У минулому столітті різними вченими було висунуто кілька припущень про магнітне поле Землі. Згідно з одним із них, поле з'являється в результаті обертання планети навколо своєї осі.

Вона заснована на цікавому ефект Барнета-Енштейна, який полягає в тому, що при обертанні будь-якого тіла виникає магнітне поле. Атоми у цьому ефекті мають свій магнітний момент, оскільки обертаються навколо своєї осі. Так утворюється магнітне поле Землі. Проте ця гіпотеза не витримала експериментальних перевірок. Виявилося, що магнітне поле, отримане таким нетривіальним чином, у кілька мільйонів разів слабше за реальне.

Інша гіпотеза ґрунтується на появі магнітного поля внаслідок кругового руху заряджених частинок (електронів) на поверхні планети. Вона теж виявилася неспроможною. Рух електронів здатний викликати появу дуже слабкого поля, причому ця гіпотеза не пояснює інверсії магнітного поля Землі. Відомо, що північний магнітний полюс не збігається із північним географічним.

Сонячний вітер та струми мантії

Механізм утворення магнітного поля Землі та інших планет Сонячної системи до кінця не вивчений і поки що залишається загадкою для вчених. Проте одна запропонована гіпотеза досить добре пояснює інверсію та величину індукції реального поля. Вона заснована на роботі внутрішніх струмів Землі та сонячного вітру.

Внутрішні струми Землі протікають у мантії, що складається з речовин, що мають дуже хорошу провідність. Джерелом струму є ядро. Енергія від ядра до землі передається з допомогою конвекції. Таким чином, у мантії спостерігається постійний рух речовини, який і утворює магнітне поле за відомим законом руху заряджених частинок. Якщо пов'язувати його появу лише з внутрішніми струмами, виходить, що всі планети, у яких напрямок обертання збігається з напрямом обертання Землі, повинні мати ідентичне магнітне поле. Однак, це не так. У Юпітера північний географічний полюс збігається із північним магнітним.

У освіті магнітного поля Землі беруть участь як внутрішні струми. Давно відомо, що воно реагує на сонячний вітер, потік високоенергетичних частинок, що йдуть від Сонця в результаті реакцій на його поверхні.

Сонячний вітер за своєю природою є електричним струмом (рух заряджених частинок). Захоплений обертанням Землі, створює круговий струм, що призводить до появи магнітного поля Землі.

Під терміном "магнітне поле" прийнято мати на увазі певний енергетичний простір, в якому проявляються сили магнітної взаємодії. Вони впливають на:

окремі речовини: феримагнетики (метали - переважно чавуни, залізо та сплави з них) та їх клас феритів незалежно від стану;

заряди електрики, що рухаються.

Фізичні тіла, які мають сумарний магнітний момент електронів або інших частинок, називають постійними магнітами. Їхня взаємодія представлена ​​на картинці силовими магнітними лініями.

Вони утворилися після піднесення постійного магніту до зворотного боку картонного листа з рівним шаром залізної тирси. Картинка демонструє чітке маркування північного (N) та південного (S) полюсів із напрямом силових ліній щодо їхньої орієнтації: вихід із північного полюса та вхід до південного.

Як створюється магнітне поле

Джерелами магнітного поля є:

постійні магніти;

рухомі заряди;

електричне поле, що змінюється в часі.

З дією постійних магнітів знайома кожна дитина дитсадкового віку. Адже йому вже доводилося ліпити на холодильник картинки-магнітики, які витягують з упаковок з усілякими ласощами.

Електричні заряди, що знаходяться в русі, зазвичай мають значно більшу енергію магнітного поля, ніж . Його також позначають силовими лініями. Розберемо правила їхнього накреслення для прямолінійного провідника зі струмом I.

Магнітна силова лінія проводиться в площині, перпендикулярній до руху струму так, щоб у кожній її точці сила, що діє на північний полюс магнітної стрілки, прямувала по дотичній до цієї лінії. Таким чином створюються концентричні кола навколо заряду, що рухається.

Напрямок цих сил визначається відомим правилом гвинта або свердла з правосторонньою навивкою різьблення.

