Всім доброго доби. Минулої статті я розповів про магнітне поле і трохи зупинився на його параметрах. Ця стаття продовжує тему магнітного поля та присвячена такому параметру як магнітна індукція. Для спрощення теми я розповідатиму про магнітне поле у ​​вакуумі, тому що різні речовини мають різні магнітні властивості, і як наслідок необхідно враховувати їх властивості.

Закон Біо – Савара – Лапласа

В результаті дослідження магнітних полів створюваних електричним струмом, дослідники дійшли таких висновків:

• магнітна індукція, створювана електричним струмом, пропорційна силі струму;
• магнітна індукція має залежність від форми та розмірів провідника, яким протікає електричний струм;
• магнітна індукція у будь-якій точці магнітного поля залежить від розташування даної точки по відношенню до провідника зі струмом.

Французькі вчені Біо та Савар, які дійшли таких висновків звернулися до великого математика П. Лапласа для узагальнення та виведення основного закону магнітної індукції. Він висловив гіпотезу, що індукція у будь-якій точці магнітного поля, створюване провідником зі струмом, можна представити у вигляді суми магнітних індукцій елементарних магнітних полів, які створюються елементарною ділянкою провідника зі струмом. Ця гіпотеза і стала законом магнітної індукції, званого законом Біо – Савара – Лапласа. Для розгляду цього закону зобразимо провідник зі струмом та створювану ним магнітну індукцію

Магнітна індукція dB, що створюється елементарною ділянкою провідника dl.

Тоді магнітна індукція dBелементарного магнітного поля, що створюється ділянкою провідника dl, зі струмом Iу довільній точці Рвизначатиметься наступним виразом

де I - сила струму, що протікає по провіднику,

r – радіус-вектор, проведений від елемента провідника до точки магнітного поля,

dl – мінімальний елемент провідника, який створює індукцію dB,

k – коефіцієнт пропорційності, що залежить від системи відліку, у СІ k = μ 0 /(4π)

Так як є векторним твором, тоді підсумковий вираз для елементарної магнітної індукції виглядатиме таким чином

Таким чином, цей вираз дозволяє знайти магнітну індукцію магнітного поля, яке створюється провідником зі струмом довільної форми та розмірів за допомогою інтегрування правої частини виразу

де символ l означає, що інтегрування відбувається по всій довжині провідника.

Магнітна індукція прямолінійного провідника

Як відомо найпростіше магнітне поле створює прямолінійний провідник, яким протікає електричний струм. Як я вже говорив у попередній статті, силові лінії даного магнітного поля являють собою концентричні кола розташовані навколо провідника.

Для визначення магнітної індукції Упрямого дроту в точці Рвведемо деякі позначення. Бо точка Рзнаходиться на відстані bвід дроту, то відстань від будь-якої точки дроту до точки Рвизначається як r = b/sinα. Тоді найменшу довжину провідника dlможна обчислити з наступного виразу

У результаті закон Біо – Савара – Лапласа для прямолінійного дроту нескінченної довжини матиме вигляд

де I - струм, що протікає по дроту,

b – відстань від центру дроту до точки, де розраховується магнітна індукція.

Тепер просто проінтегруємо вираз, що вийшов по dαу межах від 0 до π.

Таким чином, підсумковий вираз для магнітної індукції прямолінійного дроту нескінченної довжини матиме вигляд

I - струм, що протікає по дроту,

b – відстань від центру провідника до точки, де вимірюється індукція.

Магнітна індукція кільця

Індукція прямого дроту має невелике значення та зменшується при віддаленні від провідника, тому в практичних пристроях практично не застосовується. Найбільш широко використовуються магнітні поля створені дротом, намотаним на якийсь каркас. Тому такі поля називають магнітними полями кругового струму. Найпростішим таким магнітним поле має електричний струм, що протікає по провіднику, який має форму кола радіуса R.

В даному випадку практичний інтерес становить два випадки: магнітне поле в центрі кола та магнітне поле в точці Р, яке лежить на осі кола. Розглянемо перший випадок.

У даному випадку кожен елемент струму dl створює в центрі кола елементарну магнітну індукцію dB, яка перпендикулярна до площини контуру, тоді закон Біо-Савара-Лапласа матиме вигляд

Залишається тільки проінтегрувати отриманий вираз по всій довжині кола

де μ 0 - магнітна постійна, μ 0 = 4? 10 -7 Гн / м,

I – сила струму у провіднику,

R - радіус кола, в яке згорнутий провідник.

Розглянемо другий випадок, коли точка, в якій обчислюється магнітна індукція, лежить на прямій хяка перпендикулярна площині обмеженою круговим струмом.

У цьому випадку індукція у точці Рявлятиме собою суму елементарних індукцій dB X, які у свою чергу є проекцією на вісь хелементарної індукції dB

Застосувавши закон Біо-Савара-Лапласа обчислимо величину магнітної індукції

Тепер проінтегруємо цей вираз по всій довжині кола

де μ 0 - магнітна постійна, μ 0 = 4? 10 -7 Гн / м,

I – сила струму у провіднику,

R - радіус кола, в яке згорнутий провідник,

х – відстань від точки, у якій обчислюється магнітна індукція, до центру кола.

Як видно з формули при х = 0, вираз, що вийшов, переходить у формулу для магнітної індукції в центрі кругового струму.

Циркуляція вектора магнітної індукції

Для розрахунку магнітної індукції найпростіших магнітних полів достатньо закону Біо-Савара-Лапласа. Однак при більш складних магнітних полях, наприклад, магнітне поле соленоїда або тороїда, кількість розрахунків та громіздкість формул значно збільшиться. Для спрощення розрахунків запроваджується поняття циркуляції вектора магнітної індукції.

