Et magnetfelt. Kilder og egenskaper

Et magnetfelt er en spesiell form for materie som skapes av magneter, ledere med strøm (bevegende ladede partikler) og som kan detekteres ved interaksjon av magneter, ledere med strøm (bevegende ladede partikler).

Ørsteds erfaring

De første forsøkene (utført i 1820), som viste at det er en dyp sammenheng mellom elektriske og magnetiske fenomener, var forsøkene til den danske fysikeren H. Oersted.

En magnetisk nål plassert nær lederen roterer gjennom en viss vinkel når strømmen slås på i lederen. Når kretsen åpnes, går pilen tilbake til sin opprinnelige posisjon.

Det følger av erfaringen til G. Oersted at det er et magnetfelt rundt denne lederen.

Ampère opplevelse
To parallelle ledere, som en elektrisk strøm flyter gjennom, samhandler med hverandre: de tiltrekker seg hvis strømmene er i samme retning, og frastøter hvis strømmene er i motsatt retning. Dette skyldes samspillet mellom magnetfeltene som oppstår rundt lederne.

Magnetfeltegenskaper

1. Materielt sett, dvs. eksisterer uavhengig av oss og vår kunnskap om det.

2. Laget av magneter, ledere med strøm (bevegende ladede partikler)

3. Detektert ved samspillet mellom magneter, ledere med strøm (bevegende ladede partikler)

4. Virker på magneter, ledere med strøm (bevegende ladede partikler) med en viss kraft

5. Det er ingen magnetiske ladninger i naturen. Du kan ikke skille nord- og sørpolen og få en kropp med én pol.

6. Grunnen til at kropper har magnetiske egenskaper ble funnet av den franske forskeren Ampère. Ampere la frem konklusjonen om at de magnetiske egenskapene til ethvert legeme bestemmes av lukkede elektriske strømmer inne i den.

Disse strømmene representerer bevegelsen av elektroner i baner i atomet.

Hvis planene som disse strømmene sirkulerer i, er plassert tilfeldig i forhold til hverandre på grunn av den termiske bevegelsen til molekylene som utgjør kroppen, blir deres interaksjoner gjensidig kompensert og kroppen viser ingen magnetiske egenskaper.

Og omvendt: hvis planene der elektronene roterer er parallelle med hverandre og retningene til normalene til disse planene faller sammen, så forsterker slike stoffer det ytre magnetfeltet.

7. Magnetiske krefter virker i et magnetfelt i visse retninger, som kalles magnetiske kraftlinjer. Med deres hjelp kan du enkelt og tydelig vise magnetfeltet i et bestemt tilfelle.

For å skildre magnetfeltet mer nøyaktig, ble vi enige om på de stedene hvor feltet er sterkere, å vise kraftlinjene plassert tettere, dvs. nærmere hverandre. Og omvendt, på steder hvor feltet er svakere, vises feltlinjer i et mindre antall, dvs. sjeldnere lokalisert.

8. Det magnetiske feltet karakteriserer vektoren for magnetisk induksjon.

Den magnetiske induksjonsvektoren er en vektormengde som karakteriserer magnetfeltet.

Retningen til den magnetiske induksjonsvektoren faller sammen med retningen til nordpolen til en fri magnetisk nål ved et gitt punkt.

Retningen til feltinduksjonsvektoren og strømstyrken I er relatert til "regelen for høyre skrue (gimlet)":

hvis du skruer gimlet i retning av strømmen i lederen, vil retningen på bevegelseshastigheten til enden av håndtaket på et gitt punkt falle sammen med retningen til den magnetiske induksjonsvektoren på dette punktet.

Introduksjon

Hva er et magnetfelt? Alle hørte om ham, alle så hvordan den magnetiserte kompassnålen alltid snur seg med en og samme ende mot den nordlige magnetiske polen, og med den andre enden alltid mot den sydlige magnetiske polen. Det som skiller en person fra det mest intelligente dyret er at han er nysgjerrig og vil vite hvorfor dette skjer, hvordan det fungerer, at dette skjer. Det var for å forklare hva som skjedde rundt ham at den gamle mannen oppfant gudene. Ånder, guder i hodet til mennesker var faktorer som forklarte alt som en person så, hørte, på hvilken flaks avhenger av jakt og krig, hvem som flyttet solen over himmelen, som arrangerte et tordenvær, øsende regn og snø, generelt, alt, alt som skjer. Tenk, et lite barnebarn kommer bort til bestefar, peker på et lyn og spør: hva er det, hvorfor flyr ild fra en sky ned i bakken, og hvem banker så høyt i skyene der? Hvis bestefaren svarte: Jeg vet ikke, så så barnebarnet på ham med beklagelse og begynte å respektere ham mindre. Men da bestefaren sa at det var guden Yarilo som kjører vogn gjennom skyene og skyter ildpiler mot dårlige mennesker, lyttet barnebarnet og respekterte bestefaren sin enda mer. Han begynte å bli mindre redd for torden og lyn, fordi han visste at han var god, så Yarilo ville ikke skyte på ham.

I tidlig barndom, da jeg begynte å spille skøyerstreker, sa bestemor Anna: "Shurka, se, ikke vær sjal, ellers vil Gud banke en rullestein." Og samtidig pekte hun på ikonet i det røde hjørnet på hylleguden. Jeg ble rolig en stund, så forsiktig på den strenge bonden tegnet på tavlen, men på en eller annen måte tvilte jeg på hans evne til å kaste stein. Han satte en krakk på benken, klatret på den og så på hyllen bak ikonet. Jeg så ingen småstein der, og da bestemoren begynte å skremme meg igjen, lo han og sa: «Han har ingen steiner, og generelt er han malt og kan ikke kaste seg. På samme måte tvilte vår fjerne forfar en gang på at det var Yarilo som red på himmelen og skjøt piler. Det var da rasjonell kunnskap ble født, da folk begynte å tvile på gudenes allmakt. Men hva erstattet de dem med? Og de erstattet gudene med naturlovene, og begynte sterkt å tro på disse lovene. Men der mennesket ikke kan forklare hva som skjer av naturlovene, etterlot det et sted for gudene. Det er derfor religion og vitenskap eksisterer side om side i samfunnet den dag i dag.

Jeg husker hvordan eldre venner viste oss barna et triks. En jernspiker plassert på bordet beveget seg av seg selv på bordet, og magikeren under bordet beveget hånden. Spikeren fulgte hånden. Vi stirret overrasket på dette og skjønte ikke hvorfor spikeren beveget seg. Da jeg fortalte moren min om dette trikset, forklarte hun at fyren hadde en magnet i hånden som tiltrekker seg jern, at fyren under bordet beveget ikke bare hånden, men han hadde en magnet i hånden. På det tidspunktet tilfredsstilte denne forklaringen min nysgjerrighet, men litt senere ville jeg allerede forstå hvorfor en magnet på avstand - gjennom et bordbrett, gjennom et luftlag - tiltrekker jern til seg selv. Verken min mor eller min far kunne svare på dette spørsmålet. Jeg måtte vente til skolen. Der, i en fysikktime, forklarte læreren at en magnet virker på jern gjennom et magnetfelt som skaper rundt seg selv, at en magnet har to poler - nord og sør, at noen usynlige magnetiske kraftlinjer kommer ut fra nord, som bøy i en bue og gå inn på Sydpolen.

Da tenkte jeg for første gang: det betyr at i verden, i tillegg til det synlige, hørbare og håndgripelige, er det noe usynlig og uhåndgripelig. Da tenkte jeg: hva om Gud er usynlig og uhåndgripelig – som dette magnetfeltet. Det ser ut til å være ingen steder, men det eksisterer fortsatt. Og på ikonene i form av en bonde er han så tåpelig avbildet. Jeg visste ikke da at filosofen Spinoza, som begynte å betrakte naturen og Gud som ett og uatskillelige, synlige og usynlige, hadde tenkt på dette allerede før meg. Naturen er Gud!

Jeg husker jeg prøvde å forestille meg dette magnetfeltet, bestående av kraftlinjer, og forsto ingenting. Jeg har ikke sett eller hørt disse linjene. De luktet ikke noe, og det var ikke helt klart for meg da å tro at det kunne være noe rundt oss som vi ikke føler på noen måte. Jernspiker og sagflis kjente magnetfeltet og orienterte seg og beveget seg i det, men jeg, med mine subtile sanseorganer, kjente ingenting. Denne mindreverdigheten undertrykte meg ærlig talt. Men ikke bare meg. A. Einstein skrev om den sterke overraskelsen over egenskapene til magneten han så, som faren ga ham til bursdagen hans som barn, fra det faktum at han ikke kunne forstå hvordan og hvorfor disse attraktive egenskapene til magneten oppstår.

Da læreren i samfunnsfag allerede i 10. klasse introduserte oss for definisjonen av materie gitt av V.I. Lenin: "materie er det som eksisterer rundt oss og er gitt til oss i sensasjoner", spurte jeg henne indignert: "men vi føler ikke magnetfeltet, men det eksisterer, er det ikke noe?" Ja, sanseorganene alene er ikke nok til å oppfatte alle former for materie, det kreves et annet sinn, ved hjelp av hvilket, hvis vi ikke føler noe, føler vi det ikke, så forstår vi at det eksisterer. Etter å ha forstått dette bestemte jeg meg for å studere vitenskapene og utvikle sinnet mitt, i håp om at dette ville tillate meg å forstå mye. Men etter hvert som jeg utvidet rommet til det som var forståelig for meg, forsvant ikke det uforståelige, men bare beveget seg bort, og linjen i det uforståeliges horisont ble lengre, ettersom sirkelen av det kjente økte og lengden på dens omkrets, skillet det som ble forstått av mitt sinn fra det ukjente og uforståelige, økte også. Dette er kunnskapens hovedparadoks: jo mer vi lærer og forstår, jo mer vet vi ikke ennå. Nicholas av Cusa, som av en eller annen grunn regnes som en skolastisk filosof, skrev om denne vitenskapelige uvitenheten, selv om sannheten han oppdaget snarere tyder på at han var en dialektiker.

