa zajedničko. Ali u početkom XIX u. Danski znanstvenik G.Kh. Oersted je 1820. eksperimentalno dokazao da je magnetizam jedan od skrivenih oblika elektriciteta, i to eksperimentalno potvrdio. Ovo iskustvo dovelo je do lavine novih otkrića koja su bila od velike važnosti. Oko vodiča s električnom strujom nastaje polje koje se zvalo magnetski. Snop pokretnih elektrona djeluje na magnetsku iglu, slično vodiču sa strujom (Ioffeov pokus). Konvekcijske struje električno nabijenih čestica slične su strujama vodljivosti po svom djelovanju na magnetsku iglu (Eichenwaldov pokus).
Magnetno polje nastaje samo pomicanjem električnih naboja ili pokretna električki nabijena tijela, kao i trajni magneti. Ovo se magnetsko polje razlikuje od električnog polja koje stvaraju i pokretni i stacionarni električni naboji.
Linije vektora magnetske indukcije (B) uvijek su zatvorene i pokrivaju vodič kroz koji teče struja, a linije jakosti električnog polja počinju na pozitivnim i završavaju na negativnim nabojima, otvorene su. Linije magnetske indukcije trajnog magneta izlaze iz jednog pola, zvanog sjever (N) i ulaze u drugi - južni (S). Isprva se čini da postoji potpuna analogija s linijama jakosti električnog polja (E). Polovi magneta igraju ulogu magnetskih naboja. No, ako izrežete magnet, slika je sačuvana, dobivaju se manji magneti – ali svaki sa svojim sjevernim i južnim polom. Nemoguće je razdvojiti magnetske polove tako da je sjeverni pol na jednom, a južni na drugom, jer slobodni (diskretni) magnetski naboji, za razliku od diskretnih električnih naboja, ne postoje u prirodi.
Magnetska polja koja postoje u prirodi različita su po razmjeru i učincima koje izazivaju. Zemljino magnetsko polje, koje tvori Zemljinu magnetosferu, proteže se na udaljenosti od 70-80 tisuća kilometara u smjeru Sunca i na mnogo milijuna kilometara u suprotnom smjeru. Nastanak Zemljinog magnetskog polja povezan je s kretanjem tekuće tvari koja provodi električno nabijene čestice u zemljina jezgra. Jupiter i Saturn imaju snažna magnetska polja. Magnetno polje Sunca ima važnu ulogu u svim procesima koji se odvijaju na Suncu - bljeskovi, pojava mrlja i prominencija, rađanje sunčevih kozmičkih zraka. Magnetno polje ima široku primjenu u raznim industrijama: pri utovaru željeznog otpada, pri čišćenju brašna u pekarama od metalnih nečistoća, kao i u medicini za liječenje pacijenata.
Što je magnetsko polje
Glavna karakteristika snage magnetskog polja je vektor magnetske indukcije. Često se vektor magnetske indukcije radi kratkoće naziva jednostavno magnetskim poljem (iako to vjerojatno nije najstroža upotreba izraza). Zapravo, vektor je veličina koja ima smjer u prostoru, stoga možemo govoriti o smjeru magnetske indukcije i njezinoj veličini. Ali reći da je magnetsko polje samo smjer magnetske indukcije znači ne objašnjavati puno. Postoji još jedna karakteristika magnetskog polja - vektorski potencijal. Kao glavna karakteristika magnetskog polja u vakuumu nije odabran vektor magnetske indukcije, već vektor jačina magnetskog polja. U vakuumu se ova dva vektora poklapaju, ali ne u materiji, ali sa sustavnog gledišta, to treba smatrati glavnom karakteristikom magnetskog polja upravo vektorski potencijal.
Magnetsko polje se može nazvati posebnom vrstom materije, kroz koju se odvija interakcija između pokretnih nabijenih čestica ili tijela koja imaju magnetski moment. Magnetska polja su nužna (u kontekstu specijalne relativnosti) posljedica postojanja električnih polja. Magnetsko i električno polje zajedno tvore elektromagnetno polje čije su manifestacije, posebice, svjetlost i svi drugi elektromagnetski valovi. Sa stajališta kvantne teorije polja, magnetska interakcija je slična poseban slučaj elektromagnetska interakcija - nosi temeljni bozon bez mase - foton (čestica koja se može predstaviti kao kvantna pobuda elektromagnetskog polja), često (na primjer, u svim slučajevima statičkih polja) virtualna. Magnetno polje stvara (generira) struja nabijenih čestica, ili vremenski promjenjivo električno polje, ili intrinzični magnetski momenti čestica (potonji se, radi ujednačenosti slike, može formalno smanjiti na električne struje).
Po mom mišljenju, ove su definicije vrlo nejasne. Jasno je da magnetsko polje nije praznina, već posebna vrsta materije – dio stvarnom svijetu. Jasno je da je magnetsko polje neraskidivo povezano s kretanjem električnih naboja – električnom strujom. Ali kako magnetsko polje s električnim poljem formira jedno elektromagnetno polje nije jasno. Najvjerojatnije postoji određeno jedinstveno polje koje se, ovisno o okolnostima, manifestira ili kao magnetsko polje ili kao električno. Baš kao kakav hermafrodit, koji u određenim okolnostima može biti dječak, a u drugim okolnostima - djevojčica.
Sila koja djeluje na električki nabijenu česticu koja se kreće u magnetskom polju naziva se Lorentzova sila. Ova sila je uvijek usmjerena okomito na vektor brzina čestica - v i vektorski potencijal magnetskog polja - B. Ova sila je proporcionalna naboju čestice q, njegova brzina v, okomito na smjer vektora magnetskog polja B a proporcionalna je veličini indukcije magnetskog polja B. Dopustite da objasnim onima koji su potpuno zaboravili školsku fiziku: sila je razlog koji uzrokuje ubrzanje gibanja tijela. Ovdje sila ne djeluje na masu čestice, već na njen naboj. Po tome se Lorentzova sila razlikuje od sile gravitacije koja djeluje na masu čestica (tijela), budući da je masa tijela njegov gravitacijski naboj.
Magnetno polje djeluje i na vodič kroz koji teče struja. Sila koja djeluje na vodič kroz koji teče struja naziva se amperska sila. Ova sila je zbroj sila koje djeluju na pojedinačne električne naboje koji se kreću unutar vodiča. Ovo je struja, mjerena u amperima.
Kada dva magneta međusobno djeluju, isti se polovi međusobno odbijaju, a suprotni polovi privlače. Međutim, detaljna analiza pokazuje da to zapravo nije potpuno ispravan opis fenomena. Nije jasno zašto se dipoli nikada ne mogu odvojiti u okviru takvog modela. Eksperiment pokazuje da niti jedno izolirano tijelo zapravo nema magnetski naboj istog predznaka. Svako magnetizirano tijelo ima dva pola – sjeverni i južni. Na magnetski dipol smješten u nejednoliko magnetsko polje djeluje sila, koja ga nastoji rotirati tako da je magnetski moment dipola suusmjeren (koincidentan u smjeru) s magnetskim poljem u koje je ovaj magnetski dipol bio postavljen.