Правило буравчика

Необхідно розташувати свердловин співвісно з вектором струму і обертати рукоятку так, щоб поступальний рух свердловика збігався з його напрямком. Тоді орієнтація силових магнітних ліній буде показана обертанням рукоятки.

У кільцевому провіднику обертальний рух рукоятки збігається із напрямом струму, а поступальний - свідчить про орієнтацію індукції.

Магнітні силові лінії завжди виходять із північного полюса та входять до південного. Вони продовжуються всередині магніту і ніколи не бувають розімкненими.

Правила взаємодії магнітних полів

Магнітні поля від різних джерел складаються один з одним, утворюючи результуюче поле.

При цьому магніти з різноіменними полюсами (N - S) притягуються один до одного, а з однойменними (N - N, S - S) відштовхуються. Сили взаємодії між полюсами залежить від відстані між ними. Чим ближче зрушені полюси, тим більше зусилля з'являється.

Основні характеристики магнітного поля

До них відносять:

вектор магнітної індукції (В);

магнітний потік (Ф);

потокозчеплення (Ψ).

Інтенсивність чи силу впливу поля оцінюють величиною вектор магнітної індукції. Вона визначається значенням сили «F», створюваної струмом, що проходить «I» по провіднику довжиною «l». =F/(I∙l)

Одиниця виміру магнітної індукції в системі СІ – Тесла (на знак пам'яті про вченого фізику, який досліджував ці явища та описав їх математичними методами). У російській технічної літературі вона позначається "Тл", а в міжнародній документації прийнято символ "Т".

1 Тл - це індукція такого однорідного магнітного потоку, який впливає з силою в 1 ньютон на кожен метр довжини прямолінійного провідника, розташованого перпендикулярно напрямку поля, коли по цьому провіднику проходить струм 1 ампер.

1Тл=1∙Н/(А∙м)

Напрямок вектора визначається за правила лівої руки.

Якщо розташувати долоню лівої руки в магнітному полі так, щоб силові лінії з північного полюса входили в долоню під прямим кутом, а чотири пальці розташувати у напрямку струму у провіднику, то відстовбурчений великий палець вкаже напрям дії сили на цей провідник.

У випадку, коли провідник з електричним струмом розташований не під прямим кутом до магнітних силових ліній, то сила, що впливає на нього, буде пропорційна величині струму, що протікає, і складової частини проекції довжини провідника зі струмом на площину, розташовану в перпендикулярному напрямку.

Сила, що впливає електричний струм, залежить від матеріалів, у тому числі створений провідник і його перерізу. Навіть якщо цього провідника взагалі не буде, а заряди, що рухаються, переміщатимуться в іншому середовищі між магнітними полюсами, то ця сила ніяк не зміниться.

Якщо всередині магнітного поля у всіх точках вектор має однаковий напрямок і величину, то таке поле вважають рівномірним.

Будь-яке середовище, що володіє, впливає на значення вектора індукції В.

Магнітний потік (Ф)

Якщо розглядати проходження магнітної індукції через певну площу S, то обмежена її межами індукція називатиметься магнітним потоком.

Коли площа нахилена під якимось кутом до напрямку магнітної індукції, то магнітний потік зменшується на величину косинуса кута нахилу площі. Максимальне його значення створюється при перпендикулярному розташуванні площі до її пронизливої ​​індукції. Ф = В · S

Одиницею вимірювання магнітного потоку є 1 вебер, який визначається проходженням індукції в 1 плоті через площу 1 метр квадратний.

Потокосчеплення

Цей термін використовується для отримання сумарної величини магнітного потоку, що створюється від певної кількості провідників зі струмом, що розташовані між полюсами магніту.

Для випадку, коли той самий струм I проходить по обмотці котушки з числом витків n, то повний (зчеплений) магнітний потік від усіх витків називають потоком зчеплення Ψ.

Ψ=n·Ф . Одиницею вимірювання потокозчеплення є один вебер.

Як утворюється магнітне поле від змінного електричного

Електромагнітне поле, що взаємодіє з електричними зарядами і тілами, що володіють магнітними моментами, є сукупністю двох полів:

електричного;

магнітного.