Den første omtalen av bergarter som er i stand til å tiltrekke seg jern, dateres tilbake til antikken. Et gammelt sagn er knyttet til magneten om gjeteren Magnus, som en gang oppdaget at hans jernstav og sandaler foret med jernspiker ble tiltrukket av en ukjent stein. Siden den gang har denne steinen blitt kalt "steinen til Magnus", eller en magnet.

Opprinnelsen og essensen til jordens magnetfelt, så vel som magnetiske felt generelt, er fortsatt et mysterium den dag i dag. Det er mange hypoteser - alternativer for å forklare dette fenomenet, men sannheten er fortsatt "der ute." Slik definerer fysikere et magnetfelt: Et magnetfelt- dette er et kraftfelt som virker på elektriske ladninger i bevegelse og på kropper med et magnetisk moment, uavhengig av bevegelsestilstanden. "Og videre:" Et magnetfelt kan skapes av strømmen av ladede partikler og/eller magnetiske momenter av elektroner i atomer (og magnetiske momenter av andre partikler, men i mye mindre grad). I tillegg vises det i nærvær av et tidsvarierende elektrisk felt."Jeg vil ikke si at fra et logisk synspunkt er dette en strålende definisjon. Å si at et magnetfelt er et kraftfelt betyr å ikke si noe, det er en tautologi. Tross alt er gravitasjonsfeltet "også et kraftfelt, og kjernekraftfeltet er et kraftfelt! Indikasjon på effekten av et magnetfelt på elektriske ladninger i bevegelse sier noe, dette er en beskrivelse av en av egenskapene til et magnetfelt. Men det er ikke klart om det magnetiske feltet virker direkte på partikler som har elektriske ladninger, eller det virker på magnetfeltene som dannes av disse partiklene, og de (de transformerte feltene til partiklene) i sin tur virker på partiklene - de overfører det mottatte momentumet til dem.

For første gang begynte magnetiske fenomener å bli studert av den engelske legen og fysikeren William Gilbert, som skrev verket «On the magnet, magnetic bodies and the large magnet - the Earth». Da trodde man at elektrisitet og magnetisme ikke har noe til felles. Men på begynnelsen av XIX århundre. Den danske vitenskapsmannen G.Kh. Oersted i 1820 beviste eksperimentelt at magnetisme er en av de skjulte formene for elektrisitet, og bekreftet dette eksperimentelt. Denne erfaringen førte til et snøskred av nye funn som var av stor betydning. Rundt lederne med elektrisk strøm oppstår et felt, som ble kalt magnetisk. En stråle av bevegelige elektroner har en effekt på en magnetisk nål, lik en strømførende leder (Ioffes eksperiment). Konveksjonsstrømmer av elektrisk ladede partikler ligner ledningsstrømmer i deres virkning på en magnetisk nål (Eichenwalds eksperiment).

Magnetfeltet skapes kun ved å bevege elektriske ladninger eller bevegelige elektrisk ladede legemer, samt permanente magneter. Dette magnetfeltet skiller seg fra det elektriske feltet, som skapes av både bevegelige og stasjonære elektriske ladninger.

Linjene til den magnetiske induksjonsvektoren (B) er alltid lukket og dekker lederen med strøm, og linjene i det elektriske feltet begynner på positive og slutter på negative ladninger, de er åpne. Linjene for magnetisk induksjon av en permanent magnet kommer ut av en pol, kalt nord (N) og går inn i den andre - sør (S). Først ser det ut til at det er en fullstendig analogi med linjene for elektrisk feltstyrke (E). Polene til magneter spiller rollen som magnetiske ladninger. Kutter man imidlertid magneten bevares bildet, mindre magneter får man – men hver med sin nord- og sydpol. Det er umulig å skille de magnetiske polene slik at nordpolen er på det ene stykket, og sør på den andre, fordi frie (diskrete) magnetiske ladninger, i motsetning til diskrete elektriske ladninger, ikke eksisterer i naturen.

De magnetiske feltene som finnes i naturen er forskjellige i skala og i effektene de forårsaker. Jordens magnetfelt, som danner jordens magnetosfære, strekker seg i en avstand på 70-80 tusen kilometer i retning mot solen og i mange millioner kilometer i motsatt retning. Opprinnelsen til jordens magnetfelt er assosiert med bevegelsene til et flytende stoff som leder elektrisk ladede partikler i jordens kjerne. Jupiter og Saturn har kraftige magnetfelt. Solens magnetiske felt spiller en viktig rolle i alle prosesser som skjer på solen - bluss, utseendet av flekker og prominenser, fødselen av solenergiens kosmiske stråler. Magnetfeltet er mye brukt i ulike bransjer: ved lasting av jernskrap, ved rengjøring av mel i bakerier fra metallurenheter, og også i medisin for behandling av pasienter.

Hva er et magnetfelt

Hovedkraftkarakteristikken til magnetfeltet er magnetisk induksjonsvektor. Ofte kalles vektoren for magnetisk induksjon ganske enkelt et magnetfelt for korthets skyld (selv om dette sannsynligvis ikke er den mest strenge bruken av begrepet). Faktisk er en vektor en mengde som har en retning i rommet, derfor kan vi snakke om retningen til magnetisk induksjon og dens størrelse. Men å si at magnetfeltet bare er retningen for magnetisk induksjon betyr å ikke forklare veldig mye. Det er en annen egenskap ved magnetfeltet - vektorpotensial. Som hovedkarakteristikken til magnetfeltet i vakuum er ikke vektoren for magnetisk induksjon valgt, men vektoren magnetisk feltstyrke. I vakuum faller disse to vektorene sammen, men ikke i materie, men fra et systematisk synspunkt bør det betraktes som hovedkarakteristikken til magnetfeltet nettopp vektorpotensial.

Et magnetfelt kan kalles en spesiell type materie, gjennom hvilken interaksjon utføres mellom bevegelige ladede partikler eller kropper som har et magnetisk moment. Magnetiske felt er en nødvendig (i sammenheng med spesiell relativitet) konsekvens av eksistensen av elektriske felt. Magnetiske og elektriske felt danner sammen et elektromagnetisk felt, hvis manifestasjoner er spesielt lys og alle andre elektromagnetiske bølger. Fra kvantefeltteoriens synspunkt bæres den magnetiske interaksjonen - som et spesielt tilfelle av elektromagnetisk interaksjon - av et fundamentalt masseløst boson - et foton (en partikkel som kan representeres som en kvanteeksitasjon av et elektromagnetisk felt), ofte (for eksempel i alle tilfeller av statiske felt) virtuell. Det magnetiske feltet skapes (genereres) av strømmen til ladede partikler, eller av et tidsvarierende elektrisk felt, eller av partiklenes iboende magnetiske momenter (sistnevnte, for å skape ensartethet i bildet, kan formelt reduseres til elektriske strømmer).

Etter min mening er disse definisjonene veldig vage. Det er klart at magnetfeltet ikke er et tomrom, men en spesiell type materie - en del av den virkelige verden. Det er klart at magnetfeltet er uløselig knyttet til bevegelsen av elektriske ladninger - elektrisk strøm. Men hvordan et magnetfelt med et elektrisk felt danner et enkelt elektromagnetisk felt er ikke klart. Mest sannsynlig er det et visst enhetlig felt, som, avhengig av omstendighetene, manifesterer seg enten som et magnetisk felt eller som et elektrisk. Akkurat som en slags hermafroditt, som under visse omstendigheter kan være en gutt, og under andre omstendigheter - en jente.

Kraften som virker på en elektrisk ladet partikkel som beveger seg i et magnetfelt kalles Lorentz-kraften. Denne kraften er alltid rettet vinkelrett på vektoren partikkelhastighet - v og vektorpotensialet til magnetfeltet - B. Denne kraften er proporsjonal med ladningen til partikkelen q, hastigheten v, vinkelrett på retningen til magnetfeltvektoren B og er proporsjonal med størrelsen på magnetfeltinduksjonen B. La meg forklare for de som helt har glemt skolens fysikk: kraft er årsaken som forårsaker akselerasjon av bevegelser av kropper. Her virker kraften ikke på massen til partikkelen, men på ladningen. I dette skiller Lorentz-kraften seg fra tyngdekraften, som virker på massen av partikler (kropper), siden massen til et legeme er dets gravitasjonsladning.

Magnetfeltet virker også på en strømførende leder. Kraften som virker på en strømførende leder kalles amperekraften. Denne kraften er summen av kreftene som virker på individuelle elektriske ladninger som beveger seg inne i lederen. Dette er strømmen, målt i ampere.

Når to magneter samhandler, frastøter de samme polene hverandre og de motsatte polene tiltrekker seg. En detaljert analyse viser imidlertid at dette faktisk ikke er en helt korrekt beskrivelse av fenomenet. Det er ikke klart hvorfor dipoler aldri kan separeres innenfor rammen av en slik modell. Eksperimentet viser at ingen isolert kropp faktisk har en magnetisk ladning med samme fortegn. Hvert magnetisert legeme har to poler - nord og sør. En kraft virker på en magnetisk dipol plassert i et ujevnt magnetfelt, som har en tendens til å rotere det slik at det magnetiske momentet til dipolen er co-rettet (sammenfallende i retning) med magnetfeltet som denne magnetiske dipolen ble plassert i.

I 1831 oppdaget Michael Faraday at en lukket leder, når den plasseres i et skiftende magnetfelt, produserer en elektrisk strøm. Dette fenomenet har fått navn elektromagnetisk induksjon.

