Основни сведения за магнитното поле. Магнитно поле. Свойства на магнитното поле

магнитно полесе нарича специален вид материя, различна от веществото, чрез която действието на магнита се предава на други тела.

Магнитно полевъзниква в пространството около движещи се електрически заряди и постоянни магнити. Влияе само на движещи се заряди. Под въздействието на електромагнитни сили движещите се заредени частици се отклоняват

От първоначалния си път в посока, перпендикулярна на полето.

Магнитните и електрическите полета са неразделни и заедно образуват едно електромагнитно поле. Всяка промяна електрическо полеводи до появата на магнитно поле и, обратно, всяка промяна в магнитното поле е придружена от появата на електрическо поле. Електромагнитното поле се разпространява със скоростта на светлината, т.е. 300 000 km/s.

Действието на постоянните магнити и електромагнитите върху феромагнитни тела, съществуването и неразделното единство на полюсите на магнитите и тяхното взаимодействие са добре известни (противоположните полюси се привличат, като полюсите се отблъскват). по същия начин

с магнитните полюси на Земята се наричат ​​полюсите на магнитите север и юг.

Магнитното поле се изобразява визуално чрез магнитни силови линии, които задават посоката на магнитното поле в пространството (фиг..1). Тези редове нямат нито начало, нито край, т.е. са затворени.

Силовите линии на магнитното поле на прав проводник са концентрични окръжности, обхващащи проводника. Колкото по-силен е токът, толкова по-силно е магнитното поле около жицата. Докато се отдалечавате от проводник с ток, магнитното поле отслабва.

В пространството около магнит или електромагнит, посоката от северен полюс към юг. Колкото по-силно е магнитното поле, толкова по-висока е плътността на силовите линии.

Определя се посоката на силовите линии на магнитното поле gimlet rule:.

Ориз. 1. Магнитно поле на магнитите:

а - директен; b - подкова

Ориз. 2. Магнитно поле:

а - прав проводник; b - индуктивна намотка

Ако завиете винта по посока на тока, тогава магнитните магнитни силови линии ще бъдат насочени по дължината на винта (фиг. 2 а)

За получаване на по-силно магнитно поле се използват индуктивни намотки с жични намотки. В този случай магнитните полета на отделните навивки на индуктивната намотка се сумират и техните силови линии се сливат в общ магнитен поток.

Линии на магнитно поле, излизащи от индуктивна бобина

в края, където токът е насочен обратно на часовниковата стрелка, т.е. този край е северният магнитен полюс (фиг. 2, b).

Когато посоката на тока в индуктивната намотка се промени, посоката на магнитното поле също ще се промени.

Магнитните полета възникват естествено и могат да бъдат създадени изкуствено. Човек забеляза техните полезни свойства, които се научи да прилага в ежедневието. Какъв е източникът на магнитното поле?

Как се развива учението за магнитното поле

Магнитните свойства на някои вещества са забелязани още в древността, но тяхното изучаване наистина започва в средновековна Европа. Използвайки малки стоманени игли, учен от Франция, Перегрин, откри пресичането на магнитни силови линии в определени точки - полюсите. Само три века по-късно, воден от това откритие, Гилбърт продължава да го изучава и впоследствие защитава хипотезата си, че Земята има собствено магнитно поле.

Бързото развитие на теорията за магнетизма започва в началото на 19 век, когато Ампер открива и описва влиянието на електрическото поле върху възникването на магнитно поле, а откритието на Фарадей за електромагнитната индукция установява обратна връзка.

Какво е магнитно поле

Магнитното поле се проявява в силовия ефект върху електрически заряди, които са в движение, или върху тела, които имат магнитен момент.

  1. проводници, през които преминава електрически ток;
  2. постоянни магнити;
  3. променящо се електрическо поле.

Основната причина за магнитното поле е идентична за всички източници: електрическите микрозаряди - електрони, йони или протони - имат свой собствен магнитен момент или са в насочено движение.

важно!Взаимно генерират електрически и магнитни полета, които се променят с времето. Тази зависимост се определя от уравненията на Максуел.

