Úvod
Čo je magnetické pole? Každý o ňom počul, každý videl, ako sa zmagnetizovaná strelka kompasu otáča vždy jedným a tým istým koncom k severnému magnetickému pólu a druhým koncom vždy k južnému magnetickému pólu. To, čo odlišuje človeka od najinteligentnejšieho zvieraťa, je to, že je zvedavý a chce vedieť, prečo sa to deje, ako to funguje, že sa to deje. Staroveký človek vynašiel bohov, aby vysvetlil, čo sa okolo neho deje. Duchovia, bohovia v mysliach ľudí boli faktormi, ktoré vysvetľovali všetko, čo človek videl, počul, od čoho závisí šťastie v love a vojne, kto pohyboval Slnkom po oblohe, kto zariadil búrku, pršalo a snežilo, všeobecne, všetko, všetko, čo sa deje. Predstavte si, že príde malý vnuk k dedkovi, ukáže na blesk a pýta sa: čo to je, prečo oheň letí z oblaku do zeme a kto tam tak hlasno klope v oblakoch? Ak starý otec odpovedal: Neviem, vnuk sa naňho s ľútosťou pozrel a začal si ho menej vážiť. Ale keď starý otec povedal, že to bol boh Yarilo, ktorý jazdí na voze po oblakoch a strieľa ohnivé šípy do zlých ľudí, vnuk počúval a vážil si svojho starého otca ešte viac. Začal sa menej báť hromov a bleskov, pretože vedel, že je dobrý, takže Yarilo na neho nestrieľa.
V ranom detstve, keď som začala žartovať, babička Anna hovorila: "Shurka, pozri, nebuď šatky, inak Boh zrazí kamienok." A zároveň ukázala na ikonu v červenom rohu na poličke-božstvo. Na chvíľu som sa stíšil, opatrne som sa pozeral na prísneho sedliaka nakresleného na tabuli, no akosi som pochyboval o jeho schopnosti hádzať kamene. Položil stoličku na lavicu, vyliezol na ňu a pozrel sa na poličku za ikonou. Nevidel som tam žiadne kamienky, a keď ma babička opäť začala strašiť, zasmial sa a povedal: „Nemá žiadne kamene a vo všeobecnosti je namaľovaný a nemôže sa hádzať. Tak isto náš vzdialený predok kedysi pochyboval, že to bol Yarilo, kto jazdil na oblohe a strieľal šípy. Vtedy sa zrodilo racionálne poznanie, keď ľudia začali pochybovať o všemohúcnosti bohov. Čím ich však nahradili? A nahradili bohov zákonmi prírody a začali týmto zákonom silne veriť. Ale tam, kde si človek nevie vysvetliť, čo sa deje prírodnými zákonmi, nechal miesto pre bohov. Preto náboženstvo a veda existujú v spoločnosti dodnes.
Pamätám si, ako starší kamaráti nám deťom ukázali trik. Železný klinec položený na stole sa sám pohol po stole a kúzelník pod stolom pohol rukou. Klinec nasledoval ruku. Prekvapene sme na to hľadeli a nechápali, prečo sa klinec hýbe. Keď som o tomto triku povedal mame, vysvetlila mi, že ten chlap má v ruke magnet, ktorý k sebe priťahuje železo, že chlap pod stolom hýbal nielen rukou, ale mal v ruke magnet. Vtedy toto vysvetlenie uspokojilo moju zvedavosť, ale o niečo neskôr som už chcel pochopiť, prečo magnet na diaľku - cez dosku stola, cez vrstvu vzduchu - k sebe priťahuje železo. Na túto otázku nevedeli odpovedať ani mama, ani otec. Musel som počkať do školy. Tam na hodine fyziky učiteľ vysvetlil, že magnet pôsobí na železo cez magnetické pole, ktoré okolo seba vytvára, že magnet má dva póly – severný a južný, že zo severu vychádzajú nejaké neviditeľné magnetické siločiary, ktoré ohnúť sa v oblúku a vstúpiť na južný pól.
Vtedy som si prvýkrát pomyslel: to znamená, že na svete je okrem viditeľného, počuteľného a hmatateľného aj niečo neviditeľné a nehmotné. Potom som si pomyslel: čo ak je Boh neviditeľný a nehmotný – ako toto magnetické pole. Zdá sa, že nikde nie je, ale stále existuje. A na ikonách v podobe sedliaka je tak hlúpo zobrazený. Vtedy som ešte nevedel, že filozof Spinoza, ktorý začal považovať prírodu a Boha za jedno a neoddeliteľné, viditeľné a neviditeľné, na to myslel už skôr ako ja. Príroda je Boh!
Pamätám si, že som sa snažil predstaviť si toto magnetické pole pozostávajúce zo siločiar a ničomu som nerozumel. Tieto riadky som nevidel ani nepočul. Ničím nevoňali a vtedy mi nebolo veľmi jasné, že by sa okolo nás mohlo nachádzať niečo, čo v žiadnom prípade necítime. Železné klince a piliny cítili magnetické pole a orientovali sa v ňom a pohybovali sa v ňom, no ja so svojimi jemnými zmyslovými orgánmi som nič necítila. Táto menejcennosť ma úprimne utláčala. Ale nielen ja. A. Einstein písal o silnom prekvapení z vlastností magnetu, ktorý videl a ktorý mu v detstve daroval jeho otec k narodeninám, z toho, že nevedel pochopiť, ako a prečo k týmto príťažlivým vlastnostiam magnetu dochádza.
Keď nás učiteľ náuky o spoločnosti už v 10. ročníku oboznámil s definíciou hmoty, ktorú podal V.I. Lenin: "hmota je to, čo existuje okolo nás a dáva sa nám vo vnemoch", rozhorčene som sa jej spýtal: "ale my necítime magnetické pole, ale existuje, nie je to hmota?" Áno, samotné zmyslové orgány nestačia na vnímanie všetkých foriem hmoty, je potrebná iná myseľ, pomocou ktorej, ak niečo necítime, necítime, potom pochopíme, že to existuje. Keď som to pochopil, rozhodol som sa študovať vedu a rozvíjať svoju myseľ v nádeji, že mi to umožní veľa pochopiť. Ale ako som rozširoval priestor pre mňa pochopiteľného, nepochopiteľné nezmizlo, ale len sa vzďaľovalo a línia horizontu nepochopiteľného sa predlžovala, ako sa zväčšoval kruh poznaného a dĺžka jeho obvodu. oddeľovanie toho, čo rozumela moja myseľ, od neznámeho a nepochopiteľného, sa tiež zvýšilo. Toto je hlavný paradox poznania: čím viac sa učíme a rozumieme, tým viac toho ešte nevieme. O tejto vedeckej nevedomosti písal Mikuláš Kuzanský, ktorý je z nejakého dôvodu považovaný za scholastického filozofa, hoci pravda, ktorú objavil, skôr naznačuje, že bol dialektikom.
Prvé zmienky o horninách schopných priťahovať železo pochádzajú z dávnych čias. K magnetu sa viaže stará legenda o pastierovi Magnusovi, ktorý raz zistil, že jeho železnú palicu a sandále vystlané železnými klincami priťahuje neznámy kameň. Odvtedy sa tento kameň nazýva "kameň Magnus" alebo magnet.
Pôvod a podstata magnetického poľa Zeme, ako aj magnetických polí vo všeobecnosti, zostáva dodnes záhadou. Existuje mnoho hypotéz – možností na vysvetlenie tohto javu, no pravda je stále „tam vonku“. Takto fyzici definujú magnetické pole: Magnetické pole- ide o silové pole pôsobiace na pohybujúce sa elektrické náboje a na telesá s magnetickým momentom, bez ohľadu na stav ich pohybu."A ďalej:" Magnetické pole môže byť vytvorené prúdom nabitých častíc a/alebo magnetickými momentmi elektróny v atómoch (a magnetické momenty iných častíc, aj keď v oveľa menšej miere). Okrem toho sa objavuje v prítomnosti časovo premenlivého elektrického poľa. "Nepovedal by som, že z logického hľadiska ide o geniálnu definíciu. Povedať, že magnetické pole je silové pole, neznamená nič. je tautológia. Veď aj gravitačné pole "je silové pole a pole jadrových síl je sila! Indikácia vplyvu magnetického poľa na pohybujúce sa elektrické náboje o niečom hovorí, toto je popis jedného z vlastnosti magnetického poľa. Nie je však jasné, či magnetické pole pôsobí priamo na častice, ktoré majú elektrický náboj, alebo pôsobí na magnetické polia tvorené týmito časticami a tie (transformované polia častíc) zasa pôsobia na častice - prenášajú im prijatú hybnosť.