Godine 1831. Michael Faraday otkrio je da zatvoreni vodič, kada se stavi u promjenjivo magnetsko polje, proizvodi električnu struju. Ovaj fenomen je dobio ime elektromagnetska indukcija.
M. Faraday je otkrio da je elektromotorna sila (EMF) koja se javlja u zatvorenom vodljivom krugu proporcionalna brzini promjene magnetskog toka koji prolazi kroz dio strujni krug nalazi u ovom magnetskom polju. Vrijednost (EMF) ne ovisi o tome što uzrokuje promjenu toka – promjenu samog magnetskog polja ili kretanje dijela strujnog kruga u magnetskom polju. Električna struja uzrokovana EMF-om naziva se inducirana struja. Ovo otkriće omogućilo je stvaranje generatora električna struja i stvoriti, zapravo, naše električna civilizacija. Tko bi 30-ih godina XIX stoljeća pomislio da je otkriće M. Faradaya epohalno civilizacijsko otkriće koje je odredilo budućnost čovječanstva?
Zauzvrat, magnetsko polje se može stvoriti i mijenjati (oslabiti ili ojačati) izmjeničnim električnim poljem koje stvaraju električne struje u obliku strujanja nabijenih čestica. Mikroskopska struktura tvari smještene u izmjenično magnetsko polje utječe na jačinu struje koja u njoj nastaje. Neke strukture slabe nastajuću električnu struju, dok je druge jačaju u različitom stupnju. Jedna od prvih studija magnetska svojstva tvari izvodio je Pierre Curie. U tom smislu, tvari u odnosu na njihova magnetska svojstva dijele se u dvije glavne skupine:
1. Feromagneti - tvari u kojima se ispod određene kritične temperature (Curiejeve točke) uspostavlja dalekometni feromagnetski poredak magnetskih momenata čestica tvari.
2. Antiferomagneti - tvari u kojima je utvrđen antiferomagnetski red magnetskih momenata čestica tvari - atoma ili iona: magnetski momenti čestica tvari usmjereni su suprotno i jednaki su po jakosti.
Postoje i tvari dijamagneta i tvari paramagneta.
Dijamagneti su tvari koje su magnetizirane protiv smjera vanjskog magnetskog polja.
Paramagneti su tvari koje su magnetizirane u vanjskom magnetskom polju u smjeru vanjskog magnetskog polja.
Vrste uređenja magnetskih momenata atoma u paramagnetskim (a), feromagnetskim (b) i antiferomagnetskim (c) tvarima. Slika sa stranice: http://encyclopaedia.biga.ru/enc/science_and_technology/ MAGNITI_I_MAGNITNIE_SVOSTVA_VESHCHESTVA.html
Gore navedene skupine tvari uglavnom uključuju uobičajene krute, tekuće i plinovite tvari. Supervodiči i plazme bitno se razlikuju od njih po interakciji s magnetskim poljem.
Magnetno polje feromagneta (primjer je željezo) uočljivo je na znatnim udaljenostima.
Magnetska svojstva paramagneta su slična feromagnetima, ali su mnogo manje izražena – na kraćoj udaljenosti.
Dijamagneti se ne privlače, već odbijaju magnetom, sila koja djeluje na dijamagnete usmjerena je suprotno od one koja djeluje na feromagnete i paramagnete.
Prema Lenzovom pravilu, magnetsko polje električne struje inducirane u magnetskom polju usmjereno je na način da se suprotstavi promjeni magnetskog toka koji tu struju inducira. Želim napomenuti da interakcija izmjeničnog magnetskog polja i električne struje inducirane njime i električnog polja odgovara Le Chatelierovom principu. Ovo nije ništa drugo nego automatsko kočenje procesa, koje je svojstveno svim procesima koji se događaju u stvarnom svijetu.
Prema Le Chatelierovom principu, svaki proces koji se događa u svijetu dovodi do procesa koji ima suprotan smjer i usporava proces koji ga uzrokuje. Po mom mišljenju, to je jedan od glavnih zakona svemira, kojemu iz nekog razloga ni fizičari ni filozofi ne obraćaju dužnu pažnju.
Sve tvari su u većoj ili manjoj mjeri magnetske. Ako se dva vodiča s električnim strujama stave u bilo koji medij, tada se mijenja jačina magnetske interakcije između struja. Indukcija magnetskog polja stvorenog električnim strujama u tvari razlikuje se od indukcije magnetskog polja stvorenog istim strujama u vakuumu. Fizička veličina koja pokazuje koliko se puta indukcija magnetskog polja u homogenom mediju po apsolutnoj vrijednosti razlikuje od indukcije magnetskog polja u vakuumu naziva se magnetska permeabilnost. Vakuum ima najveću magnetsku permeabilnost.
Magnetska svojstva tvari određena su magnetskim svojstvima atoma – elektrona, protona i neutrona koji čine atome. Magnetska svojstva protona i neutrona su gotovo 1000 puta slabija od magnetskih svojstava elektrona. Stoga su magnetska svojstva tvari uglavnom određena elektronima koji čine njezine atome.
Jedno od najvažnijih svojstava elektrona je da ima ne samo električno nego i magnetsko polje. Vlastito magnetsko polje elektrona, koje navodno nastaje kada se okreće oko svoje osi, naziva se spin polje (spin – rotacija). No, elektron također stvara magnetsko polje zbog svog kretanja oko atomske jezgre, što se može usporediti s kružnom mikrostrujom. Spin polja elektrona i magnetska polja zbog svojih orbitalnih gibanja određuju širok raspon magnetskih svojstava tvari.
Ponašanje paramagneta (1) i dijamagneta (2) u nehomogenom magnetskom polju. Slika s web-mjesta: http://physics.ru/courses/op25part2/content/chapter1/section/paragraf19/theory.html
Tvari su iznimno raznolike po svojim magnetskim svojstvima. Na primjer, platina, zrak, aluminij, željezni klorid su paramagnetični, a bakar, bizmut, voda su dijamagnetski. Paramagnetski i dijamagnetski uzorci smješteni u nehomogeno magnetsko polje između polova elektromagneta ponašaju se različito - paramagneti se uvlače u područje jakog polja, dok se dijamagneti, naprotiv, istiskuju iz njega.
Para- i dijamagnetizam se objašnjava ponašanjem orbita elektrona u vanjskom magnetskom polju. U atomima dijamagnetskih tvari, u nedostatku vanjskog polja, njihova vlastita magnetska polja elektrona i polja nastala njihovim orbitalnim gibanjem potpuno su kompenzirani. Pojava dijamagnetizma povezana je s djelovanjem Lorentzove sile na orbite elektrona. Pod djelovanjem ove sile mijenja se priroda orbitalnog gibanja elektrona i narušava se kompenzacija magnetskih polja. Rezultirajuće vlastito magnetsko polje atoma ispada da je usmjereno protiv smjera indukcije vanjskog polja.