Уявімо деякий контур l, який перпендикулярний струму I. У будь-якій точці Рданого контуру, магнітна індукція Унаправлена ​​по дотичній до цього контуру. Тоді добуток векторів dlі Уописується наступним виразом

Оскільки кут dφдосить малий, то векторів dl В визначається, як довжина дуги

Таким чином, знаючи магнітну індукцію прямолінійного провідника в даній точці, можна вивести вираз для циркуляції вектора магнітної індукції

Тепер залишається проінтегрувати вираз, що вийшов, по всій довжині контуру.

У нашому випадку вектор магнітної індукції циркулює навколо одного струму, а в разі кількох струмів вираз циркуляції магнітної індукції переходить у закон повного струму, який говорить:

Циркуляція вектора магнітної індукції по замкнутому контуру пропорційна сумі алгебри струмів, які охоплює даний контур.

Магнітне поле соленоїда та тороїда

За допомогою закону повного струму та циркуляції вектора магнітної індукції досить легко визначити магнітну індукцію таких складних магнітних полів як у соленоїда та тороїда.

Соленоїдом називається циліндрична котушка, яка складається з безлічі витків провідника, намотаних виток до витка на циліндричний каркас. Магнітне поле соленоїда фактично складається з множини магнітних полів кругового струму із загальною віссю, перпендикулярною до площини кожного кругового струму.

Скористаємося циркуляцією вектора магнітної індукції та представимо циркуляцію за прямокутним контуром 1-2-3-4 . Тоді циркуляція вектора магнітної індукції для цього контуру матиме вигляд

Бо на дільницях 2-3 і 4-1 вектор магнітної індукції перпендикулярний до контуру, то циркуляція дорівнює нулю. На ділянці 3-4 , який значно віддалений від соленоїда, його також можна не враховувати. Тоді з урахуванням закону повного струму магнітна індукція в соленоїді досить великої довжини матиме вигляд

де n – число витків провідника соленоїда, яке посідає одиницю довжини,

I - Струм, що протікає по соленоїду.

Тороїд утворюється шляхом намотування провідника на кільцевий каркас. Дана конструкція еквівалентна системі з множини однакових кругових струмів, центри яких розташовані на колі.

Як приклад розглянемо тороїд радіусу R, на який намотано Nвитків дроту. Навколо кожного витка дроту візьмемо контур радіусу r, центр цього контуру збігається з центром тороїда. Оскільки вектор магнітної індукції Bспрямований по дотичній до контуру в кожній точці контуру, то циркуляція вектора магнітної індукції матиме вигляд

де r - Радіус контуру магнітної індукції.

Контур проходячи всередині тороїда охоплює N витків дроту зі струмом I, тоді закон повного струму для тороїда матиме вигляд

де n – число витків провідника, яке посідає одиницю довжини,

r – радіус контуру магнітної індукції,

R – радіус тороїда.

Таким чином, використовуючи закон повного струму та циркуляцію вектора магнітної індукції можна розрахувати скільки завгодно складне магнітне поле. Однак закон повного струму дає правильні результати лише у вакуумі. У разі розрахунку магнітної індукції у речовині необхідно враховувати звані молекулярні струми. Про це йтиметься у наступній статті.

Теорія це добре, але без практичного застосування це слова.

Інструкція

Щоб дізнатися напрямокмагнітних для прямого провідника з , розташуйте його так, щоб електричний струм йшов у напрямку від вас (наприклад, у аркуш паперу). Спробуйте згадати, як рухається бур або гвинт, що закручується викруткою: по годинниковій і . Зобразіть цей рух рукою, щоб зрозуміти напрямок ліній. Таким чином, лінії магнітного поля спрямовані за годинниковою стрілкою. Позначте їх схематично на кресленні. Цей метод є правилом буравчика.

Якщо провідник розташований не в тому напрямку, встаньте подумки таким чином або поверніть конструкцію так, щоб струм від вас віддалявся. Потім згадайте рух бура чи гвинта та поставте напрямокмагнітних лінійпо годинниковій стрілці.

Якщо правило свердловика здається вам складним, спробуйте використовувати правило правої руки. Щоб за його допомогою визначити напрямокмагнітних ліній, розташуйте руку використовуйте праву руку з відстовбурченим великим пальцем. Великий палець направте рухом провідника, а 4 інших пальця – у напрямку індукційного струму. Тепер зверніть увагу, силові лінії магнітного поля у вашу долоню.

Щоб використовувати правило правої руки для котушки зі струмом, обхопіть його подумки долонею правої руки так, щоб пальці були направлені вздовж струму в витках. Подивіться, куди дивиться відставлений палець – це є напрямокмагнітних лінійвсередині. Цей спосіб допоможе визначити орієнтацію металевої болванки, якщо вам потрібно зарядити за допомогою котушки зі струмом.

Щоб визначити напрямокмагнітних лінійза допомогою магнітної стрілки, розташуйте кілька таких стрілок навколо дроту чи котушки. Ви побачите, що осі стрілок спрямовані по дотичних до кола. За допомогою цього методу можна знайти напрямок лінійу кожній точці простору та їх безперервність.

Під лініями індукції розуміють силові лінії магнітного поля. Щоб отримати інформацію про цей вид матерії, недостатньо знати абсолютну величину індукції, потрібно знати і її напрям. Напрямок ліній індукції можна знайти за допомогою спеціальних приладів або користуючись правилами.

Вам знадобиться

• - Прямий і круговий провідник;
• - Джерело постійного струму;
• - Постійний магніт.

Інструкція

Підключіть прямий провідник до джерела постійного струму. Якщо по ньому тече струм, він магнітним полем, силові лінії якого є концентричними колами. Визначте напрямок силових ліній, скориставшись правилом . Правим свердловиком називається гвинт, що просувається при обертанні в праву сторону (за годинниковою стрілкою).

