מהו המקור העיקרי לשדה המגנטי של מגנט קבוע. מהו שדה מגנטי? השדה המגנטי של מטען נע. השדה המגנטי של סליל עם זרם. עקרון סופרפוזיציה

מקורות שדות מגנטיים קבועים (PMF)מקומות העבודה הם מגנטים קבועים, אלקטרומגנטים, מערכות DC זרם גבוה (קווי תמסורת DC, אמבטיות אלקטרוליטים וכו').

מגנטים קבועים ואלקטרומגנטים נמצאים בשימוש נרחב במכשור, מנקי כביסה מגנטיים לעגורנים, מפרידים מגנטיים, התקני טיפול במים מגנטיים, גנרטורים מגנטוהידרודינמיים (MHD), תהודה מגנטית גרעינית (NMR) ותהודה פרמגנטית אלקטרונית (EPR), וכן בתרגול פיזיותרפיה.

הפרמטרים הפיזיים העיקריים המאפיינים את ה-PMF הם חוזק שדה (N), שטף מגנטי (F) ואינדוקציה מגנטית (V). במערכת SI, יחידת המדידה של עוצמת השדה המגנטי היא אַמְפֵּר למטר (A/m), שטף מגנטי - וובר (Wb ), צפיפות שטף מגנטי (אינדוקציה מגנטית) - טסלה (תל ).

נחשפו שינויים במצב הבריאות של אנשים העובדים עם מקורות PMF. לרוב, שינויים אלו באים לידי ביטוי בצורה של דיסטוניה וגטטיבית, תסמונות vasovegetative asthenovegetative והיקפיות, או שילוב ביניהם.

על פי התקן התקף בארצנו ("רמות מקסימליות המותרות של חשיפה לשדות מגנטיים קבועים בעבודה עם מכשירים מגנטיים וחומרים מגנטיים" מס' 1742-77), עוצמת ה-PMF במקומות עבודה לא תעלה על 8 kA/m (10) mT). הרמות המותרות של PMF המומלצות על ידי הוועדה הבינלאומית לקרינה בלתי מייננת (1991) נבדלות לפי התנאים, מקום החשיפה וזמן העבודה. לבעלי מקצוע: 0.2 Tl - בחשיפה ליום עבודה מלא (8 שעות); 2 Tl - עם השפעה לטווח קצר על הגוף; 5 Tl - עם השפעה קצרת טווח על הידיים. עבור האוכלוסייה, רמת החשיפה המתמשכת ל-PMF לא תעלה על 0.01 T.

מקורות לקרינה אלקטרומגנטית בטווח תדרי הרדיו נמצאים בשימוש נרחב במגזרים שונים במשק. הם משמשים להעברת מידע למרחקים (שידורים, תקשורת רדיו-טלפונית, טלוויזיה, מכ"ם וכו'). בתעשייה, קרינה אלקטרומגנטית מטווח גלי הרדיו משמשת לחימום אינדוקציה וחימום דיאלקטרי של חומרים (התקשות, התכה, הלחמה, ריתוך, ריסוס מתכת, חימום של חלקי המתכת הפנימיים של מכשירי אלקטרו-וואקום במהלך שאיבה, ייבוש עצים, חימום פלסטיק, הדבקה תרכובות פלסטיק, טיפול בחום של מוצרי מזון וכו'). EMR נמצאים בשימוש נרחב במחקר מדעי (רדיוספקטרוסקופיה, רדיו אסטרונומיה) ורפואה (פיזיותרפיה, כירורגיה, אונקולוגיה). במספר מקרים, קרינה אלקטרומגנטית מתרחשת כגורם צדדי שאינו בשימוש, למשל, ליד קווי מתח עיליים (OL), תחנות משנה שנאים, מכשירי חשמל, כולל ביתיים. המקורות העיקריים של קרינת EMF RF לסביבה הם מערכות אנטנות של תחנות מכ"ם (RLS), תחנות רדיו וטלוויזיה, לרבות מערכות רדיו ניידות וקווי מתח עיליים.

גוף האדם והחי רגיש מאוד להשפעות של RF EMF.

איברים ומערכות קריטיות כוללים: מערכת העצבים המרכזית, עיניים, בלוטות המין, ולפי חלק מהכותבים, המערכת ההמטופואטית. ההשפעה הביולוגית של קרינות אלו תלויה באורך הגל (או תדירות הקרינה), אופן היצירה (רציף, דופק) ובתנאי החשיפה לגוף (קבוע, לסירוגין; כללי, מקומי; עוצמה; משך זמן). יש לציין כי הפעילות הביולוגית יורדת עם הגדלת אורך הגל (או ירידה בתדירות) הקרינה. הפעילים ביותר הם רצועות גלי סנטי, דצי ומטר. פציעות הנגרמות על ידי RF EMR יכולות להיות חריפות או כרוניות. חריפות מתעוררות תחת פעולה של עוצמות קרינה תרמיות משמעותיות. הם נדירים ביותר - במקרה של תאונות או הפרות גסות של תקנות הבטיחות במכ"ם. עבור תנאים מקצועיים, נגעים כרוניים אופייניים יותר, אשר מתגלים, ככלל, לאחר מספר שנים של עבודה עם מקורות EMR במיקרוגל.

המסמכים הרגולטוריים העיקריים המסדירים את רמות החשיפה המותרות ל-RF EMR הם: GOST 12.1.006 - 84 "SSBT. שדות אלקטרומגנטיים של תדרי רדיו.