U atomima paramagnetskih tvari, magnetska polja elektrona nisu u potpunosti kompenzirana, a atom se ispostavi da je sličan maloj kružnoj struji. U nedostatku vanjskog polja, ove kružne mikrostruje su proizvoljno orijentirane, tako da je ukupna magnetska indukcija nula. Vanjsko magnetsko polje ima orijentirajući učinak – mikrostruje se teže orijentiraju tako da su njihova vlastita magnetska polja usmjerena u smjeru indukcije vanjskog polja. Zbog toplinskog gibanja atoma, orijentacija mikrostruja nikada nije potpuna. S povećanjem vanjskog polja povećava se orijentacijski učinak, tako da se indukcija unutarnjeg magnetskog polja paramagnetskog uzorka povećava izravno proporcionalno indukciji vanjskog magnetskog polja. Ukupna indukcija magnetskog polja u uzorku je zbroj indukcije vanjskog magnetskog polja i indukcije unutarnjeg magnetskog polja koje je nastalo tijekom procesa magnetiziranja.
Atomi bilo koje tvari imaju dijamagnetska svojstva, ali je u mnogim slučajevima njihov dijamagnetizam maskiran jakim paramagnetskim učinkom. Fenomen dijamagnetizma otkrio je M. Faraday 1845. godine.
Feromagneti se mogu jako magnetizirati u magnetskom polju, njihova magnetska permeabilnost je vrlo visoka. Skupina koja se razmatra uključuje četiri kemijski element: željezo, nikal, kobalt, gadolinij. Od njih, željezo ima najveću magnetsku propusnost. Različite legure ovih elemenata mogu biti feromagneti, na primjer, keramički feromagnetni materijali - ferit.
Za svaki feromagnet postoji određena temperatura (tzv. temperatura ili Curiejeva točka), iznad koje feromagnetska svojstva nestaju, a tvar postaje paramagnet. Za željezo, na primjer, Curiejeva temperatura je 770°C, za kobalt 1130°C, za nikal 360°C.
Feromagnetski materijali su magnetski mekani i magnetski tvrdi. Magnetski mekani feromagnetski materijali gotovo su potpuno demagnetizirani kada vanjsko magnetsko polje postane nula. Meki magnetski materijali uključuju, na primjer, čisto željezo, električni čelik i neke legure. Ovi materijali se koriste u uređajima izmjenične struje u kojima dolazi do kontinuiranog preokretanja magnetizacije, odnosno promjene smjera magnetskog polja (transformatori, elektromotori i sl.).
Magnetski tvrdi materijali zadržavaju svoju magnetizaciju u velikoj mjeri čak i nakon što su uklonjeni iz magnetskog polja. Primjeri magnetski tvrdih materijala su ugljični čelik i brojne posebne legure. Magnetski tvrdi materijali se uglavnom koriste za proizvodnju trajnih magneta.
karakteristično obilježje Proces magnetizacije feromagneta je histereza, odnosno ovisnost magnetizacije o prapovijesti uzorka. Krivulja magnetizacije B(B0) feromagnetskog uzorka je petlja složen oblik, što se naziva petlja histereze.
Ovisnost magnetske permeabilnosti feromagneta o indukciji vanjskog magnetskog polja. U početku se feromagnet brzo magnetizira, ali nakon dostizanja maksimuma magnetizira se sve sporije. Slika s web-mjesta: http://physics.ru/courses/op25part2/content/chapter1/section/paragraf19/theory.html
Tipična histerezna petlja za magnetski tvrdi feromagnetski materijal. U točki 2 postiže se magnetsko zasićenje. Segment 1-3 određuje zaostalu magnetsku indukciju, a segment 1-4 - koercitivnu silu, koja karakterizira sposobnost uzorka da se odupre demagnetizaciji. Slika sa stranice: http://encyclopaedia.biga.ru/enc/science_and_technology/ MAGNITI_I_MAGNITNIE_SVOSTVA_VESHCHESTVA.html
Priroda feromagnetizma može se razumjeti na temelju kvantnih koncepata. Feromagnetizam se objašnjava prisutnošću intrinzičnih (spin) magnetskih polja elektrona. U kristalima feromagnetskih materijala nastaju uvjeti pod kojima, zbog snažne interakcije spinskih magnetskih polja susjednih elektrona, njihova paralelna orijentacija postaje energetski povoljna. Kao rezultat takve interakcije, unutar feromagnetnog kristala nastaju spontano magnetizirana područja. Ta se područja nazivaju domenama. Svaka domena je mali trajni magnet.
Ilustracija procesa magnetizacije feromagnetskog uzorka:
a - materija u odsutnosti vanjskog magnetskog polja: njeni pojedinačni atomi, koji su mali magneti, raspoređeni su nasumično; b - magnetizirana tvar: pod djelovanjem vanjskog polja atomi su orijentirani jedan prema drugome određenim redoslijedom u skladu sa smjerom vanjskog polja. Riža. sa stranice: http://encyclopaedia.biga.ru/enc/science_and_technology/MAGNITI_I_MAGNITNIE_SVOSTVA_VESHCHESTVA.html
Područja u teoriji magnetizma su mala magnetizirana područja materijala u kojima su momenti magnetskog polja atoma međusobno orijentirani paralelno. Domene su odvojene jedna od druge prijelaznim slojevima koji se nazivaju Blochovi zidovi. Slika prikazuje dvije domene suprotnih magnetskih orijentacija i Blochov zid između njih sa srednjom orijentacijom. Slika sa stranice: http://encyclopaedia.biga.ru/enc/science_and_technology/ MAGNITI_I_MAGNITNIE_SVOSTVA_VESHCHESTVA.html
U nedostatku vanjskog magnetskog polja, smjerovi vektora indukcije magnetskog polja u različitim domenama nasumično su orijentirani u velikom kristalu. Utvrđeno je da takav kristal nije magnetiziran. Kada se primijeni vanjsko magnetsko polje, granice domene se pomiču tako da se povećava volumen domena orijentiranih uz vanjsko polje. S povećanjem indukcije vanjskog polja raste i magnetska indukcija magnetizirane tvari. U vrlo jakom magnetskom vanjskom polju, domene u kojima se njihovo vlastito magnetsko polje poklapa u smjeru s vanjskim poljem apsorbiraju sve ostale domene i dolazi do magnetskog zasićenja.
Međutim, treba imati na umu da su svi ovi crteži i domene i atomi prikazani na njima samo dijagrami ili modeli stvarnih fenomena magnetizma, ali ne i sami fenomeni. Koriste se sve dok nisu u suprotnosti s uočenim činjenicama.
