Magnetsko polje. Izvori i svojstva

Magnetsko polje je poseban oblik materije koji stvaraju magneti, vodiči sa strujom (pokretne nabijene čestice) i koji se može detektirati međudjelovanjem magneta, vodiča sa strujom (pokretne nabijene čestice).

Oerstedovo iskustvo

Prvi pokusi (izvedeni 1820.), koji su pokazali da postoji duboka veza između električnih i magnetskih pojava, bili su pokusi danskog fizičara H. Oersteda.

Magnetska igla koja se nalazi u blizini vodiča okreće se za određeni kut kada se u vodiču uključi struja. Kada se krug otvori, strelica se vraća u prvobitni položaj.

Iz iskustva G. Oersteda proizlazi da oko ovog vodiča postoji magnetsko polje.

Iskustvo Ampera
Dva paralelna vodiča, kroz koje teče električna struja, međusobno djeluju: privlače se ako su struje istog smjera, a odbijaju se ako su struje suprotnog smjera. To je zbog međudjelovanja magnetskih polja koja nastaju oko vodiča.

Svojstva magnetskog polja

1. Materijalno, t.j. postoji neovisno o nama i našem znanju o njemu.

2. Stvoreni magnetima, vodičima sa strujom (pokretne nabijene čestice)

3. Otkriveno interakcijom magneta, vodiča sa strujom (pokretne nabijene čestice)

4. Djeluje na magnete, vodiče sa strujom (pokretanje nabijenih čestica) nekom silom

5. U prirodi nema magnetskih naboja. Ne možete odvojiti sjeverni i južni pol i dobiti tijelo s jednim polom.

6. Razlog zašto tijela imaju magnetska svojstva pronašao je francuski znanstvenik Ampère. Ampere je iznio zaključak da su magnetska svojstva svakog tijela određena zatvorenim električnim strujama unutar njega.

Ove struje predstavljaju kretanje elektrona u orbitama u atomu.

Ako su ravnine u kojima te struje cirkuliraju smještene nasumično jedna u odnosu na drugu zbog toplinskog gibanja molekula koje čine tijelo, tada su njihove interakcije međusobno kompenzirane i tijelo ne pokazuje nikakva magnetska svojstva.

I obrnuto: ako su ravnine u kojima rotiraju elektroni međusobno paralelne i pravci normala na te ravnine se podudaraju, tada takve tvari pojačavaju vanjsko magnetsko polje.

7. Magnetske silnice djeluju u magnetskom polju u određenim smjerovima koji se nazivaju magnetske silnice. Uz njihovu pomoć možete jednostavno i jasno prikazati magnetsko polje u određenom slučaju.

Da bismo točnije prikazali magnetsko polje, dogovorili smo se da na onim mjestima gdje je polje jače, prikažu gušće smještene linije sile, tj. bliže jedno drugome. I obrnuto, na mjestima gdje je polje slabije, linije polja prikazane su u manjem broju, tj. rjeđe lociran.

8. Magnetsko polje karakterizira vektor magnetske indukcije.

Vektor magnetske indukcije je vektorska veličina koja karakterizira magnetsko polje.

Smjer vektora magnetske indukcije poklapa se sa smjerom sjevernog pola slobodne magnetske igle u danoj točki.

Smjer vektora indukcije polja i jakost struje I povezani su "pravilom desnog vijka (gimleta)":

ako zavrtite gimlet u smjeru struje u vodiču, tada će se smjer brzine kretanja kraja njegove ručke u danoj točki podudarati sa smjerom vektora magnetske indukcije u ovoj točki.

Uvod

Što je magnetsko polje? Svi su čuli za njega, svi su vidjeli kako se magnetizirana igla kompasa uvijek okreće jednim te istim krajem prema sjevernom magnetskom polu, a drugim krajem uvijek prema južnom magnetskom polu. Ono što čovjeka razlikuje od najinteligentnije životinje je to što je znatiželjan i želi znati zašto se to događa, kako to funkcionira, što se to događa. Da bi objasnio što se događa oko njega, drevni je čovjek izmislio bogove. Duhovi, bogovi u glavama ljudi bili su čimbenici koji su objašnjavali sve što je čovjek vidio, čuo, o čemu je ovisila sreća u lovu i ratu, tko je pomicao Sunce po nebu, tko je organizirao grmljavinu, kišu i snijeg, općenito, sve, sve što se događa. Zamislite, mali unuk priđe djedu, pokaže na munju i pita: što je to, zašto vatra leti iz oblaka u zemlju i tko tamo tako glasno kuca u oblacima? Ako je djed odgovorio: Ne znam, onda ga je unuk sa žaljenjem pogledao i počeo manje poštovati. Ali kad je djed rekao da je bog Yarilo taj koji vozi kola kroz oblake i puca vatrenim strijelama na zle ljude, unuk je slušao i još više poštovao svog djeda. Počeo se manje bojati grmljavine i munja, jer je znao da je dobar, pa Yarilo neće pucati na njega.

U ranom djetinjstvu, kad sam se počeo šaliti, baka Anna je rekla: "Šurka, gledaj, nemoj biti šal, inače će Bog srušiti kamenčić." I istovremeno je pokazala na ikonu u crvenom kutu na polici-božanstvo. Malo sam se ušutio, oprezno pogledao strogog seljaka nacrtanog na ploči, ali sam nekako posumnjao u njegovu sposobnost bacanja kamena. Na klupu stavi tabure, pope se na njega i pogleda na policu iza ikone. Ja tamo nisam vidio kamenčiće, a kad me baka opet počela plašiti, nasmijao se i rekao: “Nema on kamenčića, a općenito je našminkan i ne može se baciti. Na isti način, naš daleki predak je jednom sumnjao da je Yarilo taj koji jaše nebom i gađa strijele. Tada je rođeno racionalno znanje, kada su ljudi počeli sumnjati u svemoć bogova. Ali čime su ih zamijenili? I zamijenili su bogove zakonima prirode i počeli čvrsto vjerovati u te zakone. Ali tamo gdje čovjek ne može objasniti ono što se događa zakonima prirode, ostavio je mjesto bogovima. Zato vjera i znanost koegzistiraju u društvu do danas.

Sjećam se kako su stariji prijatelji nama djeci pokazali trik. Željezni čavao postavljen na stol pomicao se sam od sebe po stolu, a čarobnjak ispod stola pomicao je svoju ruku. Čavao je slijedio ruku. Iznenađeno smo zurili u to i nije nam bilo jasno zašto se čavao miče. Kad sam mami rekla za taj trik, ona mi je objasnila da tip ima magnet u ruci koji privlači željezo na sebe, da tip ispod stola nije samo pomicao svoju ruku, nego je imao magnet u ruci. Tada je to objašnjenje zadovoljilo moju znatiželju, ali malo kasnije već sam htio shvatiti zašto magnet na daljinu - kroz dasku stola, kroz sloj zraka - privlači željezo k sebi. Ni moja majka ni moj otac nisu znali odgovoriti na ovo pitanje. Morao sam čekati do škole. Tamo je na satu fizike profesor objasnio da magnet djeluje na željezo preko magnetskog polja koje stvara oko sebe, da magnet ima dva pola – sjeverni i južni, da sa sjevera izlaze neke nevidljive magnetske linije sile koje savijte se u luku i uđite u Južni pol.

Tada sam prvi put pomislio: to znači da u svijetu, osim vidljivog, čujnog i opipljivog, postoji nešto nevidljivo i nematerijalno. Tada sam pomislio: što ako je Bog nevidljiv i neopipljiv – poput ovog magnetskog polja. Čini se da ga nema nigdje, ali ipak postoji. A na ikonama u obliku seljaka, on je tako glupo prikazan. Nisam tada znao da je na to prije mene mislio filozof Spinoza, koji je Prirodu i Boga počeo smatrati jednim i nerazdvojivim, vidljivim i nevidljivim. Priroda je Bog!

Sjećam se da sam pokušao zamisliti ovo magnetsko polje, koje se sastoji od linija sile, i nisam ništa razumio. Ove retke nisam ni vidio ni čuo. Nisu mirisale ni na što, i tada mi nije bilo baš jasno vjerovati da oko nas može biti nešto što nikako ne osjećamo. Željezni čavli i piljevina osjetili su magnetsko polje i orijentirali se i kretali u njemu, ali ja svojim suptilnim osjetilnim organima nisam osjećao ništa. Ta me inferiornost iskreno tlačila. Ali ne samo ja. A. Einstein je pisao o snažnom iznenađenju svojstvima magneta koji je vidio, a koji mu je kao djetetu otac poklonio za rođendan, iz činjenice da nije mogao shvatiti kako i zašto se javljaju ta privlačna svojstva magneta.

Kad nas je profesor društvenih znanosti već u 10. razredu upoznao s definicijom materije koju je dao V.I. Lenjin: "materija je ono što postoji oko nas i daje nam se u osjetima", ogorčeno sam je upitao: "ali mi ne osjećamo magnetsko polje, ali ono postoji, nije li to materija?" Da, za opažanje svih oblika materije nisu dovoljni sami osjetilni organi, potreban je drugi um, uz pomoć kojeg, ako nešto ne osjećamo, ne osjećamo, onda razumijemo da to postoji. Shvativši to, odlučio sam proučavati znanost i razviti svoj um, nadajući se da će mi to omogućiti da puno razumijem. Ali kako sam širio prostor onoga što mi je bilo razumljivo, neshvatljivo nije nestajalo, nego se samo udaljavalo, a linija horizonta neshvatljivog postajala je duža, kako se krug poznatog povećavao, tako i duljina njegova opsega, sve više i više, dok je krug poznatog postajao sve duži. odvajanje onoga što je moj um razumio od nepoznatog i neshvatljivog, također se povećalo. Ovo je glavni paradoks znanja: što više učimo i razumijemo, to više još ne znamo. Nikola Kuzanski, koji se iz nekog razloga smatra skolastičkim filozofom, pisao je o tom znanstvenom neznanju, iako istina koju je otkrio više govori da je bio dijalektičar.

