Kde vzniká magnetické pole? Magnetické pole: príčiny a charakteristiky

magnetické pole sa nazýva zvláštny druh hmoty, odlišný od látky, prostredníctvom ktorej sa pôsobenie magnetu prenáša na iné telesá.

Magnetické pole sa vyskytuje v priestore obklopujúcom pohybujúce sa elektrické náboje a permanentné magnety. Ovplyvňuje iba pohyblivé poplatky. Pod vplyvom elektromagnetických síl sa pohybujúce nabité častice vychyľujú

Zo svojej pôvodnej cesty v smere kolmom na pole.

Magnetické a elektrické polia sú neoddeliteľné a spolu tvoria jediné elektromagnetické pole. Akákoľvek zmena elektrické pole vedie k vzniku magnetického poľa a naopak, každá zmena magnetického poľa je sprevádzaná objavením sa elektrického poľa. Elektromagnetické pole sa šíri rýchlosťou svetla, teda 300 000 km/s.

Pôsobenie permanentných magnetov a elektromagnetov na feromagnetické telesá, existencia a neoddeliteľná jednota pólov magnetov a ich vzájomné pôsobenie je dobre známe (opačné póly sa priťahujú, ako póly odpudzujú). Podobne

s magnetickými pólmi Zeme sa nazývajú póly magnetov sever a juh.

Magnetické pole je vizuálne znázornené magnetickými siločiarami, ktoré určujú smer magnetického poľa v priestore (obr..1). Tieto riadky nemajú začiatok ani koniec, t.j. sú zatvorené.

Siločiary magnetického poľa priameho vodiča sú sústredné kruhy obklopujúce drôt. Čím silnejší je prúd, tým silnejšie je magnetické pole okolo drôtu. Keď sa vzdialite od vodiča pod prúdom, magnetické pole sa oslabí.

V priestore obklopujúcom magnet alebo elektromagnet smer od severný pól na juh. Čím silnejšie je magnetické pole, tým vyššia je hustota siločiar.

Určuje sa smer magnetických siločiar gimlet pravidlo:.

Ryža. 1. Magnetické pole magnetov:

a - priamy; b - podkova

Ryža. 2. Magnetické pole:

a - rovný drôt; b - indukčná cievka

Ak skrutku zaskrutkujete v smere prúdu, magnetické siločiary budú smerovať pozdĺž skrutky (obr. 2 a)

Na získanie silnejšieho magnetického poľa sa používajú indukčné cievky s drôtovým vinutím. V tomto prípade sa magnetické polia jednotlivých závitov indukčnej cievky sčítavajú a ich siločiary sa spájajú do spoločného magnetického toku.

Magnetické siločiary vychádzajúce z indukčnej cievky

na konci, kde prúd smeruje proti smeru hodinových ručičiek, t.j. tento koniec je severný magnetický pól (obr. 2, b).

Keď sa zmení smer prúdu v indukčnej cievke, zmení sa aj smer magnetického poľa.

Je to silové pole, ktoré pôsobí na elektrické náboje a na telesá, ktoré sú v pohybe a majú magnetický moment bez ohľadu na stav ich pohybu. Magnetické pole je súčasťou elektromagnetického poľa.

Prúd nabitých častíc alebo magnetické momenty elektrónov v atómoch vytvárajú magnetické pole. Tiež magnetické pole vzniká v dôsledku určitých časových zmien v elektrickom poli.

Indukčný vektor magnetického poľa B je hlavnou výkonovou charakteristikou magnetického poľa. V matematike je B = B (X,Y,Z) definované ako vektorové pole. Tento koncept slúži na definovanie a špecifikáciu fyzikálneho magnetického poľa. Vo vede sa vektor magnetickej indukcie často jednoducho, pre stručnosť, nazýva magnetické pole. Je zrejmé, že takáto aplikácia umožňuje určitú voľnú interpretáciu tohto pojmu.

Ďalšou charakteristikou magnetického poľa prúdu je vektorový potenciál.

Vo vedeckej literatúre sa často dá zistiť, že hlavnou charakteristikou magnetického poľa v neprítomnosti magnetického média (vákua) je vektor sily magnetického poľa. Formálne je táto situácia celkom prijateľná, pretože vo vákuu sa vektor intenzity magnetického poľa H a vektor magnetickej indukcie B zhodujú. Zároveň vektor intenzity magnetického poľa v magnetickom médiu nemá rovnaký fyzikálny význam a je sekundárnou veličinou. Na základe toho, s formálnou rovnosťou týchto prístupov pre vákuum, uvažuje systematické hľadisko vektor magnetickej indukcie hlavná charakteristika súčasného magnetického poľa.

Magnetické pole je, samozrejme, špeciálny druh hmoty. Pomocou tejto hmoty dochádza k interakcii medzi magnetickým momentom a pohybom nabitých častíc alebo telies.

Špeciálna teória relativity považuje magnetické polia za dôsledok existencie samotných elektrických polí.

Magnetické a elektrické polia spolu tvoria elektromagnetické pole. Prejavom elektromagnetického poľa je svetlo a elektromagnetické vlnenie.