Jednostavan elektromagnet dizajniran za hvatanje opterećenja. Izvor energije je akumulatorska baterija istosmjerna struja. Također su prikazane i linije sile elektromagnetskog polja koje se mogu detektirati uobičajenom metodom željeznih strugotina. Slika sa stranice: http://encyclopaedia.biga.ru/enc/science_and_technology/ MAGNITI_I_MAGNITNIE_SVOSTVA_VESHCHESTVA.htmll
Pojavu magnetskog polja u blizini vodiča kroz koji prolazi istosmjerna električna struja ilustrira elektromagnet. Struja teče kroz žicu koja je namotana oko feromagnetske šipke. Sila magnetiziranja u ovom slučaju jednaka je umnošku veličine električne struje u zavojnici s brojem zavoja u njoj. Ova sila se mjeri u amperima. Jačina magnetskog polja H jednaka sili magnetiziranja po jedinici duljine zavojnice. Dakle, vrijednost H mjereno u amperima po metru; određuje magnetizaciju koju stekne materijal unutar zavojnice. U vakuumu magnetske indukcije B proporcionalno jakosti magnetskog polja H.
Indukcija magnetskog polja je vektorska veličina, koja je karakteristika sile magnetskog polja. Smjer magnetske indukcije podudara se sa smjerom koji pokazuje magnetska igla u magnetskom polju, a modul ovog vektora jednak je omjeru modula magnetske sile koja djeluje na pokretnu okomito nabijenu česticu i modula magnetske indukcije. brzina i naboj ove čestice. Magnetska indukcija prema SI mjeri se u teslasima (T). U CGS sustavu magnetska indukcija se mjeri u gausu (gausu). U ovom slučaju, 1 T = 104 Gs.
Veliki elektromagneti sa željeznim jezgrama i vrlo veliki broj zavojnice koje rade u kontinuiranom načinu rada, imaju veliku silu magnetiziranja. Oni stvaraju magnetsku indukciju u razmaku između polova do 6 tesla (T). Veličina indukcije ograničena je mehaničkim naprezanjima, zagrijavanjem zavojnica i magnetskim zasićenjem jezgre.
Određeni broj divovskih elektromagneta (bez jezgre) s vodenim hlađenjem, te instalacije za stvaranje impulsnih magnetskih polja projektirao je P.L. Kapitsa na Cambridgeu i na Institutu za fizičke probleme Akademije znanosti SSSR-a, kao i F. Bitter na Tehnološkom institutu u Massachusettsu. Na takvim magnetima bilo je moguće postići indukciju do 50 T. Relativno mali elektromagnet, koji proizvodi polja do 6,2 T, troši 15 kW električne energije i hladi se tekućim vodikom, razvijen je u Nacionalnom laboratoriju Losalamos. Slična magnetska polja dobivaju se pri vrlo niskim temperaturama.
Vektor magnetske indukcije smatra se jednim od fizičke veličine, koja je temeljna u teoriji elektromagnetizma, može se naći u velikom broju jednadžbi, u nekim slučajevima izravno, a ponekad i kroz snagu magnetskog polja koja je povezana s njim. Jedino područje u klasičnoj teoriji elektromagnetizma, u kojem ne postoji vektor magnetske indukcije, je, možda, samo čista elektrostatika.
Ampère je 1825. sugerirao da električne mikrostruje kruže u svakom atomu magneta. No elektron je otkriven tek 1897. godine, a model unutarnje strukture atoma - 1913. godine, gotovo 100 godina nakon Amperove briljantne nagađanja. 1852. W. Weber je sugerirao da je svaki atom magnetske tvari sićušni magnetski dipol. Konačna ili potpuna magnetizacija tvari postiže se kada su svi pojedinačni atomski magneti poredani određenim redoslijedom. Weber je vjerovao da je molekularno ili atomsko "trenje" pomoglo tim elementarnim magnetima da održe svoj red. Njegova teorija objasnila je magnetiziranje tijela kada dođu u dodir s magnetom i njihovu demagnetizaciju kada ih se udari ili zagrije. Objašnjena je i "reprodukcija" magneta kada se magnetizirani komad ili magnetska šipka režu na komade, kada je svaki komad uvijek imao dva pola. Međutim, ova teorija nije objasnila ni podrijetlo samih elementarnih magneta ni fenomen histereze. Godine 1890. Weberovu teoriju poboljšao je J. Ewing, koji je zamijenio hipotezu atomskog trenja idejom o međuatomskim ograničenim silama koje pomažu održati redoslijed elementarnih dipola koji čine trajni magnet.
1905. P. Langevin je objasnio ponašanje paramagnetskih materijala pripisujući svakom atomu unutarnju nekompenziranu elektronsku struju. Prema Langevinu, upravo te struje tvore sićušne magnete, nasumično orijentirane kada nema vanjskog magnetskog polja, ali nakon primjene poprimaju uređenu orijentaciju. U ovom slučaju, aproksimacija potpunog uređenja odgovara zasićenju magnetizacije. Langevin je uveo koncept magnetskog momenta atomskog magneta, jednakog umnošku "magnetskog naboja" na udaljenosti između polova. Prema ovoj teoriji, slab magnetizam paramagnetskih materijala objašnjava se slabim neto magnetskim momentom stvorenim nekompenziranim strujama elektrona.
1907. P. Weiss je uveo koncept "domene", koji je postao važan doprinos u moderna teorija magnetizam. Pojedinačna domena može imati linearne dimenzije reda veličine 0,01 mm. Domene su međusobno odvojene takozvanim Blochovim stijenkama čija debljina ne prelazi 1000 atomskih dimenzija. Takve stijenke su "prijelazni slojevi", odnosno mikrogradijenti u magnetskoj nanostrukturi tvari, u kojima se mijenja smjer magnetizacije domene. Postoje dvije uvjerljive eksperimentalne potvrde postojanja domena. Godine 1919. G. Barkhausen je ustanovio da kada se na uzorak feromagnetskog materijala primijeni vanjsko polje, njegova se magnetizacija mijenja u malim diskretnim dijelovima. Za otkrivanje domenske strukture magneta metodom praškastih figura, kap koloidne suspenzije feromagnetskog praha (željezovog oksida) nanosi se na dobro poliranu površinu magnetiziranog materijala. Čestice praha se talože uglavnom na mjestima maksimalne nehomogenosti magnetskog polja - na granicama domena. Takva se struktura može proučavati pod mikroskopom. Razvijena je metoda za proučavanje magnetskog polja koja se temelji na prolasku polarizirane svjetlosti kroz prozirni feromagnetski materijal.
Slobodni atom željeza ima dvije svoje ljuske ( K i L), najbliže jezgri, ispunjeni su elektronima, s dva na prvom od njih, a osam na drugom. NA K-ljuske, spin jednog od elektrona je pozitivan, a drugog negativan. NA L-ljuske (točnije, u svoje dvije podljuske), četiri od osam elektrona imaju pozitivne spinove, a ostala četiri imaju negativne spinove. U oba slučaja, spinovi elektrona unutar iste ljuske potpuno se poništavaju, tako da je ukupni magnetski moment atoma jednak nuli. NA M-ljuska, situacija je drugačija, jer od šest elektrona u trećoj podljusci pet elektrona ima okretanje, smjer
Da bismo razumjeli što je karakteristika magnetskog polja, treba definirati mnoge pojave. Istodobno, morate se unaprijed sjetiti kako i zašto se pojavljuje. Naučite što je polje sile. Također je važno da se takvo polje može pojaviti ne samo u magnetima. S tim u vezi ne škodi spomenuti karakteristike magnetskog polja zemlje.
Pojava polja
Za početak je potrebno opisati izgled polja. Nakon toga možete opisati magnetsko polje i njegove karakteristike. Pojavljuje se tijekom kretanja nabijenih čestica. Može utjecati na posebno vodljive vodiče. Interakcija između magnetskog polja i pokretnih naboja, odnosno vodiča kroz koje teče struja, događa se zbog sila koje se nazivaju elektromagnetskim.
Intenzitet ili karakteristika snage magnetskog polja u određenoj prostornoj točki određuje se pomoću magnetske indukcije. Potonji je označen simbolom B.
Grafički prikaz polja
Magnetno polje i njegove karakteristike mogu se grafički prikazati pomoću indukcijskih linija. Ova se definicija naziva pravcima, tangente na koje će se u bilo kojoj točki podudarati sa smjerom vektora y magnetske indukcije.
Ove linije su uključene u karakteristike magnetskog polja i koriste se za određivanje njegovog smjera i intenziteta. Što je jači intenzitet magnetskog polja, to će se povući više podatkovnih linija.
Što su magnetske linije
Magnetske linije ravnih vodiča sa strujom imaju oblik koncentrične kružnice čije se središte nalazi na osi ovog vodiča. Smjer magnetskih vodova u blizini vodiča sa strujom određen je pravilom gimleta, koje zvuči ovako: ako je gimlet smješten tako da će biti uvrnut u vodič u smjeru struje, tada smjer rotacija ručke odgovara smjeru magnetskih linija.
Za zavojnicu sa strujom, smjer magnetskog polja također će biti određen pravilom gimleta. Također je potrebno rotirati ručku u smjeru struje u zavojima solenoida. Smjer linija magnetske indukcije odgovarat će smjeru translacijskog kretanja gimleta.
To je glavna karakteristika magnetskog polja.
Stvoreno jednom strujom, pod jednakim uvjetima, polje će se razlikovati po svom intenzitetu u različitim medijima zbog različitih magnetskih svojstava u tim tvarima. Magnetska svojstva medija karakteriziraju apsolutnu magnetsku propusnost. Mjeri se u henijama po metru (g/m).
Karakteristika magnetskog polja uključuje apsolutnu magnetsku permeabilnost vakuuma, nazvanu magnetska konstanta. Vrijednost koja određuje koliko će se puta apsolutna magnetska propusnost medija razlikovati od konstantne naziva se relativna magnetska propusnost.
Magnetska propusnost tvari
Ovo je bezdimenzionalna veličina. Tvari čija je vrijednost propusnosti manja od jedan nazivaju se dijamagnetne. U tim će tvarima polje biti slabije nego u vakuumu. Ova svojstva su prisutna u vodiku, vodi, kvarcu, srebru itd.
Mediji s magnetskom propusnošću većom od jedinice nazivaju se paramagnetički. U tim će tvarima polje biti jače nego u vakuumu. Ti mediji i tvari uključuju zrak, aluminij, kisik, platinu.
U slučaju paramagnetskih i dijamagnetskih tvari vrijednost magnetske propusnosti neće ovisiti o naponu vanjskog, magnetizirajućeg polja. To znači da je vrijednost za određenu tvar konstantna.
U posebnu skupinu spadaju feromagneti. Za ove tvari, magnetska propusnost će doseći nekoliko tisuća ili više. Ove tvari, koje imaju svojstvo magnetiziranja i pojačavanja magnetskog polja, imaju široku primjenu u elektrotehnici.
Jačina polja
Za određivanje karakteristika magnetskog polja, zajedno s vektorom magnetske indukcije, može se koristiti vrijednost koja se naziva jakost magnetskog polja. Ovaj pojam definira intenzitet vanjskog magnetskog polja. Smjer magnetskog polja u mediju s istim svojstvima u svim smjerovima, vektor intenziteta će se podudarati s vektorom magnetske indukcije u točki polja.
Jaka magnetska svojstva feromagneta objašnjavaju se prisutnošću u njima proizvoljno magnetiziranih malih dijelova, koji se mogu predstaviti kao mali magneti.
U nedostatku magnetskog polja, feromagnetska tvar možda neće imati izražena magnetska svojstva, budući da polja domene poprimaju različite orijentacije, a njihovo ukupno magnetsko polje je nula.
Prema glavnoj karakteristici magnetskog polja, ako se feromagnet stavi u vanjsko magnetsko polje, na primjer, u zavojnicu sa strujom, tada će se pod utjecajem vanjskog polja domene okrenuti u smjeru vanjskog polja . Štoviše, magnetsko polje na zavojnici će se povećati, a magnetska indukcija će se povećati. Ako je vanjsko polje dovoljno slabo, tada će se preokrenuti samo dio svih domena čija se magnetska polja približavaju smjeru vanjskog polja. Povećanjem jakosti vanjskog polja povećavat će se i broj rotiranih domena, a pri određenoj vrijednosti napona vanjskog polja gotovo svi dijelovi će se rotirati tako da se magnetska polja nalaze u smjeru vanjskog polja. Ovo stanje se naziva magnetsko zasićenje.
Odnos magnetske indukcije i intenziteta
Odnos između magnetske indukcije feromagnetske tvari i jakosti vanjskog polja može se prikazati pomoću grafa koji se naziva krivulja magnetizacije. Na zavoju grafa krivulje, brzina povećanja magnetske indukcije opada. Nakon zavoja, gdje napetost dosegne određenu vrijednost, dolazi do zasićenja, a krivulja se lagano diže, postupno poprimajući oblik ravne linije. U ovom dijelu indukcija još uvijek raste, ali prilično sporo i samo zbog povećanja jakosti vanjskog polja.
Grafička ovisnost ovih pokazatelja nije izravna, što znači da njihov omjer nije konstantan, a magnetska propusnost materijala nije stalan pokazatelj, već ovisi o vanjskom polju.
Promjene magnetskih svojstava materijala
S povećanjem jakosti struje do potpunog zasićenja u zavojnici s feromagnetskom jezgrom i njezinim naknadnim smanjenjem, krivulja magnetizacije neće se podudarati s krivuljom demagnetizacije. S nultim intenzitetom, magnetska indukcija neće imati istu vrijednost, ali će dobiti neki pokazatelj koji se naziva rezidualna magnetska indukcija. Situacija s zaostajanjem magnetske indukcije od sile magnetiziranja naziva se histereza.