רמות מותרות" ו-SanPiN 2.2.4/2.1.8.055-96 "קרינה אלקטרומגנטית בתחום תדרי הרדיו". הם מנרמלים את החשיפה לאנרגיה (EE) עבור שדות חשמליים (E) ומגנטיים (H), כמו גם את צפיפות שטף האנרגיה (PEF) ליום עבודה (טבלה 5.11).

טבלה 5.11.

רמות מרביות מותרות (MPL) ליום עבודה לעובדים

עם EMI RF

פָּרָמֶטֶר	פסי תדר, מגה-הרץ
שֵׁם	יחידת מידה	0,003-3	3-30	30-300	300-300000
EE E	(W/m) 2 *שעות				-
אה נ	(א/מ') 2 *ש'		-	-	-
ppe	(μW / ס"מ 2) * ש'	-	-	-

עבור כל האוכלוסייה בחשיפה מתמשכת, הוקמו חברי הפרלמנט הבאים לחוזק שדה חשמלי, V/m:

טווח תדרים מגה-הרץ

0,03-0,30........................................................... 25

0,3-3,0.............................................................. 15

3-30.................................................................. 10

30-300............................................................... 3*

300-300000...................................................... 10

* למעט תחנות טלוויזיה, השלטים להן מובחנים לפי

תלוי בתדר מ-2.5 עד 5 V/m.

מספר המכשירים הפועלים בטווח תדרי הרדיו כולל תצוגות וידאו של מסופי מחשב אישי. כיום, מחשבים אישיים (PC) נמצאים בשימוש נרחב בייצור, במחקר מדעי, במוסדות רפואיים, בבית, באוניברסיטאות, בבתי ספר ואפילו בגני ילדים. בשימוש בייצור מחשבים אישיים, בהתאם למשימות טכנולוגיות, הם יכולים להשפיע על גוף האדם לאורך זמן (בתוך יום עבודה). בתנאים ביתיים, זמן השימוש במחשב אינו ניתן כלל לשליטה.

עבור מסופי תצוגת וידאו למחשבים (VDT), שלטי ה-EMI הבאים מותקנים (SanPiN 2.2.2.542-96 "דרישות היגייניות למסופי תצוגת וידאו, מחשבים אלקטרוניים אישיים וארגון העבודה") - טבלה. 5.12.

טבלה 5.12. רמות מקסימליות מותרות של EMP שנוצרו על ידי VDT

שדה מגנטי- זהו מדיום חומרי שדרכו מתבצעת האינטראקציה בין מוליכים עם מטענים זרם או נע.

מאפייני שדה מגנטי:

מאפייני שדה מגנטי:

כדי לחקור את השדה המגנטי, נעשה שימוש במעגל בדיקה עם זרם. הוא קטן, והזרם בו קטן בהרבה מהזרם במוליך שיוצר את השדה המגנטי. בצדדים מנוגדים של המעגל עם זרם מצד השדה המגנטי, פועלים כוחות שווים בגודלם, אך מכוונים לכיוונים מנוגדים, שכן כיוון הכוח תלוי בכיוון הזרם. נקודות היישום של כוחות אלו אינן מונחות על קו ישר אחד. כוחות כאלה נקראים כמה כוחות. כתוצאה מפעולת זוג כוחות, קו המתאר אינו יכול לנוע קדימה, הוא מסתובב סביב צירו. פעולת הסיבוב מאופיינת עֲנָק.

, איפה ל–זרוע של צמד כוחות(מרחק בין נקודות הפעלת כוחות).

עם עלייה בזרם במעגל בדיקה או באזור מעגל, מומנט צמד הכוחות יגדל באופן פרופורציונלי. היחס בין המומנט המרבי של הכוחות הפועלים על המעגל נושא הזרם לגודל הזרם במעגל ושטח המעגל הוא ערך קבוע עבור נקודה נתונה בשדה. זה נקרא אינדוקציה מגנטית.

, איפה
-רגע מגנטימעגלים עם זרם.

יחידת מידהאינדוקציה מגנטית - טסלה [T].

מומנט מגנטי של המעגל- כמות וקטורית, שכיוונה תלוי בכיוון הזרם במעגל ונקבע על ידי כלל בורג ימני: מהדקים את יד ימין לאגרוף, הצבע ארבע אצבעות לכיוון הזרם במעגל, ואז האגודל יציין את כיוון וקטור המומנט המגנטי. וקטור המומנט המגנטי תמיד מאונך למישור המתאר.

לְכָל כיוון של וקטור אינדוקציה מגנטיקח את הכיוון של הווקטור של המומנט המגנטי של המעגל המכוון בשדה המגנטי.

קו אינדוקציה מגנטית- קו, שהמשיק אליו בכל נקודה חופף לכיוון וקטור האינדוקציה המגנטי. קווי האינדוקציה המגנטית תמיד סגורים, לעולם אינם מצטלבים. קווים של אינדוקציה מגנטית של מוליך ישרעם זרם יש צורה של עיגולים הממוקמים במישור מאונך למוליך. כיוון הקווים של אינדוקציה מגנטית נקבע על ידי כלל הבורג הימני. קווים של אינדוקציה מגנטית של זרם מעגלי(סליל עם זרם) יש גם צורה של עיגולים. כל אלמנט סליל ארוך
יכול להיחשב כמוליך ישר שיוצר שדה מגנטי משלו. עבור שדות מגנטיים, עקרון הסופרפוזיציה (תוספת עצמאית) מתקיים. הווקטור הכולל של ההשראה המגנטית של הזרם המעגלי נקבע כתוצאה מהוספת שדות אלו במרכז הסליל לפי כלל הבורג הימני.