M. Faraday oppdaget at den elektromotoriske kraften (EMF) som oppstår i en lukket ledende krets er proporsjonal med endringshastigheten til den magnetiske fluksen som går gjennom den delen av den elektriske kretsen som er i dette magnetfeltet. Verdien (EMF) avhenger ikke av hva som forårsaker endringen i fluksen - en endring i selve magnetfeltet eller bevegelsen til en del av kretsen i et magnetfelt. Den elektriske strømmen forårsaket av EMF kalles indusert strøm. Denne oppdagelsen gjorde det mulig å lage elektriske strømgeneratorer og skape, faktisk, vår elektrisk sivilisasjon. Hvem ville trodd på 30-tallet av XIX århundre at oppdagelsen av M. Faraday var en epokegjørende sivilisasjonsfunn som bestemte menneskehetens fremtid?

På sin side kan magnetfeltet skapes og endres (svekkes eller forsterkes) av et vekslende elektrisk felt skapt av elektriske strømmer i form av strømmer av ladede partikler. Den mikroskopiske strukturen til et stoff plassert i et vekslende magnetfelt påvirker styrken til strømmen som oppstår i det. Noen strukturer svekker den fremkommende elektriske strømmen, mens andre styrker den i ulik grad. En av de første studiene av materiens magnetiske egenskaper ble utført av Pierre Curie. I denne forbindelse er stoffer i forhold til deres magnetiske egenskaper delt inn i to hovedgrupper:

1. Ferromagneter - stoffer der det, under en viss kritisk temperatur (Curie-punkter), etableres en lang rekkevidde ferromagnetisk rekkefølge av de magnetiske momentene til stoffets partikler.

2. Antiferromagneter - stoffer der den antiferromagnetiske rekkefølgen til de magnetiske momentene til materiepartiklene - atomer eller ioner - er etablert: de magnetiske momentene til partiklene av stoffet er rettet motsatt og er like i styrke.

Det er også stoffer av diamagneter og stoffer av paramagneter.

Diamagneter er stoffer som magnetiseres mot retningen til et eksternt magnetfelt.

Paramagneter er stoffer som magnetiseres i et eksternt magnetfelt i retning av det ytre magnetfeltet.

Typer rekkefølge av magnetiske momenter av atomer i paramagnetiske (a), ferromagnetiske (b) og antiferromagnetiske (c) stoffer. Figur fra nettstedet: http://encyclopaedia.biga.ru/enc/science_and_technology/ MAGNITI_I_MAGNITNIE_SVOSTVA_VESHCHESTVA.html

De ovennevnte stoffgruppene omfatter hovedsakelig vanlige faste, flytende og gassformige stoffer. Superledere og plasmaer skiller seg vesentlig fra dem i deres interaksjon med magnetfeltet. Magnetfeltet til ferromagneter (et eksempel er jern) er merkbart på betydelige avstander. De magnetiske egenskapene til paramagneter ligner de til ferromagneter, men er mye mindre uttalt - på kortere avstand. Diamagneter tiltrekkes ikke, men frastøtes av en magnet, kraften som virker på diamagneter er rettet motsatt av den som virker på ferromagneter og paramagneter. I følge Lenz sin regel er magnetfeltet til en elektrisk strøm indusert i et magnetfelt rettet på en slik måte at det motvirker endringen i den magnetiske fluksen som induserer denne strømmen. Jeg vil merke meg at samspillet mellom et vekslende magnetfelt og den elektriske strømmen indusert av det og det elektriske feltet tilsvarer Le Chatelier-prinsippet. Dette er ikke annet enn autobremsing av prosessen, som er iboende i alle prosesser som skjer i den virkelige verden.

I følge Le Chateliers prinsipp gir enhver prosess som skjer i verden opphav til en prosess som har motsatt retning og bremser prosessen som forårsaker den. Etter min mening er dette en av universets hovedlover, som av en eller annen grunn verken fysikere eller filosofer legger behørig hensyn til.

Alle stoffer er magnetiske i større eller mindre grad. Hvis to ledere med elektriske strømmer plasseres i et hvilket som helst medium, endres styrken til den magnetiske interaksjonen mellom strømmene. Induksjonen av et magnetfelt skapt av elektriske strømmer i et stoff skiller seg fra induksjonen av et magnetfelt skapt av de samme strømmene i et vakuum. Den fysiske størrelsen som viser hvor mange ganger magnetfeltinduksjonen i et homogent medium avviker i absolutt verdi fra magnetfeltinduksjonen i vakuum, kalles magnetisk permeabilitet. Vakuum har maksimal magnetisk permeabilitet.

De magnetiske egenskapene til stoffer bestemmes av de magnetiske egenskapene til atomer - elektroner, protoner og nøytroner som utgjør atomer. De magnetiske egenskapene til protoner og nøytroner er nesten 1000 ganger svakere enn de magnetiske egenskapene til elektroner. Derfor er de magnetiske egenskapene til et stoff hovedsakelig bestemt av elektronene som utgjør atomene.

En av de viktigste egenskapene til et elektron er at det ikke bare har et elektrisk, men også et magnetfelt. Det eget magnetiske feltet til et elektron, som angivelig oppstår når det roterer rundt sin akse, kalles et spinnfelt (spin - rotasjon). Men elektronet lager også et magnetfelt på grunn av dets bevegelse rundt atomkjernen, som kan sammenlignes med en sirkulær mikrostrøm. Spinnfelt av elektroner og magnetiske felt på grunn av deres orbitale bevegelser bestemmer et bredt spekter av magnetiske egenskaper til stoffer.

Oppførselen til en paramagnet (1) og en diamagnet (2) i et inhomogent magnetfelt. Figur fra nettstedet: http://physics.ru/courses/op25part2/content/chapter1/section/ paragraph19/theory.html

Stoffer er ekstremt forskjellige i sine magnetiske egenskaper. For eksempel er platina, luft, aluminium, jernklorid paramagnetiske, og kobber, vismut, vann er diamagnetiske. Paramagnetiske og diamagnetiske prøver plassert i et inhomogent magnetfelt mellom polene til en elektromagnet oppfører seg annerledes - paramagneter trekkes inn i området av et sterkt felt, mens diamagneter tvert imot skyves ut av det. Para- og diamagnetisme forklares av oppførselen til elektronbaner i et eksternt magnetfelt. I atomer av diamagnetiske stoffer, i fravær av et eksternt felt, blir deres egne magnetiske felt av elektroner og feltene skapt av deres orbitale bevegelse fullstendig kompensert. Fremveksten av diamagnetisme er assosiert med virkningen av Lorentz-kraften på elektronbaner. Under påvirkning av denne kraften endres arten av banebevegelsen til elektroner, og kompensasjonen av magnetiske felt blir krenket. Det resulterende eget magnetiske feltet til atomet viser seg å være rettet mot retningen av induksjonen av det ytre feltet.

I atomer av paramagnetiske stoffer blir ikke magnetfeltene til elektroner fullt ut kompensert, og atomet viser seg å være lik en liten sirkulær strøm. I fravær av et eksternt felt er disse sirkulære mikrostrømmene vilkårlig orientert, slik at den totale magnetiske induksjonen er null. Det eksterne magnetfeltet har en orienterende effekt - mikrostrømmer har en tendens til å orientere seg slik at deres egne magnetfelt rettes i retning av den eksterne feltinduksjonen. På grunn av den termiske bevegelsen til atomene er orienteringen til mikrostrømmene aldri fullstendig. Med en økning i det eksterne feltet øker orienteringseffekten, slik at induksjonen av det indre magnetiske feltet til den paramagnetiske prøven øker i direkte proporsjon med induksjonen av det eksterne magnetfeltet. Den totale induksjonen av magnetfeltet i prøven er summen av induksjonen av det eksterne magnetfeltet og induksjonen av det indre magnetfeltet som oppsto under magnetiseringsprosessen.

Atomer av alle stoffer har diamagnetiske egenskaper, men i mange tilfeller er deres diamagnetisme maskert av en sterk paramagnetisk effekt. Fenomenet diamagnetisme ble oppdaget av M. Faraday i 1845.

Ferromagneter kan magnetiseres sterkt i et magnetfelt, deres magnetiske permeabilitet er veldig høy. Gruppen som vurderes inkluderer fire kjemiske elementer: jern, nikkel, kobolt, gadolinium. Av disse har jern den høyeste magnetiske permeabiliteten. Ulike legeringer av disse elementene kan være ferromagneter, for eksempel keramiske ferromagnetiske materialer - ferritter.

For hver ferromagnet er det en viss temperatur (det såkalte temperaturen eller Curie-punktet), over hvilken de ferromagnetiske egenskapene forsvinner, og stoffet blir en paramagnet. For jern, for eksempel, er Curie-temperaturen 770°C, for kobolt 1130°C, for nikkel 360°C.

Ferromagnetiske materialer er magnetisk myke og magnetisk harde. Magnetisk myke ferromagnetiske materialer blir nesten fullstendig avmagnetisert når det eksterne magnetfeltet blir null. Myke magnetiske materialer inkluderer for eksempel rent jern, elektrisk stål og noen legeringer. Disse materialene brukes i AC-enheter der kontinuerlig magnetiseringsreversering skjer, det vil si en endring i retningen til magnetfeltet (transformatorer, elektriske motorer, etc.).

Magnetisk harde materialer beholder magnetiseringen i stor grad selv etter at de er fjernet fra magnetfeltet. Eksempler på magnetisk harde materialer er karbonstål og en rekke spesiallegeringer. Magnetisk harde materialer brukes hovedsakelig til fremstilling av permanente magneter.

Et karakteristisk trekk ved prosessen med magnetisering av ferromagneter er hysterese, det vil si magnetiseringens avhengighet av prøvens forhistorie. Magnetiseringskurven B (B0) til en ferromagnetisk prøve er en løkke med kompleks form, som kalles en hystereseløkke.