Prvo spominjanje stijena koje mogu privući željezo datira iz davnih vremena. Uz magnet je vezana stara legenda o pastiru Magnusu koji je jednom otkrio da njegov željezni štap i sandale podstavljene željeznim čavlima privlače nepoznati kamen. Od tada se ovaj kamen naziva "Magnusov kamen", odnosno magnet.

Podrijetlo i suština Zemljinog magnetskog polja, kao i magnetskih polja općenito, do danas ostaje misterij. Postoji mnogo hipoteza - opcija za objašnjenje ovog fenomena, ali istina je još uvijek "vani". Ovako fizičari definiraju magnetsko polje: Magnetsko polje- ovo je polje sile koje djeluje na pokretne električne naboje i na tijela s magnetskim momentom, bez obzira na stanje njihovog gibanja. "I dalje:" Magnetsko polje može biti stvoreno strujom nabijenih čestica i/ili magnetskim momentima elektroni u atomima (i magnetski momenti drugih čestica, iako u znatno manjoj mjeri). Osim toga, pojavljuje se u prisutnosti vremenski promjenjivog električnog polja. "Ne bih rekao da je s logičke točke gledišta ovo briljantna definicija. Reći da je magnetsko polje polje sile znači ne reći ništa, je tautologija. Uostalom, gravitacijsko polje "je također polje sila, a polje nuklearnih sila je polje sila! Naznaka učinka magnetskog polja na pokretne električne naboje nešto govori, ovo je opis jednog od svojstva magnetskog polja. Ali nije jasno djeluje li magnetsko polje izravno na čestice koje imaju električni naboj ili djeluje na magnetska polja koja čine te čestice, a ona (transformirana polja čestica) zauzvrat djeluju na čestice – na njih prenose primljenu količinu gibanja.

Prvi put magnetske pojave počeo je proučavati engleski liječnik i fizičar William Gilbert, koji je napisao djelo "O magnetu, magnetskim tijelima i velikom magnetu - Zemlji". Tada se vjerovalo da elektricitet i magnetizam nemaju ništa zajedničko. Ali početkom XIX stoljeća. Danski znanstvenik G.Kh. Oersted je 1820. eksperimentalno dokazao da je magnetizam jedan od skrivenih oblika elektriciteta, i to eksperimentalno potvrdio. Ovo iskustvo dovelo je do lavine novih otkrića koja su bila od velike važnosti. Oko vodiča s električnom strujom nastaje polje, koje se zvalo magnetski. Snop elektrona koji se gibaju djeluje na magnetsku iglu, slično kao vodič kroz koji teče struja (Ioffeov pokus). Konvekcijske struje električki nabijenih čestica po djelovanju na magnetsku iglu slične su strujama vodljivosti (Eichenwaldov pokus).

Magnetsko polje nastaje samo kretanjem električnih naboja ili pokretna električki nabijena tijela, kao i trajni magneti. Ovo magnetsko polje razlikuje se od električnog polja, koje stvaraju i pokretni i stacionarni električni naboji.

Linije vektora magnetske indukcije (B) uvijek su zatvorene i pokrivaju vodič strujom, a linije električnog polja počinju na pozitivnim i završavaju na negativnim nabojima, otvorene su. Linije magnetske indukcije trajnog magneta izlaze iz jednog pola, koji se naziva sjeverni (N) i ulaze u drugi - južni (S). Isprva se čini da postoji potpuna analogija s linijama jakosti električnog polja (E). Polovi magneta igraju ulogu magnetskih naboja. No, ako magnet prerežete, slika ostaje sačuvana, dobivaju se manji magneti – ali svaki sa svojim sjevernim i južnim polom. Nemoguće je razdvojiti magnetske polove tako da je sjeverni pol na jednom, a južni na drugom dijelu jer slobodni (diskretni) magnetski naboji, za razliku od diskretnih električnih, u prirodi ne postoje.

Magnetska polja koja postoje u prirodi raznolika su po opsegu i učincima koje uzrokuju. Zemljino magnetsko polje, koje čini Zemljinu magnetosferu, prostire se na udaljenosti od 70-80 tisuća kilometara u smjeru Sunca i mnogo milijuna kilometara u suprotnom smjeru. Podrijetlo Zemljinog magnetskog polja povezuje se s kretanjem tekuće tvari koja provodi električki nabijene čestice u zemljinoj jezgri. Jupiter i Saturn imaju snažna magnetska polja. Magnetsko polje Sunca igra važnu ulogu u svim procesima koji se odvijaju na Suncu - baklje, pojava pjega i izbočina, rađanje sunčevih kozmičkih zraka. Magnetsko polje ima široku primjenu u raznim industrijama: kod utovara željeznog otpada, kod čišćenja brašna u pekarama od metalnih nečistoća, a također iu medicini za liječenje pacijenata.

Što je magnetsko polje

Glavna karakteristika snage magnetskog polja je vektor magnetske indukcije. Često se vektor magnetske indukcije jednostavno naziva magnetsko polje radi kratkoće (iako ovo vjerojatno nije najstroža upotreba izraza). Zapravo, vektor je veličina koja ima smjer u prostoru, stoga možemo govoriti o smjeru magnetske indukcije i njezinoj veličini. Ali reći da je magnetsko polje samo smjer magnetske indukcije znači ne objašnjavati puno. Postoji još jedna karakteristika magnetskog polja - vektorski potencijal. Kao glavna karakteristika magnetskog polja u vakuumu nije odabran vektor magnetske indukcije, već vektor jakost magnetskog polja. U vakuumu se ta dva vektora poklapaju, ali ne i u materiji, ali sa sustavnog gledišta to treba smatrati glavnom karakteristikom upravo magnetskog polja vektorski potencijal.

Magnetsko polje se može nazvati posebnom vrstom materije, kroz koju se provodi interakcija između pokretnih nabijenih čestica ili tijela koja imaju magnetski moment. Magnetska polja su nužna (u kontekstu specijalne teorije relativnosti) posljedica postojanja električnih polja. Magnetska i električna polja zajedno tvore elektromagnetsko polje, čije su manifestacije, posebice, svjetlosni i svi drugi elektromagnetski valovi. S gledišta kvantne teorije polja, magnetsku interakciju - kao poseban slučaj elektromagnetske interakcije - nosi temeljni bozon bez mase - foton (čestica koja se može prikazati kao kvantna ekscitacija elektromagnetskog polja), često (na primjer, u svim slučajevima statičkih polja) virtualni. Magnetsko polje nastaje (generira) strujom nabijenih čestica, ili vremenski promjenljivim električnim poljem, ili vlastitim magnetskim momentima čestica (potonji se, radi ujednačenosti slike, mogu formalno reducirati na električne struje).

Po mom mišljenju, te su definicije vrlo nejasne. Jasno je da magnetsko polje nije praznina, već posebna vrsta materije – dio stvarnog svijeta. Jasno je da je magnetsko polje neraskidivo povezano s kretanjem električnih naboja - električnom strujom. Ali nije jasno kako magnetsko polje s električnim poljem formira jedno elektromagnetsko polje. Najvjerojatnije postoji određeno jedinstveno polje, koje se, ovisno o okolnostima, manifestira ili kao magnetsko polje ili kao električno. Baš kao nekakav hermafrodit, koji u određenim okolnostima može biti dječak, au drugim - djevojčica.

Sila koja djeluje na električki nabijenu česticu koja se kreće u magnetskom polju naziva se Lorentzova sila. Ta je sila uvijek usmjerena okomito na vektor brzina čestica - v i vektorski potencijal magnetskog polja - B. Ta je sila proporcionalna naboju čestice q, njegova brzina v, okomito na smjer vektora magnetskog polja B a proporcionalna je veličini indukcije magnetskog polja B. Da objasnim onima koji su potpuno zaboravili školsku fiziku: sila je razlog koji uzrokuje ubrzanje gibanja tijela. Ovdje sila ne djeluje na masu čestice, već na njezin naboj. U tome se Lorentzova sila razlikuje od sile gravitacije, koja djeluje na masu čestica (tijela), budući da je masa tijela njegov gravitacijski naboj.

Magnetsko polje djeluje i na vodič kroz koji teče struja. Sila koja djeluje na vodič kroz koji teče struja naziva se amperova sila. Ta je sila zbroj sila koje djeluju na pojedinačne električne naboje koji se kreću unutar vodiča. Ovo je struja, mjerena u amperima.

Kada dva magneta međusobno djeluju, isti se polovi međusobno odbijaju, a suprotni polovi privlače. Međutim, detaljna analiza pokazuje da se zapravo ne radi o potpuno ispravnom opisu fenomena. Nije jasno zašto se dipoli nikada ne mogu razdvojiti u okviru takvog modela. Eksperiment pokazuje da nijedno izolirano tijelo zapravo nema magnetski naboj istog predznaka. Svako magnetizirano tijelo ima dva pola – sjeverni i južni. Na magnetski dipol smješten u nejednolično magnetsko polje djeluje sila koja ga nastoji zakrenuti tako da je magnetski moment dipola suusmjeren (poklapa se po smjeru) s magnetskim poljem u kojem se taj magnetski dipol nalazi.

Godine 1831. Michael Faraday otkrio je da zatvoreni vodič, kada se stavi u promjenjivo magnetsko polje, proizvodi električnu struju. Ova pojava je nazvana elektromagnetska indukcija.