אם הגודל והכיוון של וקטור האינדוקציה המגנטי זהים בכל נקודה בחלל, אז השדה המגנטי נקרא הוֹמוֹגֵנִי. אם הגודל והכיוון של וקטור האינדוקציה המגנטי בכל נקודה אינם משתנים עם הזמן, אז שדה כזה נקרא קבוע.

ערך אינדוקציה מגנטיתבכל נקודה של השדה עומד ביחס ישר לעוצמת הזרם במוליך שיוצר את השדה, עומד ביחס הפוך למרחק מהמוליך לנקודה נתונה בשדה, תלוי בתכונות המדיום ובצורת השדה. מנצח שיוצר את השדה.

, איפה
ON 2; H/m הוא הקבוע המגנטי של הוואקום,

-חדירות מגנטית יחסית של המדיום,

-חדירות מגנטית מוחלטת של המדיום.

בהתאם לגודל החדירות המגנטית, כל החומרים מחולקים לשלוש מחלקות:

עם עלייה בחדירות המוחלטת של המדיום, ההשראה המגנטית בנקודה נתונה של השדה עולה גם היא. היחס בין האינדוקציה המגנטית לחדירות המגנטית המוחלטת של המדיום הוא ערך קבוע עבור נקודה נתונה של הפולי, נקרא e מתח.

.

וקטורי המתח והאינדוקציה המגנטית חופפים לכיוון. חוזק השדה המגנטי אינו תלוי בתכונות המדיום.

כוח אמפר- הכוח שבו פועל השדה המגנטי על מוליך עם זרם.

איפה ל- אורך המוליך, - הזווית בין וקטור האינדוקציה המגנטית לכיוון הזרם.

כיוון כוח האמפר נקבע על ידי שלטון יד שמאל: יד שמאל ממוקמת כך שהרכיב של וקטור האינדוקציה המגנטי, בניצב למוליך, נכנס לכף היד, כוונו ארבע אצבעות מושטות לאורך הזרם, ואז האגודל כפוף ב-90 0 יציין את כיוון כוח האמפר.

התוצאה של פעולת כוח האמפר היא תנועת המוליך בכיוון נתון.

ה אם = 90 0 , ואז F=max, if = 0 0 , ואז F= 0.

כוח לורנץ- כוח השדה המגנטי על המטען הנע.

, כאשר q הוא המטען, v היא מהירות התנועה שלו, - הזווית בין וקטורי המתח והמהירות.

כוח לורנץ תמיד מאונך לוקטורי האינדוקציה והמהירות המגנטיים. הכיוון נקבע על ידי שלטון יד שמאל(אצבעות - על תנועת מטען חיובי). אם כיוון מהירות החלקיקים מאונך לקווי ההשראה המגנטית של שדה מגנטי אחיד, אז החלקיק נע במעגל מבלי לשנות את האנרגיה הקינטית.

מכיוון שכיוון כוח לורנץ תלוי בסימן המטען, הוא משמש להפרדת מטענים.

שטף מגנטי- ערך השווה למספר קווי האינדוקציה המגנטית העוברים דרך כל אזור הממוקם בניצב לקווי האינדוקציה המגנטית.

, איפה - הזווית בין האינדוקציה המגנטית לנורמלי (מאונך) לאזור S.

יחידת מידה– וובר [Wb].

שיטות למדידת שטף מגנטי:

שינוי כיוון האתר בשדה מגנטי (שינוי הזווית)

שינוי באזור קו המתאר המוצב בשדה מגנטי

שינוי עוצמת הזרם היוצר את השדה המגנטי

שינוי המרחק של קו המתאר ממקור השדה המגנטי

שינוי בתכונות המגנטיות של המדיום.

ו ארדיי תיעד זרם חשמלי במעגל שלא הכיל מקור, אך היה ממוקם ליד מעגל אחר המכיל מקור. יתרה מכך, הזרם במעגל הראשוני נוצר במקרים הבאים: עם כל שינוי בזרם במעגל A, עם תנועה יחסית של המעגלים, עם הכנסת מוט ברזל למעגל A, עם תנועה של מגנט קבוע ביחס ל. מעגל B. התנועה המכוונת של מטענים חופשיים (זרם) מתרחשת רק בשדה חשמלי. משמעות הדבר היא ששדה מגנטי משתנה יוצר שדה חשמלי, אשר מניע את המטענים החופשיים של המוליך. שדה חשמלי זה נקרא מושרהאוֹ מְעַרבּוֹלֶת.

הבדלים בין שדה חשמלי מערבולת לשדה אלקטרוסטטי:

מקור שדה המערבולת הוא שדה מגנטי משתנה.

הקווים של עוצמת שדה המערבולת סגורים.

העבודה שעושה שדה זה כדי להעביר את המטען לאורך מעגל סגור אינה שווה לאפס.

המאפיין האנרגיה של שדה המערבולת אינו הפוטנציאל, אלא אינדוקציה של EMF- ערך השווה לעבודת כוחות חיצוניים (כוחות ממקור לא אלקטרוסטטי) בהנעת יחידת מטען לאורך מעגל סגור.

.נמדד בוולט[בְּ].

שדה חשמלי מערבולת נוצר עם כל שינוי בשדה המגנטי, ללא קשר אם יש לולאה סגורה מוליכה או לא. קו המתאר מאפשר רק לזהות את השדה החשמלי של המערבולת.

השראות אלקטרומגנטית- זוהי התרחשות של EMF של אינדוקציה במעגל סגור עם כל שינוי בשטף המגנטי דרך פני השטח שלו.

EMF של אינדוקציה במעגל סגור יוצר זרם אינדוקטיבי.

.

כיוון זרם אינדוקציהנקבע על ידי שלטון לנץ: לזרם האינדוקציה יש כיוון כזה שהשדה המגנטי שנוצר על ידו מתנגד לכל שינוי בשטף המגנטי שיצר את הזרם הזה.