Визначте напрям струму у провіднику, враховуючи, що він протікає від позитивного джерела полюса до негативного. Шток гвинта розташуйте паралельно провіднику. Починайте обертати його так, щоб шток почав рухатися у напрямку струму. У цьому випадку напрямок обертання рукоятки покаже напрямок ліній індукції магнітного поля.

Знайдіть напрямок силових ліній індукції витка зі струмом. Для цього використовуйте той самий правий свердловин. Буравчик розташуйте таким чином, щоб рукоятка оберталася у напрямку протікання струму. У цьому випадку рух штока свердловика покаже напрямок ліній індукції. Наприклад, якщо струм протікає у витку за годинниковою стрілкою, лінії магнітної індукції будуть площини витка і будуть йти в його площину.

Якщо провідник рухається у зовнішньому магнітному полі, визначте його напрямок, користуючись правилом лівої руки. Для цього розташуйте ліву руку так, щоб чотири пальці показували напрямок струму, а відставлений великий палець, напрямок руху провідника. Тоді лінії індукції однорідного магнітного поля входитимуть у долоню лівої руки.

Відео на тему

У процесі створення креслення інженер стикається з цілим спектром проблем, уміння вирішувати які є ступенем його кваліфікації. Визначення видимості на кресленнях складних деталей є одна зі згаданих проблем. Найпоширеніший метод визначення видимості на кресленні – метод конкуруючих точок.

Вам знадобиться

• Зображення деталі без певної видимості принаймні у двох головних видах, що захоплюють вид спереду, для цього краще підійдуть вигляд спереду та зверху, зазначені ключові точки на кресленні, в яких визначатиметься видимість.

Інструкція

Знайдіть на кресленні точки, проекції яких або площині збігаються, не збігаючись у своїй на площині проекції. Такі точки конкурують і вони будуть використані нами як опорні точки при побудові видимості, повідомляючи нам про перебування в просторі тих, до яких ці точки прив'язані.

Через зазначені раніше точки, призначені для видимості, проведіть прямі таким чином, щоб вони були перпендикулярні одній з головних площин проекції, при цьому автоматично стаючи паралельними іншій площині проекції.

Позначте точки перетину , проведені вами в попередньому кроці, з деталлю. Ці точки будуть конкуруючими, оскільки їх проекції на одній площині збігатимуться, не збігаючись при цьому на іншій площині. Якщо проекції точок збігаються на фронтальній площині (П1) то точки називаються фронтально конкуруючими. Якщо проекції точок збігаються на горизонтальній площині (П2), такі точки називаються горизонтально-конкуруючими.

Визначте видимість. Для фронтально конкуруючих точок видимість визначається вигляді зверху. Та точка, горизонтальна проекція нижче, тобто ближче до спостерігача, буде видно на передньому вигляді. Відповідно інша точка, яка конкурує даної, буде невидима. Для горизонтально конкуруючих точок видимість визначається вигляді спереду, у своїй та точка буде видима, що перебуває вище інших, проте інші, конкуруючі даної, будуть невидимі.

Магнітне поле не сприймається органами чуття людини. Для того, щоб його побачити, необхідний спеціальний прилад. Він дозволяє спостерігати форму силових ліній магнітного поля у тривимірному вигляді.

Інструкція

Приготуйте основу приладу – пластмасову пляшку. Застосовувати скляну небажано, оскільки вона може бути розбита під час дослідів магнітом, інструментами чи іншими металевими предметами. У пляшки має бути наклейка лише з одного боку. Якщо наклейка видаліть одну з її половин, а якщо її немає взагалі, зафарбуйте один бік пляшки білою фарбою. Вийде фон, на якому силові лінії найбільш помітні.

Розташуйтесь у будь-якому приміщенні, крім кухні. Постеліть на стіл газету, надягніть захисні рукавички. Настрижіть на неї непотрібними ножицями зі старої металевої мочалки для миття посуду. Загорніть у пакет і цим пристроєм повністю зберіть. Вставте в шийку пляшки лійку, а потім, помістивши пристрій над лійкою, приберіть магніт з пакета. Тирса відокремиться від пакета і через лійку в пляшку. У жодному разі не допускайте попадання тирси на підлогу та будь-які навколишні предмети, особливо одяг, взуття та продукти харчування! Тепер наповніть пляшку майже доверху прозорою та безпечною олією, після чого щільно закупорьте. Ретельно вимийте готовий пристрій зовні від залишків масла.

Перемішайте тирсу з олією, обертаючи пляшку. Просто струшувати її неефективно. Тепер піднесіть до неї магніт, і тирса вишикується відповідно до форми силових ліній. Щоб підготувати прилад до наступного досвіду, приберіть магніт і знову перемішайте тирсу з маслом, як зазначено вище.

Спробуйте спостерігати силові лінії полей магнітів різної форми. Замалюйте або сфотографуйте їх. Подумайте, вони мають саме таку форму, на це запитання у підручнику фізики. Спробуйте пояснити, чому пристрій не на змінні магнітні поля, наприклад, від трансформаторів.

Відео на тему

Зверніть увагу

Не дозволяйте дітям користуватися візуалізатором без спостереження дорослих – це іграшка, а фізичний прилад. Тира, що міститься в ньому, небезпечні при ковтанні.

Джерела:

• Тривимірний візуалізатор магнітних полів у 2019

Справжнім напрямом струмує те, в якому рухаються заряджені частинки. Воно, своєю чергою, залежить від знака їхнього заряду. Крім цього, техніки користуються умовним напрямомпереміщення заряду, що не залежить від властивостей провідника.