Prvýkrát sa magnetickými javmi začal zaoberať anglický lekár a fyzik William Gilbert, ktorý napísal prácu „O magnete, magnetických telesách a veľkom magnete – Zemi“. Potom sa verilo, že elektrina a magnetizmus nemajú nič spoločné. Ale v začiatkom XIX v. Dánsky vedec G.Kh. Oersted v roku 1820 experimentálne dokázal, že magnetizmus je jednou zo skrytých foriem elektriny a experimentálne to potvrdil. Táto skúsenosť viedla k lavíne nových objavov, ktoré mali veľký význam. Okolo vodičov s elektrickým prúdom vzniká pole, ktoré bolo tzv magnetické. Lúč pohybujúcich sa elektrónov pôsobí na magnetickú ihlu podobne ako vodič s prúdom (Ioffeov experiment). Konvekčné prúdy elektricky nabitých častíc sú svojím pôsobením na magnetickú ihlu podobné vodivým prúdom (Eichenwaldov experiment).
Magnetické pole vzniká iba pohybom elektrických nábojov alebo pohybujúce sa elektricky nabité telesá, ako aj permanentné magnety. Toto magnetické pole sa líši od elektrického poľa, ktoré je vytvárané pohyblivými aj stacionárnymi elektrickými nábojmi.
Čiary vektora magnetickej indukcie (B) sú vždy uzavreté a pokrývajú vodič s prúdom a siločiary elektrického poľa začínajú na kladných a končia na záporných nábojoch, sú otvorené. Čiary magnetickej indukcie permanentného magnetu vychádzajú z jedného pólu, nazývaného sever (N) a vstupujú do druhého - južného (S). Najprv sa zdá, že existuje úplná analógia s čiarami intenzity elektrického poľa (E). Póly magnetov zohrávajú úlohu magnetických nábojov. Ak však magnet odrežete, obraz sa zachová, získajú sa menšie magnety - ale každý s vlastným severným a južným pólom. Nie je možné rozdeliť magnetické póly tak, že severný pól je na jednom a južný na druhom, pretože voľné (diskrétne) magnetické náboje na rozdiel od diskrétnych elektrických nábojov v prírode neexistujú.
Magnetické polia, ktoré existujú v prírode, sa líšia v rozsahu a účinkoch, ktoré spôsobujú. Magnetické pole Zeme, ktoré tvorí zemskú magnetosféru, sa rozprestiera na vzdialenosť 70-80 tisíc kilometrov v smere k Slnku a na mnoho miliónov kilometrov v opačnom smere. Vznik magnetického poľa Zeme je spojený s pohybmi kvapalnej látky, ktorá vedie elektricky nabité častice dovnútra zemské jadro. Jupiter a Saturn majú silné magnetické polia. Magnetické pole Slnka hrá dôležitú úlohu vo všetkých procesoch, ktoré sa vyskytujú na Slnku - vzplanutia, výskyt škvŕn a výčnelkov, zrod slnečného kozmického žiarenia. Magnetické pole je široko používané v rôznych priemyselných odvetviach: pri nakladaní železného šrotu, pri čistení múky v pekárňach od kovových nečistôt, ako aj v medicíne na liečbu pacientov.
Čo je magnetické pole
Hlavnou výkonovou charakteristikou magnetického poľa je vektor magnetickej indukcie. Vektor magnetickej indukcie sa často kvôli stručnosti nazýva jednoducho magnetické pole (aj keď to pravdepodobne nie je najprísnejšie použitie tohto termínu). Vektor je v skutočnosti veličina, ktorá má smer v priestore, preto môžeme hovoriť o smere magnetickej indukcie a jej veľkosti. Ale povedať, že magnetické pole je iba smerom magnetickej indukcie, to veľmi nevysvetľuje. Existuje ďalšia charakteristika magnetického poľa - vektorový potenciál. Ako hlavná charakteristika magnetického poľa vo vákuu nie je zvolený vektor magnetickej indukcie, ale vektor sila magnetického poľa. Vo vákuu sa tieto dva vektory zhodujú, ale nie v hmote, ale zo systematického hľadiska by sa to malo považovať za hlavnú charakteristiku magnetického poľa. vektorový potenciál.
Magnetické pole možno nazvať špeciálnym druhom hmoty, prostredníctvom ktorej dochádza k interakcii medzi pohybujúcimi sa nabitými časticami alebo telesami, ktoré majú magnetický moment. Magnetické polia sú nevyhnutným (v kontexte špeciálnej teórie relativity) dôsledkom existencie elektrických polí. Magnetické a elektrické pole tvoria spolu elektromagnetické pole, ktorého prejavom je najmä svetlo a všetky ostatné elektromagnetické vlny. Z hľadiska kvantovej teórie poľa je magnetická interakcia podobná špeciálny prípad elektromagnetická interakcia - je nesená fundamentálnym bezhmotným bozónom - fotónom (častica, ktorá môže byť reprezentovaná ako kvantová excitácia elektromagnetického poľa), často (napr. vo všetkých prípadoch statických polí) virtuálna. Magnetické pole sa vytvára (generuje) prúdom nabitých častíc alebo časovo premenlivým elektrickým poľom alebo vnútornými magnetickými momentmi častíc (druhé je možné v záujme rovnomernosti obrazu formálne znížiť na elektrické prúdy).
Podľa môjho názoru sú tieto definície veľmi vágne. Je jasné, že magnetické pole nie je prázdnotou, ale zvláštnym druhom hmoty – súčasťou reálny svet. Je zrejmé, že magnetické pole je neoddeliteľne spojené s pohybom elektrických nábojov - elektrického prúdu. Ale ako magnetické pole s elektrickým poľom tvorí jediné elektromagnetické pole, nie je jasné. S najväčšou pravdepodobnosťou existuje určité jednotné pole, ktoré sa v závislosti od okolností prejavuje buď ako magnetické pole, alebo ako elektrické. Rovnako ako nejaký hermafrodit, ktorým môže byť za určitých okolností chlapec a za iných okolností dievča.
Sila pôsobiaca na elektricky nabitú časticu pohybujúcu sa v magnetickom poli sa nazýva Lorentzova sila. Táto sila smeruje vždy kolmo na vektor rýchlosť častíc - v a vektorový potenciál magnetického poľa - B. Táto sila je úmerná náboju častice q, jeho rýchlosť v, kolmo na smer vektora magnetického poľa B a je úmerná veľkosti indukcie magnetického poľa B. Vysvetlím tým, ktorí úplne zabudli na školskú fyziku: sila je dôvodom, ktorý spôsobuje zrýchlenie pohybu telies. Tu sila nepôsobí na hmotnosť častice, ale na jej náboj. V tomto sa Lorentzova sila líši od gravitačnej sily, ktorá pôsobí na hmotnosť častíc (telies), keďže hmotnosť telesa je jeho gravitačný náboj.
Magnetické pole pôsobí aj na vodič s prúdom. Sila pôsobiaca na vodič s prúdom sa nazýva ampérová sila. Táto sila je súčtom síl pôsobiacich na jednotlivé elektrické náboje pohybujúce sa vo vnútri vodiča. Toto je prúd, meraný v ampéroch.
Pri interakcii dvoch magnetov sa rovnaké póly odpudzujú a opačné póly sa priťahujú. Podrobný rozbor však ukazuje, že v skutočnosti nejde o úplne správny popis javu. Nie je jasné, prečo sa dipóly v rámci takéhoto modelu nikdy nedajú oddeliť. Experiment ukazuje, že žiadne izolované teleso v skutočnosti nemá magnetický náboj rovnakého znamienka. Každé zmagnetizované teleso má dva póly – severný a južný. Na magnetický dipól umiestnený v nerovnomernom magnetickom poli pôsobí sila, ktorá má tendenciu ho otáčať tak, že magnetický moment dipólu je v rovnakom smere (smerovo zhodný) s magnetickým poľom, v ktorom bol tento magnetický dipól umiestnený.