חוק פאראדיי לאינדוקציה אלקטרומגנטית: EMF של אינדוקציה בלולאה סגורה עומד ביחס ישר לקצב השינוי של השטף המגנטי דרך המשטח התחום על ידי הלולאה.

ט אוקיי פוקו- זרמי אינדוקציה מערבולת המתרחשים במוליכים גדולים הממוקמים בשדה מגנטי משתנה. ההתנגדות של מוליך כזה קטנה, מכיוון שיש לו חתך גדול S, כך שזרמי פוקו יכולים להיות גדולים בגודלם, וכתוצאה מכך המוליך מתחמם.

אינדוקציה עצמית- זוהי התרחשות של EMF של אינדוקציה במוליך כאשר עוצמת הזרם בו משתנה.

מוליך נושא זרם יוצר שדה מגנטי. אינדוקציה מגנטית תלויה בעוצמת הזרם, לכן, השטף המגנטי תלוי גם בעוצמת הזרם.

, כאשר L הוא מקדם המידתיות, הַשׁרָאוּת.

יחידת מידההשראות - הנרי [H].

הַשׁרָאוּתהמוליך תלוי בגודלו, בצורתו ובחדירות המגנטית של המדיום.

הַשׁרָאוּתעולה עם אורך המוליך, השראות הסליל גדולה מההשראות של מוליך ישר באותו אורך, השראות של הסליל (מוליך עם מספר גדול של סיבובים) גדולה מההשראות של סיבוב אחד , השראות הסליל גדלה אם מוחדר לתוכו מוט ברזל.

חוק פאראדיי לגיוס עצמי:
.

אינדוקציה עצמית של EMFביחס ישר לקצב השינוי של הזרם.

אינדוקציה עצמית של EMFיוצר זרם אינדוקציה עצמית, אשר תמיד מונע כל שינוי בזרם במעגל, כלומר, אם הזרם גדל, זרם ההשראה העצמית מכוון לכיוון ההפוך, כאשר הזרם במעגל יורד, זרם האינדוקציה מכוון לאותו כיוון. ככל שההשראות של הסליל גדולה יותר, כך מתרחשת בו יותר EMF עם השראות עצמית.

אנרגיית שדה מגנטישווה לעבודה שהזרם עושה כדי להתגבר על EMF ההשראה העצמית במהלך הזמן עד שהזרם עולה מאפס לערך מקסימלי.

.

רעידות אלקטרומגנטיות- אלו הם שינויים תקופתיים במטען, בחוזק הזרם ובכל המאפיינים של שדות חשמליים ומגנטיים.

מערכת תנודות חשמלית(מעגל נדנוד) מורכב מקבל ומשרן.

תנאים להתרחשות רעידות:

יש להוציא את המערכת משיווי המשקל; לשם כך מועבר מטען לקבל. האנרגיה של השדה החשמלי של קבל טעון:

.

המערכת חייבת לחזור למצב של שיווי משקל. בהשפעת שדה חשמלי, המטען עובר מלוח אחד של הקבל לאחר, כלומר, נוצר זרם חשמלי במעגל, שזורם דרך הסליל. עם עלייה בזרם במשרן, נוצר EMF של אינדוקציה עצמית, זרם ההשראה העצמי מכוון לכיוון ההפוך. כאשר הזרם בסליל יורד, זרם ההשראה העצמית מכוון לאותו כיוון. לפיכך, זרם ההשראה העצמית נוטה להחזיר את המערכת למצב של שיווי משקל.

ההתנגדות החשמלית של המעגל חייבת להיות קטנה.

מעגל תנודה אידיאליאין התנגדות. התנודות בו נקראות חינם.

עבור כל מעגל חשמלי, מתקיים חוק אוהם, לפיו ה-EMF הפועל במעגל שווה לסכום המתחים בכל חלקי המעגל. אין מקור זרם במעגל המתנודד, אך במשרן נוצר EMF בהשראת עצמי, ששווה למתח על פני הקבל.

מסקנה: מטען הקבל משתנה בהתאם לחוק ההרמוני.

מתח קבלים:
.

זרם לולאה:
.

ערך
- משרעת עוצמת הזרם.

ההבדל מהטעינה הלאה
.

תקופת התנודות החופשיות במעגל:

אנרגיית שדה חשמלי של קבלים:

אנרגיית שדה מגנטי של סליל:

האנרגיות של השדות החשמליים והמגנטיים משתנות על פי חוק הרמוני, אך שלבי התנודות שלהם שונים: כאשר אנרגיית השדה החשמלי היא מקסימלית, אנרגיית השדה המגנטי היא אפס.

אנרגיה כוללת של מערכת התנודה:
.

בְּ קו מתאר אידיאליהאנרגיה הכוללת לא משתנה.

בתהליך של תנודות, האנרגיה של השדה החשמלי מומרת לחלוטין לאנרגיית השדה המגנטי ולהיפך. משמעות הדבר היא שהאנרגיה בכל רגע של זמן שווה לאנרגיה המקסימלית של השדה החשמלי, או לאנרגיה המקסימלית של השדה המגנטי.

מעגל תנודה אמיתימכיל התנגדות. התנודות בו נקראות דוֹהֶה.

חוק אוהם מקבל את הצורה:

בתנאי שהשיכוך קטן (ריבוע תדר התנודה הטבעי גדול בהרבה מהריבוע של מקדם השיכוך), ירידת השיכוך הלוגריתמית:

עם שיכוך חזק (ריבוע תדר התנודה הטבעי קטן מהריבוע של מקדם התנודה):

משוואה זו מתארת ​​את התהליך של פריקת קבל על פני נגד. בהעדר השראות, תנודות לא יתרחשו. על פי חוק זה, המתח על פני לוחות הקבל משתנה גם הוא.