Kvantová teória magnetického poľa považuje magnetickú interakciu za samostatný prípad elektromagnetickej interakcie. Nesie ho bezhmotný bozón. Bozón je fotón - častica, ktorá môže byť reprezentovaná ako kvantová excitácia elektromagnetického poľa.

Magnetické pole je generované buď prúdom nabitých častíc, alebo elektrickým poľom transformujúcim sa v časovom priestore, alebo vnútornými magnetickými momentmi častíc. Magnetické momenty častíc pre rovnomerné vnímanie sú formálne redukované na elektrické prúdy.

Výpočet hodnoty magnetického poľa.

Jednoduché prípady nám umožňujú vypočítať hodnoty magnetického poľa vodiča s prúdom podľa Biot-Savart-Laplaceovho zákona alebo pomocou cirkulačnej vety. Rovnakým spôsobom možno zistiť hodnotu magnetického poľa aj pre prúd ľubovoľne rozložený v objeme alebo priestore. Je zrejmé, že tieto zákony platia pre konštantné alebo relatívne pomaly sa meniace magnetické a elektrické polia. Teda v prípadoch prítomnosti magnetostatiky. Zložitejšie prípady vyžadujú výpočet hodnoty prúd magnetického poľa podľa Maxwellových rovníc.

Prejav prítomnosti magnetického poľa.

Hlavným prejavom magnetického poľa je pôsobenie na magnetické momenty častíc a telies, na nabité častice v pohybe. Lorentzova sila nazývaná sila, ktorá pôsobí na elektricky nabitú časticu, ktorá sa pohybuje v magnetickom poli. Táto sila má konštantný kolmý smer na vektory v a B. Má tiež úmernú hodnotu k náboju častice q, zložke rýchlosti v, ktorá je kolmá na smer vektora magnetického poľa B, a k veličina, ktorá vyjadruje indukciu magnetického poľa B. Lorentzova sila podľa Medzinárodnej sústavy jednotiek má tento výraz: F=q, v sústave jednotiek ČGS: F = q/c

Vektorový súčin je zobrazený v hranatých zátvorkách.

V dôsledku vplyvu Lorentzovej sily na nabité častice pohybujúce sa po vodiči môže magnetické pole pôsobiť aj na vodič s prúdom. Ampérová sila je sila pôsobiaca na vodič s prúdom. Zložkami tejto sily sú sily pôsobiace na jednotlivé náboje, ktoré sa pohybujú vo vnútri vodiča.

Fenomén interakcie dvoch magnetov.

Fenomén magnetického poľa, s ktorým sa môžeme stretnúť v bežnom živote, sa nazýva interakcia dvoch magnetov. Vyjadruje sa odpudzovaním rovnakých pólov od seba a priťahovaním opačných pólov. Z formálneho hľadiska je opis interakcií medzi dvoma magnetmi ako interakcie dvoch monopólov pomerne užitočný, uskutočniteľný a pohodlný nápad. Detailný rozbor zároveň ukazuje, že v skutočnosti nejde o úplne správny popis javu. Hlavnou nezodpovedanou otázkou v takomto modeli je, prečo nemožno monopoly oddeliť. V skutočnosti bolo experimentálne dokázané, že žiadne izolované teleso nemá magnetický náboj. Tento model tiež nemožno aplikovať na magnetické pole vytvorené makroskopickým prúdom.

Z nášho pohľadu je správny predpoklad, že sila pôsobiaca na magnetický dipól umiestnený v nehomogénnom poli má tendenciu ho otáčať tak, že magnetický moment dipólu má rovnaký smer ako magnetické pole. Neexistujú však žiadne magnety, ktoré by podliehali celkovej sile z rovnomerný prúd magnetického poľa. Sila, ktorá pôsobí na magnetický dipól s magnetickým momentom m je vyjadrená nasledujúcim vzorcom:

.

Sila pôsobiaca na magnet z nehomogénneho magnetického poľa je vyjadrená ako súčet všetkých síl, ktoré sú určené týmto vzorcom a pôsobia na elementárne dipóly tvoriace magnet.

Elektromagnetická indukcia.

V prípade zmeny času toku vektora magnetickej indukcie cez uzavretý obvod sa v tomto obvode vytvorí EMF elektromagnetickej indukcie. Ak je obvod stacionárny, je generovaný vírivým elektrickým poľom, ktoré vzniká ako dôsledok zmeny magnetického poľa v čase. Keď sa magnetické pole s časom nemení a nedôjde k žiadnej zmene toku v dôsledku pohybu slučky vodiča, potom je EMF generovaný Lorentzovou silou.

Magnetické pole- je to hmotné médium, prostredníctvom ktorého sa uskutočňuje interakcia medzi vodičmi s prúdom alebo pohyblivými nábojmi.

Vlastnosti magnetického poľa:

Charakteristiky magnetického poľa:

Na štúdium magnetického poľa sa používa testovací obvod s prúdom. Je malý a prúd v ňom je oveľa menší ako prúd vo vodiči, ktorý vytvára magnetické pole. Na opačných stranách obvodu s prúdom zo strany magnetického poľa pôsobia sily rovnakej veľkosti, ale smerujúce v opačných smeroch, pretože smer sily závisí od smeru prúdu. Body pôsobenia týchto síl neležia na jednej priamke. Takéto sily sú tzv pár síl. V dôsledku pôsobenia dvojice síl sa obrys nemôže pohybovať dopredu, otáča sa okolo svojej osi. Charakteristický je rotačný účinok krútiaci moment.

, kde l–rameno dvojice síl(vzdialenosť medzi bodmi pôsobenia síl).

So zvýšením prúdu v testovacom obvode alebo oblasti obvodu sa moment dvojice síl úmerne zvýši. Pomer maximálneho momentu síl pôsobiacich na prúdový obvod k veľkosti prúdu v obvode a ploche obvodu je konštantná hodnota pre daný bod poľa. Volá sa magnetická indukcia.

, kde
-magnetický moment obvody s prúdom.

jednotka merania magnetická indukcia - Tesla [T].

Magnetický moment obvodu- vektorová veličina, ktorej smer závisí od smeru prúdu v obvode a je určený Pravidlo pravej skrutky: zatnite pravú ruku v päsť, nasmerujte štyri prsty v smere prúdu v obvode, potom palec ukáže smer vektora magnetického momentu. Vektor magnetického momentu je vždy kolmý na rovinu obrysu.

pozadu smer vektora magnetickej indukcie prevziať smer vektora magnetického momentu obvodu orientovaného v magnetickom poli.

Čiara magnetickej indukcie- priamka, ktorej dotyčnica sa v každom bode zhoduje so smerom vektora magnetickej indukcie. Čiary magnetickej indukcie sú vždy uzavreté, nikdy sa nepretínajú. Čiary magnetickej indukcie priameho vodiča s prúdom majú tvar kruhov umiestnených v rovine kolmej na vodič. Smer čiar magnetickej indukcie je určený pravidlom pravej skrutky. Čiary magnetickej indukcie kruhového prúdu(cievka s prúdom) majú tiež tvar kruhov. Každý prvok cievky je dlhý
možno si predstaviť ako priamy vodič, ktorý vytvára vlastné magnetické pole. Pre magnetické polia je splnený princíp superpozície (nezávislého sčítania). Celkový vektor magnetickej indukcie kruhového prúdu je určený ako výsledok sčítania týchto polí v strede cievky podľa pravidla pravej skrutky.

Ak sú veľkosť a smer vektora magnetickej indukcie rovnaké v každom bode priestoru, potom sa magnetické pole nazýva homogénne. Ak sa veľkosť a smer vektora magnetickej indukcie v každom bode časom nemenia, potom sa takéto pole nazýva trvalé.

Hodnota magnetická indukcia v ktoromkoľvek bode poľa je priamo úmerná sile prúdu vo vodiči, ktorý vytvára pole, je nepriamo úmerná vzdialenosti od vodiča k danému bodu poľa, závisí od vlastností média a tvaru vodič, ktorý vytvára pole.

, kde
ON 2; H/m je magnetická konštanta vákua,

-relatívna magnetická permeabilita média,

-absolútna magnetická permeabilita média.

V závislosti od veľkosti magnetickej permeability sú všetky látky rozdelené do troch tried:

So zvyšovaním absolútnej permeability prostredia rastie aj magnetická indukcia v danom bode poľa. Pomer magnetickej indukcie k absolútnej magnetickej permeabilite prostredia je konštantná hodnota pre daný bod poly, e je tzv. napätie.

.

Vektory napätia a magnetickej indukcie sa v smere zhodujú. Sila magnetického poľa nezávisí od vlastností média.

Výkon zosilňovača- sila, ktorou magnetické pole pôsobí na vodič s prúdom.

Kde l- dĺžka vodiča, - uhol medzi vektorom magnetickej indukcie a smerom prúdu.

Smer ampérovej sily je určený pravidlo ľavej ruky: ľavá ruka je umiestnená tak, že zložka vektora magnetickej indukcie, kolmá na vodič, vstupuje do dlane, nasmerujte štyri vystreté prsty pozdĺž prúdu, potom palec ohnutý o 90 0 bude ukazovať smer ampérovej sily.

Výsledkom pôsobenia Ampérovej sily je pohyb vodiča v danom smere.

E ak = 90 0 , potom F=max, ak = 0 0, potom F = 0.

Lorentzova sila- sila magnetického poľa na pohybujúci sa náboj.

, kde q je náboj, v je rýchlosť jeho pohybu, - uhol medzi vektormi napätia a rýchlosti.

Lorentzova sila je vždy kolmá na vektory magnetickej indukcie a rýchlosti. Smer je určený podľa pravidlo ľavej ruky(prsty - na pohyb kladného náboja). Ak je smer rýchlosti častice kolmý na čiary magnetickej indukcie rovnomerného magnetického poľa, častica sa pohybuje po kruhu bez zmeny kinetickej energie.

Keďže smer Lorentzovej sily závisí od znamienka náboja, používa sa na oddelenie nábojov.

magnetický tok- hodnota rovnajúca sa počtu čiar magnetickej indukcie, ktoré prechádzajú akoukoľvek oblasťou umiestnenou kolmo na čiary magnetickej indukcie.

, kde - uhol medzi magnetickou indukciou a normálou (kolmou) k ploche S.

jednotka merania– Weber [Wb].

Metódy merania magnetického toku:

Zmena orientácie miesta v magnetickom poli (zmena uhla)

Zmena oblasti obrysu umiestneného v magnetickom poli

Zmena sily prúdu, ktorý vytvára magnetické pole

Zmena vzdialenosti obrysu od zdroja magnetického poľa

Zmena magnetických vlastností média.

F Araday zaznamenal elektrický prúd v obvode, ktorý neobsahoval zdroj, ale nachádzal sa vedľa iného obvodu obsahujúceho zdroj. Prúd v primárnom obvode navyše vznikol v nasledujúcich prípadoch: pri akejkoľvek zmene prúdu v obvode A, pri relatívnom pohybe obvodov, pri zavedení železnej tyče do obvodu A, pri pohybe permanentného magnetu vzhľadom na okruh B. Usmernený pohyb voľných nábojov (prúdu) nastáva iba v elektrickom poli. To znamená, že meniace sa magnetické pole vytvára elektrické pole, ktoré uvádza do pohybu voľné náboje vodiča. Toto elektrické pole sa nazýva vyvolané alebo víriť.

Rozdiely medzi vírivým elektrickým poľom a elektrostatickým poľom:

Zdrojom vírového poľa je meniace sa magnetické pole.

Čiary sily vírového poľa sú uzavreté.

Práca vykonaná týmto poľom na pohyb náboja pozdĺž uzavretého okruhu sa nerovná nule.

Energetická charakteristika vírového poľa nie je potenciál, ale EMF indukcia- hodnota rovnajúca sa práci vonkajších síl (silám neelektrostatického pôvodu) pri pohybe jednotky náboja po uzavretom okruhu.

.Merané vo voltoch[AT].

Vírivé elektrické pole vzniká pri akejkoľvek zmene magnetického poľa bez ohľadu na to, či existuje alebo nie je vodivá uzavretá slučka. Obrys umožňuje detekovať iba vírivé elektrické pole.

Elektromagnetická indukcia- toto je výskyt EMF indukcie v uzavretom okruhu s akoukoľvek zmenou magnetického toku cez jeho povrch.

EMF indukcie v uzavretom okruhu generuje indukčný prúd.

.

Smer indukčného prúdu určený Lenzove pravidlo: indukčný prúd má taký smer, že ním vytvorené magnetické pole pôsobí proti akejkoľvek zmene magnetického toku, ktorý generoval tento prúd.

Faradayov zákon pre elektromagnetickú indukciu: EMF indukcie v uzavretej slučke je priamo úmerná rýchlosti zmeny magnetického toku cez povrch ohraničený slučkou.

T dobre foucault- vírivé indukčné prúdy, ktoré sa vyskytujú vo veľkých vodičoch umiestnených v meniacom sa magnetickom poli. Odpor takéhoto vodiča je malý, pretože má veľký prierez S, takže Foucaultove prúdy môžu byť veľké, v dôsledku čoho sa vodič zahrieva.

samoindukcia- toto je výskyt EMF indukcie vo vodiči, keď sa mení sila prúdu v ňom.

Vodič s prúdom vytvára magnetické pole. Magnetická indukcia závisí od sily prúdu, preto vlastný magnetický tok závisí aj od sily prúdu.

, kde L je koeficient proporcionality, indukčnosť.

jednotka merania indukčnosť - Henry [H].

Indukčnosť vodič závisí od jeho veľkosti, tvaru a magnetickej permeability média.

Indukčnosť rastie s dĺžkou vodiča, indukčnosť cievky je väčšia ako indukčnosť rovného vodiča rovnakej dĺžky, indukčnosť cievky (vodič s veľkým počtom závitov) je väčšia ako indukčnosť jedného závitu. , indukčnosť cievky sa zvýši, ak sa do nej vloží železná tyč.

Faradayov zákon pre samoindukciu:
.

Samoindukcia EMF priamo úmerné rýchlosti zmeny prúdu.

Samoindukcia EMF generuje samoindukčný prúd, ktorý vždy zabráni akejkoľvek zmene prúdu v obvode, to znamená, že ak sa prúd zvýši, samoindukčný prúd smeruje opačným smerom, keď sa prúd v obvode zníži, samoindukcia indukčný prúd smeruje rovnakým smerom. Čím väčšia je indukčnosť cievky, tým väčšia je v nej EMF vlastnej indukčnosti.

Energia magnetického poľa sa rovná práci, ktorú prúd vykoná na prekonanie samoindukčného EMF počas doby, kým sa prúd nezvýši z nuly na maximálnu hodnotu.

.

Elektromagnetické vibrácie- ide o periodické zmeny náboja, sily prúdu a všetkých charakteristík elektrických a magnetických polí.

Elektrický oscilačný systém(oscilačný obvod) pozostáva z kondenzátora a tlmivky.

Podmienky pre vznik vibrácií:

Systém musí byť vyvedený z rovnováhy; na tento účel sa kondenzátoru udelí náboj. Energia elektrického poľa nabitého kondenzátora:

.

Systém sa musí vrátiť do rovnovážneho stavu. Vplyvom elektrického poľa náboj prechádza z jednej dosky kondenzátora na druhú, to znamená, že v obvode vzniká elektrický prúd, ktorý preteká cievkou. S nárastom prúdu v induktore vzniká EMF samoindukcie, samoindukčný prúd smeruje opačným smerom. Keď sa prúd v cievke zníži, samoindukčný prúd smeruje rovnakým smerom. Samoindukčný prúd má teda tendenciu vrátiť systém do rovnovážneho stavu.