Інструкція

Для визначення справжнього напрямку переміщення заряджених частинок керуйтеся таким правилом. Усередині джерела вони вилітають з електрода, який від цього заряджається з протилежним знаком, і рухаються до електрода, який з цієї причини набуває заряду, за знаком аналогічний частинок. У зовнішньому ланцюгу вони вириваються електричним полем з електрода, заряд якого збігається з зарядом частинок, і притягуються до протилежно зарядженого.

У металі носіями струмує вільні електрони, що переміщаються між вузлами кристалічної. Оскільки ці частинки заряджені негативно, всередині джерела вважайте їх рухомими від позитивного електрода до негативного, а зовнішнього ланцюга - від негативного до позитивного.

У неметалевих провідниках заряд переносять також електрони, але механізм їхнього переміщення інший. Електрон, залишаючи атом і тим самим перетворюючи його на позитивний іон, змушує його захопити електрон з попереднього атома. Той самий електрон, який залишив атом, іонізує негативно наступний. Процес повторюється безперервно, поки в ланцюзі струм. Напрямок руху заряджених частинок у цьому випадку вважайте тим самим, що й у попередньому випадку.

У заряд завжди переносять тяжкі іони. Залежно від складу електроліту вони можуть бути як негативними, так і позитивними. У першому випадку вважайте їх такими, що ведуть себе електронам, а в другому - аналогічно позитивним іонам в газах або діркам в напівпровідниках.

При вказівці напряму струмув електричній схемі, незалежно від того, куди переміщуються заряджені частинки насправді, вважайте їх, що рухаються в джерелі від негативного полюса до позитивного, а в зовнішньому ланцюзі - від позитивного до негативного. Зазначений напрямок вважається умовним, а прийнято воно до будови атома.

Джерела:

• напрямок струму

Порада 6: Де знайти провідника для походу в гори чи ліс

Багатьох людей, які збираються у відпустку, приваблює не безцільне лежання на пляжі, а піші чи кінні походи в гори чи ліс, що дають змогу побути наодинці з природою, помилуватися красою місць, не зіпсованих цивілізацією, та й перевірити себе. Але, якщо ви вирушаєте не просто на прогулянку по стежках, а в справжній багатоденний похід незвіданими місцями, без провідника вам не обійтися.

Навіщо потрібен провідник у поході

Навіть досвідчені й досвідчені туристи, втім, особливо такі, вирушаючи в гори або ліс за складним маршрутом у тих місцях, де вони до цього не були, обов'язково візьмуть із собою провідника. Провідник, це людина, яка живе в цій місцевості і чудово знає її, яка займається супроводом професійно або іноді.

Така людина не лише досконало вивчила тут кожну стежку, але знає всі місцеві погоди, особливості поведінки та правила безпеки. Його присутність стане гарантією того, що похід пройде в максимально комфортних умовах і всі його учасники повернуться з нього цілими і неушкодженими.

Особливо необхідний провідник у тому випадку, коли ви і учасники вашої групи - туристи-початківці. Часом незнання елементарних правил безпеки та відсутність первинних туристичних навичок призводять до справжніх людських трагедій. Провідник не тільки гарант безпеки, але й людина, яка навчить вас правилам та покаже вам те, що самі ви просто не зможете розглянути та побачити.

Вирушаючи в похід, ретельно вивчіть всі особливості даної території, перегляньте маршрут і підготуйтеся фізично.

Як знаходити провідника для туристичного походу

Якщо місцевість, куди ви прямуєте, досить безлюдна, домовитись про супровід можна з місцевими жителями. Як правило, за невелику (для вас) плату вони із задоволенням погоджуються допомогти туристам у цьому питанні. У тому випадку, коли поряд розташований великий населений пункт, можна дізнатися та звернутися до місцевих туристичних клубів або служби порятунку, підрозділу МНС.

Перед тим як вийти на маршрут, попередьте про це місцеві рятувальні служби та домовтеся про контрольні терміни вашої появи, щоб у разі затримки допомогу було надіслано негайно.

Якщо вони не виділять провідника з лав своїх членів та співробітників, напевно порадять, до кого з місцевих жителів вам можна звернутися. Хорошу пораду та рекомендації ви можете отримати і звернувшись до торгової точки, де продають гірське чи туристичне спорядження, зазвичай торгують там люди, які не з чуток знайомі з туризмом та альпінізмом.

Всесильний інтернет надасть вам допомогу у пошуку. Ви можете переглянути офіційні сайти тих міст, які будуть відправною точкою вашого походу, часто там є подібна інформація. Є спеціалізовані сайти, що пропонують послуги професійних провідників, причому вони можуть супроводжувати вас не тільки Росією, але й за кордоном.

Джерела:

• Замовлення провідників та супроводжуючих по інтернету в 2019

Магнітний лак для нігтів з'явився на ринку кілька років тому. Щоправда, задовго до появи у широкому продажу цей засіб уже майнув у лімітованих колекціях деяких брендів. Особливість продукту – широкі можливості для дизайну. За допомогою спеціальних магнітів нігті можна прикрасити стилізованими зірками, сніжинками, зигзагами чи хвилями.

Інструкція

Загадка ефекту магнітного лаку у його складі. У формулу включені дрібні металеві частинки, які під впливом магніту вишиковуються у порядку. Кожен магніт може "намалювати" лише один вид візерунка. Тому ті, хто хочуть різноманітності, змушені купувати кілька пристроїв із різними мотивами. Хороша новина для любителів магнітних лаків - всі аксесуари для створення малюнків взаємозамінні. Ви можете придбати лаки однієї марки та робити на них візерунки магнітами іншої.

Ще одна загальна риса всіх лаків цього типу – схожий вид покриття. Лаки мають щільну текстуру з перламутровим відблиском, для нанесення засобу рівним шаром потрібна вправність. Палітра магнітних лаків обмежена темними складними відтінками від чорно-сірого до сіро-блакитного. Більшість кольорів має виражений холодний підтон - його задають металеві частинки, що є у складі.