אנרגיה כוללתבמעגל אמיתי, הוא פוחת, מכיוון שחום משתחרר על ההתנגדות R כאשר הזרם עובר.

תהליך מעבר- תהליך המתרחש במעגלים חשמליים במהלך המעבר ממצב פעולה אחד לאחר. זמן משוער ( ), שבמהלכו ישתנה הפרמטר המאפיין את התהליך החולף בעוד e פעמים.

ל מעגל עם קבל ונגד:
.

התיאוריה של מקסוול על השדה האלקטרומגנטי:

עמדה 1:

כל שדה חשמלי מתחלף יוצר שדה מגנטי מערבולת. שדה חשמלי מתחלף נקרא על ידי מקסוול זרם תזוזה, מכיוון שהוא, כמו זרם רגיל, משרה שדה מגנטי.

כדי לזהות את זרם העקירה, נשקלת מעבר הזרם דרך המערכת, הכוללת קבל עם דיאלקטרי.

הטיית צפיפות זרם:
. צפיפות הזרם מכוונת לכיוון השינוי בעוצמה.

המשוואה הראשונה של מקסוול:
- השדה המגנטי של המערבולת נוצר הן על ידי זרמי הולכה (מטענים חשמליים הנעים) והן זרמי תזוזה (שדה חשמלי מתחלף E).

מיקום 2:

כל שדה מגנטי מתחלף יוצר שדה חשמלי מערבולת - החוק הבסיסי של אינדוקציה אלקטרומגנטית.

המשוואה השנייה של מקסוול:
- מקשר את קצב השינוי של השטף המגנטי דרך כל משטח ואת המחזור של הווקטור של עוצמת השדה החשמלי המתעורר במקרה זה.

כל מוליך עם זרם יוצר שדה מגנטי בחלל. אם הזרם קבוע (לא משתנה עם הזמן), אז השדה המגנטי הקשור גם הוא קבוע. הזרם המשתנה יוצר שדה מגנטי משתנה. יש שדה חשמלי בתוך מוליך נושא זרם. לכן, שדה חשמלי משתנה יוצר שדה מגנטי משתנה.

השדה המגנטי הוא מערבולת, מכיוון שקווי האינדוקציה המגנטית תמיד סגורים. גודל עוצמת השדה המגנטי H פרופורציונלי לקצב השינוי של עוצמת השדה החשמלי . כיוון וקטור השדה המגנטי קשור לשינוי בעוצמת השדה החשמלי לפי כלל הבורג הימני: מהדקים את יד ימין לאגרוף, כוונו את האגודל לכיוון השינוי בעוצמת השדה החשמלי, ואז 4 האצבעות הכפופות יציינו את כיוון הקווים של עוצמת השדה המגנטי.

כל שדה מגנטי משתנה יוצר שדה חשמלי מערבולת, שקווי החוזק שלהם סגורים וממוקמים במישור המאונך לעוצמת השדה המגנטי.

גודל העוצמה E של השדה החשמלי של המערבולת תלוי בקצב השינוי של השדה המגנטי . כיוון הווקטור E קשור לכיוון השינוי בשדה המגנטי H לפי כלל הבורג השמאלי: מהדקים את יד שמאל לאגרוף, מכוונים את האגודל לכיוון השינוי בשדה המגנטי, מכופפים ארבע אצבעות יציינו את כיוון הקווים של השדה החשמלי של המערבולת.

קבוצת השדות החשמליים והמגנטיים של מערבולת המחוברים זה לזה מייצגים שדה אלקרומגנטי. השדה האלקטרומגנטי אינו נשאר במקום המוצא, אלא מתפשט בחלל בצורה של גל אלקטרומגנטי רוחבי.

גל אלקטרומגנטי- זוהי התפלגות במרחב של שדות חשמליים ומגנטיים מערבולת המחוברים זה לזה.

התנאי להתרחשות גל אלקטרומגנטי- תנועה של המטען עם האצה.

משוואת גלים אלקטרומגנטיים:

- תדר מחזורי של תנודות אלקטרומגנטיות

t הוא הזמן מתחילת התנודות

l הוא המרחק ממקור הגל לנקודה נתונה במרחב

- מהירות התפשטות הגלים

הזמן שלוקח לגל לעבור ממקור לנקודה נתונה.

הווקטורים E ו-H בגל אלקטרומגנטי מאונכים זה לזה ולמהירות התפשטות הגל.

מקור של גלים אלקטרומגנטיים- מוליכים שדרכם זורמים זרמים מתחלפים מהירים (מאקרו-פולטים), כמו גם אטומים ומולקולות נרגשים (מיקרו-פולטים). ככל שתדר התנודה גבוה יותר, כך הגלים האלקטרומגנטיים נפלטים בחלל טוב יותר.

מאפיינים של גלים אלקטרומגנטיים:

כל הגלים האלקטרומגנטיים רוחבי

במדיום הומוגני, גלים אלקטרומגנטיים להתפשט במהירות קבועה, שתלוי בתכונות הסביבה:

- היתריות היחסית של המדיום

הוא הקבוע הדיאלקטרי בוואקום,
F/m, Cl 2/nm 2

- חדירות מגנטית יחסית של המדיום

- קבוע מגנטי ואקום,
ON 2; H/m

גלים אלקטרומגנטיים משתקף ממכשולים, נספג, מפוזר, נשבר, מקוטב, עקוף, מפריע.

