Що є джерелом магнітного поля

Магнітним називають поле, яке впливає на всі рухомі заряди та матеріали (тіла), що володіють магнітними властивостями. Створені ним сили переміщують стрілку компаса, забезпечують функціональність статоров електричних двигунів.

Історія розвитку уявлень про магнітне поле

Здатність деяких матеріалів притягувати (відштовхувати) собі подібні і металеві предмети відома багато сотень років. Перші документовані наукові дослідження з даної теми проведено в середині 13 століття. За допомогою сталевих голок вчений із Франції зміг отримати реалістичне лінійний розподіл силових потоків і сходження їх в двох точках на протилежних сторонах сферичного зразка. Ці місця були названі «полюсами».

Майже три століття знадобилося для формулювання відповідності даних точок полюсів планети (північним та південним). В середині 18 століття визначена зворотна квадратична залежність силового потенціалу.

Поштовхом для подальшого розвитку теорій стало розширене використання електрики для вирішення практичних завдань. Нижче перераховані найважливіші тематичні відкриття (автори):

• освіту магнітного поля навколо провідника з електричним струмом (Х. К. Ерстед);
• тяжіння двох таких провідників при однаковій полярності підключення до джерела, теорія магнетизму в замкнутих контурах (Ампер);
• створення електричного струму змінним магнітним полем і формулювання індукції (М. Фарадей);
• визначення векторних параметрів поля (Е. Нейман);
• створення рівнянь, які об'єднують магнетизм і електрику (Д. К. Максвелл);
• формулювання єдності електричних і магнітних полів (А. Ейнштейн).

Природа виникнення магнітних полів

Дане поле є різновидом матерії, яка робить силову дію на вироби з магнітними властивостями (електричні заряди). Єдине електромагнітне поле проявляється як відповідне випромінювання. У певному діапазоні хвиль це видиме світло.

До відома. Електроенергію слід оцінювати в комплексі, щоб отримати повні відомості про потенціал сил, методах застосування.

Як уявити магнітне поле

Щоб отримувати наочне і більш точне зображення силових ліній, подрібнюють об'єкти для експерименту, вирівнюють поверхню. Замість голок можна взяти залізну тирсу, розсипати їх рівномірно на аркуші тонкого картону або іншого нейтрального матеріалу. Полімерна основа не підійде через можливе накопичення «паразитного» статичного заряду. З нижнього боку підносять постійний магніт.

Які бувають магнітні поля

Силове поле даної категорії утворюється магнітними моментами електронів і інших частинок в намагніченому матеріалі або в постійних магнітах. Аналогічний результат можна отримати, якщо підключити до джерела струму провідник.

Джерела магнітного поля

Джерела магнітного поля існують в природі. Їх створюють спеціально для вирішення різних практичних задач. У наступному переліку наведені популярні вироби, компоненти яких функціонують на основі відповідних принципів. Що є джерелом магнітного поля, можна з'ясувати після розбирання:

• електродвигуна;
• реле;
• запірного пристрою.

Магнетит і інші матеріали

Особливі властивості цього мінералу відомі з часів Стародавньої Греції. Структура магнетиту складена з кристалічних груп іонів кисню і заліза (двох, – і тривалентного). Типові параметри:

• пористість – 2,2-9,6%;
• низька електропровідність – 240-260 Ом-1см-1, зменшується в кілька разів при зменшенні (збільшенні) температури.

Аналогічними властивостями володіють Ішкулов, тітангомагнетіт, Мушкетова.

обчислення

Для отримання точних результатів в електродинаміки застосовують рівняння Максвелла.Спрощені формули (закони Ампера, Біо-Савара-Лапласа) застосовують для обчислення робочих параметрів статичних або дуже повільно змінюються магнітних полів.

Прояв магнітного поля

Коли частка з зарядом (q) переміщається в магнітному полі, на неї виявляється вплив силою Лоренца (F), Яка спрямована перпендикулярно векторах швидкості (v) І поля (B):

Взаємодія двох магнітів

Базові властивості притягатися (відштовхуватися) різними (однаковими) полюсами пояснюють привабливість застосування схем з монополіями для розрахунків, вимірювань, вирішення окремих практичних завдань. Однак насправді подібні елементи ніколи не можуть бути створені шляхом поділу звичайного диполя. Це доводить відсутність магнітного заряду ізольованого тіла.

постійні магніти

Такі вироби створюють на основі нікелю, кобальту та інших матеріалів. Головна особливість – збереження магнітних властивостей після відключення зовнішнього джерела. Корисні властивості визначаються стабільністю характеристик в експлуатаційному температурному діапазоні.

Тяжіння і відштовхування

Якщо диполь помістити в магнітне поле, на нього буде впливати сила, що повертає в напрямку збігу векторів. Щоб не вимірювати експериментально, базові параметри можна визначити за допомогою наступних простих правил.

Правою рукою пальцем охоплюють провідник. Піднятий вгору великий палець направляють в сторону руху струму (від мінусової клеми до плюсової). У цьому випадку інші пальці покажуть спрямованість силових ліній.

Провідник зі струмом, розташований між двома полюсами постійного магніту, буде переміщатися. Дізнатися напрямок можна за допомогою лівої руки. Руку відкривають долонею вгору. Чотири пальці розташовують в сторону електричного струму.

Домени

Цим терміном позначають область в феромагнітному матеріалі з однаковою поляризацією. Мається на увазі аналогічна спрямованість силових ліній поля. Іноді відповідні великі ділянки можна побачити (виміряти) без застосування збільшувальних приладів.

Явище електромагнітної індукції

Зміна магнітного потоку (згодом) супроводжується виникненням електрорушійної сили. Аналогічний результат отримують переміщенням в поле провідника. Створений ток називають індукційним.

математичне подання

У класичних формулах застосовують кілька основних величин (магнітних):

• B – індукція (визначає силу впливу на заряди);
• H – напруженість.

Одиниці виміру

Індукція може вимірюватися в Тесла (Тл) при використанні міжнародного стандарту СІ або в Гаус (Гс) при роботі з нормативами СГС. Напруженість – в амперах на метр (ерстедах) для СІ (СНС), відповідно.

Енергія магнітного поля

енергію (W) Обчислюють по зміні щільності із застосуванням формули:

Застосувавши матричне множення векторних величин з урахуванням певної магнітної проникності матеріалу (m), отримують оцінку потенціалу. Для практичних розрахунків застосовують вираз:

де:

• I – струм в провіднику;
• L – індуктивність одиничного витка або котушки;
• Ф – магнітний потік.

Магнітні властивості речовин

Нижче подано властивості різних груп речовин з урахуванням особливостей магнітних властивостей:

• феримагнетики – протилежна спрямованість магнітних моментів;
• парамагнетики (Діамагнетик) – намагніченість збігається (протилежна) лініях зовнішнього силового поля;
• антиферомагнетики – хаотичне розташування моментів.

Токи Фуко

Таким терміном називають струми, які утворюються в провідному матеріалі в ході зміни з часом або при переміщенні магнітного потоку.

Характеристики магнітного поля

Сила впливу (Лоренца) визначається величиною магнітної індукції разом зі швидкістю переміщення провідника. Магнітний потік (Ф) визначається наступною залежністю:

Отримання енергії з магнітного поля Землі

Найпростіший генератор можна створити з рамки, яка обертається поперек ліній силового поля планети.

З урахуванням незначної величини магнітного потоку практичне застосування подібних конструкцій безглуздо.

Відео