Za potpuno demagnetizaciju feromagnetske jezgre u zavojnici potrebno je dati obrnutu struju, koja će stvoriti potrebnu napetost. Za različite feromagnetske tvari potreban je segment različite duljine. Što je veći, potrebno je više energije za demagnetizaciju. Vrijednost pri kojoj je materijal potpuno demagnetiziran naziva se prisilna sila.
Daljnjim povećanjem struje u zavojnici, indukcija će opet porasti do indeksa zasićenja, ali s drugim smjerom magnetskih linija. Pri demagnetiziranju u suprotnom smjeru dobit će se zaostala indukcija. Fenomen rezidualnog magnetizma koristi se za stvaranje trajnih magneta od tvari s visokim rezidualnim magnetizmom. Od tvari koje imaju sposobnost remagnetizacije nastaju jezgre za električni strojevi i aparati.
pravilo lijeve ruke
Sila koja djeluje na vodič sa strujom ima smjer određen pravilom lijeve ruke: kada je dlan djevičanske ruke smješten na način da u njega ulaze magnetske linije, a četiri prsta su ispružena u smjeru struje u vodiču, savijeni palac pokazat će smjer sile. S obzirom na snagu okomito na indukcijski vektor i struju.
Vodič sa strujom koji se kreće u magnetskom polju smatra se prototipom elektromotora, koji mijenja električnu energiju u mehaničku.
Pravilo desne ruke
Tijekom gibanja vodiča u magnetskom polju unutar njega se inducira elektromotorna sila koja ima vrijednost proporcionalnu magnetskoj indukciji, duljini uključenog vodiča i brzini njegova kretanja. Ova ovisnost naziva se elektromagnetska indukcija. Prilikom određivanja smjera induciranog EMF-a u vodiču koristi se pravilo desna ruka: kada je desna ruka postavljena na isti način kao u primjeru s lijeve strane, magnetske linije ulaze u dlan, a palac pokazuje smjer kretanja vodiča, ispruženi prsti ukazuju na smjer induciranog EMF-a. Vodič koji se kreće u magnetskom toku pod utjecajem vanjske mehaničke sile je najjednostavniji primjer električni generator u kojem se mehanička energija pretvara u električnu energiju.
Može se formulirati drugačije: u zatvorenom krugu inducira se EMF, sa bilo kojom promjenom magnetskog toka koji pokriva ovaj krug, EDE u krugu je brojčano jednak brzini promjene magnetskog toka koji pokriva ovaj krug.
Ovaj oblik daje prosječni indikator EMF-a i ukazuje na ovisnost EMF-a ne o magnetskom toku, već o brzini njegove promjene.
Lenzov zakon
Također morate zapamtiti Lenzov zakon: struja inducirana promjenom magnetskog polja koja prolazi kroz krug, svojim magnetskim poljem sprječava tu promjenu. Ako su zavoji zavojnice probijeni magnetskim tokovima različitih veličina, tada je EMF inducirana na cijeloj zavojnici jednaka zbroju EMF-a u različitim zavojima. Zbroj magnetskih tokova različitih zavoja zavojnice naziva se veza toka. Mjerna jedinica ove veličine, kao i magnetskog toka, je weber.
Kada se električna struja u krugu promijeni, mijenja se i magnetski tok koji njome stvara. Međutim, prema zakonu elektromagnetska indukcija, EMF se inducira unutar vodiča. Pojavljuje se u vezi s promjenom struje u vodiču, stoga se ova pojava naziva samoindukcija, a EMF inducirana u vodiču naziva se EMF samoindukcije.
Veza toka i magnetski tok ne ovise samo o jakosti struje, već i o veličini i obliku danog vodiča, te o magnetskoj propusnosti okolne tvari.
induktivitet vodiča
Koeficijent proporcionalnosti naziva se induktivitet vodiča. Označava sposobnost vodiča da stvori vezu toka kada struja prolazi kroz njega. Ovo je jedan od glavnih parametara električnih krugova. Za određene krugove induktivitet je konstanta. To će ovisiti o veličini konture, njegovoj konfiguraciji i magnetskoj propusnosti medija. U tom slučaju jačina struje u krugu i magnetski tok neće biti važni.
Gore navedene definicije i fenomeni daju objašnjenje što je magnetsko polje. Navedene su i glavne karakteristike magnetskog polja uz pomoć kojih je moguće definirati ovaj fenomen.
Zemljino magnetsko polje
Magnetno polje je polje sile koje djeluje na pokretne električne naboje i na tijela koja imaju magnetski moment, bez obzira na stanje njihova gibanja.
Izvori makroskopskog magnetskog polja su magnetizirana tijela, vodiči sa strujom i pokretna električno nabijena tijela. Priroda ovih izvora je ista: magnetsko polje nastaje kao rezultat kretanja nabijenih mikročestica (elektrona, protona, iona), a također i zbog prisutnosti vlastitog (spin) magnetskog momenta u mikročesticama.
Izmjenično magnetsko polje također se javlja kada se električno polje mijenja tijekom vremena. Zauzvrat, kada se magnetsko polje promijeni u vremenu, električno polje. Potpuni opis električno i magnetsko polje u njihovom odnosu daju Maxwellove jednadžbe. Za karakterizaciju magnetskog polja često se uvodi pojam linija sile (linije magnetske indukcije).
Za mjerenje karakteristika magnetskog polja i magnetskih svojstava tvari, različite vrste magnetometri. Jedinica indukcije magnetskog polja u CGS sustavu je Gauss (Gs), u Međunarodnom sustavu jedinica (SI) - Tesla (T), 1 T = 104 Gs. Intenzitet se mjeri u erstedima (Oe) i amperima po metru (A / m, 1 A / m \u003d 0,01256 Oe; energija magnetskog polja - u Erg / cm 2 ili J / m 2, 1 J / m 2 \u003d 10 erg/cm2.
Kompas reagira
na Zemljino magnetsko polje
Magnetska polja u prirodi iznimno su raznolika kako po svojim razmjerima tako i po učincima koje izazivaju. Zemljino magnetsko polje, koje tvori Zemljinu magnetosferu, proteže se do udaljenosti od 70-80 tisuća km u smjeru Sunca i mnogo milijuna km u suprotnom smjeru. Na površini Zemlje, magnetsko polje je u prosjeku 50 μT, na granici magnetosfere ~ 10 -3 G. Geomagnetno polje štiti površinu Zemlje i biosferu od protoka nabijenih čestica iz sunčevog vjetra i dijelom od kozmičkih zraka. Utjecaj samog geomagnetskog polja na vitalnu aktivnost organizama proučava magnetobiologija. U svemiru blizu Zemlje, magnetsko polje tvori magnetsku zamku za visokoenergetski nabijene čestice – Zemljin pojas zračenja. Čestice sadržane u radijacijskom pojasu predstavljaju značajnu opasnost tijekom svemirskih letova. Nastanak Zemljinog magnetskog polja povezan je s konvektivnim kretanjima vodljive tekuće tvari u Zemljinoj jezgri.