M. Faraday otkrio je da je elektromotorna sila (EMS) koja se javlja u zatvorenom vodljivom krugu proporcionalna brzini promjene magnetskog toka koji prolazi kroz dio električnog kruga koji se nalazi u tom magnetskom polju. Vrijednost (EMF) ne ovisi o tome što uzrokuje promjenu toka - promjena samog magnetskog polja ili kretanje dijela kruga u magnetskom polju. Električna struja uzrokovana EMF-om naziva se inducirana struja. Ovo otkriće omogućilo je stvaranje generatora električne struje i stvaranje, zapravo, našeg električna civilizacija. Tko bi 30-ih godina XIX stoljeća mogao pomisliti da je otkriće M. Faradaya epohalno civilizacijsko otkriće koje je odredilo budućnost čovječanstva?

S druge strane, magnetsko polje se može stvarati i mijenjati (slabiti ili pojačati) izmjeničnim električnim poljem koje stvaraju električne struje u obliku tokova nabijenih čestica. Mikroskopska struktura tvari stavljene u izmjenično magnetsko polje utječe na jakost struje koja u njoj nastaje. Neke strukture oslabljuju nastalu električnu struju, dok je druge pojačavaju u različitim stupnjevima. Jedno od prvih istraživanja magnetskih svojstava materije proveo je Pierre Curie. U tom smislu, tvari u odnosu na njihova magnetska svojstva dijele se u dvije glavne skupine:

1. Feromagneti - tvari u kojima se ispod određene kritične temperature (Curiejeve točke) uspostavlja dalekometni feromagnetski poredak magnetskih momenata čestica tvari.

2. Antiferomagneti - tvari kod kojih je uspostavljen antiferomagnetski poredak magnetskih momenata čestica tvari - atoma ili iona: magnetski momenti čestica tvari usmjereni su suprotno i jednake su jakosti.

Također postoje tvari dijamagneta i tvari paramagneta.

Dijamagneti su tvari koje su magnetizirane suprotno od smjera vanjskog magnetskog polja.

Paramagneti su tvari koje se magnetiziraju u vanjskom magnetskom polju u smjeru vanjskog magnetskog polja.

Vrste uređenja magnetskih momenata atoma u paramagnetskim (a), feromagnetskim (b) i antiferomagnetskim (c) tvarima. Slika sa stranice: http://encyclopaedia.biga.ru/enc/science_and_technology/ MAGNITI_I_MAGNITNIE_SVOSTVA_VESHCHESTVA.html

Gore navedene skupine tvari uglavnom uključuju uobičajene čvrste, tekuće i plinovite tvari. Supravodiči i plazme bitno se od njih razlikuju po interakciji s magnetskim poljem. Magnetsko polje feromagneta (primjer je željezo) vidljivo je na znatnim udaljenostima. Magnetska svojstva paramagneta slična su onima feromagneta, ali su mnogo manje izražena – na manjoj udaljenosti. Dijamagnete magnet ne privlači, već ih odbija, sila koja djeluje na dijamagnete usmjerena je suprotno od one koja djeluje na feromagnete i paramagnete. Prema Lenzovom pravilu, magnetsko polje električne struje inducirane u magnetskom polju usmjereno je na takav način da se suprotstavi promjeni magnetskog toka koji inducira tu struju. Želim napomenuti da interakcija izmjeničnog magnetskog polja i električne struje inducirane njime i električnog polja odgovara Le Chatelierovom principu. To nije ništa drugo nego automatsko kočenje procesa, koje je svojstveno svim procesima koji se odvijaju u stvarnom svijetu.

Prema Le Chatelierovom principu, svaki proces koji se odvija u svijetu rađa proces koji ima suprotan smjer i usporava proces koji ga uzrokuje. Po mom mišljenju, to je jedan od glavnih zakona svemira, na koji iz nekog razloga ni fizičari ni filozofi ne obraćaju dužnu pažnju.

Sve tvari su magnetske u većoj ili manjoj mjeri. Ako se dva vodiča s električnim strujama stave u bilo koji medij, tada se jakost magnetskog međudjelovanja između struja mijenja. Indukcija magnetskog polja koju stvaraju električne struje u tvari razlikuje se od indukcije magnetskog polja koju stvaraju iste struje u vakuumu. Fizička veličina koja pokazuje koliko se puta indukcija magnetskog polja u homogenom mediju razlikuje u apsolutnoj vrijednosti od indukcije magnetskog polja u vakuumu naziva se magnetska permeabilnost. Vakuum ima najveću magnetsku permeabilnost.

Magnetska svojstva tvari određena su magnetskim svojstvima atoma – elektrona, protona i neutrona koji izgrađuju atome. Magnetska svojstva protona i neutrona su gotovo 1000 puta slabija od magnetskih svojstava elektrona. Stoga su magnetska svojstva tvari uglavnom određena elektronima koji čine njezine atome.

Jedno od najvažnijih svojstava elektrona je da on osim električnog ima i magnetsko polje. Vlastito magnetsko polje elektrona, koje navodno nastaje rotacijom oko svoje osi, naziva se spinsko polje (spin - rotacija). Ali elektron također stvara magnetsko polje zbog svog kretanja oko atomske jezgre, što se može usporediti s kružnom mikrostrujom. Spinska polja elektrona i magnetska polja zbog njihovih orbitalnih gibanja određuju širok raspon magnetskih svojstava tvari.

Ponašanje paramagneta (1) i dijamagneta (2) u nehomogenom magnetskom polju. Slika sa stranice: http://physics.ru/courses/op25part2/content/chapter1/section/paragraph19/theory.html

Tvari su vrlo raznolike u svojim magnetskim svojstvima. Na primjer, platina, zrak, aluminij, željezni klorid su paramagnetici, a bakar, bizmut, voda su dijamagnetici. Paramagnetski i dijamagnetski uzorci postavljeni u nehomogeno magnetsko polje između polova elektromagneta ponašaju se različito - paramagneti se uvlače u područje jakog polja, dok se dijamagneti, naprotiv, guraju iz njega. Para- i dijamagnetizam se objašnjava ponašanjem orbita elektrona u vanjskom magnetskom polju. U atomima dijamagnetskih tvari, u nedostatku vanjskog polja, vlastita magnetska polja elektrona i polja stvorena njihovim orbitalnim gibanjem potpuno su kompenzirana. Pojava dijamagnetizma povezana je s djelovanjem Lorentzove sile na elektronske orbite. Pod djelovanjem ove sile mijenja se priroda orbitalnog gibanja elektrona i narušava se kompenzacija magnetskih polja. Ispada da je rezultirajuće vlastito magnetsko polje atoma usmjereno suprotno od smjera indukcije vanjskog polja.

U atomima paramagnetskih tvari, magnetska polja elektrona nisu u potpunosti kompenzirana, a atom se ispostavlja sličnim maloj kružnoj struji. U nedostatku vanjskog polja, ove kružne mikrostruje su proizvoljno usmjerene, tako da je ukupna magnetska indukcija nula. Vanjsko magnetsko polje ima orijentacijski učinak - mikrostruje se nastoje orijentirati tako da su njihova vlastita magnetska polja usmjerena u smjeru indukcije vanjskog polja. Uslijed toplinskog gibanja atoma, orijentacija mikrostruja nikada nije potpuna. S povećanjem vanjskog polja, orijentacijski učinak raste, tako da indukcija intrinzičnog magnetskog polja paramagnetskog uzorka raste izravno proporcionalno indukciji vanjskog magnetskog polja. Ukupna indukcija magnetskog polja u uzorku zbroj je indukcije vanjskog magnetskog polja i indukcije vlastitog magnetskog polja koje je nastalo tijekom procesa magnetiziranja.

Atomi bilo koje tvari imaju dijamagnetska svojstva, ali u mnogim je slučajevima njihov dijamagnetizam prikriven jakim paramagnetskim učinkom. Fenomen dijamagnetizma otkrio je M. Faraday 1845. godine.

Feromagneti se mogu jako magnetizirati u magnetskom polju, njihova magnetska permeabilnost je vrlo visoka. Skupina koja se razmatra uključuje četiri kemijska elementa: željezo, nikal, kobalt, gadolinij. Od njih željezo ima najveću magnetsku propusnost. Razne legure ovih elemenata mogu biti feromagneti, na primjer, keramički feromagnetski materijali - feriti.

Za svaki feromagnet postoji određena temperatura (tzv. temperatura ili Curiejeva točka), iznad koje feromagnetska svojstva nestaju, a tvar postaje paramagnet. Za željezo je npr. Curiejeva temperatura 770°C, za kobalt 1130°C, za nikal 360°C.

Feromagnetski materijali su magnetski meki i magnetski tvrdi. Magnetski meki feromagnetski materijali gotovo su potpuno demagnetizirani kada vanjsko magnetsko polje postane nula. Meki magnetski materijali uključuju, na primjer, čisto željezo, električni čelik i neke legure. Ovi materijali se koriste u izmjeničnim uređajima kod kojih dolazi do kontinuiranog preokreta magnetizacije, odnosno do promjene smjera magnetskog polja (transformatori, elektromotori i sl.).

Magnetski tvrdi materijali zadržavaju svoju magnetizaciju u velikoj mjeri čak i nakon što su uklonjeni iz magnetskog polja. Primjeri magnetski tvrdih materijala su ugljični čelik i niz posebnih legura. Magnetski tvrdi materijali koriste se uglavnom za proizvodnju trajnih magneta.

Karakteristična značajka procesa magnetizacije feromagneta je histereza, odnosno ovisnost magnetizacije o pretpovijesti uzorka. Krivulja magnetizacije B (B0) feromagnetskog uzorka je petlja složenog oblika, koja se naziva petlja histereze.