Магнітні лаки вирізняються високою стійкістю. Однак вони можуть підкреслити всі нерівності нігтя. Щоб засіб лежав ідеально, перед нанесенням необхідно вирівняти пластину полірувальним бруском та нанести на неї шар захисної бази.

Якщо лаки марок різних цінових категорій дуже схожі, то категорії магнітів панує різноманітність. Початківцям варто звернути увагу на , укріплені на підставці - набагато зручніше ними користуватися. Достатньо помістити палець на спеціальну платформу почне діяти. Платівки, які потрібно самостійно тримати над нафарбованим нігтем, менш зручні – не завжди вдається правильно розрахувати відстань, необхідну для появи малюнка. Якщо ж піднести платівку надто близько, легко змастити свіжонанесений лак.

Найпопулярніший малюнок для магнітного манікюру – зірка або сніжинка. На другому місці різноманітні смуги. Хвилі та зигзаги зустрічаються рідше, а магніти з незвичайними візерунками на кшталт квітів чи сердець майже не випускаються.

Манікюр із магнітним лаком має деякі особливості. Засіб наносять досить товстим шаром, свіжонафарбований ніготь негайно поміщається під магніт. Чим довше тримати магніт над лаком і чим ближче він буде розташований, тим яскравішим буде малюнок. Наносити на нього блискучі топи, рідкі сушіння та інші засоби не можна – вони розмиють поверхню магнітного лаку, і візерунок стане погано видно. На сушіння потрібно не менше півгодини, зате покриття вийде міцним і триматиметься не менше 5 днів.

Відео на тему

Корисна порада

Вибираючи візерунок, врахуйте, що зірки та поперечні смуги роблять нігті коротшими і ширшими, а зигзаги, поздовжні хвилі та вертикальні смужки навпаки, подовжують пластину.

Магнітне поле Землі

Глибоко під нашими ногами, під товщею Земної кори знаходиться те, що вже багато мільярдів років зігріває планету Земля зсередини – величезний океан в'язкої розпеченої магми. Ця магма складається з багатьох речовин, у тому числі і з металів, які дуже добре проводять електричний струм. На всій планеті під поверхнею Землі рухаються мікроскопічні електрони, створюючи електричне, а з ним і магнітне поле.

Переміщення геомагнітних полюсів

Магнітне поле Землі має два полюси: Північний геомагнітний полюс (знаходиться у планети) та Південний геомагнітний полюс (перебуває у північній півкулі планети). Одне з найвідоміших незвичайних явищ, що стосуються магнітного поля Землі – це географічне пересування геомагнітних полюсів.

Річ у тім, що у магнітне полі впливає відразу кілька чинників, сприяють його нестабільному становищу. Це і взаємодія з віссю обертання Землі, і різний тиск земної кори на різних ділянках планети, і наближення/видалення космічних тіл (Сонця, Місяця), і більшою мірою пересування магми.

Потік магми є гігантською мантійною річкою, яка рухається під впливом сонячної радіації та обертання Землі із заходу на схід. Але оскільки розміри цієї річки величезні, вона, як і звичайна річка, не може рухатися стабільно рівно. Звичайно, в ідеальних умовах русло мантійної річки мало б проходити вздовж екватора. У цьому випадку географічні та магнітні полюси Землі збігалися б. Але природні умови такі, що під час руху магма шукає зони найменшого опору потоку (зони низького тиску кори) і просувається до них, зрушуючи при цьому магнітне поле та геомагнітні полюси.

Магнітні аномалії

Нестабільність мантійної річки впливає як на магнітні полюси, а й у виникнення особливих зон, названих «магнітними аномаліями». Магнітні аномалії не мають постійного розташування, можуть ставати сильнішими/слабшими, відрізняються розмірами та причинами виникнення.

Найпоширенішим явищем є локальні магнітні аномалії (менше 100 квадратних метрів). Вони зустрічаються скрізь, розташовані в хаотичному порядку і виникають, в основному, під впливом родовищ корисних копалин, розташованих занадто близько до Землі.

Інші магнітні аномалії – регіональні (до 10000 квадратних кілометрів). Вони виникають унаслідок зміни магнітного поля. Їх розмір і сила залежить від будови земної кори у цій місцевості. Наприклад, при переході рівнинної місцевості в гористу відбувається різке піднесення земної кори, як на поверхні Землі, так і під нею. При такій зміні рельєфу швидкість руху потоку магми різко збільшується, частинки речовини стикаються один з одним і виникають коливання в магнітному полі. Одні з найвідоміших регіональних аномалій – Курська та Гавайська.

Найбільшими є континентальні магнітні аномалії (площею понад 100 000 квадратних кілометрів). Вони завдячують своїм виникненням розломами кори Землі та впливом земної осі. Наприклад, Східносибірська аномалія внаслідок зсуву земної осі саме у цей бік. До того ж, гірські хребти розділили мантійну річку на два рукави, що точаться у різних напрямках, унаслідок чого стрілка компаса матиме у цьому районі західне. Біля берегів Канади складається інша ситуація. Там знаходиться величезна площа зіткнення мантійної річки з корою Землі, внаслідок якої виникає напруженість магнітного поля, яка у свою чергу відтягує вісь Землі на себе.

Однак найцікавіша магнітна аномалія знаходиться на півдні Атлантичного океану. Магнітна річка там повертає в протилежний бік, тим самим змінюючи магнітне поле таким чином, що ця область протилежна іншій південній півкулі. Ця аномалія відома тим, що кілька разів у космонавтів, що пролітають над нею, ламалася дрібна електроніка.

Магнітні аномалії розкидані по всій планеті, не мають постійного розташування, вони з'являються і зникають, стають сильнішими або слабшими. Окрім іншого, роки досліджень показали, що геомагнітне поле планети слабшає, а магнітні аномалії стають дедалі сильнішими.