Вони взаємопов'язані, являють собою сукупність один одного і при зміні протягом одного часу відбуваються певні відхилення в іншому. Наприклад, при створенні змінного синусоїдального електричного поля в трифазному генераторі одночасно утворюється таке ж магнітне поле з характеристиками аналогічних гармонік, що чергуються.

Магнітні властивості речовин

По відношенню до взаємодії із зовнішнім магнітним полем речовини поділяють на:

антиферомагнетикиз урівноваженими магнітними моментами, завдяки чому створюється дуже мала ступінь намагніченості тіла;

діамагнетики із властивістю намагнічування внутрішнього поля проти дії зовнішнього. Коли ж зовнішнє поле відсутнє, то вони магнітні властивості не проявляються;

парамагнетики з властивостями намагнічування внутрішнього поля за напрямом дії зовнішнього, які мають малий ступінь;

феромагнетики, що володіють магнітними властивостями без прикладеного зовнішнього поля при температурах, менших за значення точки Кюрі;

феримагнетики з неврівноваженими за величиною та напрямом магнітними моментами.

Всі ці властивості речовин знайшли різноманітне застосування у сучасній техніці.

Магнітні ланцюги

На основі працюють усі трансформатори, індуктивності, електричні машини та багато інших пристроїв.

Наприклад, у працюючого електромагніту магнітний потік проходить магнітопроводом з феромагнітних сталей і повітря з вираженими не феромагнітними властивостями. Сукупність цих елементів і становить магнітний ланцюг.

Більшість електричних апаратів у своїй конструкції мають магнітні кола. Докладніше про це читайте у цій статті -

МАГНІТНЕ ПОЛЕ

Магнітне поле - це особливий вид матерії, невидимий і невловимий для людини,
існуючий незалежно від нашої свідомості.
Ще в давнину вчені-мислителі здогадувалися, що довкола магніту щось існує.

Магнітна стрілка.

Магнітна стрілка – це пристрій, необхідний щодо магнітної дії електричного струму.
Вона являє собою маленький магніт, встановлений на вістря голки, має два полюси: північний і південний. Магнітна стрілка може вільно обертатися на кінчику голки.
Північний кінець магнітної стрілки завжди вказує на "північ".
Лінія, що з'єднує полюси магнітної стрілки, називається віссю магнітної стрілки.
Аналогічна магнітна стрілка є у будь-якому компасі - приладі для орієнтування біля.

Де виникає магнітне поле?

Досвід Ерстеда (1820) - показує, як взаємодіє провідник зі струмом і магнітна стрілка.

При замиканні ланцюга магнітна стрілка відхиляється від свого первісного положення, при розмиканні ланцюга магнітна стрілка повертається у своє початкове положення.

У просторі навколо провідника зі струмом (а в загальному випадку навколо будь-якого електричного заряду, що рухається) виникає магнітне поле.
Магнітні сили цього поля діють на стрілку та повертають її.

У загальному випадку можна сказати,
що магнітне поле виникає навколо електричних зарядів, що рухаються.
Електричний струм та магнітне поле невіддільні один від одного.

ЦІКАВО, ЩО...

Багато небесних тіл - планети і зірки - мають власні магнітні поля.
Однак наші найближчі сусіди – Місяць, Венера та Марс – не мають магнітного поля,
подібного до земного.
___

Гільберт відкрив, що коли наближають до одного полюса магніту шматок заліза, інший полюс починає притягувати сильніше. Ця ідея була запатентована лише через 250 років після смерті Гільберта.

У першій половині 90-х років, коли з'явилися нові грузинські монети – ларі,
місцеві злодії-кишенькові злодії обзавелися магнітами,
т.к. метал, із якого робилися ці монети, добре притягувався магнітом!

Якщо взяти доларову купюру за кут і піднести до потужного магніту
(наприклад, підковоподібний), що створює неоднорідне магнітне поле, папірець
відхилиться до одного із полюсів. Виявляється, фарба доларової купюри містить солі заліза,
які мають магнітні властивості, тому долар притягується до одного з полюсів магніту.