Elektrický odpor obvodu musí byť malý.

Ideálny oscilačný obvod nemá odpor. Oscilácie v ňom sú tzv zadarmo.

Pre každý elektrický obvod je splnený Ohmov zákon, podľa ktorého sa EMF pôsobiace v obvode rovná súčtu napätí vo všetkých častiach obvodu. V oscilačnom obvode nie je zdroj prúdu, ale v induktore vzniká samoindukčné EMF, ktoré sa rovná napätiu na kondenzátore.

Záver: náboj kondenzátora sa mení podľa harmonického zákona.

Napätie kondenzátora:
.

Slučkový prúd:
.

Hodnota
- amplitúda sily prúdu.

Rozdiel oproti spoplatneniu
.

Obdobie voľných kmitov v obvode:

Energia elektrického poľa kondenzátora:

Energia magnetického poľa cievky:

Energie elektrického a magnetického poľa sa menia podľa harmonického zákona, ale fázy ich kmitov sú rôzne: keď je energia elektrického poľa maximálna, energia magnetického poľa je nulová.

Celková energia oscilačného systému:
.

AT ideálny obrys celková energia sa nemení.

V procese oscilácií sa energia elektrického poľa úplne premení na energiu magnetického poľa a naopak. To znamená, že energia v každom časovom okamihu sa rovná buď maximálnej energii elektrického poľa, alebo maximálnej energii magnetického poľa.

Skutočný oscilačný obvod obsahuje odpor. Oscilácie v ňom sú tzv blednutiu.

Ohmov zákon má formu:

Ak je tlmenie malé (druhá mocnina frekvencie vlastných kmitov je oveľa väčšia ako druhá mocnina koeficientu tlmenia), logaritmické tlmenie sa zníži:

So silným tlmením (druhá mocnina frekvencie vlastnej oscilácie je menšia ako druhá mocnina koeficientu oscilácie):

Táto rovnica popisuje proces vybíjania kondenzátora cez odpor. Pri absencii indukčnosti nedochádza k osciláciám. Podľa tohto zákona sa mení aj napätie na doskách kondenzátora.

celková energia v skutočnom obvode klesá, pretože pri prechode prúdu sa na odpore R uvoľňuje teplo.

proces prechodu- proces, ktorý sa vyskytuje v elektrických obvodoch pri prechode z jedného režimu činnosti do druhého. Predpokladaný čas ( ), počas ktorej sa parameter charakterizujúci prechodový proces zmení v e-krát.

Pre obvod s kondenzátorom a odporom:
.

Maxwellova teória elektromagnetického poľa:

1 pozícia:

Akékoľvek striedavé elektrické pole vytvára vírivé magnetické pole. Striedavé elektrické pole nazval Maxwell posuvný prúd, pretože ako obyčajný prúd indukuje magnetické pole.

Na detekciu posuvného prúdu sa berie do úvahy prechod prúdu systémom, ktorý obsahuje kondenzátor s dielektrikom.

Hustota predpätia prúdu:
. Prúdová hustota smeruje v smere zmeny intenzity.

Maxwellova prvá rovnica:
- vírové magnetické pole je generované vodivými prúdmi (pohybujúce sa elektrické náboje) a posuvnými prúdmi (striedavé elektrické pole E).

2 pozície:

Akékoľvek striedavé magnetické pole generuje vírivé elektrické pole – základný zákon elektromagnetickej indukcie.

Maxwellova druhá rovnica:
- dáva do súvisu rýchlosť zmeny magnetického toku cez ktorýkoľvek povrch a cirkuláciu vektora intenzity elektrického poľa, ktorý v tomto prípade vzniká.

Akýkoľvek vodič s prúdom vytvára magnetické pole v priestore. Ak je prúd konštantný (v priebehu času sa nemení), potom je konštantné aj súvisiace magnetické pole. Meniaci sa prúd vytvára meniace sa magnetické pole. Vo vnútri vodiča s prúdom je elektrické pole. Preto meniace sa elektrické pole vytvára meniace sa magnetické pole.

Magnetické pole je vírové, pretože čiary magnetickej indukcie sú vždy uzavreté. Veľkosť intenzity magnetického poľa H je úmerná rýchlosti zmeny intenzity elektrického poľa . Smer vektora magnetického poľa spojené so zmenou intenzity elektrického poľa pravidlo pravej skrutky: pravú ruku zaťať v päsť, palec nasmerovať v smere zmeny intenzity elektrického poľa, potom ohnuté 4 prsty naznačia smer čiar intenzity magnetického poľa.

Akékoľvek meniace sa magnetické pole vytvára vírivé elektrické pole, ktorých siločiary sú uzavreté a umiestnené v rovine kolmej na intenzitu magnetického poľa.

Veľkosť intenzity E vírivého elektrického poľa závisí od rýchlosti zmeny magnetického poľa . Smer vektora E súvisí so smerom zmeny magnetického poľa H pravidlom ľavej skrutky: zaťať ľavú ruku v päsť, palec nasmerovať v smere zmeny magnetického poľa, ohnutý štyri prsty budú ukazovať smer čiar vírivého elektrického poľa.