Avhengighet av den magnetiske permeabiliteten til en ferromagnet på induksjon av et eksternt magnetfelt. Først magnetiseres en ferromagnet raskt, men etter å ha nådd et maksimum magnetiseres den langsommere og langsommere. Figur fra nettstedet: http://physics.ru/courses/op25part2/content/chapter1/section/ paragraph19/theory.html

En typisk hystereseløkke for et magnetisk hardt ferromagnetisk materiale. Ved punkt 2 nås magnetisk metning. Segment 1-3 bestemmer den resterende magnetiske induksjonen, og segment 1-4 - tvangskraften, som karakteriserer prøvens evne til å motstå demagnetisering. Figur fra nettstedet: http://encyclopaedia.biga.ru/enc/science_and_technology/ MAGNITI_I_MAGNITNIE_SVOSTVA_VESHCHESTVA.html

Ferromagnetismens natur kan forstås på grunnlag av kvantebegreper. Ferromagnetisme forklares av tilstedeværelsen av iboende (spin) magnetiske felt av elektroner. I krystaller av ferromagnetiske materialer oppstår det forhold under hvilke, på grunn av den sterke interaksjonen mellom spinnmagnetiske felt til naboelektroner, blir deres parallelle orientering energetisk gunstig. Som et resultat av en slik interaksjon oppstår spontant magnetiserte områder inne i en ferromagnetkrystall. Disse områdene kalles domener. Hvert domene er en liten permanent magnet.

Illustrasjon av magnetiseringsprosessen til en ferromagnetisk prøve: a - materie i fravær av et eksternt magnetfelt: dets individuelle atomer, som er små magneter, er ordnet tilfeldig; b - magnetisert stoff: under påvirkning av et eksternt felt er atomene orientert i forhold til hverandre i en viss rekkefølge i samsvar med retningen til det ytre feltet. Ris. fra nettstedet: http://encyclopaedia.biga.ru/enc/science_and_technology/MAGNITI_I_MAGNITNIE_SVOSTVA_VESHCHESTVA.html

Domener i teorien om magnetisme er små magnetiserte områder av et materiale der momentene til magnetfeltet til atomer er orientert parallelt med hverandre. Domenene er atskilt fra hverandre av overgangslag kalt Bloch-vegger. Figuren viser to domener med motsatte magnetiske orienteringer og en Bloch-vegg mellom dem med en mellomliggende orientering. Figur fra nettstedet: http://encyclopaedia.biga.ru/enc/science_and_technology/ MAGNITI_I_MAGNITNIE_SVOSTVA_VESHCHESTVA.html I fravær av et eksternt magnetfelt er retningene til magnetfeltinduksjonsvektorene i forskjellige domener tilfeldig orientert i en stor krystall. En slik krystall er funnet å være ikke-magnetisert. Når et eksternt magnetfelt påføres, blir domenegrensene forskjøvet slik at volumet av domener orientert langs det eksterne feltet øker. Med en økning i induksjonen av det ytre feltet, øker den magnetiske induksjonen av det magnetiserte stoffet. I et veldig sterkt magnetisk eksternt felt absorberer domener der deres eget magnetfelt faller sammen i retning med det eksterne feltet alle andre domener, og magnetisk metning oppstår.

Imidlertid bør det huskes at alle disse tegningene og domenene og atomene som er avbildet på dem, bare er diagrammer eller modeller av de virkelige fenomenene magnetisme, men ikke selve fenomenene. De brukes så lenge de ikke motsier de observerte fakta.

En enkel elektromagnet designet for å fange opp laster. Energikilden er et DC-batteri. Også vist er kraftlinjene til elektromagnetfeltet, som kan oppdages ved den vanlige metoden med jernspon. Figur fra nettstedet: http://encyclopaedia.biga.ru/enc/science_and_technology/ MAGNITI_I_MAGNITNIE_SVOSTVA_VESHCHESTVA.htmll

Forekomsten av et magnetfelt i nærheten av en leder som det føres en likestrøm gjennom er illustrert med en elektromagnet. Strøm går gjennom en ledning som er viklet rundt en ferromagnetisk stav. Magnetiseringskraften i dette tilfellet er lik produktet av størrelsen på den elektriske strømmen i spolen med antall omdreininger i den. Denne kraften måles i ampere. Magnetisk feltstyrke H lik magnetiseringskraften per lengdeenhet av spolen. Altså verdien H målt i ampere per meter; den bestemmer magnetiseringen som oppnås av materialet inne i spolen. I en vakuum magnetisk induksjon B proporsjonal med magnetfeltstyrken H. Magnetfeltinduksjonen er en vektormengde, som er kraftkarakteristikken til magnetfeltet. Retningen til magnetisk induksjon faller sammen med retningen indikert av en magnetisk nål i et magnetfelt, og modulen til denne vektoren er lik forholdet mellom modulen til den magnetiske kraften som virker på en bevegelig vinkelrett ladet partikkel til modulen til den magnetiske kraften. hastighet og ladning til denne partikkelen. Magnetisk induksjon i henhold til SI måles i teslaer (T). I CGS-systemet måles magnetisk induksjon i gauss (gauss). I dette tilfellet er 1 T = 104 Gs.

Store elektromagneter med jernkjerner og et veldig stort antall omdreininger, som opererer i en kontinuerlig modus, har en stor magnetiserende kraft. De skaper en magnetisk induksjon i gapet mellom polene opp til 6 tesla (T). Størrelsen på induksjonen er begrenset av mekaniske påkjenninger, oppvarming av spolene og magnetisk metning av kjernen.

En rekke gigantiske elektromagneter (uten kjerne) med vannkjøling, og installasjoner for å lage pulserende magnetfelt ble designet av P.L. Kapitsa ved Cambridge og ved Institute of Physical Problems ved USSR Academy of Sciences, samt F. Bitter ved Massachusetts Institute of Technology. På slike magneter var det mulig å oppnå induksjon opp til 50 T. En relativt liten elektromagnet, som produserer felt opp til 6,2 T, forbruker en elektrisk effekt på 15 kW og avkjøles av flytende hydrogen, ble utviklet ved Losalamos National Laboratory. Lignende magnetiske felt oppnås ved svært lave temperaturer.

Den magnetiske induksjonsvektoren regnes som en av de fysiske størrelsene som er grunnleggende i teorien om elektromagnetisme, den kan finnes i et stort utvalg av ligninger, i noen tilfeller direkte, og noen ganger gjennom magnetfeltstyrken knyttet til den. Det eneste området i den klassiske teorien om elektromagnetisme, der det ikke er noen vektor for magnetisk induksjon, er kanskje bare ren elektrostatikk.

Ampère i 1825 foreslo at elektriske mikrostrømmer sirkulerer i hvert atom i en magnet. Men elektronet ble oppdaget først i 1897, og modellen for atomets indre struktur - i 1913, nesten 100 år etter Ampères strålende gjetning. I 1852 foreslo W. Weber at hvert atom i et magnetisk stoff er en liten magnetisk dipol. Den ultimate eller fullstendige magnetiseringen av et stoff oppnås når alle individuelle atommagneter er stilt opp i en bestemt rekkefølge. Weber mente at molekylær eller atomær "friksjon" hjalp disse elementære magnetene til å opprettholde sin rekkefølge. Teorien hans forklarte magnetiseringen av legemer når de kommer i kontakt med en magnet og deres avmagnetisering når de blir slått eller oppvarmet. "Reproduksjonen" av magneter ble også forklart når en magnetisert brikke eller en magnetisk stang ble kuttet i biter, når hver brikke alltid hadde to poler. Imidlertid forklarte ikke denne teorien verken opprinnelsen til selve de elementære magnetene eller fenomenet hysterese. I 1890 ble Webers teori forbedret av J. Ewing, som erstattet hypotesen om atomfriksjon med ideen om interatomiske begrensende krefter som bidrar til å opprettholde rekkefølgen av de elementære dipolene som utgjør en permanent magnet.

I 1905 forklarte P. Langevin oppførselen til paramagnetiske materialer ved å tilskrive hvert atom en intern ukompensert elektronstrøm. Ifølge Langevin er det disse strømmene som danner bittesmå magneter, tilfeldig orientert når et eksternt magnetfelt er fraværende, men får en ordnet orientering etter påføring. I dette tilfellet tilsvarer tilnærmingen til fullstendig bestilling metning av magnetiseringen. Langevin introduserte konseptet med det magnetiske momentet til en atommagnet, lik produktet av den "magnetiske ladningen" med avstanden mellom polene. I følge denne teorien er den svake magnetismen til paramagnetiske materialer forklart av det svake netto magnetiske momentet skapt av ukompenserte elektronstrømmer.

I 1907 introduserte P. Weiss konseptet «domene», som ble et viktig bidrag til den moderne teorien om magnetisme. Et enkelt domene kan ha lineære dimensjoner i størrelsesorden 0,01 mm. Domenene er atskilt fra hverandre av de såkalte Bloch-veggene, hvis tykkelse ikke overstiger 1000 atomdimensjoner. Slike vegger er "overgangslag", eller mikrogradienter i den magnetiske nanostrukturen til et stoff, der retningen på domenemagnetiseringen endres. Det er to overbevisende eksperimentelle bekreftelser på eksistensen av domener. I 1919 fastslo G. Barkhausen at når et eksternt felt påføres en prøve av et ferromagnetisk materiale, endres magnetiseringen i små diskrete deler. For å avsløre domenestrukturen til en magnet ved metoden med pulverfigurer, påføres en dråpe av en kolloidal suspensjon av et ferromagnetisk pulver (jernoksid) på en godt polert overflate av et magnetisert materiale. Pulverpartikler legger seg hovedsakelig på steder med maksimal inhomogenitet av magnetfeltet - ved grensene til domener. En slik struktur kan studeres under et mikroskop. Det er utviklet en metode for å studere magnetfeltet, basert på passasje av polarisert lys gjennom et transparent ferromagnetisk materiale.