Izravna mjerenja uz pomoć letjelica pokazala su da Zemlji najbliža kozmička tijela – Mjesec, planeti Venera i Mars nemaju svoje magnetsko polje, slično zemaljskom. S drugih planeta Sunčev sustav samo Jupiter i, očito, Saturn imaju svoja magnetska polja, dovoljna za stvaranje planetarnih magnetskih zamki. Na Jupiteru su pronađena magnetska polja do 10 gausa i niz karakterističnih pojava (magnetske oluje, sinkrotronska radio-emisija i druge), što ukazuje na značajnu ulogu magnetskog polja u planetarnim procesima.
© Fotografija: http://www.tesis.lebedev.ru
Fotografija Sunca
u uskom spektru
Međuplanetarno magnetsko polje je uglavnom polje solarnog vjetra (kontinuirano širenje plazme solarne korone). U blizini Zemljine orbite, međuplanetarno polje je ~ 10 -4 -10 -5 Gs. Pravilnost međuplanetarnog magnetskog polja može biti poremećena zbog razvoja raznih vrsta nestabilnosti plazme, prolaska udarnih valova i širenja strujanja brzih čestica koje nastaju sunčevim bakljama.
U svim procesima na Suncu - baklji, pojavi mrlja i prominencija, rađanju sunčevih kozmičkih zraka, magnetsko polje igra važnu ulogu. Mjerenja temeljena na Zeeman-ovom efektu pokazala su da magnetsko polje Sunčevih pjega doseže nekoliko tisuća gausa, a istaknutosti drže polja od ~ 10-100 gausa (s prosječnom vrijednošću ukupnog magnetskog polja Sunca ~ 1 gaus).
Magnetske oluje
Magnetske oluje su jaki poremećaji Zemljinog magnetskog polja, koji oštro remete nesmetani dnevni tijek elemenata zemaljskog magnetizma. Magnetske oluje traju od nekoliko sati do nekoliko dana i istodobno se promatraju na cijeloj Zemlji.
U pravilu se magnetske oluje sastoje od preliminarne, početne i glavne faze, kao i faze oporavka. U preliminarnoj fazi uočavaju se neznatne promjene u geomagnetskom polju (uglavnom u visoke geografske širine), kao i pobuđivanje karakterističnih kratkoperiodnih oscilacija polja. Početnu fazu karakterizira nagla promjena pojedinih komponenti polja na cijeloj Zemlji, a glavnu fazu karakteriziraju velike fluktuacije polja i snažno smanjenje horizontalne komponente. U fazi oporavka od magnetske oluje, polje se vraća na svoju normalnu vrijednost.
Utjecaj sunčevog vjetra
na Zemljinu magnetosferu
Magnetske oluje uzrokovane su tokovima solarne plazme iz aktivnih područja Sunca, koji se naslanjaju na tihi sunčani vjetar. Stoga se magnetske oluje češće opažaju blizu maksimuma 11-godišnjeg ciklusa solarna aktivnost. Dolazeći do Zemlje, tokovi solarne plazme povećavaju kompresiju magnetosfere, uzrokujući početnu fazu magnetske oluje, te djelomično prodiru u Zemljinu magnetosferu. Ulazak visokoenergetskih čestica u gornju atmosferu Zemlje i njihov utjecaj na magnetosferu dovode do stvaranja i pojačanja električnih struja u njoj, dostižući najveći intenzitet u polarnim područjima ionosfere, što je razlog prisutnost velike geografske zone magnetske aktivnosti. Promjene u sustavima magnetosfersko-ionosferskih struja očituju se na površini Zemlje u obliku nepravilnih magnetskih poremećaja.
U fenomenima mikrokozmosa uloga magnetskog polja je jednako bitna kao i na kozmičkoj skali. To je zbog postojanja svih čestica – strukturnih elemenata tvari (elektrona, protona, neutrona), magnetskog momenta, kao i djelovanja magnetskog polja na pokretne električne naboje.
Primjena magnetskih polja u znanosti i tehnologiji. Magnetska polja se obično dijele na slaba (do 500 Gs), srednja (500 Gs - 40 kGs), jaka (40 kGs - 1 MGs) i superjaka (preko 1 MGs). Praktički sva elektrotehnika, radiotehnika i elektronika temelje se na korištenju slabih i srednjih magnetskih polja. Slaba i srednja magnetska polja dobivaju se pomoću trajnih magneta, elektromagneta, nehlađenih solenoida, supravodljivih magneta.
Izvori magnetskog polja
Svi izvori magnetskih polja mogu se podijeliti na umjetne i prirodne. Glavni prirodni izvori magnetskog polja su Zemljino vlastito magnetsko polje i Sunčev vjetar. Do umjetni izvori može se pripisati svim elektromagnetskim poljima kojima tako obiluje naša moderni svijet a posebno naše kuće. Pročitajte više o, i čitajte na našem.
Električni transport je snažan izvor magnetskog polja u rasponu od 0 do 1000 Hz. Željeznički promet koristi izmjeničnu struju. Gradski prijevoz je stalan. Maksimalne vrijednosti indukcije magnetskog polja u prigradskom električnom prometu dosežu 75 µT, prosječne vrijednosti su oko 20 µT. Prosječne vrijednosti za vozila s istosmjernim pogonom fiksne su na 29 µT. U tramvajima, gdje su povratna žica tračnice, magnetska polja se međusobno kompenziraju na mnogo većoj udaljenosti od žica trolejbusa, a unutar trolejbusa fluktuacije magnetskog polja su male čak i tijekom ubrzanja. Ali najveće fluktuacije u magnetskom polju su u podzemnoj željeznici. Kada se sastav šalje, veličina magnetskog polja na platformi je 50-100 μT i više, što premašuje geomagnetsko polje. Čak i kada je vlak odavno nestao u tunelu, magnetsko polje se ne vraća na prijašnju vrijednost. Tek nakon što sastav prođe sljedeću točku spajanja na kontaktnu tračnicu, magnetsko polje će se vratiti na staru vrijednost. Istina, ponekad nema vremena: sljedeći vlak se već približava peronu, a kada uspori, magnetsko polje se ponovno mijenja. U samom automobilu magnetsko polje je još jače - 150-200 μT, odnosno deset puta više nego u običnom vlaku.
Vrijednosti indukcije magnetskih polja u kojima se najčešće susrećemo Svakidašnjica prikazano na donjem dijagramu. Gledajući ovaj dijagram, postaje jasno da smo izloženi magnetskim poljima cijelo vrijeme i svugdje. Prema nekim znanstvenicima, magnetska polja s indukcijom većom od 0,2 µT smatraju se štetnim. Naravno, treba poduzeti određene mjere opreza kako bismo se zaštitili od štetnih učinaka polja oko nas. Samo slijedeći nekoliko jednostavnih pravila, možete značajno smanjiti utjecaj magnetskih polja na svoje tijelo.