Ovisnost magnetske permeabilnosti feromagneta o indukciji vanjskog magnetskog polja. Feromagnet se u početku magnetizira brzo, ali nakon što postigne maksimum, magnetizira se sve sporije. Slika sa stranice: http://physics.ru/courses/op25part2/content/chapter1/section/paragraph19/theory.html

Tipična petlja histereze za magnetski tvrdi feromagnetski materijal. U točki 2 postiže se magnetsko zasićenje. Segment 1-3 određuje rezidualnu magnetsku indukciju, a segment 1-4 - koercitivnu silu, koja karakterizira sposobnost uzorka da se odupre demagnetizaciji. Slika sa stranice: http://encyclopaedia.biga.ru/enc/science_and_technology/ MAGNITI_I_MAGNITNIE_SVOSTVA_VESHCHESTVA.html

Priroda feromagnetizma može se razumjeti na temelju kvantnih koncepata. Feromagnetizam se objašnjava prisutnošću intrinzičnih (spinskih) magnetskih polja elektrona. U kristalima feromagnetskih materijala nastaju uvjeti u kojima, zbog jake interakcije spinskih magnetskih polja susjednih elektrona, njihova paralelna orijentacija postaje energetski povoljna. Kao rezultat takve interakcije unutar feromagnetskog kristala nastaju spontano magnetizirana područja. Ta se područja nazivaju domenama. Svaka domena je mali permanentni magnet.

Ilustracija procesa magnetizacije feromagnetskog uzorka: a - materija u odsutnosti vanjskog magnetskog polja: njezini pojedinačni atomi, koji su mali magneti, raspoređeni su nasumično; b - magnetizirana tvar: pod djelovanjem vanjskog polja, atomi su usmjereni jedan prema drugome određenim redoslijedom u skladu sa smjerom vanjskog polja. Riža. sa stranice: http://encyclopaedia.biga.ru/enc/science_and_technology/MAGNITI_I_MAGNITNIE_SVOSTVA_VESHCHESTVA.html

Domene u teoriji magnetizma su mala magnetizirana područja materijala u kojima su momenti magnetskog polja atoma usmjereni paralelno jedni s drugima. Domene su međusobno odvojene prijelaznim slojevima koji se nazivaju Blochovi zidovi. Slika prikazuje dvije domene suprotne magnetske orijentacije i Blochov zid između njih s posrednom orijentacijom. Slika sa stranice: http://encyclopaedia.biga.ru/enc/science_and_technology/ MAGNITI_I_MAGNITNIE_SVOSTVA_VESHCHESTVA.html U nedostatku vanjskog magnetskog polja, smjerovi vektora indukcije magnetskog polja u različitim domenama nasumično su orijentirani u velikom kristalu. Utvrđeno je da je takav kristal nemagnetiziran. Kada se primijeni vanjsko magnetsko polje, granice domena se pomiču tako da se volumen domena orijentiranih duž vanjskog polja povećava. S povećanjem indukcije vanjskog polja raste i magnetska indukcija magnetizirane tvari. U vrlo jakom magnetskom vanjskom polju, domene u kojima se vlastito magnetsko polje poklapa u smjeru s vanjskim poljem apsorbiraju sve druge domene i dolazi do magnetskog zasićenja.

Međutim, treba imati na umu da su svi ti crteži i domene i atomi prikazani na njima samo dijagrami ili modeli stvarnih fenomena magnetizma, ali ne i sami fenomeni. Koriste se sve dok nisu u suprotnosti s promatranim činjenicama.

Jednostavan elektromagnet dizajniran za hvatanje opterećenja. Izvor energije je DC baterija. Prikazane su i linije sile elektromagnetskog polja koje se mogu detektirati uobičajenom metodom željeznih strugotina. Slika sa stranice: http://encyclopaedia.biga.ru/enc/science_and_technology/ MAGNITI_I_MAGNITNIE_SVOSTVA_VESHCHESTVA.htmll

Pojava magnetskog polja u blizini vodiča kroz koji prolazi istosmjerna električna struja prikazana je elektromagnetom. Struja teče kroz žicu koja je omotana oko feromagnetske šipke. Sila magnetiziranja u ovom slučaju jednaka je umnošku veličine električne struje u svitku s brojem zavoja u njemu. Ova sila se mjeri u amperima. Jakost magnetskog polja H jednaka sili magnetiziranja po jedinici duljine zavojnice. Dakle, vrijednost H mjereno u amperima po metru; određuje magnetizaciju koju je stekao materijal unutar zavojnice. U vakuumu magnetska indukcija B proporcionalna jakosti magnetskog polja H. Indukcija magnetskog polja je vektorska veličina, koja je karakteristika sile magnetskog polja. Smjer magnetske indukcije podudara se sa smjerom koji pokazuje magnetska igla u magnetskom polju, a modul tog vektora jednak je omjeru modula magnetske sile koja djeluje na okomito nabijenu česticu koja se kreće i modula brzinu i naboj te čestice. Magnetska indukcija prema SI mjeri se u teslama (T). U CGS sustavu, magnetska indukcija se mjeri u gaussu (gauss). U ovom slučaju, 1 T = 104 Gs.

Veliki elektromagneti sa željeznim jezgrama i vrlo velikim brojem zavoja, koji rade u kontinuiranom načinu rada, imaju veliku silu magnetiziranja. Oni stvaraju magnetsku indukciju u razmaku između polova do 6 tesla (T). Veličina indukcije ograničena je mehaničkim naprezanjima, zagrijavanjem zavojnica i magnetskim zasićenjem jezgre.

Niz golemih elektromagneta (bez jezgre) s vodenim hlađenjem i postrojenja za stvaranje pulsirajućih magnetskih polja dizajnirao je P.L. Kapitsa na Cambridgeu i na Institutu za fizičke probleme Akademije znanosti SSSR-a, kao i F. Bitter na Tehnološkom institutu u Massachusettsu. Na takvim magnetima bilo je moguće postići indukciju do 50 T. Relativno mali elektromagnet koji proizvodi polja do 6,2 T, troši električnu energiju od 15 kW i hladi se tekućim vodikom, razvijen je u Nacionalnom laboratoriju Losalamos. Slična magnetska polja postižu se na vrlo niskim temperaturama.

Vektor magnetske indukcije smatra se jednom od fizikalnih veličina koje su temeljne u teoriji elektromagnetizma, može se pronaći u velikom broju jednadžbi, u nekim slučajevima izravno, a ponekad kroz jakost magnetskog polja koja je s njim povezana. Jedino područje u klasičnoj teoriji elektromagnetizma, u kojem ne postoji vektor magnetske indukcije, je možda samo čista elektrostatika.

Ampère je 1825. predložio da električne mikrostruje kolaju u svakom atomu magneta. No, elektron je otkriven tek 1897., a model unutarnje strukture atoma - 1913., gotovo 100 godina nakon Ampèreova briljantnog pogađanja. W. Weber je 1852. predložio da je svaki atom magnetske tvari maleni magnetski dipol. Konačna ili potpuna magnetizacija tvari postiže se kada su svi pojedinačni atomski magneti poredani određenim redoslijedom. Weber je vjerovao da je molekularno ili atomsko "trenje" pomoglo ovim elementarnim magnetima da održe svoj red. Njegova je teorija objasnila magnetiziranje tijela kada dođu u dodir s magnetom i njihovu demagnetizaciju udarcem ili zagrijavanjem. "Razmnožavanje" magneta također je objašnjeno kada se magnetizirani komad ili magnetska šipka razreže na komade, pri čemu svaki komad uvijek ima dva pola. Međutim, ova teorija nije objasnila niti podrijetlo samih elementarnih magneta niti fenomen histereze. Godine 1890. Weberovu teoriju poboljšao je J. Ewing, koji je hipotezu o atomskom trenju zamijenio idejom o međuatomskim ograničavajućim silama koje pomažu u održavanju reda elementarnih dipola koji čine trajni magnet.

Godine 1905. P. Langevin objasnio je ponašanje paramagnetskih materijala pripisujući svakom atomu unutarnju nekompenziranu struju elektrona. Prema Langevinu, upravo te struje tvore sićušne magnete, nasumično usmjerene kada nema vanjskog magnetskog polja, ali poprimaju uređenu orijentaciju nakon njegove primjene. U ovom slučaju, aproksimacija potpunog uređenja odgovara zasićenju magnetizacije. Langevin je uveo koncept magnetskog momenta atomskog magneta, jednakog umnošku "magnetskog naboja" i udaljenosti između polova. Prema ovoj teoriji, slabi magnetizam paramagnetskih materijala objašnjava se slabim neto magnetskim momentom koji stvaraju nekompenzirane struje elektrona.

Godine 1907. P. Weiss uveo je koncept "domena", koji je postao važan doprinos modernoj teoriji magnetizma. Pojedinačna domena može imati linearne dimenzije reda veličine 0,01 mm. Domene su međusobno odvojene takozvanim Blochovim stijenkama čija debljina ne prelazi 1000 atomskih dimenzija. Takve stijenke su "prijelazni slojevi", odnosno mikrogradijenti u magnetskoj nanostrukturi tvari, u kojima se mijenja smjer magnetizacije domene. Postoje dvije uvjerljive eksperimentalne potvrde postojanja domena. Godine 1919. G. Barkhausen je utvrdio da kada se vanjsko polje primijeni na uzorak feromagnetskog materijala, njegova se magnetizacija mijenja u malim diskretnim dijelovima. Da bi se otkrila domenska struktura magneta metodom praškastih likova, kap koloidne suspenzije feromagnetskog praha (željeznog oksida) nanosi se na dobro uglačanu površinu magnetiziranog materijala. Čestice praha talože se uglavnom na mjestima najveće nehomogenosti magnetskog polja - na granicama domena. Takva se struktura može proučavati pod mikroskopom. Razvijena je metoda za proučavanje magnetskog polja, koja se temelji na prolasku polarizirane svjetlosti kroz prozirni feromagnetski materijal.