Якщо піднести до теслярського бульбашкового рівня великий магніт, то бульбашка зрушить.
Справа в тому, що бульбашковий рівень заповнений діамагнітною рідиною. Коли таку рідину поміщають у магнітне поле, то в ній створюється магнітне поле протилежного напрямку, і вона виштовхується з поля. Тому бульбашка в рідині наближається до магніту.

ПРО НИХ ТРЕБА ЗНАТИ!

Організатором магнітно-компасної справи у ВМФ Росії був відомий вчений-девіатор,
капітан I-го рангу, автор наукових праць з теорії компаса І.П. Білаванець.
Учасник навколосвітньої подорожі на фрегаті "Паллада" та учасник Кримської війни 1853-56 років. він уперше у світі здійснив розмагнічування судна (1863 р.)
і вирішив проблему встановлення компасів усередині залізного підводного човна.
У 1865 р. був призначений начальником першої країни Компасної обсерваторії в Кронштадті.

Доброго часу доби, сьогодні ви дізнаєтесь, що таке магнітне полеі звідки воно береться.

Кожна людина на планеті хоч раз, але тримала магнітв руках. Починаючи від сувенірних магнітиків на холодильник, або робочі магніти для збирання залізного пилку та багато іншого. У дитинстві це була кумедна іграшка, яка приклеювалася до чорного металу, а до інших металів немає. Так у чому ж секрет магніту та його магнітного поля.

Що таке магнітне поле

Який момент магніт починає притягувати до себе? Навколо кожного магніту існує магнітне поле, потрапляючи в яке предмети починають до нього притягуватися. Розмір такого поля може відрізнятися залежно від розмірів магніту та його властивостей.

Термін з вікіпедії:

Магнітне поле — силове поле, що діє на електричні заряди, що рухаються, і на тіла, що володіють магнітним моментом, незалежно від стану їх руху, магнітна складова електромагнітного поля.

Від куди береться магнітне поле

Магнітне поле може створюватися струмом заряджених частинок або магнітними моментами електронів в атомах, а також магнітними моментами інших частинок, хоча значно меншою мірою.

Прояв магнітного поля

Магнітне поле проявляється у впливі на магнітні моменти частинок і тіл, на заряджені частинки, що рухаються, або провідники з . Сила, що діє на електрично заряджену частинку, що рухається в магнітному полі, називається силою Лоренца, яка завжди спрямована перпендикулярно векторам v і B. Вона пропорційна заряду частинки q, що становить швидкості v, перпендикулярній напрямку вектора магнітного поля B, і величині індукції магнітного поля B.

Які предмети мають магнітне поле

Ми часто не замислюємося про це, але дуже багато (якщо не всі) навколишні предмети є магнітами. Ми звикли до того, що магніт – це камінчик з яскраво вираженою силою тяжіння до себе, але насправді сила тяжіння є практично у всього, просто вона значно нижча. Візьмемо хоча б нашу планету - адже ми не відлітаємо в космос, хоча нічим за поверхню не тримаємося. Поле Землі значно слабше, ніж поле магніту-камінця, тому утримує вона нас тільки за рахунок свого величезного розміру - якщо Ви коли-небудь бачили, як люди ходять по Місяцю (діаметр якого в чотири рази менше), Ви наочно зрозумієте, про що мова . Тяжіння Землі засноване багато в чому на металевих складових.її кори та ядра - вони мають потужне магнітне поле. Можливо, Ви чули про те, що поряд з великими покладами залізняку компаси перестають вказувати правильний напрямок на північ - це тому, що принцип роботи компаса заснований на взаємодії магнітних полів, а залізна руда притягує його стрілку.

Основні властивості магнітного поля

Властивості магнітного поля

Магнітні явища були відомі ще у стародавньому світі. Компас був винайдений понад 4500 років тому. У Європі він з'явився приблизно у XII столітті нової доби. Однак лише в XIX столітті було виявлено зв'язок між електрикою та магнетизмом, і виникло уявлення про магнітному полі .