V roku 1831 Michael Faraday zistil, že uzavretý vodič, keď je umiestnený do meniaceho sa magnetického poľa, vytvára elektrický prúd. Tento jav bol pomenovaný elektromagnetická indukcia.
M. Faraday zistil, že elektromotorická sila (EMF), ktorá sa vyskytuje v uzavretom vodivom obvode, je úmerná rýchlosti zmeny magnetického toku prechádzajúceho časťou. elektrický obvod nachádza v tomto magnetickom poli. Hodnota (EMF) nezávisí od toho, čo spôsobuje zmenu toku - zmena samotného magnetického poľa alebo pohyb časti obvodu v magnetickom poli. Elektrický prúd spôsobený EMF sa nazýva indukovaný prúd. Tento objav umožnil vytvorenie generátorov elektrický prúd a vytvoriť v skutočnosti naše elektrická civilizácia. Kto by si v 30. rokoch 19. storočia pomyslel, že objav M. Faradaya bol epochálnym civilizačným objavom, ktorý určil budúcnosť ľudstva?
Na druhej strane môže byť magnetické pole vytvárané a menené (oslabované alebo zosilnené) striedavým elektrickým poľom vytváraným elektrickými prúdmi vo forme prúdov nabitých častíc. Mikroskopická štruktúra látky umiestnenej v striedavom magnetickom poli ovplyvňuje silu prúdu, ktorý v nej vzniká. Niektoré štruktúry vznikajúci elektrický prúd oslabujú, iné ho v rôznej miere posilňujú. Jedna z prvých štúdií magnetické vlastnosti látok vykonal Pierre Curie. V tomto ohľade sú látky vo vzťahu k ich magnetickým vlastnostiam rozdelené do dvoch hlavných skupín:
1. Feromagnetiká - látky, v ktorých sa pod určitou kritickou teplotou (Curieho body) ustanoví feromagnetické usporiadanie s dlhým dosahom magnetických momentov častíc látky.
2. Antiferomagnetiká - látky, v ktorých bolo stanovené antiferomagnetické poradie magnetických momentov častíc látky - atómov alebo iónov: magnetické momenty častíc látky smerujú opačne a majú rovnakú silu.
Existujú aj látky diamagnetov a látky paramagnetov.
Diamagnety sú látky, ktoré sú magnetizované proti smeru vonkajšieho magnetického poľa.
Paramagnety sú látky, ktoré sú magnetizované vo vonkajšom magnetickom poli v smere vonkajšieho magnetického poľa.
Typy usporiadania magnetických momentov atómov v paramagnetických (a), feromagnetických (b) a antiferomagnetických (c) látkach. Obrázok zo stránky: http://encyclopaedia.biga.ru/enc/science_and_technology/ MAGNITI_I_MAGNITNIE_SVOSTVA_VESHCHESTVA.html
Do uvedených skupín látok patria najmä bežné tuhé, kvapalné a plynné látky. Supravodiče a plazmy sa od nich zásadne líšia v interakcii s magnetickým poľom.
Magnetické pole feromagnetík (príkladom je železo) je badateľné na značné vzdialenosti.
Magnetické vlastnosti paramagnetov sú podobné ako u feromagnetík, sú však oveľa menej výrazné – na kratšiu vzdialenosť.
Diamagnety nie sú priťahované, ale odpudzované magnetom, sila pôsobiaca na diamagnety smeruje opačne ako sila pôsobiaca na feromagnety a paramagnety.
Podľa Lenzovho pravidla je magnetické pole elektrického prúdu indukovaného v magnetickom poli nasmerované tak, aby pôsobilo proti zmene magnetického toku, ktorý tento prúd indukuje. Chcem poznamenať, že interakcia striedavého magnetického poľa a ním indukovaného elektrického prúdu a elektrického poľa zodpovedá princípu Le Chatelier. Toto nie je nič iné ako automatické brzdenie procesu, ktoré je vlastné všetkým procesom vyskytujúcim sa v reálnom svete.
Podľa Le Chatelierovho princípu každý proces vyskytujúci sa vo svete vyvoláva proces, ktorý má opačný smer a spomaľuje proces, ktorý ho spôsobuje. Podľa mňa je to jeden z hlavných zákonov vesmíru, ktorému z nejakého dôvodu nevenujú patričnú pozornosť ani fyzici, ani filozofi.
Všetky látky sú vo väčšej či menšej miere magnetické. Ak sú v akomkoľvek médiu umiestnené dva vodiče s elektrickými prúdmi, zmení sa sila magnetickej interakcie medzi prúdmi. Indukcia magnetického poľa vytvoreného elektrickými prúdmi v látke sa líši od indukcie magnetického poľa vytvoreného rovnakými prúdmi vo vákuu. Fyzikálna veličina, ktorá ukazuje, koľkokrát sa indukcia magnetického poľa v homogénnom prostredí líši v absolútnej hodnote od indukcie magnetického poľa vo vákuu, sa nazýva magnetická permeabilita. Vákuum má maximálnu magnetickú permeabilitu.
Magnetické vlastnosti látok sú určené magnetickými vlastnosťami atómov – elektrónov, protónov a neutrónov, ktoré tvoria atómy. Magnetické vlastnosti protónov a neutrónov sú takmer 1000-krát slabšie ako magnetické vlastnosti elektrónov. Magnetické vlastnosti látky preto určujú najmä elektróny, ktoré tvoria jej atómy.
Jednou z najdôležitejších vlastností elektrónu je, že má nielen elektrické, ale aj magnetické pole. Vlastné magnetické pole elektrónu, ktoré údajne vzniká pri rotácii okolo svojej osi, sa nazýva spinové pole (spin - rotácia). Ale elektrón tiež vytvára magnetické pole vďaka svojmu pohybu okolo atómového jadra, čo možno prirovnať ku kruhovému mikroprúdu. Spinové polia elektrónov a magnetické polia v dôsledku ich orbitálnych pohybov určujú široké spektrum magnetických vlastností látok.
Správanie sa paramagnetu (1) a diamagnetu (2) v nehomogénnom magnetickom poli. Obrázok zo stránky: http://physics.ru/courses/op25part2/content/chapter1/section/section19/theory.html
Látky sú mimoriadne rozmanité vo svojich magnetických vlastnostiach. Napríklad platina, vzduch, hliník, chlorid železitý sú paramagnetické a meď, bizmut, voda sú diamagnetické. Paramagnetické a diamagnetické vzorky umiestnené v nehomogénnom magnetickom poli medzi pólmi elektromagnetu sa správajú odlišne - paramagnety sú vťahované do oblasti silného poľa, diamagnety sú z nej naopak vytláčané.
Para- a diamagnetizmus sa vysvetľuje správaním obežných dráh elektrónov vo vonkajšom magnetickom poli. V atómoch diamagnetických látok sú v neprítomnosti vonkajšieho poľa ich vlastné magnetické polia elektrónov a polia vytvorené ich orbitálnym pohybom úplne kompenzované. Vznik diamagnetizmu je spojený s pôsobením Lorentzovej sily na dráhy elektrónov. Pôsobením tejto sily sa mení charakter orbitálneho pohybu elektrónov a narúša sa kompenzácia magnetických polí. Výsledné vlastné magnetické pole atómu sa ukáže byť nasmerované proti smeru indukcie vonkajšieho poľa.
V atómoch paramagnetických látok nie sú magnetické polia elektrónov úplne kompenzované a atóm je podobný malému kruhovému prúdu. Pri absencii vonkajšieho poľa sú tieto kruhové mikroprúdy ľubovoľne orientované, takže celková magnetická indukcia je nulová. Vonkajšie magnetické pole má orientačný účinok – mikroprúdy majú tendenciu orientovať sa tak, že ich vlastné magnetické polia sú nasmerované v smere indukcie vonkajšieho poľa. Kvôli tepelnému pohybu atómov nie je orientácia mikroprúdov nikdy úplná. S nárastom vonkajšieho poľa sa zvyšuje efekt orientácie, takže indukcia vlastného magnetického poľa paramagnetickej vzorky sa zvyšuje priamo úmerne s indukciou vonkajšieho magnetického poľa. Celková indukcia magnetického poľa vo vzorke je súčtom indukcie vonkajšieho magnetického poľa a indukcie vlastného magnetického poľa, ktoré vzniklo počas procesu magnetizácie.