Slobodni atom željeza ima dvije svoje ljuske ( K i L), najbliže jezgri, ispunjene su elektronima, od kojih su dva na prvom, a osam na drugom. NA K-ljuska, spin jednog od elektrona je pozitivan, a drugog negativan. NA L-ljusci (točnije, u njezine dvije podljuske), četiri od osam elektrona imaju pozitivne spinove, a ostala četiri negativne spinove. U oba slučaja, spinovi elektrona unutar iste ljuske potpuno se poništavaju, tako da je ukupni magnetski moment atoma jednak nuli. NA M-ljuska, situacija je drugačija, jer od šest elektrona u trećoj podljusci, pet elektrona ima spinove, smjer

Magnetsko polje i njegove karakteristike

Plan predavanja:

Magnetsko polje, njegova svojstva i karakteristike.

Magnetsko polje- oblik postojanja materije koja okružuje pokretne električne naboje (vodiči sa strujom, trajni magneti).

Ovaj naziv je zbog činjenice da, kako je otkrio danski fizičar Hans Oersted 1820. godine, ima orijentacijski učinak na magnetsku iglu. Oerstedov pokus: magnetska igla postavljena je ispod žice s strujom koja se okreće na igli. Kada je struja uključena, postavljena je okomito na žicu; pri promjeni smjera struje okretala se u suprotnom smjeru.

Glavna svojstva magnetskog polja:

nastaje pokretnim električnim nabojem, vodičima s strujom, trajnim magnetima i izmjeničnim električnim poljem;

djeluje silom na pokretne električne naboje, vodiče s strujom, magnetizirana tijela;

izmjenično magnetsko polje stvara izmjenično električno polje.

Iz Oerstedovog iskustva proizlazi da je magnetsko polje usmjereno i mora imati karakteristiku vektorske sile. Označava se i naziva magnetska indukcija.

Magnetsko polje grafički se prikazuje pomoću magnetskih linija sile ili linija magnetske indukcije. magnetska sila linije nazivaju se linije duž kojih se nalaze željezne strugotine ili osi malih magnetskih strelica u magnetskom polju. U svakoj točki takve linije vektor je usmjeren tangencijalno.

Linije magnetske indukcije uvijek su zatvorene, što ukazuje na nepostojanje magnetskih naboja u prirodi i vrtložnu prirodu magnetskog polja.

Uobičajeno, oni napuštaju sjeverni pol magneta i ulaze u južni. Gustoća linija je odabrana tako da je broj linija po jedinici površine okomito na magnetsko polje proporcionalan veličini magnetske indukcije.

H

Magnetski solenoid sa strujom

Smjer linija određen je pravilom desnog vijka. Solenoid - zavojnica sa strujom, čiji su zavoji smješteni blizu jedan drugom, a promjer zavoja je mnogo manji od duljine zavojnice.

Magnetsko polje unutar solenoida je jednoliko. Magnetsko polje se naziva homogenim ako je vektor konstantan u bilo kojoj točki.

Magnetsko polje solenoida slično je magnetskom polju šipkastog magneta.

S
Olenoid s strujom je elektromagnet.

Iskustvo pokazuje da za magnetsko polje, kao i za električno polje, princip superpozicije: indukcija magnetskog polja koju stvara nekoliko struja ili pokretnih naboja jednaka je vektorskom zbroju indukcija magnetskih polja koje stvara svaka struja ili naboj:

Vektor se unosi na jedan od 3 načina:

a) iz Amperovog zakona;

b) djelovanjem magnetskog polja na petlju sa strujom;

c) iz izraza za Lorentzovu silu.

Ampere je eksperimentalno utvrdio da je sila kojom magnetsko polje djeluje na element vodiča sa strujom I, koji se nalazi u magnetskom polju, izravno proporcionalna sili

struja I i vektorski umnožak elementa duljine i magnetske indukcije:

- Amperov zakon

H
Smjer vektora može se pronaći prema općim pravilima vektorskog umnoška iz kojih slijedi pravilo lijeve ruke: ako je dlan lijeve ruke postavljen tako da u njega ulaze magnetske silnice, a 4 ispružene prsti su usmjereni duž struje, tada će savijeni palac pokazati smjer sile.

Sila koja djeluje na žicu konačne duljine može se pronaći integracijom po cijeloj duljini.

Za I = const, B=const, F = BIlsin

Ako je  =90 0 , F = BIl

Indukcija magnetskog polja- vektorska fizikalna veličina numerički jednaka sili koja djeluje u jednoličnom magnetskom polju na vodič jedinične duljine s jediničnom strujom, koji se nalazi okomito na silnice magnetskog polja.

1Tl je indukcija jednolikog magnetskog polja, pri čemu na vodič duljine 1m sa strujom od 1A, koji se nalazi okomito na silnice magnetskog polja, djeluje sila od 1N.

Do sada smo razmatrali makrostruje koje teku u vodičima. Međutim, prema Ampereovoj pretpostavci, u svakom tijelu postoje mikroskopske struje zbog kretanja elektrona u atomima. Ove mikroskopske molekularne struje stvaraju vlastito magnetsko polje i mogu se okretati u poljima makrostruja, stvarajući dodatno magnetsko polje u tijelu. Vektor karakterizira rezultirajuće magnetsko polje stvoreno svim makro- i mikrostrujama, tj. za istu makrostruju, vektor u različitim medijima ima različite vrijednosti.

Magnetsko polje makrostruja opisuje se vektorom magnetskog intenziteta .

Za homogeni izotropni medij

,

 0 \u003d 410 -7 H / m - magnetska konstanta,  0 \u003d 410 -7 N / A 2,

 - magnetska permeabilnost medija, koja pokazuje koliko se puta mijenja magnetsko polje makrostruja zbog polja mikrostruja medija.

magnetski tok. Gaussov teorem za magnetski tok.

vektorski tok(magnetski tok) kroz jastučić dS naziva se skalarna vrijednost jednaka

gdje je projekcija na pravac normale na mjesto;

 - kut između vektora i .

element usmjerene površine,

Vektorski fluks je algebarska veličina,

ako - prilikom napuštanja površine;

ako - na ulazu u površinu.

Tok vektora magnetske indukcije kroz proizvoljnu plohu S jednak je

Za uniformno magnetsko polje = const,

1 Wb - magnetski tok koji prolazi kroz ravnu površinu od 1 m 2 koja se nalazi okomito na uniformno magnetsko polje, čija je indukcija jednaka 1 T.

Magnetski tok kroz plohu S brojčano je jednak broju magnetskih silnica koje prelaze zadanu plohu.

Budući da su linije magnetske indukcije uvijek zatvorene, za zatvorenu površinu broj linija koje ulaze u površinu (F 0), dakle, ukupni tok magnetske indukcije kroz zatvorenu površinu jednak je nuli.

- Gaussov teorem: tok vektora magnetske indukcije kroz bilo koju zatvorenu površinu jednak je nuli.

Ovaj teorem je matematički izraz činjenice da u prirodi ne postoje magnetski naboji na kojima bi počinjale ili završavale linije magnetske indukcije.

Biot-Savart-Laplaceov zakon i njegova primjena na proračun magnetskih polja.

Magnetsko polje istosmjernih struja raznih oblika potanko je proučavao fr. znanstvenici Biot i Savart. Utvrdili su da je u svim slučajevima magnetska indukcija u proizvoljnoj točki proporcionalna jakosti struje, ovisi o obliku, dimenzijama vodiča, položaju te točke u odnosu na vodič i o mediju.

Rezultate ovih pokusa sažeo je fr. matematičar Laplace, koji je uzeo u obzir vektorsku prirodu magnetske indukcije i postavio hipotezu da je indukcija u svakoj točki, prema principu superpozicije, vektorski zbroj indukcija elementarnih magnetskih polja koje stvara svaki odsječak ovog vodiča.

Laplace je 1820. godine formulirao zakon koji je nazvan Biot-Savart-Laplaceov zakon: svaki element vodiča s strujom stvara magnetsko polje, čiji je vektor indukcije u nekoj proizvoljnoj točki K određen formulom:

- Biot-Savart-Laplaceov zakon.

Iz Biot-Sovar-Laplaceovog zakona proizlazi da se smjer vektora poklapa sa smjerom umnoška. Isti smjer daje pravilo desnog vijka (gimleta).

S obzirom na to,

Element vodiča u istom smjeru sa strujom;

Radijus vektor koji se spaja s točkom K;

Biot-Savart-Laplaceov zakon je od praktične važnosti, jer omogućuje pronalaženje u određenoj točki prostora indukcije magnetskog polja struje koja teče kroz vodič konačne veličine i proizvoljnog oblika.

Za proizvoljnu struju takav izračun je složen matematički problem. Međutim, ako raspodjela struje ima određenu simetriju, tada primjena načela superpozicije zajedno s Biot-Savart-Laplaceovim zakonom omogućuje relativno jednostavan izračun specifičnih magnetskih polja.

Pogledajmo neke primjere.

A. Magnetsko polje pravocrtnog vodiča sa strujom.

za vodič konačne duljine:

za vodič beskonačne duljine:  1 = 0,  2 = 

B. Magnetsko polje u središtu kružne struje:

=90 0 , sin=1,

Oersted je 1820. eksperimentalno otkrio da je cirkulacija u zatvorenom krugu koji okružuje sustav makrostruja proporcionalna algebarskom zbroju tih struja. Koeficijent proporcionalnosti ovisi o izboru sustava jedinica i u SI je jednak 1.

C
kruženje vektora naziva se integral zatvorene petlje.