Súbor vírivých elektrických a magnetických polí navzájom prepojených predstavuje elektromagnetického poľa. Elektromagnetické pole nezostáva v mieste vzniku, ale šíri sa priestorom vo forme priečnej elektromagnetickej vlny.

elektromagnetická vlna- toto je rozloženie vírivých elektrických a magnetických polí v priestore navzájom spojených.

Podmienka vzniku elektromagnetickej vlny- pohyb náboja so zrýchlením.

Rovnica elektromagnetických vĺn:

- cyklická frekvencia elektromagnetických kmitov

t je čas od začiatku kmitov

l je vzdialenosť od zdroja vlny k danému bodu v priestore

- rýchlosť šírenia vĺn

Čas, ktorý potrebuje vlna na cestu od zdroja do daného bodu.

Vektory E a H v elektromagnetickej vlne sú kolmé na seba a na rýchlosť šírenia vlny.

Zdroj elektromagnetických vĺn- vodiče, ktorými pretekajú rýchle striedavé prúdy (makroemitory), ako aj excitované atómy a molekuly (mikroemitory). Čím vyššia je frekvencia oscilácií, tým lepšie sú elektromagnetické vlny emitované v priestore.

Vlastnosti elektromagnetických vĺn:

Všetky elektromagnetické vlny priečne

V homogénnom prostredí elektromagnetické vlny šíriť konštantnou rýchlosťou, ktorá závisí od vlastností prostredia:

- relatívna permitivita prostredia

je vákuová dielektrická konštanta,
F/m, Cl2/nm2

- relatívna magnetická permeabilita média

- vákuová magnetická konštanta,
ON 2; H/m

Elektromagnetické vlny odrážané od prekážok, absorbované, rozptýlené, lámané, polarizované, difraktované, rušené.

Objemová hustota energie elektromagnetické pole pozostáva z objemových hustôt energie elektrických a magnetických polí:

Hustota toku energie vĺn - intenzita vĺn:

-Umov-Poyntingov vektor.

Všetky elektromagnetické vlny sú usporiadané v sérii frekvencií alebo vlnových dĺžok (
). Tento riadok je stupnica elektromagnetických vĺn.

Nízkofrekvenčné vibrácie. 0 - 104 Hz. Získané z generátorov. Nevyžarujú dobre.

rádiové vlny. 104 - 1013 Hz. Vyžarované pevnými vodičmi, ktorými prechádzajú rýchlo striedavé prúdy.

Infra červená radiácia- vlny vyžarované všetkými telesami pri teplotách nad 0 K, v dôsledku vnútroatómových a vnútromolekulárnych procesov.

viditeľné svetlo- vlny pôsobiace na oko spôsobujúce zrakový vnem. 380-760 nm

Ultrafialové žiarenie. 10 - 380 nm. Viditeľné svetlo a UV žiarenie vznikajú pri zmene pohybu elektrónov vo vonkajších obaloch atómu.

röntgenové žiarenie. 80-10-5 nm. Vyskytuje sa pri zmene pohybu elektrónov vo vnútorných obaloch atómu.

Gama žiarenie. Vzniká pri rozpade atómových jadier.

Poďme spoločne pochopiť, čo je magnetické pole. Veď veľa ľudí žije v tejto oblasti celý život a ani o tom nepremýšľajú. Je čas to napraviť!

Magnetické pole

Magnetické pole je zvláštny druh hmoty. Prejavuje sa pôsobením na pohybujúce sa elektrické náboje a telesá, ktoré majú vlastný magnetický moment (permanentné magnety).

Dôležité: magnetické pole nepôsobí na stacionárne náboje! Magnetické pole vzniká aj pohybom elektrických nábojov, alebo časovo premenným elektrickým poľom, alebo magnetickými momentmi elektrónov v atómoch. To znamená, že každý drôt, cez ktorý preteká prúd, sa stane magnetom!

Teleso, ktoré má svoje magnetické pole.

Magnet má póly nazývané severný a južný. Označenia "severný" a "južný" sú uvedené len pre pohodlie (ako "plus" a "mínus" v elektrine).

Magnetické pole je reprezentované silové magnetické čiary. Siločiary sú súvislé a uzavreté a ich smer sa vždy zhoduje so smerom síl poľa. Ak sú kovové hobliny rozptýlené okolo permanentného magnetu, kovové častice ukážu jasný obraz magnetických siločiar vystupujúcich zo severu a vstupujúcich do južného pólu. Grafická charakteristika magnetického poľa - siločiary.

Charakteristiky magnetického poľa

Hlavné charakteristiky magnetického poľa sú magnetická indukcia, magnetický tok a magnetická permeabilita. Ale povedzme si o všetkom pekne po poriadku.

Okamžite si všimneme, že všetky merné jednotky sú uvedené v systéme SI.

Magnetická indukcia B - vektorová fyzikálna veličina, ktorá je hlavnou výkonovou charakteristikou magnetického poľa. Označené písmenom B . Jednotka merania magnetickej indukcie - Tesla (Tl).

Magnetická indukcia udáva, aké silné je pole určením sily, ktorou pôsobí na náboj. Táto sila sa nazýva Lorentzova sila.