Магнітний конструктор та розвиток дитини

Магнітні конструктори з'явилися над ринком порівняно недавно. Купуючи набір з магнітів, дорослі часто погано уявляють собі, що вони купили. Щоб розібратися в принципах роботи, варто почитати інструкцію. В інструкції ви знайдете кілька варіантів збирання базових моделей. Магнітні конструктори призначені для створення різноманітних фігур та форм, у тому числі об'ємних.

Головна перевага магнітного конструктора полягає в тому, що він не заганяє фантазію дитини в рамки, а дозволяє їй творити. В інструкції можна знайти кілька базових фігур, склавши які дитина навчиться «керувати» своєю новою іграшкою. Потім підключається фантазія, і малюк починає творити, створюючи нові, фантастичні постаті.

В основі дії магнітного конструктора лежить поєднання різних деталей. Усередині кожної деталі є магніти. За допомогою магнітів елементи можна приєднувати один до одного будь-якою стороною. Існує кілька модифікацій магнітних наборів. Для найменших – магнітні дошки із плоскими елементами. Для дітей старшого віку – деталі, що дозволяють створювати великі тривимірні фігури. Великою популярністю користуються набори з маленьких магнітних кульок та паличок.

Застосування у навчанні

Використання конструкторів із магнітними елементами дозволяє перенести процес навчання на новий рівень. Створення з дрібних деталей розвиває рухові навички, допомагає відкрити в дитині нові здібності. У процесі гри дитина дізнається про різноманітність форм, навчається координувати свої рухи.

Вчителі використовують магнітні конструктори як наочні посібники. З деталей можна побудувати форму, яка демонструє структуру молекул. Або відтворити людський скелет у тривимірній проекції. Або показати дітям об'ємні геометричні форми. Можливість оглянути і доторкнутися до моделей різних фігур у кілька разів підвищує рівень засвоєння нового матеріалу в школі.

Правила безпеки

Магнітні конструктори містять багато дрібних деталей, тому купувати їх слід з обережністю з огляду на вікові особливості дітей. Особливо небезпечні маленькі магнітні кульки, що входять до складу багатьох наборів. Ці деталі легко можуть проникнути в рот, вухо, ніс дитини. Тому рекомендується купувати магнітні дошки із великими деталями.

Розглянемо прямолінійний провідник (рис.3.2), який є частиною замкнутого електричного кола. За законом Біо-Савара-Лапласа вектор магнітної індукції
поля, створюваного в точці Аелементом провідника зі струмом I, має значення
, де - Кут між векторами і . Для всіх ділянок цього провідника вектори і лежать у площині креслення, тому у точці Авсі вектори
, що створюються кожною ділянкою , Спрямовані перпендикулярно до площини креслення (до нас). Вектор визначається за принципом суперпозиції полів:

,

його модуль дорівнює:

.

Позначимо відстань від точки Адо провідника . Розглянемо ділянку провідника
. З точки Апроведемо дугу ЗDрадіусу ,
- малий, тому
і
. З креслення видно, що
;
, але
(CD=
) Тому маємо:

.

Для отримуємо:

де і - значення кута для крайніх точок провідника MN.

Якщо провідник нескінченно довгий, то
,
. Тоді

індукція в кожній точці магнітного поля нескінченно довгого прямолінійного провідника зі струмом обернено пропорційна найкоротшій відстані від цієї точки до провідника.

3.4. Магнітне поле кругового струму

Розглянемо круговий виток радіусу R, яким тече струм I (Рис. 3.3) . За законом Біо-Савара-Лапласа індукція
поля, створюваного в точці Проелементом витка зі струмом дорівнює:

,

причому
тому
, і
. З урахуванням сказаного отримуємо:

.

Усі вектори
спрямовані перпендикулярно до площини креслення до нас, тому індукція

напруженість
.

Нехай S- Площа, що охоплюється круговим витком,
. Тоді магнітна індукція у довільній точці осі кругового витка зі струмом:

,

де - Відстань від точки до поверхні витка. Відомо що
- Магнітний момент витка. Його напрямок збігається з вектором у будь-якій точці на осі витка, тому
, і
.

Вираз для на вигляд аналогічно виразу для електричного зміщення в точках поля, що лежать на осі електричного диполя досить далеко від нього:

.

Тому магнітне поле кільцевого струму часто розглядають як магнітне поле деякого умовного «магнітного диполя», позитивним (північним) полюсом вважають той бік площини витка, з якої магнітні силові лінії виходять, а негативним (південним) – ту, до якої входять.

Для контуру струму, що має довільну форму:

,

де - одиничний вектор зовнішньої нормалі до елемента поверхні S, обмеженою контуром. У разі плоского контуру поверхня S – плоска та всі вектори збігаються.

3.5. Магнітне поле соленоїда

Соленоїд - це циліндрична котушка з великою кількістю витків дроту. Витки соленоїда утворюють гвинтову лінію. Якщо витки розташовані впритул, то соленоїд можна як систему послідовно з'єднаних кругових струмів. Ці витки (струми) мають однаковий радіус та загальну вісь (рис.3.4).

Розглянемо переріз соленоїда вздовж його осі. Гуртками з точкою будемо позначати струми, що йдуть через площину креслення до нас, а кружальцем з хрестиком - струми, що йдуть за площину креслення, від нас. L- Довжина соленоїда, n – число витків, що припадають на одиницю довжини соленоїда; - R- Радіус витка. Розглянемо точку А, що лежить на осі
соленоїда. Зрозуміло, що магнітна індукція у цій точці спрямована вздовж осі
і дорівнює сумі алгебри індукцій магнітних полів, створюваних у цій точці всіма витками.