Ova formula se zove teorem o cirkulaciji ili zakon totalne struje:

kruženje vektora jakosti magnetskog polja po proizvoljnom zatvorenom strujnom krugu jednako je algebarskom zbroju makrostruja (ili ukupne struje) obuhvaćenih tim strujnim krugom. mu tehnički podaci U prostoru koji okružuje struje i trajne magnete postoji sila polje nazvao magnetski. Dostupnost magnetski polja pojavi se...

O stvarnoj strukturi elektromagnetskog polja i mu karakteristikeširenje u obliku ravnih valova.

Članak >> Fizika

O REALNOJ STRUKTURI ELEKTROMAGNET POLJA I MU KARAKTERISTIKEŠIRENJE U OBLIKU RAVNIŠKIH VALOVA ... druge komponente jednog polja: elektromagnetski polje s vektorskim komponentama i, električnim polje s komponentama i magnetski polje sa komponentama...

Magnetski polje, strujni krugovi i indukcija

Sažetak >> Fizika

... polja). Osnovni, temeljni karakteristika magnetski polja je mu vektorska sila magnetski indukcija (vektor indukcije magnetski polja). u SI magnetski... sa magnetski trenutak. Magnetski polje i mu parametri Smjer magnetski linije i...

Magnetski polje (2)

Sažetak >> Fizika

Dio vodiča AB s strujom u magnetski polje okomito mu magnetski linije. Kada je prikazano na slici ... vrijednost ovisi samo o magnetski polja i može poslužiti mu kvantitativni karakteristika. Ova vrijednost je uzeta...

Magnetski materijali (2)

Sažetak >> Ekonomija

Materijali koji su u interakciji sa magnetski polje izraženo u mu promjena, kao i kod drugih ... i nakon prestanka izlaganja magnetski polja.jedan. Glavni tehnički podaci magnetski materijaliMagnetska svojstva materijala karakteriziraju...

Magnetsko polje

Slika linije magnetskog polja generiran permanentnim magnetom u obliku šipke. željezne strugotine na komadu papira.

Vidi također: Elektromagnetsko polje

Vidi također: Magnetizam

Magnetsko polje- moć polje djelujući na kretanje električni naboji a na tijelima sa magnetski moment, bez obzira na njihovu državu pokreta ; magnetska komponenta elektromagnetsko polje .

Magnetsko polje se može stvoriti struja nabijenih čestica i/ili magnetski momenti elektroni u atomi(i magnetski momenti drugih čestice, iako u znatno manjoj mjeri) stalni magneti).

Osim toga, pojavljuje se u prisutnosti vremenski promjenjivog električno polje.

Glavna karakteristika snage magnetskog polja je vektor magnetske indukcije (vektor indukcije magnetskog polja) . S matematičke točke gledišta - vektorsko polje, definiranje i konkretiziranje fizikalnog pojma magnetskog polja. Često se vektor magnetske indukcije jednostavno naziva magnetsko polje radi kratkoće (iako ovo vjerojatno nije najstroža upotreba izraza).

Druga temeljna karakteristika magnetskog polja (alternativna magnetska indukcija i blisko povezana s njom, praktički jednaka njoj u fizičkoj vrijednosti) je vektorski potencijal .

Magnetsko polje se može nazvati posebnom vrstom materije , kroz koje se provodi međudjelovanje između pokretnih nabijenih čestica ili tijela koja imaju magnetski moment.

Magnetska polja su neophodna (u kontekstu ) posljedica je postojanja električnih polja.

Zajedno, magnetski i električni forme polja elektromagnetsko polje, čije su manifestacije, posebice, svjetlo i svi ostali Elektromagnetski valovi.

Struja(I), prolazeći kroz vodič, stvara magnetsko polje (B) oko vodiča.

S gledišta kvantne teorije polja, magnetska interakcija - kao poseban slučaj elektromagnetska interakcija nošen temeljnim bezmasenim bozon - foton(čestica koja se može prikazati kao kvantna ekscitacija elektromagnetskog polja), često (npr. u svim slučajevima statičkih polja) - virtualna.

1 Izvori magnetskog polja

2 Izračun

3 Manifestacija magnetskog polja

• 3.1 Međudjelovanje dvaju magneta

  3.2 Fenomen elektromagnetske indukcije

4 Matematičko predstavljanje

• 4.1 Mjerne jedinice

5 Energija magnetskog polja

6 Magnetska svojstva tvari

7 Toki Fuko

8 Povijest razvoja ideja o magnetskom polju

9 Vidi također

Izvori magnetskog polja

Magnetsko polje se stvara (generira) struja nabijenih čestica, ili vremenski promjenjiv električno polje, ili vlastiti magnetski momentičestice (posljednje se, radi ujednačenosti slike, mogu formalno svesti na električne struje).

izračun

U jednostavnim slučajevima, magnetsko polje vodiča kojim teče struja (uključujući slučaj struje proizvoljno raspoređene po volumenu ili prostoru) može se pronaći iz Biot-Savart-Laplaceov zakon ili teoremi o cirkulaciji(ona je Amperov zakon). U principu, ova metoda je ograničena na slučaj (aproksimacija) magnetostatika- odnosno slučaj stalnih (ako govorimo o strogoj primjenjivosti) ili bolje rečeno sporo promjenjivih (ako govorimo o približnoj primjeni) magnetskih i električnih polja.

U složenijim situacijama traži se rješenje Maxwellove jednadžbe.

Manifestacija magnetskog polja

Magnetsko polje očituje se djelovanjem na magnetske momente čestica i tijela, na gibajuće nabijene čestice (ili vodiče sa strujom). Sila koja djeluje na električki nabijenu česticu koja se giba u magnetskom polju naziva se Lorentzova sila, koji je uvijek usmjeren okomito na vektore v i B . Proporcionalna je naplatitičestice q, komponenta brzine v, okomito na smjer vektora magnetskog polja B, i veličina indukcije magnetskog polja B. NA Međunarodni sustav jedinica(SI) Lorentzova sila izražava se ovako:

u jedinicama GHS:

gdje uglate zagrade označavaju vektorski proizvod.

Također (zbog djelovanja Lorentzove sile na nabijene čestice koje se kreću duž vodiča), magnetsko polje djeluje na dirigent s Trenutno. Sila koja djeluje na vodič kojim teče struja naziva se snagom Ampera. Ta je sila zbroj sila koje djeluju na pojedinačne naboje koji se kreću unutar vodiča.

Interakcija dvaju magneta

Jedna od najčešćih manifestacija magnetskog polja u svakodnevnom životu je interakcija dva magneti: Kao što se polovi odbijaju, suprotni polovi se privlače. Čini se primamljivim opisati interakciju između magneta kao interakciju između dva monopola, a s formalnog gledišta ova je ideja sasvim izvediva i često vrlo zgodna, a time i praktično korisna (u izračunima); međutim, detaljna analiza pokazuje da se zapravo ne radi o potpuno ispravnom opisu fenomena (najočitije pitanje koje se ne može objasniti u okviru takvog modela je pitanje zašto se monopoli nikada ne mogu odvojiti, odnosno zašto eksperiment pokazuje da niti jedno izolirano tijelo zapravo nema magnetski naboj; osim toga, slabost modela je što nije primjenjiv na magnetsko polje koje stvara makroskopska struja, što znači da, ako se ne promatra kao čisto formalna tehnika, ona vodi samo kompliciranju teorije u temeljnom smislu).

Ispravnije bi bilo tako reći magnetski dipol, postavljen u nehomogeno polje, djeluje sila koja ga nastoji rotirati tako da je magnetski moment dipola suusmjeren s magnetskim poljem. Ali niti jedan magnet ne doživljava (ukupnu) silu jednolikog magnetskog polja. Sila koja djeluje na magnetski dipol s magnetskim momentom m izražen formulom :

Sila koja djeluje na magnet (koji nije jednotočkasti dipol) iz nehomogenog magnetskog polja može se odrediti zbrajanjem svih sila (definiranih ovom formulom) koje djeluju na elementarne dipole koji čine magnet.

Međutim, moguć je pristup koji interakciju magneta svodi na Ampèreovu silu, a sama gornja formula za silu koja djeluje na magnetski dipol također se može dobiti na temelju Ampèreove sile.

Fenomen elektromagnetske indukcije

Glavni članak: Elektromagnetska indukcija

Ako teći vektora magnetske indukcije kroz zatvorenu petlju mijenja se u vremenu, u ovoj petlji postoji EMF elektromagnetska indukcija, generiran (u slučaju fiksnog strujnog kruga) vrtložnim električnim poljem koje proizlazi iz promjene magnetskog polja s vremenom (u slučaju magnetskog polja koje se ne mijenja s vremenom i promjene protoka zbog kretanja provodničkog kruga takva EMF nastaje djelovanjem Lorentzove sile).

Matematičko predstavljanje

Magnetsko polje u makroskopskom opisu predstavljeno je s dva različita vektorska polja, označen kao H i B.

H nazvao jakost magnetskog polja; B nazvao magnetska indukcija. Termin magnetsko polje odnosi se na oba ova vektorska polja (iako se povijesno prvenstveno odnosilo na H).

Magnetska indukcija B je glavni karakteristika magnetskog polja, jer, prvo, određuje silu koja djeluje na naboje, i drugo, vektore B i E zapravo su sastavni dijelovi jednog tenzor elektromagnetskog polja. Slično, količine se kombiniraju u jedan tenzor H i električna indukcija D. S druge strane, podjela elektromagnetskog polja na električno i magnetsko potpuno je uvjetna i ovisi o izboru referentnog sustava, pa je vektor B i E treba zajednički razmatrati.