Et fritt jernatom har to av sine skall ( K og L), nærmest kjernen, er fylt med elektroner, med to på den første av dem, og åtte på den andre. PÅ K-skall, spinnet til ett av elektronene er positivt, og det andre er negativt. PÅ L-skall (mer presist, i sine to underskall), fire av de åtte elektronene har positive spinn, og de fire andre har negative spinn. I begge tilfeller opphever spinnene til elektronene i samme skall fullstendig, slik at det totale magnetiske momentet til atomet er null. PÅ M-skall, situasjonen er annerledes, på grunn av de seks elektronene i det tredje underskallet, har fem elektroner spinn, retning

Magnetfelt og dets egenskaper

Forelesningsplan:

Magnetisk felt, dets egenskaper og egenskaper.

Et magnetfelt- formen for eksistens av materie rundt bevegelige elektriske ladninger (ledere med strøm, permanente magneter).

Dette navnet skyldes det faktum at det, som den danske fysikeren Hans Oersted oppdaget i 1820, har en orienterende effekt på den magnetiske nålen. Oersteds eksperiment: en magnetisk nål ble plassert under en ledning med strøm, roterende på en nål. Når strømmen ble slått på, ble den installert vinkelrett på ledningen; når du endret retningen på strømmen, snudde den i motsatt retning.

De viktigste egenskapene til magnetfeltet:

generert av bevegelige elektriske ladninger, ledere med strøm, permanente magneter og et vekslende elektrisk felt;

virker med kraft på bevegelige elektriske ladninger, ledere med strøm, magnetiserte legemer;

et vekslende magnetfelt genererer et vekslende elektrisk felt.

Det følger av Oersteds erfaring at magnetfeltet er retningsbestemt og må ha en vektorkraftkarakteristikk. Det er betegnet og kalt magnetisk induksjon.

Magnetfeltet er avbildet grafisk ved hjelp av magnetiske kraftlinjer eller magnetiske induksjonslinjer. magnetisk kraft linjer kalles linjer langs hvilke jernspåner eller akser av små magnetiske piler befinner seg i et magnetfelt. Ved hvert punkt på en slik linje er vektoren rettet tangentielt.

Linjene for magnetisk induksjon er alltid lukket, noe som indikerer fraværet av magnetiske ladninger i naturen og virvelnaturen til magnetfeltet.

Konvensjonelt forlater de nordpolen til magneten og går inn i sør. Tettheten til linjene er valgt slik at antall linjer per arealenhet vinkelrett på magnetfeltet er proporsjonal med størrelsen på den magnetiske induksjonen.

H

Magnetisk solenoid med strøm

Retningen til linjene bestemmes av regelen for høyre skrue. Solenoid - en spole med strøm, hvis svinger er plassert nær hverandre, og diameteren på svingen er mye mindre enn lengden på spolen.

Magnetfeltet inne i solenoiden er ensartet. Et magnetfelt kalles homogent hvis vektoren er konstant på et hvilket som helst punkt.

Magnetfeltet til en solenoid ligner magnetfeltet til en stangmagnet.

FRA
Olenoiden med strøm er en elektromagnet.

Erfaring viser at for et magnetisk felt, så vel som for et elektrisk felt, superposisjonsprinsipp: induksjonen av magnetfeltet skapt av flere strømmer eller bevegelige ladninger er lik vektorsummen av induksjonene av magnetfeltene skapt av hver strøm eller ladning:

Vektoren legges inn på en av 3 måter:

a) fra Ampères lov;

b) ved påvirkning av et magnetfelt på en sløyfe med strøm;

c) fra uttrykket for Lorentz-styrken.

Ampere etablerte eksperimentelt at kraften som magnetfeltet virker på et element i en leder med strøm I, lokalisert i et magnetfelt, er direkte proporsjonal med kraften

strøm I og vektorproduktet til lengdeelementet og den magnetiske induksjonen:

- Ampères lov

H
Retningen til vektoren kan bli funnet i henhold til de generelle reglene for vektorproduktet, hvorfra regelen for venstre hånd følger: hvis håndflaten til venstre hånd er plassert slik at de magnetiske kraftlinjene kommer inn i den, og 4 strukket ut fingrene er rettet langs strømmen, så vil den bøyde tommelen vise retningen til kraften.

Kraften som virker på en tråd med begrenset lengde kan finnes ved å integrere over hele lengden.

For I = const, B=const, F = BIlsin

Hvis  =90 0, F = BIl

Magnetisk feltinduksjon- en vektorfysisk mengde numerisk lik kraften som virker i et jevnt magnetfelt på en leder av lengdeenhet med enhetsstrøm, plassert vinkelrett på magnetfeltlinjene.

1Tl er induksjonen av et jevnt magnetfelt, der en 1m lang leder med en strøm på 1A, plassert vinkelrett på magnetfeltlinjene, påvirkes av en kraft på 1N.

Så langt har vi vurdert makrostrømmer som flyter i ledere. Imidlertid, ifølge Amperes antagelse, er det i ethvert legeme mikroskopiske strømmer på grunn av bevegelsen av elektroner i atomer. Disse mikroskopiske molekylstrømmene skaper sitt eget magnetfelt og kan snu i feltene til makrostrømmer, og skape et ekstra magnetfelt i kroppen. Vektoren karakteriserer det resulterende magnetfeltet skapt av alle makro- og mikrostrømmer, dvs. for samme makrostrøm har vektoren i forskjellige medier forskjellige verdier.

Det magnetiske feltet til makrostrømmer er beskrevet av den magnetiske intensitetsvektoren.

For et homogent isotropisk medium

,

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

 - magnetisk permeabilitet til mediet, som viser hvor mange ganger magnetfeltet til makrostrømmer endres på grunn av mediets mikrostrømfelt.

magnetisk fluks. Gauss' teorem for magnetisk fluks.

vektor flyt(magnetisk fluks) gjennom puten dS kalles en skalarverdi lik

hvor er projeksjonen i retningen til normalen til stedet;

 - vinkel mellom vektorer og .

retningsbestemt overflateelement,

Vektorfluksen er en algebraisk størrelse,

hvis - når du forlater overflaten;

hvis - ved inngangen til overflaten.

Fluksen til den magnetiske induksjonsvektoren gjennom en vilkårlig overflate S er lik

For et jevnt magnetfelt =konst,

1 Wb - magnetisk fluks som passerer gjennom en flat overflate på 1 m 2 plassert vinkelrett på et jevnt magnetfelt, hvis induksjon er lik 1 T.

Den magnetiske fluksen gjennom overflaten S er numerisk lik antallet magnetiske kraftlinjer som krysser den gitte overflaten.

Siden linjene med magnetisk induksjon alltid er lukket, for en lukket overflate er antallet linjer som kommer inn i overflaten (Ф 0), derfor den totale fluksen av magnetisk induksjon gjennom en lukket overflate er null.

- Gauss teorem: fluksen til den magnetiske induksjonsvektoren gjennom enhver lukket overflate er null.

Denne teoremet er et matematisk uttrykk for det faktum at i naturen er det ingen magnetiske ladninger som linjene for magnetisk induksjon vil begynne eller slutte på.

Biot-Savart-Laplace-loven og dens anvendelse på beregning av magnetiske felt.

Magnetfeltet til likestrømmer av forskjellige former ble studert i detalj av fr. forskerne Biot og Savart. De fant at i alle tilfeller er den magnetiske induksjonen ved et vilkårlig punkt proporsjonal med strømmens styrke, avhenger av formen, dimensjonene til lederen, plasseringen av dette punktet i forhold til lederen og på mediet.

Resultatene av disse forsøkene ble oppsummert av fr. matematikeren Laplace, som tok hensyn til vektornaturen til magnetisk induksjon og antok at induksjonen ved hvert punkt er, i henhold til superposisjonsprinsippet, vektorsummen av induksjonene til de elementære magnetfeltene som skapes av hver seksjon av denne lederen.

Laplace formulerte i 1820 en lov, som ble kalt Biot-Savart-Laplace-loven: hvert element i en leder med strøm skaper et magnetfelt, hvis induksjonsvektor på et eller annet vilkårlig punkt K bestemmes av formelen:

- Biot-Savart-Laplace-loven.

Det følger av Biot-Sovar-Laplace-loven at retningen til vektoren sammenfaller med retningen til kryssproduktet. Den samme retningen er gitt av regelen for høyre skrue (gimlet).

Gitt at ,

Lederelement co-directional med strøm;

Radiusvektor som forbinder med punktet K;

Biot-Savart-Laplace-loven er av praktisk betydning, fordi lar deg finne på et gitt punkt i rommet induksjonen av magnetfeltet til strømmen som strømmer gjennom lederen av endelig størrelse og vilkårlig form.

For en vilkårlig strøm er en slik beregning et komplekst matematisk problem. Men hvis strømfordelingen har en viss symmetri, gjør anvendelsen av superposisjonsprinsippet sammen med Biot-Savart-Laplace-loven det mulig å beregne spesifikke magnetiske felt relativt enkelt.

La oss se på noen eksempler.

A. Magnetisk felt til en rettlinjet leder med strøm.

for en leder med begrenset lengde:

for en leder med uendelig lengde:  1 = 0,  2 = 

B. Magnetisk felt i sentrum av den sirkulære strømmen:

=90 0 , sin=1,

Oersted fant eksperimentelt i 1820 at sirkulasjonen i en lukket krets som omgir et system av makrostrømmer er proporsjonal med den algebraiske summen av disse strømmene. Proporsjonalitetskoeffisienten avhenger av valget av enhetssystemet og er i SI lik 1.