Tu q - poplatok, v - jeho rýchlosť v magnetickom poli, B - indukcia, F je Lorentzova sila, ktorou pole pôsobí na náboj.

F- fyzikálna veličina rovnajúca sa súčinu magnetickej indukcie v oblasti obrysu a kosínusu medzi vektorom indukcie a normálou k rovine obrysu, cez ktorú prúdi. Magnetický tok je skalárna charakteristika magnetického poľa.

Môžeme povedať, že magnetický tok charakterizuje počet magnetických indukčných čiar prenikajúcich jednotkovou plochou. Magnetický tok sa meria v Weberach (WB).

Magnetická priepustnosť je koeficient, ktorý určuje magnetické vlastnosti média. Jedným z parametrov, od ktorých závisí magnetická indukcia poľa, je magnetická permeabilita.

Naša planéta je už niekoľko miliárd rokov obrovským magnetom. Indukcia magnetického poľa Zeme sa mení v závislosti od súradníc. Na rovníku je to asi 3,1 krát 10 na mínus pätinu Teslu. Okrem toho existujú magnetické anomálie, kde sa hodnota a smer poľa výrazne líšia od susedných oblastí. Jedna z najväčších magnetických anomálií na planéte - Kursk a Brazílska magnetická anomália.

Pôvod magnetického poľa Zeme je pre vedcov stále záhadou. Predpokladá sa, že zdrojom poľa je tekuté kovové jadro Zeme. Jadro sa pohybuje, čo znamená, že roztavená zliatina železa a niklu sa pohybuje a pohyb nabitých častíc je elektrický prúd, ktorý vytvára magnetické pole. Problém je v tejto teórii geodynamo) nevysvetľuje, ako sa pole udržiava stabilné.

Zem je obrovský magnetický dipól. Magnetické póly sa nezhodujú s geografickými, hoci sú v tesnej blízkosti. Okrem toho sa magnetické póly Zeme pohybujú. Ich vysídlenie sa zaznamenáva od roku 1885. Napríklad za posledných sto rokov sa magnetický pól na južnej pologuli posunul takmer o 900 kilometrov a teraz sa nachádza v južnom oceáne. Pól arktickej pologule sa pohybuje cez Severný ľadový oceán smerom k východosibírskej magnetickej anomálii, rýchlosť jeho pohybu (podľa údajov z roku 2004) bola asi 60 kilometrov za rok. Teraz dochádza k zrýchleniu pohybu pólov - v priemere rastie rýchlosť o 3 kilometre za rok.

Aký význam má pre nás magnetické pole Zeme? V prvom rade magnetické pole Zeme chráni planétu pred kozmickým žiarením a slnečným vetrom. Nabité častice z hlbokého vesmíru nepadajú priamo na zem, ale sú odklonené obrovským magnetom a pohybujú sa po jeho siločiarach. Všetko živé je tak chránené pred škodlivým žiarením.

Počas histórie Zeme ich bolo niekoľko inverzie(zmeny) magnetických pólov. Inverzia pólov keď si vymenia miesta. Naposledy sa tento jav vyskytol asi pred 800 000 rokmi a geomagnetických zvratov bolo v histórii Zeme viac ako 400. Niektorí vedci sa domnievajú, že vzhľadom na pozorované zrýchlenie pohybu magnetických pólov by nasledujúci obrat pólov mal byť očakávané v najbližších niekoľkých tisícoch rokov.

Našťastie sa v našom storočí neočakáva žiadne obrátenie pólov. Takže môžete premýšľať o príjemnom a užívať si život v starom dobrom konštantnom poli Zeme, po zvážení hlavných vlastností a charakteristík magnetického poľa. A aby ste to dokázali, sú tu naši autori, ktorým možno s dôverou v úspech zveriť niektoré z výchovných problémov! a iné druhy prác si môžete objednať na odkaze.

Každý človek v modernom svete je obklopený mnohými neviditeľnými vlnami a prvkami: magnetické polia, ultrafialové a röntgenové lúče, signály z mobilných komunikačných staníc. Tieto „entity“ sú však neviditeľné, hoci pôsobia na ľudský organizmus, a možno ich rozpoznať len pomocou špeciálnych prístrojov.

Japonskí vedci však zašli ešte o krok ďalej, aby zviditeľnili vlny neviditeľné pre ľudské oko. Vedci uskutočnili experiment s laboratórnymi potkanmi a naučili tieto zvieratá rozpoznávať magnetické polia pomocou digitálneho kompasu, ktorý bol pripojený k mozgu. Potkany čítali informácie pomocou elektród a kompas dával impulzy, keď sa hlava zvieraťa otočila jedným alebo druhým smerom. Počas experimentu zvieratá nemohli používať orgány zraku, ktoré boli pevne pokryté tkanivom.

Vedci boli veľmi prekvapení, keď si všimli, že hlodavce sa naučili rozpoznávať úplne nový zdroj informácií. Obdobie „tréningu“ sa ukázalo byť dosť krátke – iba dva-tri dni. Potkany sa začali celkom úspešne orientovať vo vesmíre a pri hľadaní potravy prechádzať bludiskami a robili to nemenej efektívne ako bežné zvieratá, ktoré sa dokázali orientovať pomocou vlastných očí.

Vedci veria, že pomocou takejto technológie je možné naučiť človeka „vidieť“ magnetické polia, ultrafialové či röntgenové lúče, bude to pre ňu veľmi užitočná akvizícia.

M magnetické pole- zložka elektromagnetického poľa, pomocou ktorej sa uskutočňuje interakcia medzi pohybujúcimi sa elektricky nabitými časticami.

Magnetické pole spôsobuje silový účinok na pohybujúce sa elektrické náboje. Stacionárne elektrické náboje neinteragujú s magnetickým poľom, ale elementárne častice s nenulovým spinom, ktoré majú vlastný magnetický moment, sú zdrojom magnetického poľa a magnetické pole na ne pôsobí silovo, aj keď sú v pokoji.
Magnetické pole vzniká napríklad v priestore okolo vodiča, ktorým preteká prúd alebo okolo permanentného magnetu.

Vznik magnetického poľa

Na rozdiel od elektrických nábojov nie sú pozorované magnetické náboje, ktoré by vytvárali magnetické pole podobným spôsobom. Teoreticky by takéto náboje, ktoré sa nazývajú magnetické monopoly, mohli existovať. V tomto prípade by elektrické a magnetické polia boli úplne symetrické.

Takže najmenšia jednotka, ktorá dokáže vytvoriť magnetické pole, je magnetický dipól. Magnetický dipól je odlišný v tom, že má vždy dva póly, kde siločiary začínajú a končia. Mikroskopické magnetické dipóly sú spojené so spinmi elementárnych častíc. Nabité elementárne častice, ako sú elektróny, aj neutrálne, napríklad neutróny, majú magnetický dipól. Elementárne častice s nenulovým spinom si možno predstaviť ako malé magnety. Častice s opačnými rotáciami sa zvyčajne párujú, čo vedie ku kompenzácii nimi vytvorených magnetických polí, ale v niektorých prípadoch je možné zarovnať rotácie mnohých častíc v jednom smere, čo vedie k vytvoreniu permanentných magnetov.

Magnetické pole - vzniká aj pohybom elektrických nábojov, teda elektrického prúdu.

Vytvorenie poľa elektrického náboja závisí od referenčného rámca. Vzhľadom na pozorovateľa, ktorý sa pohybuje rovnakou rýchlosťou ako náboj, je náboj stacionárny a takýto pozorovateľ zafixuje ním vytvorené Tilkeho elektrické pole. Iný pozorovateľ, pohybujúci sa inou rýchlosťou, fixuje elektrické aj magnetické pole. Elektrické a magnetické polia sú teda vzájomne prepojené a sú zložkami všeobecného elektromagnetického poľa.

Keď vodičom preteká elektrický prúd, zostáva elektricky neutrálny, no pohybujú sa v ňom nosiče náboja, takže okolo vodiča vzniká iba magnetické pole. Veľkosť tohto poľa je určená Biot-Savartovým zákonom a smer možno určiť pomocou Amperovho pravidla alebo pravidla pravej ruky. Takýmto poľom je vír, t.j. jeho siločiary sú uzavreté.

Magnetické pole je tiež vytvárané striedavým elektrickým poľom. Podľa zákona elektromagnetickej indukcie generuje striedavé magnetické pole striedavé elektrické pole, ktoré je tiež vírom. Vzájomné vytváranie elektrického a magnetického poľa striedavým magnetickým a elektrickým poľom vedie k možnosti šírenia elektromagnetických vĺn v priestore.

Pôsobenie magnetického poľa

Pôsobenie magnetického poľa na pohybujúce sa náboje je určené Lorentzovou silou.
Sila pôsobiaca na vodič s prúdom v magnetickom poli sa nazýva ampérová sila. Sily interakcie vodičov s prúdom sú určené Ampérovým zákonom.
Neutrálne látky bez elektriny môžu byť vtiahnuté do magnetického poľa (paramagnety) alebo z neho vytlačené (diamagnety). Vytlačenie diamagnetov z magnetického poľa môže byť použité na levitáciu.
Feromagnety sú zmagnetizované v magnetickom poli a po odstránení aplikovaného poľa si zachovávajú magnetický moment.

Jednotky

Magnetická indukcia B sa meria v tesárovi v systéme SI a v Gauss v systéme CGS. Intenzita magnetického poľa H sa meria v A/m v systéme CI a v Oersted v systéme CGS.

Meranie

Magnetické pole sa meria magnetometrami. Mechanické magnetometre určujú veľkosť poľa výchylkou prúdovej cievky. Slabé magnetické polia sú merané magnetometrami na základe Josephsonovho javu – SQUID. Magnetické pole možno merať na základe efektu nukleárnej magnetickej rezonancie, Hallovho efektu a iných metód.

Tvorba

Magnetické pole je široko používané v technológii a na vedecké účely. Na jeho vytvorenie sa používajú permanentné magnety a elektromagnety. Rovnomerné magnetické pole možno získať pomocou Helmholtzových cievok. Elektromagnety na supravodičoch sa používajú na vytváranie silných magnetických polí potrebných na činnosť urýchľovačov alebo na obmedzenie plazmy v zariadeniach jadrovej fúzie.