Trenutni SanPiN 2.1.2.2801-10 „Promjene i dopune br. 1 SanPiN-u 2.1.2.2645-10 „Sanitarni i epidemiološki zahtjevi za životne uvjete u stambenim zgradama i prostorijama” kaže sljedeće: „Maksimalno dopuštena razina Slabljenje geomagnetskog polja u prostorijama stambenih zgrada postavljeno je na 1,5". Također, postavljene su najveće dopuštene vrijednosti intenziteta i jakosti magnetskog polja frekvencije 50 Hz:
- u stambenim prostorijama - 5 μT ili 4 A/m;
- u nestambenim prostorijama stambenih zgrada, u stambenim područjima, uključujući na području vrtnih parcela - 10 μT ili 8 ujutro.
Na temelju ovih standarda svatko može izračunati koliko električnih uređaja može biti u uključenom i pripravnom stanju u svakom određenu sobu odnosno, na temelju kojih će biti izdane preporuke za normalizaciju stambenog prostora.
Slični Videi
Mali znanstveni film o Zemljinom magnetskom polju
Reference
1. Velika sovjetska enciklopedija.
Vjerojatno ne postoji osoba koja barem jednom nije razmišljala o pitanju što je magnetsko polje. Kroz povijest su to pokušavali objasniti eteričnim vrtlozima, hirovima, magnetskim monopolima i mnogim drugim.
Svi znamo da se magneti sa sličnim polovima okrenutim jedan prema drugome odbijaju, a suprotni magneti privlače. Ova moć će
Zamijenite ovisno o tome koliko su dva dijela udaljena jedan od drugog. Ispada da opisani objekt oko sebe stvara magnetski halo. Istodobno, kada se dva naizmjenična polja s istom frekvencijom superponiraju, kada se jedno pomakne u prostoru u odnosu na drugo, dobiva se učinak koji se obično naziva "rotirajuće magnetsko polje".
Veličina predmeta koji se proučava određena je silom kojom magnet privlači drugi ili željezo. Sukladno tome, što je veća privlačnost, to je veće polje. Sila se može izmjeriti uobičajenom, s jedne strane se stavlja mali komad željeza, a s druge strane utezi, dizajnirani da uravnoteže metal s magnetom.
Za točnije razumijevanje predmeta teme, trebali biste proučiti polja:
Odgovarajući na pitanje što je magnetsko polje, vrijedi reći da ga i osoba ima. Krajem 1960. godine zahvaljujući intenzivnom razvoju fizike mjerni uređaj"LIGNJE". Njegovo djelovanje objašnjava se zakonima kvantnih pojava. To je osjetljivi element magnetometara koji se koristi za proučavanje magnetskog polja i slično
vrijednosti, kao npr
"SQUID" se brzo počeo koristiti za mjerenje polja koja stvaraju živi organizmi i, naravno, ljudi. To je dalo poticaj razvoju novih područja istraživanja temeljenih na tumačenju informacija koje daje takav instrument. Ovaj smjer se naziva "biomagnetizam".
Zašto ranije, prilikom utvrđivanja što je magnetsko polje, nisu provedena istraživanja na ovom području? Pokazalo se da je vrlo slab u organizmima, a njegovo je mjerenje težak fizički zadatak. To je zbog prisutnosti ogromne količine magnetskog šuma u okolnom prostoru. Stoga jednostavno nije moguće odgovoriti na pitanje što je ljudsko magnetsko polje i proučavati ga bez uporabe specijaliziranih mjera zaštite.
Oko živog organizma takav se "halo" javlja iz tri glavna razloga. Prvo, zbog ionskih točkica koje se pojavljuju kao rezultat električne aktivnosti staničnih membrana. Drugo, zbog prisutnosti ferimagnetskih sitnih čestica koje su slučajno dospjele ili unesene u tijelo. Treće, kada su vanjska magnetska polja superponirana, postoji neujednačena osjetljivost različitih organa, što iskrivljuje superponirane sfere.
Dobar dan, danas ćete saznati što je magnetsko polje a odakle dolazi.
Svaka osoba na planeti barem jednom, ali zadržana magnet u ruci. Počevši od suvenirnih magneta za hladnjak, ili radnih magneta za skupljanje željeznog peludi i još mnogo toga. Kao dijete, to je bila smiješna igračka koja se lijepila za black metal, ali ne i za druge metale. Dakle, u čemu je tajna magneta i njegove magnetsko polje.
Što je magnetsko polje
U kojem trenutku magnet počinje privlačiti prema sebi? Oko svakog magneta postoji magnetsko polje, padajući u koje, predmeti se počinju privlačiti. Veličina takvog polja može varirati ovisno o veličini magneta i njegovim vlastitim svojstvima.
pojam Wikipedije:
Magnetno polje - polje sile koje djeluje na pokretne električne naboje i na tijela s magnetskim momentom, bez obzira na stanje njihova kretanja, magnetska komponenta elektromagnetskog polja.
Odakle dolazi magnetsko polje
Magnetno polje može biti stvoreno strujom nabijenih čestica ili magnetskim momentima elektrona u atomima, kao i magnetskim momentima drugih čestica, iako u znatno manjoj mjeri.
Manifestacija magnetskog polja
Magnetno polje se očituje u djelovanju na magnetske momente čestica i tijela, na pokretne nabijene čestice ili vodiče s . Sila koja djeluje na električki nabijenu česticu koja se kreće u magnetskom polju je nazvana Lorentzova sila, koja je uvijek usmjerena okomito na vektore v i B. Proporcionalna je naboju čestice q, komponenti brzine v, okomitoj na smjer vektora magnetskog polja B i veličini indukcije magnetskog polja B.
Koji predmeti imaju magnetsko polje
Često ne razmišljamo o tome, ali mnogi (ako ne i svi) predmeti oko nas su magneti. Navikli smo da je magnet kamenčić s izraženom silom privlačenja prema sebi, ali zapravo gotovo sve ima privlačnu silu, samo je puno manja. Uzmimo barem naš planet – mi ne odlijećemo u svemir, iako se ničim ne držimo za površinu. Zemljino polje je puno slabije od polja šljunčanog magneta, stoga nas zadržava samo zbog svoje ogromne veličine - ako ste ikada vidjeli ljude kako hodaju po Mjesecu (koji je četiri puta manji u promjeru), jasno ćete razumjeti o čemu govorimo. Privlačnost Zemlje uglavnom se temelji na metalnim komponentama.Njezina kora i jezgra - imaju snažno magnetsko polje. Možda ste čuli da u blizini velikih nalazišta željezne rude kompasi prestaju pokazivati pravi smjer prema sjeveru - to je zato što se princip kompasa temelji na interakciji magnetskih polja, a željezna ruda privlači svoju iglu.