Atómy akejkoľvek látky majú diamagnetické vlastnosti, no v mnohých prípadoch je ich diamagnetizmus maskovaný silným paramagnetickým efektom. Fenomén diamagnetizmu objavil M. Faraday v roku 1845.
Feromagnety môžu byť silne magnetizované v magnetickom poli, ich magnetická permeabilita je veľmi vysoká. Uvažovaná skupina zahŕňa štyroch chemický prvok: železo, nikel, kobalt, gadolínium. Z nich má najvyššiu magnetickú permeabilitu železo. Feromagnety môžu byť rôzne zliatiny týchto prvkov, napríklad keramické feromagnetické materiály - ferity.
Pre každé feromagnetikum existuje určitá teplota (tzv. teplota alebo Curieho bod), nad ktorou feromagnetické vlastnosti zanikajú a látka sa stáva paramagnetom. Pre železo je napríklad Curieho teplota 770°C, pre kobalt 1130°C, pre nikel 360°C.
Feromagnetické materiály sú magneticky mäkké a magneticky tvrdé. Magneticky mäkké feromagnetické materiály sú takmer úplne demagnetizované, keď sa vonkajšie magnetické pole vynuluje. Medzi mäkké magnetické materiály patrí napríklad čisté železo, elektrooceľ a niektoré zliatiny. Tieto materiály sa používajú v zariadeniach na striedavý prúd, v ktorých dochádza k kontinuálnej reverzácii magnetizácie, to znamená k zmene smeru magnetického poľa (transformátory, elektromotory atď.).
Magneticky tvrdé materiály si do značnej miery zachovávajú svoju magnetizáciu aj po odstránení z magnetického poľa. Príkladmi magneticky tvrdých materiálov sú uhlíková oceľ a množstvo špeciálnych zliatin. Magneticky tvrdé materiály sa používajú najmä na výrobu permanentných magnetov.
charakteristický znak Proces magnetizácie feromagnetík je hysterézia, teda závislosť magnetizácie od prehistórie vzorky. Magnetizačná krivka B(B0) feromagnetickej vzorky je slučka zložitý tvar, ktorá sa nazýva hysterézna slučka.
Závislosť magnetickej permeability feromagnetika od indukcie vonkajšieho magnetického poľa. Najprv sa feromagnet zmagnetizuje rýchlo, ale po dosiahnutí maxima sa zmagnetizuje čoraz pomalšie. Obrázok zo stránky: http://physics.ru/courses/op25part2/content/chapter1/section/section19/theory.html
Typická hysterézna slučka pre magneticky tvrdý feromagnetický materiál. V bode 2 sa dosiahne magnetická saturácia. Segment 1-3 určuje zvyškovú magnetickú indukciu a segment 1-4 - koercitívna sila, ktorá charakterizuje schopnosť vzorky odolávať demagnetizácii. Obrázok zo stránky: http://encyclopaedia.biga.ru/enc/science_and_technology/ MAGNITI_I_MAGNITNIE_SVOSTVA_VESHCHESTVA.html
Povahu feromagnetizmu možno pochopiť na základe kvantových konceptov. Feromagnetizmus sa vysvetľuje prítomnosťou vnútorných (spinových) magnetických polí elektrónov. V kryštáloch feromagnetických materiálov vznikajú podmienky, pri ktorých v dôsledku silnej interakcie spinových magnetických polí susedných elektrónov sa ich paralelná orientácia stáva energeticky výhodnou. V dôsledku takejto interakcie vznikajú vo vnútri kryštálu feromagnetu spontánne magnetizované oblasti. Tieto oblasti sa nazývajú domény. Každá doména je malý permanentný magnet.
Ilustrácia procesu magnetizácie feromagnetickej vzorky:
a - hmota v neprítomnosti vonkajšieho magnetického poľa: jej jednotlivé atómy, ktorými sú malé magnety, sú usporiadané náhodne; b - magnetizovaná látka: pôsobením vonkajšieho poľa sú atómy navzájom orientované v určitom poradí v súlade so smerom vonkajšieho poľa. Ryža. zo stránky: http://encyclopaedia.biga.ru/enc/science_and_technology/MAGNITI_I_MAGNITNIE_SVOSTVA_VESHCHESTVA.html
Domény v teórii magnetizmu sú malé zmagnetizované oblasti materiálu, v ktorých sú momenty magnetického poľa atómov orientované navzájom paralelne. Domény sú od seba oddelené prechodovými vrstvami nazývanými Blochove steny. Obrázok ukazuje dve domény s opačnými magnetickými orientáciami a Blochovu stenu medzi nimi so strednou orientáciou. Obrázok zo stránky: http://encyclopaedia.biga.ru/enc/science_and_technology/ MAGNITI_I_MAGNITNIE_SVOSTVA_VESHCHESTVA.html
V neprítomnosti vonkajšieho magnetického poľa sú smery vektorov indukcie magnetického poľa v rôznych doménach náhodne orientované vo veľkom kryštáli. Zistilo sa, že takýto kryštál nie je zmagnetizovaný. Keď sa aplikuje vonkajšie magnetické pole, hranice domén sa posunú, takže objem domén orientovaných pozdĺž vonkajšieho poľa sa zväčší. S nárastom indukcie vonkajšieho poľa sa zvyšuje magnetická indukcia magnetizovanej látky. Vo veľmi silnom vonkajšom magnetickom poli domény, v ktorých sa ich vlastné magnetické pole zhoduje v smere s vonkajším poľom, absorbujú všetky ostatné domény a dochádza k magnetickej saturácii.
Malo by sa však pamätať na to, že všetky tieto kresby a na nich zobrazené domény a atómy sú len diagramy alebo modely skutočných javov magnetizmu, ale nie javy samotné. Používajú sa, pokiaľ nie sú v rozpore s pozorovanými skutočnosťami.
Jednoduchý elektromagnet určený na zachytávanie záťaže. Zdroj energie je akumulátorová batéria priamy prúd. Znázornené sú aj siločiary elektromagnetického poľa, ktoré je možné zistiť bežnou metódou železných pilín. Obrázok zo stránky: http://encyclopaedia.biga.ru/enc/science_and_technology/ MAGNITI_I_MAGNITNIE_SVOSTVA_VESHCHESTVA.htmll
Výskyt magnetického poľa v blízkosti vodiča, ktorým prechádza jednosmerný elektrický prúd, znázorňuje elektromagnet. Prúd preteká drôtom, ktorý je navinutý okolo feromagnetickej tyče. Magnetizačná sila sa v tomto prípade rovná súčinu veľkosti elektrického prúdu v cievke a počtu závitov v nej. Táto sila sa meria v ampéroch. Sila magnetického poľa H rovná magnetizačnej sile na jednotku dĺžky cievky. Teda hodnota H merané v ampéroch na meter; určuje magnetizáciu získanú materiálom vo vnútri cievky. Vo vákuovej magnetickej indukcii Búmerné sile magnetického poľa H.
Indukcia magnetického poľa je vektorová veličina, ktorá je silová charakteristika magnetického poľa. Smer magnetickej indukcie sa zhoduje so smerom naznačeným magnetickou ihlou v magnetickom poli a modul tohto vektora sa rovná pomeru modulu magnetickej sily, ktorá pôsobí na pohybujúcu sa kolmo nabitú časticu, k modulu rýchlosť a náboj tejto častice. Magnetická indukcia podľa SI sa meria v teslach (T). V systéme CGS sa magnetická indukcia meria v gaussoch (gauss). V tomto prípade 1 T = 104 Gs.
Veľké elektromagnety so železnými jadrami a veľmi Vysoké číslo cievky pracujúce v kontinuálnom režime, majú veľkú magnetizačnú silu. Vytvárajú magnetickú indukciu v medzere medzi pólmi až do 6 tesla (T). Veľkosť indukcie je obmedzená mechanickým namáhaním, zahrievaním cievok a magnetickou saturáciou jadra.
Množstvo obrovských elektromagnetov (bez jadra) s vodným chladením a inštalácie na vytváranie pulzných magnetických polí navrhol P.L. Kapitsa v Cambridge a na Ústave fyzikálnych problémov Akadémie vied ZSSR, ako aj F. Bittera na Massachusetts Institute of Technology. Na takýchto magnetoch bolo možné dosiahnuť indukciu až 50 T. Relatívne malý elektromagnet, produkujúci polia do 6,2 T, spotrebujúci 15 kW elektrickej energie a chladený tekutým vodíkom, bol vyvinutý v Losalamos National Laboratory. Podobné magnetické polia sa získavajú pri veľmi nízkych teplotách.