C
sirkulasjonen til en vektor kalles et lukket sløyfe-integral.

Denne formelen kalles sirkulasjonsteorem eller total gjeldende lov:

sirkulasjonen av magnetfeltstyrkevektoren langs en vilkårlig lukket krets er lik den algebraiske summen av makrostrømmene (eller totalstrømmen) dekket av denne kretsen. hans kjennetegn I rommet rundt strømmer og permanente magneter er det en kraft felt kalt magnetisk. Tilgjengelighet magnetisk Enger dukker opp...

På den virkelige strukturen til det elektromagnetiske Enger og hans kjennetegn forplantning i form av plane bølger.

Artikkel >> Fysikk

OM DEN EKTE STRUKTUREN AV ELEKTROMAGNETISK ENGER Og HANS KJENNETEGN FORBRINGER I FORM AV FLYBØLGER ... andre komponenter i en enkelt Enger: elektromagnetisk felt med vektorkomponenter og elektrisk felt med komponenter og magnetisk felt med komponenter...

Magnetisk felt, kretser og induksjon

Abstrakt >> Fysikk

... Enger). Grunnleggende karakteristisk magnetisk Enger er hans vektorkraft magnetisk induksjon (induksjonsvektor magnetisk Enger). i SI magnetisk... med magnetiskøyeblikk. Magnetisk felt og hans parametere Retning magnetisk linjer og...

Magnetisk felt (2)

Abstrakt >> Fysikk

Snitt av leder AB med strøm inn magnetisk felt vinkelrett hans magnetisk linjer. Når vist i figuren ... avhenger verdien kun av magnetisk Enger og kan tjene hans kvantitativ karakteristisk. Denne verdien er tatt...

Magnetisk materialer (2)

Sammendrag >> Økonomi

Materialer som samhandler med magnetisk felt uttrykt i hans endring, så vel som i andre ... og etter opphør av eksponering magnetisk Enger.en. Hoved kjennetegn magnetisk materialerDe magnetiske egenskapene til materialer er preget av...

Et magnetfelt

Maleri magnetiske feltlinjer generert av en permanent magnet i form av en stang. jernspon på et stykke papir.

Se også: Elektromagnetisk felt

Se også: Magnetisme

Et magnetfelt- makt felt handler på bevegelse elektriske ladninger og på kropper med magnetisk moment, uavhengig av deres tilstand bevegelser ; magnetisk komponent elektromagnetisk felt .

Magnetfeltet kan skapes strøm av ladede partikler og/eller magnetiske øyeblikk elektroner i atomer(og andres magnetiske øyeblikk partikler, men i mye mindre grad) permanente magneter).

I tillegg vises det i nærvær av en tidsvarierende elektrisk felt.

Hovedkraftkarakteristikken til magnetfeltet er magnetisk induksjonsvektor (magnetisk feltinduksjonsvektor) . Fra et matematisk synspunkt - vektorfelt, definere og konkretisere det fysiske konseptet av et magnetfelt. Ofte kalles vektoren for magnetisk induksjon ganske enkelt et magnetfelt for korthets skyld (selv om dette sannsynligvis ikke er den mest strenge bruken av begrepet).

Et annet grunnleggende kjennetegn ved magnetfeltet (alternativ magnetisk induksjon og nært knyttet til det, praktisk talt lik det i fysisk verdi) er vektorpotensial .

Magnetfeltet kan kalles en spesiell type materie , gjennom hvilken interaksjon utføres mellom bevegelige ladede partikler eller kropper som har magnetisk moment.

Magnetiske felt er nødvendige (i sammenhengen ) er en konsekvens av eksistensen av elektriske felt.

Sammen, magnetisk og elektrisk felt dannes elektromagnetisk felt, hvis manifestasjoner er spesielt, lys og alle andre elektromagnetiske bølger.

Elektrisitet(I), som passerer gjennom lederen, skaper et magnetisk felt (B) rundt lederen.

Fra synspunkt av kvantefeltteori, magnetisk interaksjon - som et spesielt tilfelle elektromagnetisk interaksjon båret av de fundamentale masseløse boson - foton(en partikkel som kan representeres som en kvanteeksitasjon av et elektromagnetisk felt), ofte (for eksempel i alle tilfeller av statiske felt) - virtuell.

1 Magnetiske feltkilder

2 Beregning

3 Manifestasjon av magnetfeltet

• 3.1 Samspill mellom to magneter

  3.2 Fenomenet elektromagnetisk induksjon

4 Matematisk fremstilling

• 4.1 Måleenheter

5 Magnetisk feltenergi

6 Stoffers magnetiske egenskaper

7 Toki Fuko

8 Historien om utviklingen av ideer om magnetfeltet

9 Se også

Magnetiske feltkilder

Magnetfeltet skapes (genereres) strøm av ladede partikler, eller tidsvarierende elektrisk felt, eller eie magnetiske øyeblikk partikler (sistnevnte, av hensyn til ensartethet i bildet, kan formelt reduseres til elektriske strømmer).

beregning

I enkle tilfeller kan magnetfeltet til en strømførende leder (inkludert tilfellet med en strøm fordelt vilkårlig over volum eller rom) finnes fra Biot-Savart-Laplace-loven eller sirkulasjonsteoremer(hun er Ampères lov). I prinsippet er denne metoden begrenset til tilfellet (tilnærmet) magnetostatikk- det vil si tilfellet med konstante (hvis vi snakker om streng anvendelighet) eller ganske sakte skiftende (hvis vi snakker om omtrentlig anvendelse) magnetiske og elektriske felt.

I mer komplekse situasjoner ser man etter en løsning Maxwells ligninger.

Manifestasjon av et magnetisk felt

Magnetfeltet manifesterer seg i effekten på de magnetiske momentene til partikler og kropper, på bevegelige ladede partikler (eller strømførende ledere). Kraften som virker på en elektrisk ladet partikkel som beveger seg i et magnetfelt kalles Lorentz kraft, som alltid er rettet vinkelrett på vektorene v og B . Det er proporsjonalt lade partikler q, hastighetskomponenten v, vinkelrett på retningen til magnetfeltvektoren B, og størrelsen på magnetfeltinduksjonen B. PÅ Internasjonalt system av enheter(SI) Lorentz kraft uttrykkes slik:

i enheter GHS:

der firkantede parenteser angir vektor produkt.

Også (på grunn av virkningen av Lorentz-kraften på ladede partikler som beveger seg langs lederen), virker magnetfeltet på dirigent Med strøm. Kraften som virker på en strømførende leder kalles ved kraften til Ampere. Denne kraften er summen av kreftene som virker på individuelle ladninger som beveger seg inne i lederen.

Samspill mellom to magneter

En av de vanligste manifestasjonene av et magnetfelt i hverdagen er samspillet mellom to magneter: Som poler frastøter, tiltrekker motsatte poler. Det virker fristende å beskrive interaksjonen mellom magneter som en interaksjon mellom to monopoler, og fra et formelt synspunkt er denne ideen ganske realiserbar og ofte veldig praktisk, og derfor praktisk nyttig (i beregninger); en detaljert analyse viser imidlertid at dette faktisk ikke er en helt korrekt beskrivelse av fenomenet (det mest åpenbare spørsmålet som ikke kan forklares innenfor rammen av en slik modell er spørsmålet om hvorfor monopoler aldri kan skilles, dvs. hvorfor eksperimentet viser at ingen isolert kroppen faktisk ikke har en magnetisk ladning; i tillegg er svakheten med modellen at den ikke er anvendelig på magnetfeltet skapt av en makroskopisk strøm, noe som betyr at hvis den ikke anses som en ren formell teknikk, fører det bare til en komplikasjon av teorien i grunnleggende forstand).

Det ville vært mer riktig å si det magnetisk dipol, plassert i et inhomogent felt, virker en kraft som har en tendens til å rotere det slik at det magnetiske momentet til dipolen er samrettet med magnetfeltet. Men ingen magnet opplever en (total) kraft fra et jevnt magnetfelt. Tving til å handle på magnetisk dipol med magnetisk moment m uttrykt med formelen :

Kraften som virker på en magnet (ikke en enkeltpunktsdipol) fra et inhomogent magnetfelt kan bestemmes ved å summere alle kreftene (definert av denne formelen) som virker på de elementære dipolene som utgjør magneten.

Imidlertid er en tilnærming mulig som reduserer interaksjonen av magneter til Ampère-kraften, og selve formelen ovenfor for kraften som virker på en magnetisk dipol kan også oppnås basert på Ampère-kraften.

Fenomenet elektromagnetisk induksjon

Hovedartikkel: Elektromagnetisk induksjon

Hvis en strømme av den magnetiske induksjonsvektoren gjennom en lukket sløyfe endringer i tid, i denne sløyfen er det EMF elektromagnetisk induksjon, generert (i tilfelle av en fast krets) av et elektrisk virvelfelt som oppstår fra en endring i magnetfeltet med tiden (i tilfellet av et magnetisk felt som ikke endres med tiden og en endring i strømmen på grunn av bevegelsen av lederkretsen, oppstår en slik EMF gjennom virkningen av Lorentz-kraften).

Matematisk representasjon

Magnetfeltet i den makroskopiske beskrivelsen er representert av to forskjellige vektorfelt, betegnet som H og B.

H kalt magnetisk feltstyrke; B kalt magnetisk induksjon. Begrep et magnetfelt gjelder for begge disse vektorfeltene (selv om det historisk referert til først og fremst H).

Magnetisk induksjon B er det viktigste karakteristisk for magnetfeltet, siden det for det første bestemmer kraften som virker på ladningene, og for det andre vektorene B og E er faktisk komponenter av en enkelt elektromagnetisk felttensor. På samme måte kombineres mengdene til en enkelt tensor H og elektrisk induksjon D. I sin tur er delingen av det elektromagnetiske feltet i elektrisk og magnetisk fullstendig betinget og avhenger av valget av referansesystemet, så vektoren B og E bør vurderes i fellesskap.