Характеристики на магнитното поле

Характеристиките на магнитното поле са:

  1. Магнитен поток, скаларна величина, която определя колко линии на магнитното поле преминават през даден участък. Означава се с буквата F. Изчислява се по формулата:

F = B x S x cos α,

където B е векторът на магнитната индукция, S е сечението, α е ъгълът на наклон на вектора спрямо перпендикуляра, начертан към равнината на сечението. Мерна единица - weber (Wb);

  1. Векторът на магнитната индукция (B) показва силата, действаща върху носителите на заряд. Тя е насочена към северния полюс, където сочи обичайната магнитна стрелка. Количествено, магнитната индукция се измерва в тесла (Tl);
  2. MP напрежение (N). Определя се от магнитната проницаемост на различни среди. Във вакуум пропускливостта се приема за единица. Посоката на вектора на интензитета съвпада с посоката на магнитната индукция. Мерна единица - A / m.

Как да представим магнитно поле

Лесно е да се видят проявите на магнитното поле на примера на постоянен магнит. Има два полюса и в зависимост от ориентацията двата магнита се привличат или отблъскват. Магнитното поле характеризира процесите, протичащи в този случай:

  1. MP се описва математически като векторно поле. Тя може да бъде конструирана с помощта на множество вектори на магнитна индукция B, всеки от които е насочен към северния полюс на стрелката на компаса и има дължина в зависимост от магнитната сила;
  2. Алтернативен начин за представяне е използването на силови линии. Тези линии никога не се пресичат, никога не започват или спират никъде, образувайки затворени контури. MF линиите се комбинират в по-чести региони, където магнитното поле е най-силно.

важно!Плътността на силовите линии показва силата на магнитното поле.

Въпреки че MF не може да се види в действителност, силовите линии могат лесно да бъдат визуализирани в реалния свят чрез поставяне на железни стружки в MF. Всяка частица се държи като малък магнит със северен и южен полюс. Резултатът е модел, подобен на силови линии. Човек не е в състояние да усети въздействието на MP.

Измерване на магнитно поле

Тъй като това е векторно количество, има два параметъра за измерване на MF: сила и посока. Посоката е лесна за измерване с компас, свързан към полето. Пример е компас, поставен в магнитното поле на Земята.

Измерването на други характеристики е много по-трудно. Практическите магнитометри се появяват едва през 19 век. Повечето от тях работят, използвайки силата, която електронът усеща, когато се движи през магнитното поле.

Много точното измерване на малки магнитни полета стана практично след откриването през 1988 г. на гигантско магнитосъпротивление в слоести материали. Това откритие във фундаменталната физика бързо беше приложено към технологията на магнитния твърд диск за съхранение на данни в компютрите, което доведе до хилядократно увеличение на капацитета за съхранение само за няколко години.

В общоприетите измервателни системи MF се измерва в тестове (T) или в гаус (G). 1 T = 10000 гауса. Gauss често се използва, защото Tesla е твърде голямо поле.

интересноМалък магнит за хладилник създава MF равно на 0,001 T, а магнитното поле на Земята средно е 0,00005 T.

Природата на магнитното поле

Магнетизмът и магнитните полета са проявления на електромагнитната сила. Има два възможни начина за организиране на енергиен заряд в движение и, следователно, магнитно поле.

Първият е да свържете проводника към източник на ток, около него се образува MF.

важно!Тъй като токът (броят на зарядите в движение) се увеличава, MP нараства пропорционално. Докато се отдалечавате от жицата, полето намалява с разстоянието. Това се описва от закона на Ампер.

Някои материали с по-висока магнитна проницаемост са способни да концентрират магнитни полета.

Тъй като магнитното поле е вектор, е необходимо да се определи неговата посока. За обикновен ток, протичащ през прав проводник, посоката може да се намери по правилото на дясната ръка.

За да използвате правилото, трябва да си представите, че жицата се хваща с дясната ръка, а палецът показва посоката на тока. Тогава останалите четири пръста ще покажат посоката на вектора на магнитната индукция около проводника.