צפיפות אנרגיה וולומטריתשדה אלקטרומגנטי מורכב מצפיפות אנרגיה נפחית של שדות חשמליים ומגנטיים:

צפיפות שטף אנרגית גל - עוצמת גל:

-וקטור Umov-Poynting.

כל הגלים האלקטרומגנטיים מסודרים בסדרה של תדרים או אורכי גל (
). שורה זו היא סולם גלים אלקטרומגנטיים.

רעידות בתדר נמוך. 0 - 10 4 הרץ. מתקבל מגנרטורים. הם לא מקרינים טוב.

גלי רדיו. 10 4 - 10 13 הרץ. מוקרנים על ידי מוליכים מוצקים, דרכם עוברים זרמים מתחלפים במהירות.

קרינה אינפרא - אדומה- גלים הנפלטים על ידי כל הגופים בטמפרטורות מעל 0 K, עקב תהליכים תוך אטומיים ותוך מולקולריים.

אור נראה- גלים הפועלים על העין, וגורמים לתחושה חזותית. 380-760 ננומטר

קרינה אולטרא - סגולה. 10 - 380 ננומטר. אור נראה ו-UV מתעוררים כאשר תנועת האלקטרונים בקליפות החיצוניות של אטום משתנה.

קרינת רנטגן. 80 - 10 -5 ננומטר. מתרחש כאשר תנועת האלקטרונים בקליפות הפנימיות של אטום משתנה.

קרינת גמא. מתרחש במהלך התפרקות גרעיני אטום.

שדה מגנטי הוא צורה מיוחדת של חומר שנוצרת על ידי מגנטים, מוליכים עם זרם (חלקיקים טעונים נעים) ואשר ניתן לזהות על ידי אינטראקציה של מגנטים, מוליכים עם זרם (חלקיקים טעונים נעים).

הניסיון של אורסטד

הניסויים הראשונים (שבוצעו ב-1820), שהראו שיש קשר עמוק בין תופעות חשמליות למגנטיות, היו הניסויים של הפיזיקאי הדני H. Oersted.

מחט מגנטית הממוקמת ליד המוליך מסתובבת בזווית מסוימת כאשר הזרם מופעל במוליך. כאשר המעגל נפתח, החץ חוזר למקומו המקורי.

מהניסיון של G. Oersted עולה שיש שדה מגנטי סביב המוליך הזה.

חווית אמפר
שני מוליכים מקבילים, שדרכם זורם זרם חשמלי, פועלים זה עם זה: הם מושכים אם הזרמים נמצאים באותו כיוון, ודוחים אם הזרמים בכיוון ההפוך. זה נובע מהאינטראקציה של השדות המגנטיים המתעוררים סביב המוליכים.

מאפייני שדה מגנטי

1. מבחינה חומרית, כלומר. קיים ללא תלות בנו ובידע שלנו עליו.

2. נוצר על ידי מגנטים, מוליכים עם זרם (חלקיקים טעונים נעים)

3. מזוהה על ידי אינטראקציה של מגנטים, מוליכים עם זרם (חלקיקים טעונים נעים)

4. פועל על מגנטים, מוליכים עם זרם (חלקיקים טעונים נעים) בכוח מסוים

5. אין מטענים מגנטיים בטבע. אי אפשר להפריד בין הקוטב הצפוני לדרום ולקבל גוף עם מוט אחד.

6. הסיבה לכך שלגופים יש תכונות מגנטיות נמצאה על ידי המדען הצרפתי אמפר. אמפר הציג את המסקנה שהתכונות המגנטיות של כל גוף נקבעות על ידי זרמים חשמליים סגורים בתוכו.

זרמים אלה מייצגים את תנועת האלקטרונים במסלולים באטום.

אם המישורים שבהם זרמים אלה מסתובבים ממוקמים באופן אקראי זה ביחס לזה בגלל התנועה התרמית של המולקולות המרכיבות את הגוף, אז האינטראקציות ביניהן מתוגמלות הדדית והגוף אינו מפגין תכונות מגנטיות כלשהן.

ולהיפך: אם המישורים שבהם מסתובבים האלקטרונים מקבילים זה לזה וכיווני הנורמלים למישורים הללו חופפים, אז חומרים כאלה משפרים את השדה המגנטי החיצוני.

7. כוחות מגנטיים פועלים בשדה מגנטי בכיוונים מסוימים, הנקראים קווי כוח מגנטיים. בעזרתם, אתה יכול להראות בצורה נוחה וברורה את השדה המגנטי במקרה מסוים.

כדי לתאר את השדה המגנטי בצורה מדויקת יותר, הסכמנו באותם מקומות שבהם השדה חזק יותר, להציג את קווי הכוח הממוקמים בצפיפות רבה יותר, כלומר. קרובים יותר אחד לשני. ולהיפך, במקומות שבהם השדה חלש יותר, קווי שדה מוצגים במספר קטן יותר, כלומר. ממוקם בתדירות נמוכה יותר.

8. השדה המגנטי מאפיין את וקטור האינדוקציה המגנטית.

וקטור האינדוקציה המגנטי הוא כמות וקטורית המאפיינת את השדה המגנטי.

כיוון וקטור האינדוקציה המגנטי עולה בקנה אחד עם כיוון הקוטב הצפוני של מחט מגנטית חופשית בנקודה נתונה.

כיוון וקטור אינדוקציית השדה וחוזק הזרם I קשורים לפי "כלל הבורג הימני (גימלט)":

אם תבריג את הגימלט לכיוון הזרם במוליך, אז כיוון מהירות התנועה של קצה הידית שלו בנקודה נתונה יתאים לכיוון וקטור האינדוקציה המגנטי בנקודה זו.