Imidlertid, i vakuum (i fravær av magneter), og dermed på det grunnleggende mikroskopiske nivået, H og B match (i systemet SI opp til en betinget konstant faktor, og inn GHS- helt), som i prinsippet lar forfattere, spesielt de som ikke bruker SI, velge for den grunnleggende beskrivelsen av magnetfeltet H eller B vilkårlig, som de ofte bruker (foruten å følge tradisjonen i dette). Forfatterne som bruker SI-systemet systematisk gir preferanse i denne forbindelse til vektoren B, om ikke annet fordi det er gjennom den Lorentz-kraften kommer direkte til uttrykk.

Enheter

Verdi B i enheter SI målt i teslach(russisk betegnelse: Tl; internasjonal: T), i systemet GHS- inn gauss(Russisk betegnelse: Гс; internasjonal: G). Forholdet mellom dem uttrykkes ved forholdstallene: 1 Gs = 1·10 -4 T og 1 Tl = 1·10 4 Gs.

vektorfelt H målt i ampere på måler(A/m) i systemet SI og i oersteds(russisk betegnelse: Э; internasjonal: Oe) i GHS. Sammenhengen mellom dem uttrykkes ved relasjonen: 1 oersted = 1000/(4π) A/m ≈ 79,5774715 A/m.

Magnetisk feltenergi

Økningen i energitettheten til magnetfeltet er:

H - magnetisk feltstyrke,

B - magnetisk induksjon

I den lineære tensortilnærmingen magnetisk permeabilitet det er tensor(vi betegner det) og multiplikasjonen av en vektor med den er en tensor (matrise) multiplikasjon:

eller i komponenter .

Energitettheten i denne tilnærmingen er lik:

Tensorkomponenter magnetisk permeabilitet,

En tensor representert av en matrise, omvendt matrisen til den magnetiske permeabilitetstensoren,

-magnetisk konstant

Ved valg av koordinatakser som sammenfaller med hovedaksene av den magnetiske permeabilitetstensoren er formlene i komponentene forenklet:

De diagonale komponentene til den magnetiske permeabilitetstensoren i sine egne akser (de andre komponentene i disse spesielle koordinatene - og bare i dem! - er lik null).

I en isotrop lineær magnet:

Slektning magnetisk permeabilitet

I vakuum og:

Energien til magnetfeltet i induktoren kan bli funnet ved formelen:

F - magnetisk fluks,

L- induktans spole eller spole med strøm.

Magnetiske egenskaper til stoffer

Fra et grunnleggende synspunkt, som nevnt ovenfor, kan et magnetfelt skapes (og derfor - i sammenheng med dette avsnittet - og svekkes eller forsterkes) av et vekslende elektrisk felt, elektriske strømmer i form av strømmer av ladede partikler eller magnetiske momenter av partikler.

Spesifikke mikroskopiske strukturer og egenskaper til forskjellige stoffer (så vel som deres blandinger, legeringer, aggregeringstilstander, krystallinske modifikasjoner, etc.) fører til det faktum at de på makroskopisk nivå kan oppføre seg ganske annerledes under påvirkning av et eksternt magnetfelt ( spesielt svekke eller forsterke den i varierende grad).

I denne forbindelse er stoffer (og medier generelt) i forhold til deres magnetiske egenskaper delt inn i følgende hovedgrupper:

Antiferromagneter- stoffer det er etablert i antiferromagnetisk rekkefølge magnetiske øyeblikk atomer eller ioner: de magnetiske momentene til stoffer er rettet motsatt og er like i styrke.

Diamagneter- stoffer som magnetiseres mot retningen til et eksternt magnetfelt.

Paramagneter- stoffer som magnetiseres i et eksternt magnetfelt i retning av det ytre magnetfeltet.

ferromagneter- stoffer der det, under en viss kritisk temperatur (Curie-punkter), etableres en lang rekkevidde ferromagnetisk rekkefølge av magnetiske momenter

Ferrimagneter- materialer der de magnetiske momentene til stoffet er rettet motsatt og ikke er like i styrke.

De ovennevnte stoffgruppene inkluderer hovedsakelig vanlige faste eller (for noen) flytende stoffer, samt gasser. Betydelig forskjellig interaksjon med et magnetfelt superledere og plasma.

Toki Foucault

Hovedartikkel: Toki Foucault

Foucault-strømmer (virvelstrømmer) - lukket elektriske strømmer i massiv dirigent som oppstår fra en endring i den penetrerende magnetisk fluks. De er induserte strømmer, dannet i et ledende legeme enten på grunn av en endring i tid av magnetfeltet det befinner seg i, eller som et resultat av kroppens bevegelse i et magnetfelt, som fører til en endring i den magnetiske fluksen gjennom kroppen eller noen del av det. I følge Lenz sin regel, magnetfeltet til Foucault-strømmene er rettet for å motvirke endringen i den magnetiske fluksen som induserer disse strømmene .

Historien om utviklingen av ideer om magnetfeltet

En av de første tegningene av magnetfeltet ( Rene Descartes, 1644)

Selv om magneter og magnetisme var kjent mye tidligere, begynte studiet av magnetfeltet i 1269, da en fransk vitenskapsmann Peter Peregrin(Ridder Pierre av Mericourt) markerte magnetfeltet på overflaten av en sfærisk magnet ved hjelp av stålnåler og bestemte at de resulterende magnetfeltlinjene skjærte seg i to punkter, som han kalte " poler» i analogi med jordens poler. Nesten tre århundrer senere, William Gilbert Colchester brukte arbeidet til Peter Peregrinus og uttalte for første gang definitivt at jorden selv er en magnet. Utgitt i 1600, Gilberts verk « De Magnete » , la grunnlaget for magnetisme som vitenskap.

I 1750 John Michell uttalt at magnetiske poler tiltrekker og frastøter i henhold til den omvendte kvadratloven. Charles Augustin de Coulomb eksperimentelt testet denne uttalelsen i 1785 og uttalte eksplisitt at Nord- og Sydpolen ikke kunne skilles. Basert på denne kraften som eksisterer mellom polene, Simeon Denis Poisson, (1781-1840) skapte den første vellykkede modellen av magnetfeltet, som han presenterte i 1824. I denne modellen produseres det magnetiske H-feltet av magnetiske poler og magnetismen skyldes flere par (nord/sør) av magnetiske poler (dipoler).

Tre funn på rad har utfordret dette «grunnlaget for magnetisme». Først i 1819 Hans Christian Ørsted oppdaget at elektrisk strøm skaper et magnetfelt rundt seg selv. Så, i 1820, André-Marie Ampère viste at parallelle ledninger som fører strøm i samme retning tiltrekker hverandre. Til slutt, Jean-Baptiste Biot og Felix Savard i 1820 oppdaget de en lov kalt Biot-Savart-Laplace-loven, som korrekt spådde magnetfeltet rundt enhver strømførende ledning.

For å utvide disse eksperimentene publiserte Ampère sin egen vellykkede modell for magnetisme i 1825. I den viste han ekvivalensen av elektrisk strøm i magneter, og i stedet for dipolene til magnetiske ladninger i Poisson-modellen foreslo han ideen om at magnetisme er assosiert med konstant flytende strømsløyfer. Denne ideen forklarte hvorfor den magnetiske ladningen ikke kunne isoleres. I tillegg hadde Ampere med seg lov oppkalt etter ham, som, i likhet med Biot-Savart-Laplace-loven, korrekt beskrev magnetfeltet skapt av likestrøm, og ble også introdusert magnetfeltsirkulasjonsteorem. Også i dette arbeidet introduserte Ampère begrepet " elektrodynamikkå beskrive forholdet mellom elektrisitet og magnetisme.

I 1831 Michael Faraday oppdaget elektromagnetisk induksjon da han oppdaget at et vekslende magnetfelt genererer elektrisitet. Han laget en definisjon av dette fenomenet, som er kjent som Faradays lov om elektromagnetisk induksjon. Seinere Franz Ernst Neumann bevist at for en bevegelig leder i et magnetfelt er induksjon en konsekvens av Ampères lov. Samtidig introduserte han vektorpotensialet til det elektromagnetiske feltet, som senere ble vist å være ekvivalent med den grunnleggende mekanismen foreslått av Faraday.

I 1850 Lord Kelvin, da kjent som William Thomson, ble forskjellen mellom to magnetiske felt betegnet som feltene H og B. Den første gjaldt for Poisson-modellen og den andre for Ampère-modellen for induksjon. I tillegg konkluderte han H og B knyttet til hverandre.

Mellom 1861 og 1865 James Clerk Maxwell utviklet og publisert Maxwells ligninger som forklarte og kombinerte elektrisitet og magnetisme i klassisk fysikk. Den første samlingen av disse ligningene ble publisert i en artikkel i 1861 med tittelen « På fysiske kraftlinjer » . Disse ligningene ble funnet å være gyldige, selv om de var ufullstendige. Maxwell fullførte ligningene sine i sitt senere arbeid i 1865 « Dynamisk teori om elektromagnetisk felt » og bestemte at lys er en elektromagnetisk bølge. Heinrich Hertz eksperimentelt bekreftet dette faktum i 1887.

Selv om styrken til magnetfeltet til en bevegelig elektrisk ladning antydet i Ampères lov ikke ble eksplisitt oppgitt, i 1892 Hendrik Lorenz hentet det fra Maxwells ligninger. Samtidig ble den klassiske teorien om elektrodynamikk i utgangspunktet fullført.