Першими експериментами (проведені 1820 р.), які показали, що між електричними і магнітними явищами є глибокий зв'язок, були досліди датського фізика Х. Ерстеда. Ці досліди показали, що на магнітну стрілку, розташовану поблизу провідника зі струмом, діють сили, які прагнуть її повернути. У тому ж році французький фізик А. Ампер спостерігав силову взаємодію двох провідників із струмами та встановив закон взаємодії струмів.

За сучасними уявленнями, провідники зі струмом надають силову дію один на одного не безпосередньо, а через навколишні магнітні поля.

Існує особлива форма матерії, єдине ціле електромагнітне поле.

Магнітне поле– це вид матерії, з якого здійснюється взаємодія рухомих електричних зарядів.

Основні властивості магнітного поля

1. Магнітне полестворюється:

· Електричними зарядами, що рухаються (провідник з електричним струмом);

· Намагніченими тілами (магнітами);

· Змінним у часі електричним полем (магнітне поле буде змінним).

2. Магнітне полебезперервно у просторі.

3. Магнітне поле виявляється по дії на електричні заряди (електричний струм), що рухаються, або по дії на намагнічені тіла, незалежно від того, рухаються вони або спочивають.

Електричне поледіє як на нерухомітак і на рухоміу ньому електричні заряди. Магнітне поледіє тільки на рухоміу цьому полі є електричні заряди.

Вчені XIX століття намагалися створити теорію магнітного поля за аналогією з електростатикою, вводячи до розгляду так звані магнітні зарядидвох знаків (наприклад, північний Nта південний Sполюси магнітної стрілки). Проте досвід показує, що ізольованих магнітних зарядів немає.

Тіла, які тривалий час зберігають магнітні властивості після видалення із зовнішнього поля, називаються постійними магнітами . Найбільшу силу тяжіння мають кінці магніту, які називаються магнітними полюсами (N – північний, S – південний та нейтральна зона).

Для вивчення магнітного поля використовують:

· пробний контур (малий замкнутий елемент провідника зі струмом);

· Магнітну стрілку (малий постійний магніт).

При поміщенні пробного контуру або магнітної стрілки в магнітне поле, що досліджується, воно орієнтує їх певним чином.

Досвід показує, що максимальне значення моменту сил М m повертає пробний контур, пропорційно площі S контуру і силі струму I в ньому: M m ~ IS.

Розмір p m = IS є модуль так званого магнітного моментуконтур зі струмом.

Сам магнітний момент являє собою вектор: , де - одиничний вектор нормалі до площини контуру, пов'язаний з напрямком струму в контурі правилом правого гвинта.

Відношення в цій точці поля залишається постійним і є силовою характеристикою поля, званою магнітною індукцією .

Магнітна індукція - вектор, напрям якого збігається з напрямком нормалі до площини пробного контуру зі струмом у положенні його стійкої рівноваги, або з напрямом S → N магнітної стрілки.

Силова характеристика магнітного поля аналог для електричного поля.

Аналогічно силовим лініям електростатики можна побудувати лінії магнітної індукції , у кожній точці яких вектор направлений по дотичній.

Лінії магнітної індукції полів постійного магніту та котушки зі струмом.

Зверніть увагу на аналогію магнітних полів постійного магніту та котушки зі струмом.

Магнітне поле прямолінійного провідника зі струмом

Лінії магнітної індукції завжди замкнуті, вони ніде не обриваються. Це означає, що магнітне поле немає джерел – магнітних зарядів. Силові поля, що мають цю властивість, називаються вихровими .

Для магнітного поля справедливе принцип суперпозиції: магнітна індукція поля, створюваного кількома струмами, дорівнює векторній сумі індукцій полів кожного струму окремо:

Для магнітних полів постійних магнітів це складніше т.к. внесення другого сильного магніту як додає, а й спотворює магнітне полі першого магніту.

Для характеристики магнітного поля у вакуумі вводиться ще одна величина, яка називається напруженість магнітного поля.

Напруженість магнітного поля залежить від властивостей середовища.

Напруженість магнітного поля - векторна величина, що збігається в однорідному середовищі з напрямом вектора магнітної індукції

Модулі цих показників пов'язані співвідношенням.