שדות מגנטיים קבועים. מקורות של שדות מגנטיים קבועים (PMF) במקומות עבודה הם מגנטים קבועים, אלקטרומגנטים, מערכות DC זרם גבוה (קווי תמסורת DC, אמבטיות אלקטרוליטים ומכשירים חשמליים אחרים). מגנטים קבועים ואלקטרומגנטים נמצאים בשימוש נרחב במכשור, במכונות שטיפה מגנטיות לעגורנים והתקני קיבוע אחרים, במפרידים מגנטיים, התקנים לטיפול במים מגנטי, גנרטורים מגנטו הידרודינמיים (MHD), תהודה מגנטית גרעינית (NMR) ומתקני תהודה פרמגנטית אלקטרונית (EPR) כמו גם בתרגול פיזיותרפיה.

הפרמטרים הפיזיים העיקריים המאפיינים את ה-PMF:

2.0 T (השפעה לטווח קצר על הגוף);

5.0 T (חשיפה לטווח קצר לידיים);

עבור האוכלוסייה

0.01 T (חשיפה מתמשכת).

בקרת PMF במקומות עבודה מתבצעת לפי סדר פיקוח סניטרי מונע ושוטף על ידי מדידת עוצמת השדה והאינדוקציה המגנטית (צפיפות השטף המגנטי). המדידות מתבצעות במקומות עבודה קבועים בהם ניתן לאתר כוח אדם. בהיעדר מקום עבודה קבוע בתוך אזור העבודה, נבחרות מספר נקודות הממוקמות במרחקים שונים מהמקור. בעת ביצוע פעולות ידניות באזור כיסוי PMF ובעבודה עם חומרים ממוגנטים (אבקות) ומגנטים קבועים, כאשר המגע עם ה-PMF מוגבל על ידי השפעה מקומית (ידיים, חגורת כתפיים), יש לבצע מדידות בגובה הפלנגות הסופיות. של האצבעות, אמצע האמה, הכתף האמצעית.

מדידות של אינדוקציה מגנטית של מגנטים קבועים מתבצעות על ידי מגע ישיר של החיישן של המכשיר עם פני השטח של המגנט. בתרגול היגייני משתמשים במכשירים המבוססים על חוקי האינדוקציה, אפקט הול. מדי שטף (ווברמטרים) או גלוונומטרים בליסטיים מודדים ישירות שינויים בשטף המגנטי, שנסגר על סליל מדידה מכויל; הנפוצים ביותר בשימוש הם גלונומטרים בליסטיים מסוג M-197/1 ו-M-197/2, מדי שטף מסוג M-119 ו-M-119t וטסלמטרים.

ניתן להשתמש ב-Oerstedmeters למדידת עוצמת ה-PMF לפי מידת הסטייה של המחט הממוגנטת, כלומר לפי גודל מומנט הכוחות המסובבים את המחט בנקודה מסוימת בחלל.

יש לסמן אזורים של אזור הייצור עם רמות החורגות מ-MPC בשלטי אזהרה מיוחדים עם כיתוב הסבר נוסף "זהירות! שדה מגנטי!". יש צורך להפחית את ההשפעה של PMF על עובדים על ידי בחירת אופן עבודה ומנוחה רציונלי, צמצום הזמן המושקע בתנאי ה-PMF, קביעת מסלול המגביל את המגע עם ה-PMF באזור העבודה.

מניעת חשיפה ל-PMP. בעת ביצוע עבודות תיקון של מערכות גזם פסים, יש לספק shunting. אנשים המטפלים בהתקנות תהליכי DC, מערכות פס או במגע עם מקורות PMF חייבים לעבור טיפול ראשוני ותקופתי באופן שנקבע.

במפעלים של תעשיית האלקטרוניקה, בעת הרכבת התקני מוליכים למחצה, נעשה שימוש בקלטות טכנולוגיות, המגבילות את מגע הידיים עם ה-PMF. במפעלים לייצור מגנטים קבועים, תהליך מדידת הפרמטרים המגנטיים של מוצרים מתבצע אוטומטית באמצעות מכשירים שאינם כוללים מגע עם ה-PMF. רצוי להשתמש במכשירים מרוחקים (מלקחיים מחומרים לא מגנטיים, פינצטה, אחיזות), המונעים אפשרות של פעולה מקומית של ה-PMF על העובד. יש להשתמש במכשירי חסימה המכבים את המתקן האלקטרומגנטי כאשר הידיים נכנסות לאזור הכיסוי של PMP.

בואו נבין ביחד מהו שדה מגנטי. הרי הרבה אנשים חיים בתחום הזה כל חייהם ואפילו לא חושבים על זה. הגיע הזמן לתקן את זה!

שדה מגנטי

שדה מגנטיהוא סוג מיוחד של עניין. זה מתבטא בפעולה על מטענים חשמליים נעים וגופים שיש להם מומנט מגנטי משלהם (מגנטים קבועים).

חשוב: שדה מגנטי אינו פועל על מטענים נייחים! שדה מגנטי נוצר גם על ידי הזזת מטענים חשמליים, או על ידי שדה חשמלי משתנה בזמן, או על ידי המומנטים המגנטיים של אלקטרונים באטומים. כלומר, כל חוט שדרכו זורם זרם הופך גם הוא למגנט!

גוף שיש לו שדה מגנטי משלו.

למגנט יש קטבים הנקראים צפון ודרום. הכינויים "צפוני" ו"דרומי" ניתנים רק מטעמי נוחות (כ"פלוס" ו"מינוס" בחשמל).

השדה המגנטי מיוצג על ידי כוח קווים מגנטיים. קווי הכוח הם רציפים וסגורים, וכיוונם תמיד עולה בקנה אחד עם כיוון כוחות השדה. אם שברי מתכת מפוזרים סביב מגנט קבוע, חלקיקי המתכת יציגו תמונה ברורה של קווי השדה המגנטי היוצאים מהצפון ונכנסים לקוטב הדרומי. מאפיין גרפי של השדה המגנטי - קווי כוח.

מאפייני שדה מגנטי

המאפיינים העיקריים של השדה המגנטי הם אינדוקציה מגנטית, שטף מגנטיו חדירות מגנטית. אבל בואו נדבר על הכל לפי הסדר.

מיד נציין שכל יחידות המדידה ניתנות במערכת סִי.

אינדוקציה מגנטית ב - כמות פיזית וקטורית, שהיא מאפיין ההספק העיקרי של השדה המגנטי. מסומן במכתב ב . יחידת המדידה של אינדוקציה מגנטית - טסלה (תל).

אינדוקציה מגנטית מציינת כמה חזק שדה על ידי קביעת הכוח שבו הוא פועל על מטען. הכוח הזה נקרא כוח לורנץ.

כאן ש - לחייב, v - המהירות שלו בשדה מגנטי, ב - אינדוקציה, ו הוא כוח לורנץ שבו פועל השדה על המטען.

ו- כמות פיזיקלית השווה למכפלת האינדוקציה המגנטית לפי שטח קו המתאר והקוסינוס בין וקטור האינדוקציה והנורמלי למישור המתאר שדרכו עוברת הזרימה. שטף מגנטי הוא מאפיין סקלרי של שדה מגנטי.

אנו יכולים לומר שהשטף המגנטי מאפיין את מספר קווי האינדוקציה המגנטיים החודרים ליחידת שטח. השטף המגנטי נמדד ב Weberach (WB).

חדירות מגנטיתהוא המקדם שקובע את התכונות המגנטיות של המדיום. אחד הפרמטרים שבהם תלויה ההשראה המגנטית של השדה הוא החדירות המגנטית.

כוכב הלכת שלנו היה מגנט ענק כבר כמה מיליארדי שנים. אינדוקציה של השדה המגנטי של כדור הארץ משתנה בהתאם לקואורדינטות. בקו המשווה הוא בערך 3.1 כפול 10 בחזקת מינוס חמישית של טסלה. בנוסף, ישנן חריגות מגנטיות, שבהן הערך והכיוון של השדה שונים באופן משמעותי מהאזורים הסמוכים. אחת החריגות המגנטיות הגדולות ביותר על פני כדור הארץ - קורסקו אנומליה מגנטית ברזילאית.

מקור השדה המגנטי של כדור הארץ הוא עדיין בגדר תעלומה למדענים. ההנחה היא שמקור השדה הוא ליבת המתכת הנוזלית של כדור הארץ. הליבה נעה, כלומר סגסוגת הברזל-ניקל המותכת נעה, ותנועת החלקיקים הטעונים היא הזרם החשמלי שיוצר את השדה המגנטי. הבעיה היא שהתיאוריה הזו גאודינמו) אינו מסביר כיצד השדה נשמר יציב.

כדור הארץ הוא דיפול מגנטי ענק.הקטבים המגנטיים אינם עולים בקנה אחד עם אלו הגיאוגרפיים, למרות שהם נמצאים בסמיכות. יתר על כן, הקטבים המגנטיים של כדור הארץ נעים. העקירה שלהם מתועדת מאז 1885. לדוגמה, במהלך מאה השנים האחרונות, הקוטב המגנטי בחצי הכדור הדרומי הוסט בכמעט 900 קילומטרים והוא נמצא כעת באוקיינוס ​​הדרומי. הקוטב של חצי הכדור הארקטי נע על פני האוקיינוס ​​הארקטי לעבר האנומליה המגנטית המזרח סיבירית, מהירות תנועתו (לפי נתוני 2004) הייתה כ-60 קילומטרים בשנה. כעת יש האצה בתנועת העמודים - בממוצע המהירות גדלה ב-3 קילומטרים בשנה.

מהי משמעות השדה המגנטי של כדור הארץ עבורנו?קודם כל, השדה המגנטי של כדור הארץ מגן על כדור הארץ מפני קרניים קוסמיות ורוח השמש. חלקיקים טעונים מהחלל העמוק אינם נופלים ישירות אל הקרקע, אלא מוסטים על ידי מגנט ענק ונעים לאורך קווי הכוח שלו. לפיכך, כל היצורים החיים מוגנים מפני קרינה מזיקה.

במהלך ההיסטוריה של כדור הארץ, היו כמה היפוכים(שינויים) של קטבים מגנטיים. היפוך קוטבזה כשהם מחליפים מקום. בפעם האחרונה תופעה זו התרחשה לפני כ-800 אלף שנה, והיו יותר מ-400 היפוכים גיאומגנטיים בהיסטוריה של כדור הארץ.מדענים מסוימים מאמינים כי לאור האצה הנצפית של תנועת הקטבים המגנטיים, היפוך הקוטב הבא צריך להיות צפוי באלפי השנים הקרובות.

למרבה המזל, לא צפוי היפוך קטבים במאה שלנו. אז אתה יכול לחשוב על הנעים וליהנות מהחיים בשדה הקבוע הישן והטוב של כדור הארץ, לאחר שקלט את המאפיינים והמאפיינים העיקריים של השדה המגנטי. וכדי שתוכלו לעשות זאת, יש את המחברים שלנו, שניתן להפקיד בהם חלק מהצרות החינוכיות בביטחון בהצלחה! ושאר סוגי עבודות ניתן להזמין בקישור.