Međutim, u vakuumu (u nedostatku magneta), a time i na osnovnoj mikroskopskoj razini, H i B podudaranje (u sustavu SI do uvjetnog konstantnog faktora, i in GHS- potpuno), što u načelu omogućuje autorima, osobito onima koji ne koriste SI, da se odluče za temeljni opis magnetskog polja H ili B proizvoljno, što često koriste (osim toga, slijedeći tradiciju u tome). Autori koji koriste SI sustav sustavno daju prednost u tom pogledu vektoru B, makar samo zato što je kroz njega izravno izražena Lorentzova sila.

Jedinice

Vrijednost B u jedinicama SI mjereno u teslach(Ruska oznaka: Tl; međunarodna: T), u sustavu GHS- u gauss(Ruska oznaka: Gs; međunarodna: G). Odnos između njih izražava se omjerima: 1 Gs = 1·10 -4 T i 1 Tl = 1·10 4 Gs.

vektorsko polje H mjereno u ampera na metar(A/m) u sustavu SI i u Oersteds(Ruska oznaka: É; međunarodna: Oe) u GHS. Povezanost između njih izražava se relacijom: 1 oersted = 1000/(4π) A/m ≈ 79,5774715 A/m.

Energija magnetskog polja

Povećanje gustoće energije magnetskog polja je:

H - jakost magnetskog polja,

B - magnetska indukcija

U aproksimaciji linearnog tenzora magnetska permeabilnost jesti tenzor(označavamo ga ) i množenje vektora njime je množenje tenzora (matrice):

ili u komponentama .

Gustoća energije u ovoj aproksimaciji jednaka je:

Komponente tenzora magnetska permeabilnost,

Tenzor predstavljen matricom, obrnuti matrica tenzora magnetske permeabilnosti,

-magnetska konstanta

Prilikom odabira koordinatnih osi koje se podudaraju s glavnim osima tenzora magnetske permeabilnosti, formule u komponentama su pojednostavljene:

Dijagonalne komponente tenzora magnetske permeabilnosti u vlastitim osima (ostale komponente u tim posebnim koordinatama - i samo u njima! - jednake su nuli).

U izotropnom linearnom magnetu:

Relativni magnetska permeabilnost

U vakuumu i:

Energija magnetskog polja u induktoru može se pronaći po formuli:

F - magnetski tok,

L- induktivnost zavojnica ili zavojnica sa strujom.

Magnetska svojstva tvari

S temeljne točke gledišta, kao što je gore spomenuto, magnetsko polje može biti stvoreno (i stoga - u kontekstu ovog odlomka - i oslabljeno ili ojačano) izmjeničnim električnim poljem, električnim strujama u obliku tokova nabijenih čestica ili magnetski momenti čestica.

Specifične mikroskopske strukture i svojstva različitih tvari (kao i njihovih smjesa, legura, agregacijskih stanja, kristalnih modifikacija itd.) dovode do toga da se na makroskopskoj razini mogu ponašati sasvim drugačije pod djelovanjem vanjskog magnetskog polja ( posebno, slabljenje ili pojačavanje u različitim stupnjevima).

S tim u vezi, tvari (i mediji općenito) u odnosu na njihova magnetska svojstva dijele se u sljedeće glavne skupine:

Antiferomagneti- tvari u kojima se uspostavlja antiferomagnetski narudžba magnetski momenti atomi ili ioni: magnetski momenti tvari usmjereni su suprotno i jednake su jakosti.

Dijamagneti- tvari koje su magnetizirane suprotno od smjera vanjskog magnetskog polja.

Paramagneti- tvari koje se magnetiziraju u vanjskom magnetskom polju u smjeru vanjskog magnetskog polja.

feromagneti- tvari u kojima se ispod određene kritične temperature (Curiejeve točke) uspostavlja dalekometni feromagnetski red magnetskih momenata

Ferimagneti- materijali u kojima su magnetski momenti tvari suprotno usmjereni i nisu jednake jakosti.

Gore navedene skupine tvari uglavnom uključuju obične krute ili (nekima) tekuće tvari, kao i plinove. Značajno drugačija interakcija s magnetskim poljem supravodiči i plazma.

Toki Foucault

Glavni članak: Toki Foucault

Foucaultove struje (vrtložne struje) – zatvorene električne struje u masivnom dirigent koji proizlaze iz promjene u prodornom magnetski tok. Oni su inducirane struje, koja nastaje u vodljivom tijelu bilo uslijed promjene vremena magnetskog polja u kojem se nalazi, ili kao rezultat gibanja tijela u magnetskom polju, što dovodi do promjene magnetskog toka kroz tijelo ili bilo koji njegov dio. Prema Lenzovo pravilo, magnetsko polje Foucaultovih struja usmjereno je tako da se suprotstavi promjeni magnetskog toka koji inducira te struje .

Povijest razvoja ideja o magnetskom polju

Jedan od prvih crteža magnetskog polja ( Rene Descartes, 1644)

Iako su magneti i magnetizam bili poznati mnogo ranije, proučavanje magnetskog polja počelo je 1269. godine, kada je francuski znanstvenik Petar Peregrin(Vitez Pierre od Mericourta) označio je magnetsko polje na površini sferičnog magneta pomoću čeličnih igala i utvrdio da se rezultirajuće linije magnetskog polja sijeku u dvije točke, što je nazvao " motke»po analogiji s polovima Zemlje. Gotovo tri stoljeća kasnije, William Gilbert Colchester koristio djelo Petra Peregrinusa i prvi put definitivno ustvrdio da je sama Zemlja magnet. Objavljeno 1600., Gilbertovo djelo « De Magnete » , postavio je temelje magnetizma kao znanosti.

Godine 1750 John Michell izjavio je da se magnetski polovi privlače i odbijaju prema zakonu inverznih kvadrata. Charles Augustin de Coulomb eksperimentalno je provjerio ovu izjavu 1785. godine i izričito izjavio da se Sjeverni i Južni pol ne mogu odvojiti. Na temelju ove snage koja postoji između polova, Simeon Denis Poisson, (1781.-1840.) stvorio je prvi uspješan model magnetskog polja koji je predstavio 1824. godine. U ovom modelu, magnetsko H-polje stvaraju magnetski polovi, a magnetizam je posljedica nekoliko parova (sjever/jug) magnetskih polova (dipola).

Tri su otkrića zaredom dovela u pitanje ovu "osnovu magnetizma". Prvo, 1819 Hans Christian Oersted otkrio da električna struja stvara magnetsko polje oko sebe. Zatim, 1820. André-Marie Ampère pokazao je da se paralelne žice kojima teče struja u istom smjeru privlače jedna drugu. Konačno, Jean-Baptiste Biot i Felix Savard godine 1820. otkrili su zakon tzv Biot-Savart-Laplaceov zakon, koji je točno predvidio magnetsko polje oko bilo koje žice pod naponom.

Proširujući te pokuse, Ampère je 1825. objavio svoj uspješan model magnetizma. U njemu je pokazao ekvivalentnost električne struje u magnetima, a umjesto dipola magnetskih naboja u Poissonovom modelu predložio je ideju da je magnetizam povezan sa strujnim petljama koje stalno teku. Ova ideja objašnjava zašto se magnetski naboj nije mogao izolirati. Osim toga Ampere je donio zakon nazvan po njemu, koji je, kao i Biot-Savart-Laplaceov zakon, ispravno opisao magnetsko polje stvoreno istosmjernom strujom, a također je uveden teorem o cirkulaciji magnetskog polja. Također u ovom djelu Ampère je uveo pojam " elektrodinamika opisati odnos između elektriciteta i magnetizma.

Godine 1831 Michael Faraday otkrio je elektromagnetsku indukciju kada je otkrio da izmjenično magnetsko polje stvara elektricitet. On je stvorio definiciju ovog fenomena, koji je poznat kao Faradayev zakon elektromagnetske indukcije. Kasnije Franz Ernst Neumann dokazao da je za vodič koji se kreće u magnetskom polju indukcija posljedica Ampèreova zakona. Istovremeno je predstavio vektorski potencijal elektromagnetskog polja, za koji se kasnije pokazalo da je ekvivalentan osnovnom mehanizmu koji je predložio Faraday.

Godine 1850 Lord Kelvin, tada poznat kao William Thomson, razlika između dvaju magnetskih polja označena je kao polja H i B. Prvi je bio primjenjiv na Poissonov model, a drugi na Ampèreov model indukcije. Osim toga, zaključio je H i B povezani jedni s drugima.

Između 1861. i 1865. god James Clerk Maxwell razvijen i objavljen Maxwellove jednadžbe koji je objasnio i spojio elektricitet i magnetizam u klasična fizika. Prva kompilacija ovih jednadžbi objavljena je u članku 1861. pod naslovom « Na fizičkim linijama sile » . Utvrđeno je da su ove jednadžbe valjane, iako nepotpune. Maxwell je dovršio svoje jednadžbe u svom kasnijem radu iz 1865 « Dinamička teorija elektromagnetskog polja » i utvrdio da je svjetlost elektromagnetski val. Heinrich Hertz eksperimentalno je potvrdio ovu činjenicu 1887.

Iako jakost magnetskog polja pokretnog električnog naboja implicirana u Amperovom zakonu nije bila izričito navedena, 1892. Hendrik Lorenz izveo iz Maxwellovih jednadžbi. Istodobno je u osnovi zaokružena klasična teorija elektrodinamike.

Dvadeseto stoljeće proširilo je poglede na elektrodinamiku, zahvaljujući pojavi teorije relativnosti i kvantne mehanike. Albert Einstein u svom radu iz 1905. godine, gdje je potkrijepljena njegova teorija relativnosti, pokazao je da su električna i magnetska polja dio istog fenomena, promatrana u različitim referentnim okvirima. (Cm. Problem s pokretnim magnetom i vodičem - misaoni eksperiment, što je na kraju pomoglo Einsteinu da se razvije posebna teorija relativnosti). Konačno, kvantna mehanika bio je kombiniran s elektrodinamikom da bi se formirao kvantna elektrodinamika(QED).