Vektor magnetickej indukcie sa považuje za jeden z fyzikálnych veličín, ktorý je základom v teórii elektromagnetizmu, ho možno nájsť v obrovskom množstve rovníc, v niektorých prípadoch priamo a niekedy prostredníctvom intenzity magnetického poľa, ktorá je s tým spojená. Jedinou oblasťou klasickej teórie elektromagnetizmu, v ktorej neexistuje vektor magnetickej indukcie, je snáď iba čistá elektrostatika.
Ampere v roku 1825 navrhol, že elektrické mikroprúdy cirkulujú v každom atóme magnetu. Ale elektrón bol objavený až v roku 1897 a model vnútornej štruktúry atómu - v roku 1913, takmer 100 rokov po Ampérovom brilantnom odhade. V roku 1852 W. Weber navrhol, že každý atóm magnetickej látky je maličký magnetický dipól. Konečná alebo úplná magnetizácia látky sa dosiahne, keď sú všetky jednotlivé atómové magnety usporiadané v určitom poradí. Weber veril, že molekulárne alebo atómové „trenie“ pomáha týmto elementárnym magnetom udržiavať ich poriadok. Jeho teória vysvetľovala magnetizáciu telies pri kontakte s magnetom a ich demagnetizáciu pri náraze alebo zahriatí. „Reprodukcia“ magnetov sa vysvetľovala aj pri rozrezaní zmagnetizovaného kusu alebo magnetickej tyče na kúsky, kedy mal každý kus vždy dva póly. Táto teória však nevysvetlila ani pôvod samotných elementárnych magnetov, ani fenomén hysterézie. V roku 1890 vylepšil Weberovu teóriu J. Ewing, ktorý nahradil hypotézu atómového trenia myšlienkou medziatómových obmedzujúcich síl, ktoré pomáhajú udržiavať usporiadanie elementárnych dipólov, ktoré tvoria permanentný magnet.
V roku 1905 P. Langevin vysvetlil správanie paramagnetických materiálov tak, že každému atómu pripísal vnútorný nekompenzovaný elektrónový prúd. Podľa Langevina sú to práve tieto prúdy, ktoré tvoria drobné magnety, náhodne orientované, keď neexistuje žiadne vonkajšie magnetické pole, ale po jeho aplikácii nadobudnú usporiadanú orientáciu. V tomto prípade aproximácia k úplnému zoradeniu zodpovedá saturácii magnetizácie. Langevin zaviedol koncept magnetického momentu atómového magnetu, ktorý sa rovná súčinu „magnetického náboja“ zo vzdialenosti medzi pólmi. Podľa tejto teórie sa slabý magnetizmus paramagnetických materiálov vysvetľuje slabým čistým magnetickým momentom vytváraným nekompenzovanými elektrónovými prúdmi.
V roku 1907 zaviedol P. Weiss pojem „doména“, ktorý sa stal dôležitým príspevkom k moderná teória magnetizmus. Jednotlivá doména môže mať lineárne rozmery rádovo 0,01 mm. Domény sú od seba oddelené takzvanými Blochovými stenami, ktorých hrúbka nepresahuje 1000 atómových rozmerov. Takéto steny sú „prechodové vrstvy“ alebo mikrogradienty v magnetickej nanoštruktúre látky, v ktorých sa mení smer magnetizácie domény. Existujú dve presvedčivé experimentálne potvrdenia existencie domén. V roku 1919 G. Barkhausen zistil, že keď sa na vzorku feromagnetického materiálu aplikuje vonkajšie pole, jeho magnetizácia sa mení v malých diskrétnych častiach. Na odhalenie doménovej štruktúry magnetu metódou práškových obrazcov sa na dobre vyleštený povrch zmagnetizovaného materiálu nanesie kvapka koloidnej suspenzie feromagnetického prášku (oxidu železa). Častice prášku sa usadzujú najmä v miestach maximálnej nehomogenity magnetického poľa - na hraniciach domén. Takáto štruktúra môže byť študovaná pod mikroskopom. Bola vyvinutá metóda na štúdium magnetického poľa, založená na prechode polarizovaného svetla cez priehľadný feromagnetický materiál.
Voľný atóm železa má dva svoje obaly ( K a L), najbližšie k jadru, sú naplnené elektrónmi, pričom dva sú na prvom z nich a osem na druhom. AT K- škrupina, spin jedného z elektrónov je kladný a druhý záporný. AT L-obal (presnejšie vo svojich dvoch podplášťoch), štyri z ôsmich elektrónov majú kladné spiny a ostatné štyri majú záporné spiny. V oboch prípadoch sa spiny elektrónov v rámci toho istého obalu úplne vyrušia, takže celkový magnetický moment atómu je nulový. AT M-plášť, situácia je iná, pretože zo šiestich elektrónov v treťom podplášte má päť elektrónov spiny, smer
Aby sme pochopili, čo je charakteristické pre magnetické pole, je potrebné definovať mnohé javy. Zároveň si musíte vopred zapamätať, ako a prečo sa objavuje. Zistite, čo je silové pole. Dôležité je aj to, že takéto pole sa môže vyskytovať nielen v magnetoch. V tejto súvislosti nezaškodí spomenúť charakteristiku zemského magnetického poľa.
Vznik poľa
Na začiatok je potrebné popísať vzhľad ihriska. Potom môžete opísať magnetické pole a jeho vlastnosti. Objavuje sa pri pohybe nabitých častíc. Môže ovplyvniť najmä vodivé vodiče. Interakcia medzi magnetickým poľom a pohyblivými nábojmi alebo vodičmi, ktorými prúdi prúd, nastáva v dôsledku síl nazývaných elektromagnetické.
Intenzita alebo výkonová charakteristika magnetického poľa v určitom priestorovom bode sa určuje pomocou magnetickej indukcie. Ten je označený symbolom B.
Grafické znázornenie poľa
Magnetické pole a jeho charakteristiky možno graficky znázorniť pomocou indukčných čiar. Táto definícia sa nazýva čiary, dotyčnice, ku ktorým sa v ktoromkoľvek bode zhodujú so smerom vektora y magnetickej indukcie.
Tieto čiary sú zahrnuté v charakteristikách magnetického poľa a používajú sa na určenie jeho smeru a intenzity. Čím vyššia je intenzita magnetického poľa, tým viac dátových čiar bude nakreslených.
Čo sú magnetické čiary
Magnetické čiary priamych vodičov s prúdom majú tvar sústredného kruhu, ktorého stred sa nachádza na osi tohto vodiča. Smer magnetických čiar v blízkosti vodičov s prúdom je určený pravidlom vložky, ktoré znie takto: ak je vložka umiestnená tak, že bude zaskrutkovaná do vodiča v smere prúdu, potom smer rotácia rukoväte zodpovedá smeru magnetických čiar.
Pre cievku s prúdom bude smer magnetického poľa tiež určený gimletovým pravidlom. Je tiež potrebné otáčať rukoväťou v smere prúdu v otáčkach solenoidu. Smer čiar magnetickej indukcie bude zodpovedať smeru translačného pohybu gimletu.
Je to hlavná charakteristika magnetického poľa.
Pole vytvorené jedným prúdom za rovnakých podmienok sa bude líšiť v intenzite v rôznych médiách v dôsledku rôznych magnetických vlastností týchto látok. Magnetické vlastnosti média sú charakterizované absolútnou magnetickou permeabilitou. Meria sa v henry na meter (g/m).
Charakteristika magnetického poľa zahŕňa absolútnu magnetickú permeabilitu vákua, nazývanú magnetická konštanta. Hodnota, ktorá určuje, koľkokrát sa bude absolútna magnetická permeabilita média líšiť od konštanty, sa nazýva relatívna magnetická permeabilita.
Magnetická permeabilita látok
Ide o bezrozmernú veličinu. Látky s hodnotou permeability menšou ako jedna sa nazývajú diamagnetické. V týchto látkach bude pole slabšie ako vo vákuu. Tieto vlastnosti má vodík, voda, kremeň, striebro atď.
Médiá s magnetickou permeabilitou väčšou ako jedna sa nazývajú paramagnetické. V týchto látkach bude pole silnejšie ako vo vákuu. Medzi tieto médiá a látky patrí vzduch, hliník, kyslík, platina.
V prípade paramagnetických a diamagnetických látok nebude hodnota magnetickej permeability závisieť od napätia vonkajšieho, magnetizačného poľa. To znamená, že hodnota je pre určitú látku konštantná.
Feromagnety patria do špeciálnej skupiny. Pre tieto látky bude magnetická permeabilita dosahovať niekoľko tisíc a viac. Tieto látky, ktoré majú tú vlastnosť, že sú magnetizované a zosilňujú magnetické pole, sú široko používané v elektrotechnike.
Sila poľa
Na určenie charakteristík magnetického poľa spolu s vektorom magnetickej indukcie možno použiť hodnotu nazývanú sila magnetického poľa. Tento pojem definuje intenzitu vonkajšieho magnetického poľa. Smer magnetického poľa v prostredí s rovnakými vlastnosťami vo všetkých smeroch, vektor intenzity sa bude zhodovať s vektorom magnetickej indukcie v bode poľa.
Silné magnetické vlastnosti feromagnetík sa vysvetľujú prítomnosťou ľubovoľne magnetizovaných malých častí, ktoré môžu byť reprezentované ako malé magnety.
V neprítomnosti magnetického poľa nemusí mať feromagnetická látka výrazné magnetické vlastnosti, pretože doménové polia nadobúdajú rôzne orientácie a ich celkové magnetické pole je nulové.
Podľa hlavnej charakteristiky magnetického poľa, ak je feromagnet umiestnený vo vonkajšom magnetickom poli, napríklad v cievke s prúdom, potom sa pod vplyvom vonkajšieho poľa domény otáčajú v smere vonkajšieho poľa. . Okrem toho sa magnetické pole na cievke zvýši a magnetická indukcia sa zvýši. Ak je vonkajšie pole dostatočne slabé, preklopí sa len časť všetkých domén, ktorých magnetické polia sa približujú k smeru vonkajšieho poľa. S narastajúcou silou vonkajšieho poľa sa bude zvyšovať počet otočených domén a pri určitej hodnote napätia vonkajšieho poľa sa takmer všetky časti natočia tak, že magnetické polia sú umiestnené v smere vonkajšieho poľa. Tento stav sa nazýva magnetická saturácia.
Vzťah medzi magnetickou indukciou a intenzitou
Vzťah medzi magnetickou indukciou feromagnetickej látky a silou vonkajšieho poľa možno znázorniť pomocou grafu nazývaného magnetizačná krivka. Na ohybe krivkového grafu sa rýchlosť nárastu magnetickej indukcie znižuje. Po zákrute, kde napätie dosiahne určitú hodnotu, nastáva saturácia a krivka mierne stúpa a postupne nadobúda tvar priamky. V tejto sekcii indukcia stále rastie, ale skôr pomaly a len kvôli zvýšeniu sily vonkajšieho poľa.
Grafická závislosť týchto indikátorov nie je priama, čo znamená, že ich pomer nie je konštantný a magnetická permeabilita materiálu nie je konštantný indikátor, ale závisí od vonkajšieho poľa.
Zmeny magnetických vlastností materiálov
Pri zvyšovaní sily prúdu na plnú saturáciu v cievke s feromagnetickým jadrom a jej následnom poklese sa magnetizačná krivka nezhoduje s demagnetizačnou krivkou. Pri nulovej intenzite nebude mať magnetická indukcia rovnakú hodnotu, ale nadobudne nejaký ukazovateľ nazývaný zvyšková magnetická indukcia. Situácia s oneskorením magnetickej indukcie od magnetizačnej sily sa nazýva hysterézia.
Na úplnú demagnetizáciu feromagnetického jadra v cievke je potrebné dať spätný prúd, ktorý vytvorí potrebné napätie. Pre rôzne feromagnetické látky je potrebný segment rôznej dĺžky. Čím je väčší, tým viac energie je potrebné na demagnetizáciu. Hodnota, pri ktorej je materiál úplne demagnetizovaný, sa nazýva koercitívna sila.
S ďalším zvýšením prúdu v cievke sa indukcia opäť zvýši na index saturácie, ale s iným smerom magnetických čiar. Pri demagnetizácii v opačnom smere sa získa zvyšková indukcia. Fenomén zvyškového magnetizmu sa využíva na vytváranie permanentných magnetov z látok s vysokým zvyškovým magnetizmom. Z látok, ktoré majú schopnosť remagnetizácie, sú vytvorené jadrá pre elektrické stroje a spotrebičov.
pravidlo ľavej ruky
Sila pôsobiaca na vodič s prúdom má smer určený pravidlom ľavej ruky: keď je dlaň panenskej ruky umiestnená tak, že do nej vstupujú magnetické čiary a štyri prsty sú vystreté v smere prúdu vo vodiči, bude ohnutý palec udávať smer sily. Daná moc kolmo na indukčný vektor a prúd.
Prúdový vodič pohybujúci sa v magnetickom poli je považovaný za prototyp elektromotora, ktorý mení elektrickú energiu na mechanickú.
Pravidlo pravej ruky
Pri pohybe vodiča v magnetickom poli sa v jeho vnútri indukuje elektromotorická sila, ktorá má hodnotu úmernú magnetickej indukcii, dĺžke zapojeného vodiča a rýchlosti jeho pohybu. Táto závislosť sa nazýva elektromagnetická indukcia. Pri určovaní smeru indukovaného EMF vo vodiči sa používa pravidlo pravá ruka: keď je pravá ruka umiestnená rovnakým spôsobom ako v príklade zľava, magnetické čiary vstupujú do dlane a palec ukazuje smer pohybu vodiča, vystreté prsty označujú smer indukovaného EMF. Vodič pohybujúci sa v magnetickom toku pod vplyvom vonkajšej mechanickej sily je najjednoduchším príkladom elektrický generátor v ktorej sa mechanická energia premieňa na elektrickú energiu.
Dá sa to formulovať rôzne: v uzavretom obvode sa indukuje EMF, pričom pri akejkoľvek zmene magnetického toku pokrytého týmto obvodom sa EDE v obvode číselne rovná rýchlosti zmeny magnetického toku, ktorý pokrýva tento obvod.
Tento formulár poskytuje priemerný indikátor EMF a indikuje závislosť EMF nie od magnetického toku, ale od rýchlosti jeho zmeny.
Lenzov zákon
Treba si zapamätať aj Lenzov zákon: prúd indukovaný zmenou magnetického poľa prechádzajúceho obvodom svojim magnetickým poľom bráni tejto zmene. Ak sú závity cievky prepichnuté magnetickými tokmi rôznych veľkostí, potom sa EMF indukovaný na celej cievke rovná súčtu EMF v rôznych závitoch. Súčet magnetických tokov rôznych závitov cievky sa nazýva prepojenie toku. Jednotkou merania tejto veličiny, ako aj magnetického toku, je weber.
Pri zmene elektrického prúdu v obvode sa mení aj ním vytvorený magnetický tok. Avšak podľa zákona elektromagnetická indukcia vo vnútri vodiča sa indukuje EMF. Objavuje sa v súvislosti so zmenou prúdu vo vodiči, preto sa tento jav nazýva samoindukcia a EMF indukovaná vo vodiči sa nazýva samoindukcia EMF.
Väzba toku a magnetický tok závisia nielen od sily prúdu, ale aj od veľkosti a tvaru daného vodiča a od magnetickej permeability okolitej látky.
indukčnosť vodiča
Koeficient úmernosti sa nazýva indukčnosť vodiča. Označuje schopnosť vodiča vytvoriť prepojenie toku, keď ním prechádza elektrina. Toto je jeden z hlavných parametrov elektrických obvodov. Pre určité obvody je indukčnosť konštantná. Bude to závisieť od veľkosti obrysu, jeho konfigurácie a magnetickej permeability média. V tomto prípade nezáleží na sile prúdu v obvode a magnetický tok.
Vyššie uvedené definície a javy poskytujú vysvetlenie toho, čo je magnetické pole. Uvedené sú aj hlavné charakteristiky magnetického poľa, pomocou ktorých je možné tento jav definovať.
Magnetické pole Zeme
Magnetické pole je silové pole, ktoré pôsobí na pohybujúce sa elektrické náboje a na telesá, ktoré majú magnetický moment, bez ohľadu na stav ich pohybu.