Det tjuende århundre utvidet syn på elektrodynamikk, takket være fremveksten av relativitetsteorien og kvantemekanikken. Albert Einstein i sin artikkel fra 1905, hvor relativitetsteorien hans ble underbygget, viste at elektriske og magnetiske felt er en del av det samme fenomenet, vurdert i forskjellige referanserammer. (Cm. Bevegelig magnet og lederproblem - tankeeksperiment, som til slutt hjalp Einstein med å utvikle seg spesiell relativitet). Til slutt, kvantemekanikk ble kombinert med elektrodynamikk for å danne kvanteelektrodynamikk(QED).

Elementer av jordens magnetfelt
		Et kjennetegn ved jordens magnetfelt, som ethvert magnetfelt, er dets Spenninger F eller dens komponenter. For å dekomponere vektoren F komponentene tas vanligvis som et rektangulært koordinatsystem, hvor x-aksen er orientert i retning av den geografiske meridianen, y - i retning av parallellen, mens retningen til x-aksen anses å være positiv til nord, og y-aksen mot øst. Z-aksen vil i dette tilfellet være rettet fra topp til bunn mot midten av jorden.
	La oss plassere opprinnelsen til koordinatene på punktet der observasjonen av jordens magnetiske feltstyrke finner sted. Projeksjonen av denne vektoren på x-aksen kalles nordlige komponent, projeksjon på y-aksen - østlig komponent og projeksjonen på z-aksen - vertikal komponent, og de er betegnet med Hx, Hy, Hz hhv. projeksjon F på et horisontalt plan kalles horisontal komponent H. Det vertikale planet som vektoren ligger i F, er kalt planet til den magnetiske meridianen, og vinkelen mellom de geografiske og magnetiske meridianene - magnetisk deklinasjon, som er betegnet med D. Til slutt, vinkelen mellom horisontalplanet og retningen til vektoren F er kalt magnetisk helning Jeg. Det er lett å se at med et slikt arrangement av koordinataksene, som vist på figuren, positivt deklinasjonen vil være øst, dvs. når vektoren H avvek fra nord til øst, og negativ- vestlig. Humør Jeg positivt når vektoren F peker ned fra jordoverflaten, som er tilfellet på den nordlige halvkule, og negativ, når F rettet oppover, dvs. på den sørlige halvkule. F eller H- internasjonale betegnelser på henholdsvis hele vektoren av jordens magnetfelt og størrelsen på det gamle feltet. Noen ganger er styrken til jordens magnetfelt betegnet med T, men modulen til fullvektoren er også angitt. deklinasjon D, tilbøyelighet Jeg, horisontal komponent H, vertikal komponent Hz, nordlige hx og østlige Hy komponenter kalles elementer av jordisk magnetisme , som kan betraktes som koordinatene til enden av vektoren F i ulike koordinatsystemer. For eksempel, Hx, Hy, Hz- ikke noe mer enn koordinatene til enden av vektoren F i rektangulært koordinatsystem; Hz, H og D- koordinater inn sylindrisk system og F, D og Jeg- koordinater inn sfærisk system koordinater. I hvert av disse tre systemene er koordinatene uavhengige av hverandre. Mengder Hx, Hy, Hz og H i noen tilfeller kalt kraftkomponenter jordens magnetfelt, og D og Jeg - hjørne. Som observasjoner viser, forblir ingen av elementene i jordmagnetisme konstant i tid, men endrer kontinuerlig verdien fra time til time og fra år til år. Slike endringer kalles variasjoner av elementene i jordisk magnetisme . Hvis man observerer disse variasjonene i en kort periode (i størrelsesorden en dag), kan man legge merke til at de er av periodisk karakter, men deres perioder, amplituder og faser er ekstremt forskjellige. Hvis observasjonene utføres over lang tid (flere år) med årlig fastsettelse av den gjennomsnittlige årlige verdien av elementene, er det lett å fastslå at de gjennomsnittlige årlige verdiene også endres, men endringens art er allerede monotont, og deres periodisitet oppdages bare med en veldig lang varighet av observasjoner (i størrelsesorden mange titalls og hundrevis av år) . Langsomme variasjoner av elementene i jordisk magnetisme kalles sekulære variasjoner , verdien deres er vanligvis titalls skalaer per år. Aldersvariasjoner elementer er assosiert med kilder som ligger inne i kloden, og er forårsaket av samme årsaker som jordas magnetfelt. Endringen i de gjennomsnittlige årlige verdiene for et element i løpet av året kalles århundre kurs . Flyktige variasjoner av periodisk natur, svært forskjellige i amplitude, har sin kilde i elektriske strømmer i de høye lagene av atmosfæren. Data om de raske variasjonene av jordens magnetfelt i skjemaet time- og minuttverdier av elementene i jordmagnetisme presentert på nettsiden World Data Center for Solar-Terrestrial Physics.

Gauss - Kruger-projeksjon

fra Wikipedia, den frie encyklopedi

(omdirigert fra " Gauss-Kruger koordinatsystem»)

Gauss - Kruger-projeksjon- tverrgående sylindrisk likekantet kartprojeksjon utviklet av tyske forskere Carl Gauss og Louis Kruger. Bruken av denne projeksjonen gjør det mulig å avbilde ganske betydelige områder av jordoverflaten med praktisk talt ingen betydelig forvrengning og, noe som er veldig viktig, å bygge et flatt system. rektangulære koordinater. Dette systemet er det enkleste og mest praktiske for tekniske og topografiske og geodetiske arbeider. .

Derfor oppsto selve konseptet innen elektrodynamikk samtidig med konseptet «elektrisk felt». Den ble først introdusert av M. Faraday, og litt senere av J. Maxwell, for å forklare hvorfor elektriske ladninger har så relativt kort interaksjonsområde.

På lufta

Elektrodynamikkens fedre mente at feltet er skapt ved deformasjon av eteren - et usynlig spekulativt medium som fyller alt som eksisterer (Einstein, mens han arbeidet med relativitetsteorien, avskaffet eterbegrepet). Selv om dette kan virke rart for moderne mennesker, men frem til 1900-tallet tvilte fysikere virkelig ikke på en form for substans som gjennomsyrer alt. Hvordan magnetiske felt skapes og hva deres natur er, kunne ikke fysikere forklare.

Da den spesielle relativitetsteorien (SRT) kom i bruk, og eteren ble "offisielt fjernet", ble rommet "tomt", men feltene fortsatte å samhandle selv i et vakuum, og dette er umulig mellom ikke-materielle objekter (i det minste ifølge SRT), så fysikere anså det som nødvendig å tildele noen attributter til elektriske og magnetiske felt. Begreper som masse, momentum og feltenergi skapes.

Magnetfeltegenskaper

Dens første egenskap forklarer arten av dens opprinnelse: et magnetfelt kan bare oppstå under påvirkning av bevegelige ladninger (elektroner) av en elektrisk strøm. Kraftkarakteristikken til et magnetfelt kalles magnetisk induksjon, den er tilstede når som helst i feltet.

Effekten av feltet strekker seg bare til bevegelige ladninger, magneter og ledere. Det kan være av to typer: variabel og permanent. Magnetfeltet kan kun måles ved hjelp av spesielle instrumenter, det er ikke fikset av menneskelige sanser (selv om biologer tror at noen dyr kan oppfatte endringer i det). Essensen av en annen egenskap ved magnetfeltet er at det har en elektrodynamisk natur, ikke bare fordi det bare kan påvirke bevegelige ladninger, men også fordi det i seg selv genereres av bevegelsen av ladninger.

Hvordan se

Selv om de menneskelige sansene ikke kan oppdage tilstedeværelsen av et magnetfelt, kan retningen bestemmes ved hjelp av en magnetisert nål. Imidlertid kan du "se" magnetfeltet med et ark papir og enkle jernspon. Det er nødvendig å legge et papirark på en permanent magnet, og dryss sagflis på toppen, hvoretter jernsponene stiller seg langs lukkede og kontinuerlige kraftlinjer.

Retningen til kraftlinjene bestemmes ved hjelp av høyrehåndsregelen, som også kalles gimlet-regelen. Hvis du tar lederen i hånden slik at tommelen er i retning av strømmen (strømmen beveger seg fra minus til pluss), vil de gjenværende fingrene indikere retningen til kraftlinjene.

Geomagnetisme

Magnetiske felt skapes av bevegelige ladninger, men hva er så naturmagnetismen? Planeten vår har et magnetfelt som beskytter den mot skadelig solstråling, og feltdiameteren er flere ganger større enn jordens diameter. Den er heterogen i formen, på "solsiden" krymper den under påvirkning av solvinden, og på nattsiden strekker den seg i form av en lang bred hale.

Det antas at på planeten vår skapes magnetiske felt ved bevegelse av strømmer i kjernen, som består av flytende metall. Dette kalles den "hydromagnetiske dynamoen". Når et stoff når en temperatur på flere tusen grader Kelvin, blir ledningsevnen høy nok til at bevegelser, selv i et medium med svak magnetisering, begynner å skape elektriske strømmer, som igjen skaper magnetiske felt.

I lokale områder skapes magnetiske felt av magnetiserte bergarter fra de øvre lagene av planeten som danner jordskorpen.

Polbevegelse

Siden 1885 begynte registreringen av bevegelsen av magnetiske poler. I løpet av det siste århundret har sørpolen (polen på den sørlige halvkule) flyttet seg 900 kilometer, og den nordlige (arktiske) magnetiske polen har flyttet seg 120 kilometer på 11 år siden 1973, og ytterligere 150 kilometer i løpet av de neste ti årene. Polet økte fra 10 kilometer per år til 60.

Selv om forskerne vet hvordan jordens magnetfelt skapes, kan de ikke påvirke bevegelsen til polene og anta at en ny inversjon vil skje ganske snart. Dette er en naturlig prosess, dette er ikke første gang på planeten, men hvordan en slik prosess vil slå ut for folk er ukjent.