Elementi Zemljinog magnetskog polja
		Karakteristika magnetskog polja Zemlje, kao i svakog magnetskog polja, je njegova napetost F odnosno njegove komponente. Za dekompoziciju vektora F komponente se obično uzimaju kao pravokutni koordinatni sustav, u kojem je x-os orijentirana u smjeru geografskog meridijana, y - u smjeru paralele, dok se smjer x-osi smatra pozitivnim na sjever, a y-os na istok. Z-os će u ovom slučaju biti usmjerena odozgo prema dolje prema središtu Zemlje.
	Postavimo ishodište koordinata u točku gdje se odvija promatranje jakosti magnetskog polja Zemlje. Projekcija tog vektora na x-osu naziva se sjeverna komponenta, projekcija na y-os - istočna komponenta i projekcija na z-osu - vertikalna komponenta, a označavaju se sa Hx, Hy, Hz odnosno. projekcija F na horizontalnoj ravni zove se horizontalna komponenta H. Vertikalna ravnina u kojoj leži vektor F, Zove se ravnina magnetskog meridijana, a kut između geografskog i magnetskog meridijana - magnetska deklinacija, koji je označen sa D. Na kraju, kut između horizontalne ravnine i smjera vektora F Zove se magnetska inklinacija ja. Lako je vidjeti da s takvim rasporedom koordinatnih osi, kao što je prikazano na slici, pozitivan deklinacija će biti istočna, tj. kada vektor H odstupio od sjevera prema istoku, i negativan- zapadnjački. Raspoloženje ja pozitivno kada vektor F okrenut prema dolje od Zemljine površine, što je slučaj na sjevernoj hemisferi, i negativan, kada F usmjerena prema gore, tj. na južnoj hemisferi. F ili H- međunarodne oznake punog vektora Zemljinog magnetskog polja odnosno magnitude drevnog polja. Ponekad se jakost Zemljinog magnetskog polja označava sa T, ali je također označen modul punog vektora. deklinacija D, nagib ja, horizontalna komponenta H, okomita komponenta Hz, sjeverni hx i istočni Hy komponente se nazivaju elementi zemaljskog magnetizma , koje se mogu smatrati koordinatama kraja vektora F u različitim koordinatnim sustavima. Na primjer, Hx, Hy, Hz- ništa više od koordinata kraja vektora F u pravokutni koordinatni sustav; Hz, H i D- koordinate u cilindrični sustav i F D i ja- koordinate u sferni sustav koordinate. U svakom od ova tri sustava koordinate su neovisne jedna o drugoj. Količine Hx, Hy, Hz i H u nekim slučajevima tzv komponente napajanja Zemljino magnetsko polje, i D i ja - kutak. Kao što opažanja pokazuju, nijedan od elemenata zemaljskog magnetizma ne ostaje konstantan u vremenu, već kontinuirano mijenja svoju vrijednost iz sata u sat i iz godine u godinu. Takve promjene nazivaju se varijacije elemenata zemaljskog magnetizma . Promatraju li se te varijacije u kratkom vremenskom razdoblju (reda reda jednog dana), može se uočiti da su one periodične prirode, ali su im periodi, amplitude i faze izrazito raznoliki. Ako se promatranja provode dulje vrijeme (nekoliko godina) uz godišnje određivanje prosječne godišnje vrijednosti elemenata, tada je lako ustanoviti da se i prosječne godišnje vrijednosti mijenjaju, ali priroda promjene je već monotoni, a njihova se periodičnost otkriva tek s vrlo dugim trajanjem promatranja (reda od nekoliko desetaka i stotina godina) . Spore varijacije elemenata zemaljskog magnetizma nazivaju se svjetovne varijacije , njihova vrijednost je obično nekoliko desetaka ljestvica godišnje. Dobne varijacije elementi povezani su s izvorima koji leže unutar kugle, a uzrokovani su istim razlozima kao i Zemljino magnetsko polje. Promjena prosječnih godišnjih vrijednosti elementa tijekom godine naziva se st. naravno . Prolazne varijacije periodične prirode, vrlo različite amplitude, imaju svoj izvor u električnim strujama u visokim slojevima atmosfere. Podaci o brzim varijacijama Zemljinog magnetskog polja u obliku satne i minutne vrijednosti elemenata zemaljskog magnetizma predstavljen na web stranici Svjetski podatkovni centar za solarno-zemaljsku fiziku.

Gauss-Krugerova projekcija

Iz Wikipedije, slobodne enciklopedije

(preusmjereno s " Gauss-Krugerov koordinatni sustav»)

Gauss-Krugerova projekcija- poprečni cilindrični jednakokutan kartografska projekcija razvili njemački znanstvenici Carl Gauss i Louis Kruger. Korištenje ove projekcije omogućuje prikazivanje prilično značajnih područja zemljine površine gotovo bez značajnih izobličenja i, što je vrlo važno, izgradnju sustava ravnih pravokutne koordinate. Ovaj sustav je najjednostavniji i najprikladniji za inženjerske i topografske i geodetske radove. .

Stoga je sam koncept nastao u elektrodinamici istodobno s konceptom "električnog polja". Prvi ga je uveo M. Faraday, a nešto kasnije J. Maxwell, kako bi objasnio zašto električni naboji imaju tako relativno kratak domet interakcije.

U eteru

Očevi elektrodinamike smatrali su da polje nastaje deformacijom etera - nevidljivog spekulativnog medija koji ispunjava sve što postoji (Einstein je, radeći na teoriji relativnosti, ukinuo pojam etera). Iako to modernim ljudima može izgledati čudno, ali sve do 20. stoljeća fizičari doista nisu sumnjali u nekakvu tvar koja prožima sve. Kako nastaju magnetska polja i kakva je njihova priroda, fizičari nisu mogli objasniti.

Kada je specijalna teorija relativnosti (SRT) ušla u upotrebu, a eter je "službeno uklonjen", prostor je postao "prazan", međutim, polja su nastavila međudjelovati čak iu vakuumu, a to je nemoguće među nematerijalnim objektima (barem prema SRT-u), pa su fizičari smatrali potrebnim dodijeliti neke atribute električnim i magnetskim poljima. Stvaraju se pojmovi kao što su masa, zamah i energija polja.

Svojstva magnetskog polja

Njegovo prvo svojstvo objašnjava prirodu njegovog podrijetla: magnetsko polje može nastati samo pod utjecajem pokretnih naboja (elektrona) električne struje. Karakteristika snage magnetskog polja naziva se magnetska indukcija, prisutna je u bilo kojoj točki polja.

Djelovanje polja se proteže samo na pokretne naboje, magnete i vodiče. Može biti dvije vrste: promjenjiva i trajna. Magnetsko polje može se mjeriti samo uz pomoć posebnih instrumenata, ono nije fiksirano ljudskim osjetilima (iako biolozi vjeruju da neke životinje mogu uočiti promjene u njemu). Bit još jednog svojstva magnetskog polja je da ima elektrodinamičku prirodu, ne samo zato što može utjecati samo na pokretne naboje, već i zato što je samo generirano kretanjem naboja.

Kako vidjeti

Iako ljudska osjetila ne mogu otkriti prisutnost magnetskog polja, njegov se smjer može odrediti pomoću magnetizirane igle. Međutim, možete "vidjeti" magnetsko polje pomoću lista papira i jednostavnih željeznih strugotina. Potrebno je staviti list papira na permanentni magnet, a odozgo posuti piljevinu, nakon čega se željezni strugoti redaju duž zatvorenih i kontinuiranih linija sile.

Smjer linija sile određuje se pomoću pravila desne ruke, koje se također naziva pravilo gimleta. Ako uzmete vodič u ruku tako da je palac u smjeru struje (struja se kreće od minusa prema plusu), tada će preostali prsti pokazati smjer linija sile.

Geomagnetizam

Magnetska polja stvaraju pokretni naboji, ali kakva je onda priroda geomagnetizma? Naš planet ima magnetsko polje koje ga štiti od štetnog sunčevog zračenja, a promjer polja je nekoliko puta veći od promjera Zemlje. Heterogenog je oblika, na "sunčanoj strani" se skuplja pod utjecajem sunčevog vjetra, a na noćnoj se rasteže u obliku dugog širokog repa.

Vjeruje se da na našem planetu magnetska polja nastaju kretanjem struja u jezgri, koja se sastoji od tekućeg metala. To se naziva "hidromagnetski dinamo". Kada tvar dosegne temperaturu od nekoliko tisuća stupnjeva Kelvina, njezina vodljivost postaje dovoljno visoka da pokreti, čak i u mediju sa slabom magnetizacijom, počnu stvarati električne struje, koje zauzvrat stvaraju magnetska polja.

U lokalnim područjima, magnetska polja stvaraju magnetizirane stijene iz gornjih slojeva planeta koje tvore zemljinu koru.

Kretanje pola

Od 1885. godine počinje registracija kretanja magnetskih polova. Tijekom prošlog stoljeća južni pol (pol južne hemisfere) pomaknuo se 900 kilometara, a sjeverni (arktički) magnetski pol pomaknuo se 120 kilometara u 11 godina od 1973. godine, te još 150 kilometara u sljedećih deset godina. Arktik Pole se povećao s 10 kilometara godišnje na 60.

Iako znanstvenici znaju kako nastaje Zemljino magnetsko polje, ne mogu utjecati na pomicanje polova i pretpostavljaju da će uskoro doći do nove inverzije. Ovo je prirodan proces, ovo nije prvi put na planetu, ali kako će takav proces ispasti za ljude, ne zna se.