Проведемо з точки Арадіус – вектор до якогось витку. Цей радіус-вектор утворює із віссю
кут α . Струм, що тече цим витком, створює в точці Амагнітне поле з індукцією

.

Розглянемо малу ділянку
соленоїда, він має
витків. Ці витки створюють у точці Амагнітне поле, індукцію якого

.

Зрозуміло, що відстань по осі від точки Адо ділянки
одно
; тоді
.Очевидно,
тоді

Магнітна індукція полів, створюваних усіма витками, у точці Адорівнює

Напруженість магнітного поля у точці А
.

З рис.3. 4 знаходимо:
;
.

Таким чином, магнітна індукція залежить від положення точки Ана осі соленоїда. Вона

максимальна в середині соленоїда:

.

Якщо L>> R, то соленоїд можна вважати нескінченно довгим, у цьому випадку
,
,
,
; тоді

;
.

На одному з кінців довгого соленоїда
,
або
;
,
,
.

Якщо до прямолінійного провідника зі струмом піднести магнітну стрілку, то вона буде прагнути стати перпендикулярно до площини, що проходить через вісь провідника і центр обертання стрілки (рис. 67). Це свідчить про те, що у стрілку діють особливі сили, які називаються магнітними. Іншими словами, якщо провідником проходить електричний струм, то навколо провідника виникає магнітне поле. Магнітне поле можна розглядати як особливий стан простору, що оточує провідники зі струмом.

Якщо просмикнути через карту товстий провідник і пропустити по ньому електричний струм, то сталева тирса, насипана на картон, розташуються навколо провідника по концентричних кіл, що є в даному випадку так звані магнітні лінії (рис. 68). Ми можемо пересувати картон вгору або вниз по провіднику, але розташування сталевої тирси не зміниться. Отже, магнітне поле виникає навколо провідника по всій його довжині.

Якщо на картон поставити маленькі магнітні стрілки, то, змінюючи напрямок струму у провіднику, можна побачити, що магнітні стрілки повертаються (рис. 69). Це показує, що напрямок магнітних ліній змінюється зі зміною напрямку струму у провіднику.

Магнітне поле навколо провідника зі струмом має такі особливості: магнітні лінії прямолінійного провідника мають форму концентричних кіл; чим ближче до провідника, тим щільніше розташовуються магнітні лінії, тим більша магнітна індукція; магнітна індукція (інтенсивність поля) залежить від величини струму у провіднику; напрямок магнітних ліній залежить від напрямку струму у провіднику.

Щоб показати напрямок струму у провіднику, зображеному в розрізі, прийнято умовне позначення, яким ми надалі користуватимемося. Якщо подумки помістити у провіднику стрілу у напрямку струму (рис. 70), то провіднику, струм у якому спрямований від нас, побачимо хвіст оперення стріли (хрестик); якщо струм направлений до нас, побачимо вістря стріли (точку).

Напрямок магнітних ліній навколо провідника зі струмом можна визначити за "правилом буравчика". Якщо буравчик (штопор) з правим різьбленням рухатиметься поступово за напрямом струму, то напрям обертання ручки збігатиметься з напрямком магнітних ліній навколо провідника (рис. 71).

Рис. 71. Визначення напрямку магнітних ліній навколо провідника зі струмом за "правилом буравчика"

Магнітна стрілка, внесена в поле провідника зі струмом, розташовується вздовж магнітних ліній. Тому визначення її розташування можна також скористатися " правилом буравчика " (рис. 72).

Рис. 72. Визначення напрямку відхилення магнітної стрілки, піднесеної до провідника зі струмом, за "правилом буравчика"

Магнітне поле є одним із найважливіших проявів електричного струму і не може бути отримано незалежно та окремо від струму.

У постійних магнітах магнітне поле також викликається рухом електронів, що входять до складу атомів та молекул магніту.

Інтенсивність магнітного поля в кожній його точці визначається величиною магнітної індукції, яку прийнято позначати буквою В. Магнітна індукція є векторною величиною, тобто вона характеризується не лише певним значенням, а й певним напрямом у кожній точці магнітного поля. Напрямок вектора магнітної індукції збігається з дотичною до магнітної лінії даної точки поля (рис. 73).

В результаті узагальнення дослідних даних французькі вчені Біо та Савар встановили, що магнітна індукція В (інтенсивність магнітного поля) на відстані r від нескінченно довгого прямолінійного провідника зі струмом визначається виразом

де r - радіус кола, проведеного через розглянуту точку поля; центр кола знаходиться на осі провідника (2πr – довжина кола);

I - величина струму, що протікає по провіднику.

Величина μ а, що характеризує магнітні властивості середовища, називається абсолютною магнітною проникністю середовища.

Для порожнечі абсолютна магнітна проникність має мінімальне значення і прийнято позначати μ 0 і називати абсолютною магнітною проникністю порожнечі.

1 гн = 1 ом⋅сек.

Відношення μ а / μ 0 показує, у скільки разів абсолютна магнітна проникність даного середовища більша за абсолютну магнітну проникність порожнечі, називається відносною магнітною проникністю і позначається буквою μ.

У Міжнародній системі одиниць (СІ) прийняті одиниці виміру магнітної індукції - тесла або вебер на квадратний метр (тл, вб/м 2).

В інженерній практиці магнітну індукцію прийнято вимірювати у гаусах (гс): 1 тл = 104 гс.

Якщо у всіх точках магнітного поля вектора магнітної індукції рівні за величиною та паралельні один одному, то таке поле називається однорідним.

Твір магнітної індукції на величину майданчика S, перпендикулярній напрямку поля (вектору магнітної індукції), називається потоком вектора магнітної індукції, або просто магнітним потоком, і позначається буквою Φ (рис. 74):

У Міжнародній системі як одиниця виміру магнітного потоку прийнятий вебер (вб).