Вторият начин за създаване на MF е да се използва фактът, че в някои вещества се появяват електрони, които имат свой собствен магнитен момент. Ето как работят постоянните магнити:

  1. Въпреки че атомите често имат много електрони, те са предимно свързани по такъв начин, че общото магнитно поле на двойката се анулира. Два електрона, сдвоени по този начин, се казва, че имат противоположни спинове. Следователно, за да магнетизирате нещо, имате нужда от атоми, които имат един или повече електрони с еднакъв спин. Например желязото има четири такива електрона и е подходящо за направата на магнити;
  2. Милиарди електрони в атомите могат да бъдат произволно ориентирани и няма да има общо магнитно поле, без значение колко несдвоени електрони има материалът. Той трябва да бъде стабилен при ниска температура, за да осигури цялостна предпочитана ориентация на електроните. Високата магнитна проницаемост причинява намагнитването на такива вещества при определени условия извън влиянието на магнитното поле. Това са феромагнетици;
  3. Други материали могат да проявяват магнитни свойства в присъствието на външно магнитно поле. Външното поле служи за изравняване на всички завъртания на електрони, което изчезва след отстраняването на МФ. Тези вещества са парамагнитни. Металната врата на хладилника е пример за парамагнетик.

Земята може да бъде представена под формата на кондензаторни пластини, чийто заряд има обратен знак: "минус" - на земната повърхност и "плюс" - в йоносферата. Между тях има атмосферен въздух като изолиращо уплътнение. Гигантският кондензатор запазва постоянен заряд поради влиянието на земното магнитно поле. Използвайки тези знания, е възможно да се създаде схема за получаване на електрическа енергия от магнитното поле на Земята. Вярно е, че резултатът ще бъдат ниски стойности на напрежението.

Трябва да вземете:

  • заземително устройство;
  • жицата;
  • Трансформатор на Тесла, способен да генерира високочестотни трептения и да създава коронен разряд, йонизиращ въздуха.

Намотката на Tesla ще действа като емитер на електрони. Цялата конструкция е свързана заедно и за да се осигури достатъчна потенциална разлика, трансформаторът трябва да бъде повдигнат на значителна височина. Така ще се създаде електрическа верига, през която ще тече малък ток. Невъзможно е да се получи голямо количество електроенергия с помощта на това устройство.

Електричеството и магнетизмът доминират в много от световете около човека: от най-фундаменталните процеси в природата до авангардни електронни устройства.

Видео

Точно както електрически заряд в покой действа върху друг заряд чрез електрическо поле, електрическият ток действа върху друг ток през магнитно поле. Действието на магнитното поле върху постоянните магнити се свежда до неговото действие върху зарядите, движещи се в атомите на веществото и създаващи микроскопични кръгови токове.

Учение за електромагнетизъмвъз основа на две предположения:

  • магнитното поле действа върху движещи се заряди и токове;
  • възниква магнитно поле около токове и движещи се заряди.

Взаимодействие на магнитите

Постоянен магнит(или магнитна стрелка) е ориентирана по магнитния меридиан на Земята. Краят, сочещ на север, се нарича Северен полюс(N) и противоположният край е Южен полюс(С). Приближавайки два магнита един към друг, отбелязваме, че техните еднакви полюси се отблъскват, а противоположните се привличат ( ориз. един ).

Ако разделим полюсите, като разрежем постоянния магнит на две части, тогава ще открием, че всеки от тях също ще има два полюса, т.е. ще бъде постоянен магнит ( ориз. 2 ). И двата полюса - северният и южният - са неотделими един от друг, равни.

Магнитното поле, създадено от Земята или постоянните магнити, се изобразява, подобно на електрическото поле, чрез магнитни силови линии. Картина на линиите на магнитното поле на всеки магнит може да се получи, като върху него се постави лист хартия, върху който се изсипват железни стружки в равномерен слой. Попадайки в магнитно поле, дървените стърготини се магнетизират - всеки от тях има северен и южен полюс. Противоположните полюси са склонни да се приближават един към друг, но това се предотвратява от триенето на дървени стърготини върху хартия. Ако почукате хартията с пръст, триенето ще намалее и стърготини ще се привличат една към друга, образувайки вериги, които представляват линиите на магнитно поле.

На ориз. 3 показва местоположението в полето на директен магнит от дървени стърготини и малки магнитни стрелки, показващи посоката на линиите на магнитното поле. За тази посока се взема посоката на северния полюс на магнитната стрелка.

Опитът на Ерстед. Ток на магнитно поле

В началото на XIXв. датски учен Ерстеднаправи важно откритие, като откри действие на електрически ток върху постоянни магнити . Той постави дълга жица близо до магнитната стрелка. Когато през жицата премина ток, стрелката се завъртя, опитвайки се да бъде перпендикулярна на нея ( ориз. четири ). Това може да се обясни с появата на магнитно поле около проводника.

Магнитните силови линии на полето, създадено от директен проводник с ток, са концентрични кръгове, разположени в равнина, перпендикулярна на него, с центрове в точката, през която преминава токът ( ориз. 5 ). Посоката на линиите се определя от правилото за десния винт:

Ако винтът се завърти по посока на силовите линии, той ще се движи по посока на тока в проводника .

Силовата характеристика на магнитното поле е вектор на магнитна индукция B . Във всяка точка тя е насочена тангенциално към линията на полето. Силовите линии на електрическото поле започват от положителни заряди и завършват с отрицателни, а силата, действаща в това поле върху заряд, е насочена тангенциално към линията във всяка от нейните точки. За разлика от електрическото поле, линиите на магнитното поле са затворени, което се дължи на липсата на "магнитни заряди" в природата.

Магнитното поле на тока по същество не се различава от полето, създадено от постоянен магнит. В този смисъл аналог на плосък магнит е дълъг соленоид - намотка от тел, чиято дължина е много по-голяма от диаметъра. Диаграмата на линиите на създаденото от него магнитно поле, изобразена в ориз. 6 , подобно на това за плосък магнит ( ориз. 3 ). Кръговете показват секциите на проводника, образуващи намотката на соленоида. Токовете, протичащи през проводника от наблюдателя, са обозначени с кръстове, а токовете в обратна посока - към наблюдателя - са обозначени с точки. Същите обозначения се приемат за линиите на магнитното поле, когато те са перпендикулярни на равнината на чертежа ( ориз. 7 а, б).

Посоката на тока в намотката на соленоида и посоката на линиите на магнитното поле вътре в нея също са свързани с правилото на десния винт, което в този случай се формулира, както следва:

Ако погледнете по оста на соленоида, токът, протичащ по посока на часовниковата стрелка, създава в него магнитно поле, чиято посока съвпада с посоката на движение на десния винт ( ориз. осем )

Въз основа на това правило е лесно да разберете, че соленоидът, показан в ориз. 6 , десният му край е северният полюс, а левият му край е южният полюс.

Магнитното поле вътре в соленоида е хомогенно - векторът на магнитната индукция там има постоянна стойност (B = const). В това отношение соленоидът е подобен на плосък кондензатор, вътре в който се създава равномерно електрическо поле.

Силата, действаща в магнитно поле върху проводник с ток

Експериментално е установено, че върху проводник с ток в магнитно поле действа сила. В еднородно поле праволинеен проводник с дължина l, през който протича ток I, разположен перпендикулярно на вектора на полето B, изпитва сила: F = I l B .

Определя се посоката на силата правило на лявата ръка:

Ако четирите протегнати пръста на лявата ръка са поставени по посока на тока в проводника и дланта е перпендикулярна на вектора B, тогава прибраният палец ще покаже посоката на силата, действаща върху проводника (ориз. 9 ).

Трябва да се отбележи, че силата, действаща върху проводник с ток в магнитно поле, не е насочена тангенциално към неговите силови линии, като електрическа сила, а перпендикулярна на тях. Проводник, разположен по протежение на силовите линии, не се влияе от магнитната сила.

Уравнението F = IlBпозволява да се даде количествена характеристика на индукцията на магнитното поле.

Поведение не зависи от свойствата на проводника и характеризира самото магнитно поле.

Модулът на вектора на магнитната индукция B е числено равен на силата, действаща върху проводник с единична дължина, разположен перпендикулярно на него, през който протича ток от един ампер.

В системата SI единицата за индукция на магнитно поле е тесла (T):

Магнитно поле. Таблици, диаграми, формули

(Взаимодействие на магнити, експеримент Ерстед, вектор на магнитна индукция, посока на вектора, принцип на суперпозиция. Графично представяне на магнитни полета, линии на магнитна индукция. Магнитен поток, енергийна характеристика на полето. Магнитни сили, сила на Ампер, сила на Лоренц. Движение на заредени частици в магнитно поле Магнитни свойства на материята, хипотеза на Ампер)

Определяне на магнитното поле. Неговите източници

Определение

Магнитното поле е една от формите на електромагнитно поле, което действа само върху движещи се тела, които имат електрически заряд или намагнитизирани тела, независимо от тяхното движение.

Източници на това поле са постоянни електрически токове, движещи се електрически заряди (тела и частици), намагнитни тела, променливи електрически полета. Източници на постоянно магнитно поле са постоянните токове.

Свойства на магнитното поле

Във време, когато изучаването на магнитните явления току-що беше започнало, изследователите обърнаха специално внимание на съществуването на полюси в магнетизираните пръти. При тях магнитните свойства бяха особено изразени. Ясно се вижда, че полюсите на магнита са различни. Противоположните полюси се привличат и подобните полюси се отблъскват. Хилберт изрази идеята за съществуването на "магнитни заряди". Тези представяния бяха подкрепени и развити от Кулон. Въз основа на експериментите на Кулон силовата характеристика на магнитното поле се превърна в силата, с която магнитното поле действа върху магнитен заряд, равен на единица. Кулон обръща внимание на съществените различия между явленията в електричеството и магнетизма. Разликата се проявява вече във факта, че електрическите заряди могат да се разделят и да се получат тела с излишък на положителен или отрицателен заряд, докато е невъзможно да се разделят северният и южният полюс на магнита и да се получи тяло само с един полюс . От невъзможността да се раздели магнитът на изключително "северен" или "южен" Кулон реши, че тези два вида заряди са неразделни във всяка елементарна частица на магнетизиращото вещество. Така се установява, че всяка частица материя – атом, молекула или група от тях – е нещо като микромагнит с два полюса. Намагнитването на тялото в този случай е процесът на ориентация на неговите елементарни магнити под въздействието на външно магнитно поле (аналогично на поляризацията на диелектриците).

Взаимодействието на токовете се осъществява с помощта на магнитни полета. Ерстед откри, че магнитното поле се възбужда от ток и има ориентиращ ефект върху магнитната стрелка. Проводникът на Оерстед с ток беше разположен над магнитната игла, която можеше да се върти. Когато токът тече в проводника, стрелката се завърта перпендикулярно на жицата. Промяна в посоката на тока предизвика преориентация на стрелката. От експеримента на Ерстед следва, че магнитното поле има посока и трябва да се характеризира с векторна величина. Това количество се нарича магнитна индукция и се обозначава: $\overrightarrow(B).$ $\overrightarrow(B)$ е подобно на вектора на интензитета на електрическото поле ($\overrightarrow(E)$). Аналогът на вектора на изместване $\overrightarrow(D)\$ за магнитното поле е векторът $\overrightarrow(H)$, наречен вектор на силата на магнитното поле.

Магнитното поле засяга само движещ се електрически заряд. Магнитното поле се генерира от движещи се електрически заряди.

Магнитното поле на движещ се заряд. Магнитното поле на намотка с ток. Принцип на суперпозиция

Магнитното поле на електрически заряд, който се движи с постоянна скорост, има формата:

\[\overrightarrow(B)=\frac((\mu )_0)(4\pi )\frac(q\left[\overrightarrow(v)\overrightarrow(r)\right])(r^3)\left (1\вдясно),\]

където $(\mu )_0=4\pi \cdot (10)^(-7)\frac(H)(m)(v\SI)$ е магнитната константа, $\overrightarrow(v)$ е скоростта движение на заряда, $\overrightarrow(r)$ е радиус векторът, който определя местоположението на заряда, q е стойността на заряда, $\left[\overrightarrow(v)\overrightarrow(r)\right]$ е векторното произведение .

Магнитна индукция на елемент с ток в системата SI:

където $\ \overrightarrow(r)$ е радиус векторът, начертан от текущия елемент към разглежданата точка, $\overrightarrow(dl)$ е елементът на проводника с ток (посоката се дава от посоката на тока ), $\vartheta$ е ъгълът между $ \overrightarrow(dl)$ и $\overrightarrow(r)$. Посоката на вектора $\overrightarrow(dB)$ е перпендикулярна на равнината, съдържаща $\overrightarrow(dl)$ и $\overrightarrow(r)$. Определя се от правилото за десния винт.

За магнитно поле се прилага принципът на суперпозиция:

\[\overrightarrow(B)=\sum((\overrightarrow(B))_i\left(3\right),)\]

където $(\overrightarrow(B))_i$ са отделни полета, генерирани от движещи се заряди, $\overrightarrow(B)$ е общата индукция на магнитното поле.

Пример 1

Задача: Намерете отношението на силите на магнитното и кулоновото взаимодействие на два електрона, които се движат с еднаква скорост $v$ успоредно. Разстоянието между частиците е постоянно.

\[\overrightarrow(F_m)=q\left[\overrightarrow(v)\overrightarrow(B)\right]\left(1.1\right).\]

Полето, което вторият движещ се електрон създава е:

\[\overrightarrow(B)=\frac((\mu )_0)(4\pi )\frac(q\left[\overrightarrow(v)\overrightarrow(r)\right])(r^3)\left (1.2\вдясно).\]

Нека разстоянието между електроните е $a=r\ (константа)$. Използваме алгебричното свойство на векторното произведение (тъждеството на Лагранж ($\left[\overrightarrow(a)\left[\overrightarrow(b)\overrightarrow(c)\right]\right]=\overrightarrow(b)\left (\overrightarrow(a )\overrightarrow(c)\right)-\overrightarrow(c)\left(\overrightarrow(a)\overrightarrow(b)\right)$))

\[(\overrightarrow(F))_m=\frac((\mu )_0)(4\pi )\frac(q^2)(a^3)\left[\overrightarrow(v)\left[\overrightarrow (v)\overrightarrow(a)\right]\right]=\left(\overrightarrow(v)\left(\overrightarrow(v)\overrightarrow(a)\right)-\overrightarrow(a)\left(\overrightarrow (v)\overrightarrow(v)\right)\right)=-\frac((\mu )_0)(4\pi )\frac(q^2\overrightarrow(a)v^2)(a^3) \ ,\]

$\overrightarrow(v)\left(\overrightarrow(v)\overrightarrow(a)\right)=0$, защото $\overrightarrow(v\bot )\overrightarrow(a)$.

Модул на сила $F_m=\frac((\mu )_0)(4\pi )\frac(q^2v^2)(a^2),\ $където $q=q_e=1,6\cdot 10^( -19 )Cl$.

Модулът на силата на Кулон, която действа върху електрон в полето, е равен на:

Нека намерим съотношението на силите $\frac(F_m)(F_q)$:

\[\frac(F_m)(F_q)=\frac((\mu )_0)(4\pi )\frac(q^2v^2)(a^2):\frac(q^2)((4 \pi (\varepsilon )_0a)^2)=(\mu )_0((\varepsilon )_0v)^2.\]

Отговор: $\frac(F_m)(F_q)=(\mu )_0((\varepsilon )_0v)^2.$

Пример 2

Задача: Прав ток със сила I циркулира по намотка с ток под формата на окръжност с радиус R. Намерете магнитната индукция в центъра на окръжността.

Избираме елементарен участък върху проводник с ток (фиг. 1), като основа за решаване на проблема използваме формулата за индукция на елемент на намотка с ток:

където $\ \overrightarrow(r)$ е радиус векторът, начертан от текущия елемент към разглежданата точка, $\overrightarrow(dl)$ е елементът на проводника с ток (посоката се дава от посоката на тока ), $\vartheta$ е ъгълът между $ \overrightarrow(dl)$ и $\overrightarrow(r)$. Въз основа на фиг. 1 $\vartheta=90()^\circ $, следователно (2.1) ще бъде опростено, освен това разстоянието от центъра на окръжността (точката, където търсим магнитното поле) на проводниковия елемент с ток е постоянна и равна на радиуса на намотката (R), следователно имаме:

Всички текущи елементи ще генерират магнитни полета, които са насочени по оста x. Това означава, че резултантният вектор на индукция на магнитното поле може да бъде намерен като сбор от проекциите на отделните вектори $\ \ \overrightarrow(dB).$ След това, съгласно принципа на суперпозицията, общата индукция на магнитното поле може да се получи, като се премине към интеграла:

Замествайки (2.2) в (2.3), получаваме:

Отговор: $B$=$\frac((\mu )_0)(2)\frac(I)(R).$

Терминът "магнитно поле" обикновено означава определено енергийно пространство, в което се проявяват силите на магнитното взаимодействие. Те засягат:

    отделни вещества: феримагнетици (метали - предимно чугун, желязо и негови сплави) и техния клас ферити, независимо от състоянието;

    движещи се заряди на електричество.

Наричат ​​се физически тела, които имат общ магнитен момент на електрони или други частици постоянни магнити. Тяхното взаимодействие е показано на снимката. силови магнитни линии.


Те са образувани след поставяне на постоянен магнит на обратната страна на картонен лист с равномерен слой железни стърготини. Картината показва ясна маркировка на северния (N) и южния (S) полюс с посоката на силовите линии спрямо тяхната ориентация: изход от северния полюс и вход на юг.

Как се създава магнитно поле

Източници на магнитно поле са:

    постоянни магнити;

    мобилни такси;

    променящо се във времето електрическо поле.


Всяко дете от детската градина е запознато с действието на постоянните магнити. В крайна сметка той вече трябваше да извайва картини-магнити върху хладилника, взети от пакети с всякакви екстри.

Електрическите заряди в движение обикновено имат много по-висока енергия на магнитното поле от. Показва се и чрез силови линии. Нека анализираме правилата за тяхното проектиране за праволинеен проводник с ток I.


Магнитната силова линия е начертана в равнина, перпендикулярна на движението на тока, така че във всяка точка силата, действаща върху северния полюс на магнитната стрелка, е насочена тангенциално към тази линия. Това създава концентрични кръгове около движещия се заряд.

Посоката на тези сили се определя от добре познатото правило за винт или камък с дясно навиване на резбата.

gimlet rule


Необходимо е да позиционирате гимлета коаксиално с текущия вектор и да завъртите дръжката така, че транслационното движение на гимлета да съвпада с неговата посока. След това ориентацията на магнитните силови линии ще бъде показана чрез завъртане на дръжката.

В пръстеновидния проводник въртеливото движение на дръжката съвпада с посоката на тока, а транслационното движение показва ориентацията на индукцията.


Линиите на магнитното поле винаги излизат от северния полюс и навлизат в южния. Те продължават вътре в магнита и никога не са отворени.

Правила за взаимодействие на магнитни полета

Магнитните полета от различни източници се добавят едно към друго, образувайки полученото поле.


В този случай магнитите с противоположни полюси (N - S) се привличат един към друг, а с еднакви полюси (N - N, S - S) се отблъскват. Силите на взаимодействие между полюсите зависят от разстоянието между тях. Колкото по-близо са изместени полюсите, толкова по-голяма е генерираната сила.

Основни характеристики на магнитното поле

Те включват:

    вектор на магнитна индукция (В);

    магнитен поток (F);

    свързаност на потока (Ψ).

Интензитетът или силата на въздействието на полето се оценява по стойността вектор на магнитна индукция. Определя се от стойността на силата "F", създадена от преминаването на ток "I" през проводник с дължина "l". B \u003d F / (I ∙ l)

Единицата за измерване на магнитната индукция в системата SI е тесла (в памет на учения физик, който изучава тези явления и ги описва с помощта на математически методи). В руската техническа литература той се обозначава с "Tl", а в международната документация се приема символът "T".

1 T е индукцията на такъв равномерен магнитен поток, който действа със сила от 1 нютон на всеки метър от дължината на прав проводник, перпендикулярен на посоката на полето, когато през този проводник преминава ток от 1 ампер.

1Tl=1∙N/(A∙m)

Посоката на вектора B се определя от правило на лявата ръка.


Ако поставите дланта на лявата си ръка в магнитно поле, така че силовите линии от северния полюс да влизат в дланта под прав ъгъл и поставите четири пръста по посока на тока в проводника, тогава изпъкналият палец ще посочете посоката на силата върху този проводник.

В случай, че проводникът с електрически ток не е разположен под прав ъгъл спрямо линиите на магнитното поле, тогава силата, действаща върху него, ще бъде пропорционална на големината на протичащия ток и съставната част на проекцията на дължината на проводника с ток върху равнина, разположена в перпендикулярна посока.

Силата, действаща върху електрическия ток, не зависи от материалите, от които е направен проводникът и неговата площ на напречното сечение. Дори ако този проводник изобщо не съществува и движещите се заряди започнат да се движат в друга среда между магнитните полюси, тогава тази сила няма да се промени по никакъв начин.

Ако вътре в магнитното поле във всички точки векторът B има една и съща посока и величина, тогава такова поле се счита за равномерно.

Всяка среда, която има , влияе върху стойността на индукционния вектор B .

Магнитен поток (F)

Ако разгледаме преминаването на магнитна индукция през определена област S, тогава индукцията, ограничена от нейните граници, ще се нарича магнитен поток.


Когато зоната е наклонена под някакъв ъгъл α спрямо посоката на магнитната индукция, тогава магнитният поток намалява със стойността на косинуса на ъгъла на наклона на зоната. Максималната му стойност се създава, когато зоната е перпендикулярна на неговата проникваща индукция. Ф=В·S

Единицата за измерване на магнитен поток е 1 weber, който се определя от преминаването на 1 тесла индукция през площ от 1 квадратен метър.

Поточна връзка

Този термин се използва за получаване на общото количество магнитен поток, създаден от определен брой проводници с ток, разположени между полюсите на магнита.

За случая, когато един и същ ток I преминава през намотката на бобината с брой навивки n, тогава общият (свързан) магнитен поток от всички навивки се нарича свързан поток Ψ.


Ψ=n F . Единицата за връзка на потока е 1 weber.

Как се образува магнитно поле от променливо електрическо

Електромагнитното поле, взаимодействащо с електрически заряди и тела с магнитни моменти, е комбинация от две полета:

    електрически;

    магнитен.

Те са взаимосвързани, представляват комбинация помежду си и когато едното се промени във времето, в другото се получават определени отклонения. Например, когато се създава променливо синусоидално електрическо поле в трифазен генератор, същото магнитно поле се формира едновременно с характеристиките на подобни редуващи се хармоници.

Магнитни свойства на веществата

Във връзка с взаимодействието с външно магнитно поле веществата се разделят на:

    антиферомагнетицис балансирани магнитни моменти, поради което се създава много малка степен на намагнитване на тялото;

    диамагнетици със свойството да намагнитват вътрешното поле срещу действието на външното. Когато няма външно поле, тогава те не проявяват магнитни свойства;

    парамагнетици със свойства на намагнитване на вътрешното поле в посока на външното поле, които имат малка степен;

    феромагнетици, които имат магнитни свойства без приложено външно поле при температури под стойността на точката на Кюри;

    феримагнетици с магнитни моменти, които са небалансирани по големина и посока.

Всички тези свойства на веществата са намерили различни приложения в съвременните технологии.

Магнитни вериги

На основата работят всички трансформатори, индуктивности, електрически машини и много други устройства.

Например, в работещ електромагнит, магнитният поток преминава през магнитна верига, изработена от феромагнитни стомани и въздух с изразени неферомагнитни свойства. Комбинацията от тези елементи съставлява магнитната верига.

Повечето електрически устройства имат магнитни вериги в своя дизайн. Прочетете повече за това в тази статия -