Zdrojmi makroskopického magnetického poľa sú zmagnetizované telesá, vodiče s prúdom a pohybujúce sa elektricky nabité telesá. Povaha týchto zdrojov je rovnaká: magnetické pole vzniká v dôsledku pohybu nabitých mikročastíc (elektrónov, protónov, iónov) a tiež v dôsledku prítomnosti vlastného (spinového) magnetického momentu v mikročasticiach.
Striedavé magnetické pole vzniká aj vtedy, keď sa elektrické pole v priebehu času mení. Na druhej strane, keď sa magnetické pole mení v čase, elektrické pole. Celý popis elektrické a magnetické polia v ich vzťahu dávajú Maxwellove rovnice. Na charakterizáciu magnetického poľa sa často zavádza pojem siločiary (čiary magnetickej indukcie).
Na meranie charakteristík magnetického poľa a magnetických vlastností látok, rôzne druhy magnetometre. Jednotkou indukcie magnetického poľa v systéme CGS je Gauss (Gs), v Medzinárodnej sústave jednotiek (SI) - Tesla (T), 1 T = 104 Gs. Intenzita sa meria v oerstedoch (Oe) a ampéroch na meter (A / m, 1 A / m \u003d 0,01256 Oe; energia magnetického poľa - v Erg / cm 2 alebo J / m 2, 1 J / m 2 \u003d 10 erg/cm2.
Kompas reaguje
na zemské magnetické pole
Magnetické polia v prírode sú mimoriadne rôznorodé, pokiaľ ide o ich rozsah, ako aj o účinky, ktoré spôsobujú. Magnetické pole Zeme, ktoré tvorí zemskú magnetosféru, siaha až do vzdialenosti 70-80 tisíc km v smere k Slnku a na mnoho miliónov km v opačnom smere. Na povrchu Zeme je magnetické pole v priemere 50 μT, na hranici magnetosféry ~ 10 -3 G. Geomagnetické pole chráni zemský povrch a biosféru pred prúdením nabitých častíc zo slnečného vetra a čiastočne aj pred kozmickým žiarením. Vplyv samotného geomagnetického poľa na životnú aktivitu organizmov študuje magnetobiológia. V blízkozemskom priestore vytvára magnetické pole magnetickú pascu pre vysokoenergetické nabité častice – radiačný pás Zeme. Častice obsiahnuté v radiačnom páse predstavujú značné nebezpečenstvo počas vesmírnych letov. Vznik magnetického poľa Zeme je spojený s konvekčnými pohybmi vodivej kvapalnej látky v zemskom jadre.
Priame merania pomocou kozmických lodí ukázali, že vesmírne telesá najbližšie k Zemi - Mesiac, planéty Venuša a Mars nemajú vlastné magnetické pole, podobné zemskému. Z iných planét slnečná sústava iba Jupiter a zrejme aj Saturn majú svoje vlastné magnetické polia, dostatočné na vytvorenie planetárnych magnetických pascí. Na Jupiteri sa našli magnetické polia do 10 gaussov a množstvo charakteristických javov (magnetické búrky, synchrotrónové rádiové vyžarovanie a iné), čo naznačuje významnú úlohu magnetického poľa v planetárnych procesoch.
© Foto: http://www.tesis.lebedev.ru
Fotografia Slnka
v úzkom spektre
Medziplanetárne magnetické pole je hlavne pole slnečného vetra (neustále sa rozširujúca plazma slnečnej koróny). V blízkosti obežnej dráhy Zeme je medziplanetárne pole ~ 10 -4 -10 -5 Gs. Pravidelnosť medziplanetárneho magnetického poľa môže byť narušená v dôsledku vývoja rôznych typov nestability plazmy, prechodu rázových vĺn a šírenia prúdov rýchlych častíc generovaných slnečnými erupciami.
Vo všetkých procesoch na Slnku - erupciách, objavení sa škvŕn a výčnelkov, zrode slnečného kozmického žiarenia, hrá dôležitú úlohu magnetické pole. Merania na základe Zeemanovho javu ukázali, že magnetické pole slnečných škvŕn dosahuje niekoľko tisíc gaussov, na výslní sú polia ~ 10-100 gauss (s priemernou hodnotou celkového magnetického poľa Slnka ~ 1 gauss).
Magnetické búrky
Magnetické búrky sú silné poruchy magnetického poľa Zeme, ktoré prudko narúšajú plynulý denný chod prvkov zemského magnetizmu. Magnetické búrky trvajú niekoľko hodín až niekoľko dní a sú pozorované súčasne na celej Zemi.
Magnetické búrky spravidla pozostávajú z predbežnej, počiatočnej a hlavnej fázy, ako aj z fázy obnovy. V prípravnej fáze sa pozorujú nevýznamné zmeny v geomagnetickom poli (hlavne v vysokých zemepisných šírkach), ako aj budenie charakteristických krátkoperiodických kmitov poľa. Počiatočná fáza je charakterizovaná náhlou zmenou jednotlivých zložiek poľa na celej Zemi a hlavná fáza je charakteristická veľkými výkyvmi poľa a silným poklesom horizontálnej zložky. Vo fáze obnovy magnetickej búrky sa pole vráti na svoju normálnu hodnotu.
Vplyv slnečného vetra
do zemskej magnetosféry
Magnetické búrky sú spôsobené tokmi slnečnej plazmy z aktívnych oblastí Slnka, ktoré sa prekrývajú v tichosti slnečný vietor. Preto sú magnetické búrky častejšie pozorované v blízkosti maxím 11-ročného cyklu slnečná aktivita. Toky slnečnej plazmy po dosiahnutí Zeme zvyšujú kompresiu magnetosféry, čo spôsobuje počiatočnú fázu magnetickej búrky a čiastočne preniká do magnetosféry Zeme. Vstup vysokoenergetických častíc do hornej atmosféry Zeme a ich dopad na magnetosféru vedie ku vzniku a zosilneniu elektrických prúdov v nej, dosahujúcich najvyššiu intenzitu v polárnych oblastiach ionosféry, čo je dôvodom vzniku tzv. prítomnosť zóny magnetickej aktivity vo vysokej zemepisnej šírke. Zmeny v magnetosféricko-ionosférických prúdových systémoch sa prejavujú na povrchu Zeme vo forme nepravidelných magnetických porúch.
Vo fenoménoch mikrokozmu je úloha magnetického poľa rovnako dôležitá ako v kozmickom meradle. Je to spôsobené existenciou všetkých častíc - štruktúrnych prvkov hmoty (elektróny, protóny, neutróny), magnetického momentu, ako aj pôsobením magnetického poľa na pohybujúce sa elektrické náboje.
Aplikácia magnetických polí vo vede a technike. Magnetické polia sa zvyčajne delia na slabé (do 500 G), stredné (500 G - 40 kG), silné (40 kG - 1 MG) a supersilné (nad 1 MG). Prakticky celá elektrotechnika, rádiotechnika a elektronika sú založené na využití slabých a stredných magnetických polí. Slabé a stredné magnetické polia sa získavajú pomocou permanentných magnetov, elektromagnetov, nechladených solenoidov, supravodivých magnetov.
Zdroje magnetického poľa
Všetky zdroje magnetických polí možno rozdeliť na umelé a prírodné. Hlavnými prírodnými zdrojmi magnetického poľa sú vlastné magnetické pole Zeme a slnečný vietor. Komu umelé zdroje možno pripísať všetkým elektromagnetickým poliam, ktorých je v našom tak veľa modernom svete a najmä naše domy. Prečítajte si viac o nás a prečítajte si o nich.
Elektrický transport je silným zdrojom magnetického poľa v rozsahu od 0 do 1000 Hz. Železničná doprava využíva striedavý prúd. Mestská doprava je trvalá. Maximálne hodnoty indukcie magnetického poľa v prímestskej elektrickej doprave dosahujú 75 µT, priemerné hodnoty sú okolo 20 µT. Priemerné hodnoty pre vozidlá poháňané jednosmerným prúdom sú pevne stanovené na 29 µT. V električkách, kde sú spätným vodičom koľajnice, sa magnetické polia navzájom kompenzujú na oveľa väčšiu vzdialenosť ako vodiče trolejbusu a vo vnútri trolejbusu sú výkyvy magnetického poľa malé aj pri zrýchlení. Ale najväčšie výkyvy magnetického poľa sú v metre. Keď je kompozícia odoslaná, veľkosť magnetického poľa na platforme je 50-100 μT a viac, čo presahuje geomagnetické pole. Aj keď vlak už dávno zmizol v tuneli, magnetické pole sa nevráti na svoju predchádzajúcu hodnotu. Až potom, čo kompozícia prejde ďalším bodom pripojenia ku kontaktnej koľajnici, magnetické pole sa vráti na starú hodnotu. Pravda, niekedy nestihne: ďalší vlak sa už blíži k nástupišťu a keď spomalí, magnetické pole sa opäť zmení. V samotnom aute je magnetické pole ešte silnejšie – 150 – 200 μT, teda desaťkrát viac ako v bežnom vlaku.
Hodnoty indukcie magnetických polí, s ktorými sa najčastejšie stretávame Každodenný život znázornené na obrázku nižšie. Pri pohľade na tento diagram je jasné, že sme vystavení magnetickým poliam neustále a všade. Podľa niektorých vedcov sú magnetické polia s indukciou nad 0,2 µT považované za škodlivé. Prirodzene, mali by sme prijať určité preventívne opatrenia, aby sme sa ochránili pred škodlivými účinkami polí okolo nás. Len dodržaním niekoľkých jednoduchých pravidiel môžete výrazne znížiť vplyv magnetických polí na vaše telo.
Aktuálny SanPiN 2.1.2.2801-10 „Zmeny a doplnky č. 1 k SanPiN 2.1.2.2645-10 „Hygienické a epidemiologické požiadavky na životné podmienky v obytných budovách a priestoroch“ hovorí nasledovne: „Maximálne prípustná úroveň zoslabenie geomagnetického poľa v priestoroch obytných budov je nastavené na 1,5". Taktiež sú stanovené maximálne prípustné hodnoty intenzity a sily magnetického poľa s frekvenciou 50 Hz:
- v obytných priestoroch - 5 μT alebo 4 A/m;
- v nebytových priestoroch obytných budov, v obytných zónach vrátane na území záhrad - 10 μT alebo 8 hodín ráno.
Na základe týchto noriem si každý vie vypočítať, koľko elektrospotrebičov môže byť v každom zapnutom a v pohotovostnom stave konkrétnu miestnosť alebo, na základe čoho budú vydané odporúčania na normalizáciu životného priestoru.
Podobné videá
Malý vedecký film o magnetickom poli Zeme
Referencie
1. Veľká sovietska encyklopédia.
Pravdepodobne neexistuje žiadna osoba, ktorá by aspoň raz nepomyslela na otázku, čo je magnetické pole. Počas histórie sa to snažili vysvetliť éterickými vírmi, vrtochmi, magnetickými monopolmi a mnohými ďalšími.
Všetci vieme, že magnety s rovnakými pólmi oproti sebe sa odpudzujú a opačné magnety sa priťahujú. Táto sila bude
Líšia sa podľa toho, ako ďaleko sú od seba obe časti. Ukazuje sa, že opísaný objekt okolo seba vytvára magnetické halo. Súčasne, keď sú dve striedavé polia s rovnakou frekvenciou superponované, keď je jedno posunuté v priestore vzhľadom na druhé, dosiahne sa efekt, ktorý sa bežne nazýva „rotujúce magnetické pole“.
Veľkosť skúmaného objektu je určená silou, ktorou je magnet priťahovaný k inému alebo k železu. V súlade s tým, čím väčšia príťažlivosť, tým väčšie pole. Sila sa dá merať pomocou obvyklého, na jednej strane je umiestnený malý kúsok železa a na druhej strane sú umiestnené závažia určené na vyváženie kovu k magnetu.
Pre presnejšie pochopenie predmetu témy by ste si mali preštudovať odbory:
Pri odpovedi na otázku, čo je magnetické pole, stojí za to povedať, že ho má aj človek. Koncom roku 1960 sa vďaka intenzívnemu rozvoju fyziky tzv meracie zariadenie"SQUID". Jeho pôsobenie je vysvetlené zákonmi kvantových javov. Je to citlivý prvok magnetometrov používaných na štúdium magnetického poľa a pod
hodnoty, ako napr
„SQUID“ sa rýchlo začali používať na meranie polí, ktoré vytvárajú živé organizmy a samozrejme aj ľudia. To dalo impulz rozvoju nových oblastí výskumu založených na interpretácii informácií poskytovaných takýmto nástrojom. Tento smer sa nazýva "biomagnetizmus".
Prečo sa predtým pri určovaní toho, čo je magnetické pole, v tejto oblasti neuskutočnil žiadny výskum? Ukázalo sa, že v organizmoch je veľmi slabý a jeho meranie je náročná fyzikálna úloha. Je to spôsobené prítomnosťou obrovského množstva magnetického šumu v okolitom priestore. Preto jednoducho nie je možné odpovedať na otázku, čo je ľudské magnetické pole a študovať ho bez použitia špecializovaných ochranných opatrení.
Okolo živého organizmu sa takéto „halo“ vyskytuje z troch hlavných dôvodov. Po prvé, kvôli iónovým bodkám, ktoré sa objavujú ako výsledok elektrickej aktivity bunkových membrán. Po druhé, kvôli prítomnosti malých ferimagnetických častíc, ktoré sa náhodne dostali do tela alebo sa dostali do tela. Po tretie, keď sú vonkajšie magnetické polia superponované, existuje nerovnomerná citlivosť rôznych orgánov, čo deformuje superponované gule.
Dobrý deň, dnes sa dozviete čo je magnetické pole a odkiaľ pochádza.
Každý človek na planéte aspoň raz, ale zachoval si magnet v ruke. Počnúc suvenírovými magnetmi na chladničku alebo funkčnými magnetmi na zber železného peľu a oveľa viac. V detstve to bola zábavná hračka, ktorá sa držala black metalu, ale nie iných kovov. Aké je teda tajomstvo magnetu a jeho magnetické pole.
Čo je magnetické pole
V akom bode sa magnet začne priťahovať k sebe? Okolo každého magnetu je magnetické pole, do ktorého padajúce predmety sa k nemu začínajú priťahovať. Veľkosť takéhoto poľa sa môže meniť v závislosti od veľkosti magnetu a jeho vlastných vlastností.
Wikipedia výraz:
Magnetické pole - silové pole pôsobiace na pohybujúce sa elektrické náboje a na telesá s magnetickým momentom, bez ohľadu na stav ich pohybu, magnetická zložka elektromagnetického poľa.
Odkiaľ pochádza magnetické pole
Magnetické pole môže byť vytvorené prúdom nabitých častíc alebo magnetickými momentmi elektrónov v atómoch, ako aj magnetickými momentmi iných častíc, aj keď v oveľa menšej miere.
Prejav magnetického poľa
Magnetické pole sa prejavuje pôsobením na magnetické momenty častíc a telies, na pohybujúce sa nabité častice alebo vodiče s. Sila pôsobiaca na elektricky nabitú časticu pohybujúcu sa v magnetickom poli je nazývaná Lorentzova sila, ktorý smeruje vždy kolmo na vektory v a B. Je úmerný náboju častice q, zložke rýchlosti v, kolmej na smer vektora magnetického poľa B a veľkosti indukcie magnetického poľa. B.
Aké predmety majú magnetické pole
Často na to nemyslíme, ale mnohé (ak nie všetky) predmety okolo nás sú magnety. Sme zvyknutí na to, že magnet je kamienok s výraznou príťažlivou silou voči sebe, ale v skutočnosti má príťažlivú silu takmer všetko, len je oveľa nižšia. Zoberme si aspoň našu planétu – neodlietame do vesmíru, hoci sa na povrchu ničím nedržíme. Pole Zeme je oveľa slabšie ako pole kamienkového magnetu, preto nás drží len vďaka svojej obrovskej veľkosti - ak ste niekedy videli ľudí kráčať po Mesiaci (ktorý má štyrikrát menší priemer), jednoznačne pochopiť, o čom hovoríme. Príťažlivosť Zeme je založená najmä na kovových zložkách.Jej kôra a jadro - majú silné magnetické pole. Možno ste už počuli, že pri veľkých ložiskách železnej rudy prestávajú kompasy ukazovať správny smer na sever – je to preto, lebo princíp kompasu je založený na interakcii magnetických polí a železná ruda priťahuje svoju strelku.