В інженерних розрахунках магнітний потік вимірюють у максвелах (мкс):

1 вб = 108 мкс.

При розрахунках магнітних полів користуються також величиною, яка називається напруженістю магнітного поля (позначається Н). Магнітна індукція і напруженість магнітного поля Н пов'язані співвідношенням

Одиниця виміру напруженості магнітного поля Н – ампер на метр (а/м).

Напруженість магнітного поля в однорідному середовищі, так само як і магнітна індукція, залежить від величини струму, числа та форми провідників, якими проходить струм. Але на відміну магнітної індукції напруженість магнітного поля не враховує впливу магнітних властивостей середовища.

Електричний струм, що протікає провідником, створює навколо цього провідника магнітне поле (рис. 7.1). Напрямок магнітного поля, що виникає, визначається напрямом струму.
Спосіб позначення напрямку електричного струму у провіднику показано на рис. 7.2: точку на рис. 7.2(а) можна сприймати як вістря стрілки, що вказує напрямок струму до спостерігача, а хрестик - як хвіст стрілки, що вказує напрямок струму від спостерігача.
Магнітне поле, що виникає навколо провідника зі струмом, показано на рис. 7.3. Напрямок цього поля легко визначається за допомогою правила правого гвинта (або правила буравчика): якщо вістря буравчика поєднати з напрямком струму, то при його загвинчуванні напрямок обертання рукоятки збігатиметься з напрямком магнітного поля.

Рис. 7.1. Магнітне поле навколо провідника зі струмом.

Рис. 7.2. Позначення напрямку струму (а) до спостерігача та (б) від спостерігача.

Поле, яке створюється двома паралельними провідниками

1. Напрями струмів у провідниках збігаються. На рис. 7.4(а) зображено два паралельні провідники, розташовані на деякій відстані один від одного, причому магнітне поле кожного провідника зображено окремо. У проміжку між провідниками створювані ними магнітні поля протилежні за напрямом і компенсують одне одного. Результуючий магнітне поле показано на рис. 7.4(б). Якщо змінити напрямок обох струмів на зворотний, то зміниться на зворотний і напрямок результуючого магнітного поля (рис. 7.4 (б)).

Рис. 7.4. Два провідники з однаковими напрямками струмів (а) та їх результуюче магнітне поле (6, в).

2. Напрями струмів у провідниках протилежні. На рис. 7.5(а) показано магнітні поля для кожного провідника окремо. У цьому випадку у проміжку між провідниками їх поля підсумовуються і тут результуюче поле (рис. 7.5(б)) максимально.

Рис. 7.5. Два провідники з протилежними напрямками струмів (а) та їх результуюче магнітне поле (б).

Рис. 7.6. Магнітне поле соленоїда.

Соленоїд – це циліндрична котушка, що складається з великої кількості витків дроту (рис. 7.6). Коли по витках соленоїда протікає струм, соленоїд поводиться як смуговий магніт із північним та південним полюсами. Створюване ним магнітне поло нічим не відрізняється від нуля постійного магніту. Магнітне поле всередині соленоїда можна посилити, намотавши котушку на магнітний сердечник зі сталі, заліза або іншого магнітного матеріалу. Напруженість (величина) магнітного поля соленоїда залежить також від сили електричного струму, що пропускається, і числа витків.

Електромагніт

Соленоїд можна використовувати як електромагніт, при цьому сердечник робиться з магнітом'якого матеріалу, наприклад ковкого заліза. Соленоїд поводиться як магніт тільки в тому випадку, коли через котушку протікає електричний струм. Електромагніти застосовуються в електричних дзвінках та реле.

Провідник у магнітному полі

На рис. 7.7 зображено провідник зі струмом, поміщений у магнітне поле. Видно, що магнітне поле цього провідника складається з магнітним полем постійного магніту в зоні вище провідника і віднімається в зоні нижче провідника. Таким чином, сильніше магнітне поле знаходиться вище провідника, а слабше - нижче (рис. 7.8).
Якщо змінити напрямок струму у провіднику на зворотний, то форма магнітного поля залишиться колишньою, але його величина буде більшою під провідником.

Магнітне поле, струм та рух

Якщо провідник зі струмом помістити в магнітне поле, то на нього діятиме сила, яка намагається пересунути провідник з області сильнішого поля в слабшу область, як показано на рис. 7.8. Напрямок цієї сили залежить від напрямку струму, а також від напрямку магнітного нуля.

Рис. 7.7. Провідник зі струмом у магнітному полі.

Рис. 7.8. Результуюче поле

Величина сили, що діє на провідник із струмом, визначається як величиною магнітного поля, так і силою гіка, що протікає через цей провідник.
Рух провідника, поміщеного в магнітне поле, при пропущенні через нього струму називається принципом двигуна. На цьому принципі засновано роботу електродвигунів, магнітоелектричних вимірювальних приладів з рухомою котушкою та інших пристроїв. Якщо провідник переміщати в магнітному полі, у ньому генерується струм. Це називається принципом генератора. На цьому принципі заснована робота генераторів постійного та змінного струму.

До цього часу розглядалося магнітне поле, пов'язане лише з постійним електричним струмом. І тут напрям магнітного поля незмінно і визначається напрямом постійного дока. При перебігу змінного струму створюється змінне магнітне поле. Якщо окрему котушку помістити в це змінне поле, то в ній індукуватиметься (наводиться) ЕРС (напруга). Або якщо дві окремі котушки розташувати у безпосередній близькості один до одного, як показано на рис. 7.9. і докласти змінну напругу до однієї обмотки (W1), то між висновками другої обмотки (W2) виникатиме нова змінна напруга (індукована ЕРС). Це принцип роботи трансформатора.

Рис. 7.9. Індукована ЕРС.

У цьому відео розповідається про поняття магнетизму та електромагнетизму: