שדות מגנטיים מתרחשים בטבע וניתן ליצור אותם באופן מלאכותי. האיש הבחין בהם מאפיינים שימושיים, שלמדתי להשתמש בו חיי היום - יום. מה המקור שדה מגנטי?

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/1-17-768x560..jpg 795w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

השדה המגנטי של כדור הארץ

כיצד התפתחה תורת השדה המגנטי

התכונות המגנטיות של כמה חומרים הבחינו בימי קדם, אבל המחקר שלהם התחיל באמת אירופה של ימי הביניים. באמצעות מחטי פלדה קטנות גילה מדען מצרפת, Peregrine, את ההצטלבות של קווי כוח מגנטי בנקודות מסוימות - הקטבים. רק שלוש מאות שנים מאוחר יותר, בהנחיית תגלית זו, גילברט המשיך לחקור אותה ולאחר מכן הגן על השערתו שלכדור הארץ יש שדה מגנטי משלו.

ההתפתחות המהירה של תורת המגנטיות החלה בתחילת המאה ה-19, כאשר אמפר גילה ותיאר את השפעת השדה החשמלי על התרחשות שדה מגנטי, ואת גילויו של פאראדיי. השראות אלקטרומגנטיתיצר קשר הפוך.

מהו שדה מגנטי

שדה מגנטי מתבטא בהשפעת כוח על מטענים חשמליים שנמצאים בתנועה, או על גופים בעלי מומנט מגנטי.

מקורות שדה מגנטי:

1. מוליכים שדרכם עובר זרם חשמלי;
2. מגנטים קבועים;
3. שינוי שדה חשמלי.

Data-lazy-type="image" data-src="http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/2-18-600x307.jpg?.jpg 600w, https://elquanta. ru/wp-content/uploads/2018/02/2-18-768x393..jpg 800w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

מקורות שדה מגנטי

הסיבה השורשית להופעת שדה מגנטי זהה לכל המקורות: למטענים חשמליים - אלקטרונים, יונים או פרוטונים - יש מומנט מגנטי משלהם או שהם בתנועה כיוונית.

חָשׁוּב!שדות חשמליים ומגנטיים יוצרים זה את זה, ומשתנים עם הזמן. קשר זה נקבע על ידי משוואות מקסוול.

מאפייני השדה המגנטי

המאפיינים של השדה המגנטי הם:

1. שטף מגנטי, כמות סקלרית הקובעת כמה קווי שדה מגנטי עוברים בחתך נתון. מסומן באות F. מחושב באמצעות הנוסחה:

F = B x S x cos α,

כאשר B הוא וקטור האינדוקציה המגנטי, S הוא החתך, α היא זווית הנטייה של הווקטור לאונך הנמשך למישור החתך. יחידת מדידה - וובר (Wb);

Data-lazy-type="image" data-src="http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/3-17-600x450.jpg?.jpg 600w, https://elquanta. ru/wp-content/uploads/2018/02/3-17.jpg 720w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

שטף מגנטי

1. וקטור האינדוקציה המגנטי (B) מציג את הכוח הפועל על נושאי המטען. הוא מופנה לכיוון הקוטב הצפוני, שם מצביע המחט המגנטית הרגילה. אינדוקציה מגנטית נמדדת כמותית בטסלה (T);
2. מתח MF (N). נקבע על ידי חדירות מגנטית של מדיות שונות. בחלל ריק, החדירות נתפסת כאחדות. כיוון וקטור המתח עולה בקנה אחד עם כיוון האינדוקציה המגנטית. יחידת מדידה - A/m.

כיצד לייצג שדה מגנטי

קל לראות את הביטויים של שדה מגנטי באמצעות הדוגמה של מגנט קבוע. יש לו שני קטבים ובהתאם לכיוון שני המגנטים מושכים או דוחים. השדה המגנטי מאפיין את התהליכים המתרחשים במהלך זה:

1. MP מתואר מתמטי כשדה וקטור. ניתן לבנות אותו באמצעות וקטורים רבים של אינדוקציה מגנטית B, שכל אחד מהם מכוון לכיוון הקוטב הצפוני של מחט המצפן ובעל אורך בהתאם לכוח המגנטי;
2. דרך חלופית לייצוג זה היא להשתמש בקווי שדה. קווים אלו לעולם אינם מצטלבים, אינם מתחילים או נעצרים בשום מקום, ויוצרים לולאות סגורות. קווי ה-MF משולבים לאזורים עם מיקום תכוף יותר, שבהם השדה המגנטי הוא החזק ביותר.

חָשׁוּב!צפיפות קווי השדה מעידה על עוצמת השדה המגנטי.

למרות שלא ניתן לראות את ה-MP במציאות, ניתן להמחיש בקלות את קווי השדה בעולם האמיתי על-ידי הנחת סיבי ברזל ב-MP. כל חלקיק מתנהג כמו מגנט זעיר עם קוטב צפוני ודרום. התוצאה היא תבנית דומה לקווי כוח. אדם לא מסוגל להרגיש את ההשפעה של MP.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/4-13.jpg 640w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

קווי שדה מגנטי

מדידת שדה מגנטי

מכיוון שמדובר בכמות וקטורית, ישנם שני פרמטרים למדידת MF: כוח וכיוון. ניתן למדוד את הכיוון בקלות באמצעות מצפן המחובר לשדה. דוגמה לכך היא מצפן המוצב בשדה המגנטי של כדור הארץ.

מדידת מאפיינים אחרים היא הרבה יותר קשה. מגנומטרים מעשיים הופיעו רק במאה ה-19. רובם פועלים על ידי שימוש בכוח שהאלקטרון מרגיש כשהוא נע לאורך ה-MP.

Jpg?x15027" alt="Magnetometer" width="414" height="600">!}

מגנומטר

מדידה מדויקת מאוד של שדות מגנטיים קטנים הפכה לאפשרית מעשית מאז הגילוי ב-1988 של עמידות מגנטית ענקית בחומרים שכבות. תגלית זו בפיזיקה הבסיסית יושמה במהירות על טכנולוגיה מגנטית דיסק קשיחלאחסון נתונים במחשבים, מה שמוביל לגידול פי אלף בקיבולת האחסון תוך שנים ספורות.

במערכות מדידה מקובלות, MP נמדד בבדיקות (T) או גאוס (G). 1 T = 10000 Gs. לעתים קרובות משתמשים בגאוס מכיוון שטסלה היא שדה גדול מדי.

מעניין.מגנט קטן על מקרר יוצר שדה מגנטי השווה ל-0.001 טסלה, והשדה המגנטי של כדור הארץ בממוצע הוא 0.00005 טסלה.

אופי השדה המגנטי

מגנטיות ושדות מגנטיים הם ביטויים של כוח אלקטרומגנטי. יש שני דרכים אפשריות, כיצד לארגן את מטען האנרגיה בתנועה, וכתוצאה מכך, את השדה המגנטי.

הראשון הוא לחבר את החוט למקור זרם, נוצר MF סביבו.

חָשׁוּב!ככל שהזרם (מספר המטענים בתנועה) עולה, ה-MP גדל באופן יחסי. ככל שמתרחקים מהחוט, השדה פוחת בהתאם למרחק. זה מתואר בחוק אמפר.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/6-9.jpg 720w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

חוק אמפר

חומרים מסוימים בעלי חדירות מגנטית גבוהה יותר מסוגלים לרכז שדות מגנטיים.

מכיוון שהשדה המגנטי הוא וקטור, יש צורך לקבוע את הכיוון שלו. עבור זרם רגיל הזורם דרך חוט ישר, ניתן למצוא את הכיוון באמצעות כלל יד ימין.

כדי להשתמש בכלל, אתה צריך לדמיין שהחוט כרוך סביב יד ימין, א אֲגוּדָלמציין את כיוון הזרם. אז ארבע האצבעות הנותרות יראו את כיוון וקטור האינדוקציה המגנטי סביב המוליך.

Jpeg?.jpeg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/7.jpeg 612w" sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">

שלטון יד ימין

הדרך השנייה ליצור שדה מגנטי היא להשתמש בעובדה שבחלק מהחומרים מופיעים אלקטרונים שיש להם מומנט מגנטי משלהם. כך פועלים מגנטים קבועים:

1. למרות שלעתים קרובות יש לאטומים אלקטרונים רבים, הם בעיקר נקשרים כך שהשדה המגנטי הכולל של הזוג מתבטל. אומרים שלשני אלקטרונים שזווגים בדרך זו יש ספין הפוך. לכן, כדי למגנט משהו צריך אטומים שיש להם אלקטרונים אחד או יותר עם אותו ספין. למשל, לברזל יש ארבעה אלקטרונים כאלה והוא מתאים לייצור מגנטים;
2. מיליארדי האלקטרונים שנמצאים באטומים יכולים להיות מכוונים אקראית, ולא יהיה MF כולל, לא משנה כמה אלקטרונים לא מזווגים יש לחומר. זה חייב להיות יציב בטמפרטורות נמוכות כדי לספק כיוון כללי מועדף של אלקטרונים. חדירות מגנטית גבוהה גורמת למגנטיזציה של חומרים כאלה בתנאים מסוימים מחוץ להשפעה של שדות מגנטיים. אלה פרומגנטיים;
3. חומרים אחרים עשויים להפגין תכונות מגנטיות בנוכחות שדה מגנטי חיצוני. השדה החיצוני משמש ליישור כל ספין האלקטרונים, שנעלם לאחר הסרת ה-MF. חומרים אלו הם פרמגנטיים. המתכת של דלת מקרר היא דוגמה לחומר פרמגנטי.

השדה המגנטי של כדור הארץ

כדור הארץ יכול להיות מיוצג בצורה של לוחות קבלים, שלמטען שלהם יש את הסימן ההפוך: "מינוס" - ב פני כדור הארץו"פלוס" - ביונוספירה. ביניהם יש אוויר אטמוספרי כמרווח מבודד. הקבל הענק שומר על מטען קבוע עקב השפעת ה-MF של כדור הארץ. באמצעות הידע הזה, אתה יכול ליצור תוכנית להשגת אנרגיה חשמלית מהשדה המגנטי של כדור הארץ. נכון, התוצאה תהיה ערכי מתח נמוכים.

חייב לקחת:

• מכשיר הארקה;
• הכבל;
• שנאי טסלה המסוגל לייצר תנודות בתדר גבוה וליצור פריקת קורונה, המייננת את האוויר.

Data-lazy-type="image" data-src="http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/02/8-3-592x600.jpg?.jpg 592w, https://elquanta. ru/wp-content/uploads/2018/02/8-3.jpg 644w" sizes="(max-width: 592px) 100vw, 592px">

סליל טסלה

סליל טסלה יפעל כפולט אלקטרונים. המבנה כולו מחובר יחדיו, וכדי להבטיח הפרש פוטנציאל מספיק, יש להעלות את השנאי לגובה ניכר. כך ייווצר מעגל חשמלי שדרכו יזרום זרם קטן. לקבל מספר גדול שלחשמל אינו אפשרי באמצעות מכשיר זה.

חשמל ומגנטיות שולטים ברבים מהעולמות סביבנו, מהתהליכים הבסיסיים ביותר בטבע ועד למכשירים אלקטרוניים חדישים.

וִידֵאוֹ

שדה מגנטי ומאפייניו. כאשר זרם חשמלי עובר דרך מוליך, א שדה מגנטי. שדה מגנטי מייצג את אחד מסוגי החומר. יש לו אנרגיה, המתבטאת בצורה של כוחות אלקטרומגנטיים הפועלים על מטענים חשמליים נעים בודדים (אלקטרונים ויונים) ועל זרימותיהם, כלומר זרם חשמלי. בהשפעת כוחות אלקטרומגנטיים, חלקיקים טעונים נעים סוטים מנתיבם המקורי בכיוון הניצב לשדה (איור 34). השדה המגנטי נוצררק סביב מטענים חשמליים נעים, ופעולתו משתרעת גם רק על מטענים נעים. שדות מגנטיים וחשמלייםבלתי נפרדים ויוצרים יחד יחיד שדה אלקרומגנטי. כל שינוי שדה חשמלימוביל להופעת שדה מגנטי ולהפך, כל שינוי בשדה המגנטי מלווה בהופעת שדה חשמלי. שדה אלקרומגנטימתפשט במהירות האור, כלומר 300,000 קמ"ש.

ייצוג גרפי של השדה המגנטי.מבחינה גרפית, השדה המגנטי מיוצג על ידי קווי כוח מגנטיים, אשר מצוירים כך שכיוון קו השדה בכל נקודה של השדה עולה בקנה אחד עם כיוון כוחות השדה; קווי שדה מגנטי הם תמיד רציפים וסגורים. ניתן לקבוע את כיוון השדה המגנטי בכל נקודה באמצעות מחט מגנטית. הקוטב הצפוני של החץ מוגדר תמיד לכיוון כוחות השדה. קצהו של מגנט קבוע, ממנו יוצאים קווי השדה (איור 35, א), נחשב לקוטב הצפוני, והקצה הנגדי, אליו נכנסים קווי השדה, הוא הקוטב הדרומי (קווי השדה העוברים בתוך המגנט אינם מוצגים). ניתן לזהות את התפלגות קווי השדה בין הקטבים של מגנט שטוח באמצעות סיבי פלדה המפוזרים על דף נייר המונח על הקטבים (איור 35, ב). השדה המגנטי במרווח האוויר בין שני קטבים מנוגדים מקבילים של מגנט קבוע מאופיין בחלוקה אחידה של קווי כוח מגנטי (איור 36) (לא מוצגים קווי שדה העוברים בתוך המגנט).

אורז. 37. שטף מגנטי חודר לסליל כאשר מיקומיו מאונכים (א) ונטויים (ב) ביחס לכיוון קווי הכוח המגנטיים.

עבור ייצוג חזותי יותר של השדה המגנטי, קווי השדה ממוקמים בתדירות נמוכה יותר או צפופים יותר. באותם מקומות שבהם השדה המגנטי חזק יותר, קווי השדה ממוקמים קרוב יותר זה לזה, ובמקומות שבהם הוא חלש יותר, הם רחוקים יותר. קווי הכוח אינם מצטלבים בשום מקום.

במקרים רבים, נוח להתייחס לקווי כוח מגנטיים ככמה חוטים מתוחים אלסטיים הנוטים להתכווץ וגם לדחות זה את זה (בעלי דחף צדדי הדדי). מושג מכני זה של קווי כוח מאפשר להסביר בבירור את הופעת כוחות אלקטרומגנטיים במהלך האינטראקציה של שדה מגנטי ומוליך עם זרם, כמו גם שני שדות מגנטיים.

המאפיינים העיקריים של שדה מגנטי הם אינדוקציה מגנטית, שטף מגנטי, חדירות מגנטית וחוזק שדה מגנטי.

אינדוקציה מגנטית ושטף מגנטי.עוצמת השדה המגנטי, כלומר יכולתו לייצר עבודה, נקבעת על ידי כמות הנקראת אינדוקציה מגנטית. ככל שהשדה המגנטי שנוצר על ידי מגנט קבוע או אלקטרומגנט חזק יותר, כך האינדוקציה שלו גדולה יותר. ניתן לאפיין אינדוקציה מגנטית B בצפיפות של קווי שדה מגנטי, כלומר, מספר קווי השדה העוברים בשטח של 1 מ"ר או 1 ס"מ 2 הממוקם בניצב לשדה המגנטי. ישנם שדות מגנטיים הומוגניים ולא הומוגניים. בשדה מגנטי אחיד, ההשראה המגנטית בכל נקודה בשדה בעלת אותו ערך וכיוון. השדה במרווח האוויר בין הקטבים המנוגדים של מגנט או אלקטרומגנט (ראה איור 36) יכול להיחשב הומוגני במרחק מסוים מהקצוות שלו. השטף המגנטי Ф העובר דרך כל משטח נקבע מספר כוללקווי כוח מגנטיים החודרים למשטח זה, למשל סליל 1 (איור 37, א), לפיכך, בשדה מגנטי אחיד

F = BS (40)

כאשר S הוא שטח החתך של פני השטח שדרכו עוברים קווי השדה המגנטי. מכאן נובע שבשדה כזה האינדוקציה המגנטית שווה לשטף חלקי שטח החתך S:

ב = ו/S (41)

אם משטח כלשהו ממוקם באלכסון ביחס לכיוון קווי השדה המגנטי (איור 37, ב), אזי השטף החודר אליו יהיה קטן יותר מאשר אם הוא מאונך למיקומו, כלומר Ф 2 יהיה קטן מ- Ф 1 .

במערכת SI של יחידות, השטף המגנטי נמדד בווברים (Wb), ליחידה זו יש את הממד V*s (וולט-שנייה). אינדוקציה מגנטית ביחידות SI נמדדת בטסלות (T); 1 T = 1 Wb/m2.

חדירות מגנטית.אינדוקציה מגנטית תלויה לא רק בעוצמת הזרם העובר דרך מוליך או סליל ישר, אלא גם בתכונות המדיום שבו נוצר השדה המגנטי. הכמות המאפיינת את התכונות המגנטיות של מדיום היא חדירות מגנטית מוחלטת? א. יחידת המידה שלו היא הנרי למטר (1 H/m = 1 Ohm*s/m).
בתווך עם חדירות מגנטית גדולה יותר, זרם חשמלי בעוצמה מסוימת יוצר שדה מגנטי עם אינדוקציה גדולה יותר. נקבע כי לחדירות המגנטית של האוויר ושל כל החומרים, למעט חומרים פרומגנטיים (ראה סעיף 18), יש בערך אותו ערך כמו החדירות המגנטית של ואקום. החדירות המגנטית המוחלטת של ואקום נקראת הקבוע המגנטי, ? o = 4?*10 -7 H/m. החדירות המגנטית של חומרים פרומגנטיים גדולה באלפי ואף עשרות אלפי מונים מהחדירות המגנטית של חומרים לא פרומגנטיים. יחס חדירות מגנטית? וכל חומר לחדירות המגנטית של ואקום? o נקרא חדירות מגנטית יחסית:

? = ? א /? O (42)

כוח שדה מגנטי. העוצמה And אינה תלויה בתכונות המגנטיות של המדיום, אלא לוקחת בחשבון את השפעת עוצמת הזרם וצורת המוליכים על עוצמת השדה המגנטי בנקודה נתונה בחלל. אינדוקציה מגנטית ומתח קשורים בקשר

H = B/? a = B/(?? o) (43)

כתוצאה מכך, במדיום עם חדירות מגנטית קבועה, השראת השדה המגנטי פרופורציונלית לעוצמתו.
עוצמת השדה המגנטי נמדדת באמפר למטר (A/m) או אמפר לסנטימטר (A/cm).

יום טוב, היום תגלו מהו שדה מגנטיומאיפה זה בא.

כל אדם על הפלנטה החזיק לפחות פעם אחת מַגנֵטביד. החל ממגנטים למקרר למזכרות, או מגנטים עובדים לאיסוף אבקת ברזל ועוד ועוד. כילד, זה היה צעצוע מצחיק שנדבק למתכת ברזל, אבל לא למתכות אחרות. אז מה הסוד של המגנט ושלו שדה מגנטי.

מהו שדה מגנטי

באיזה שלב מגנט מתחיל למשוך? מסביב לכל מגנט יש שדה מגנטי, הנכנס אליו עצמים מתחילים להימשך אליו. גודלו של שדה כזה יכול להשתנות בהתאם לגודל המגנט ולתכונותיו שלו.

מונח ויקיפדיה:

שדה מגנטי הוא שדה כוח הפועל על מטענים חשמליים נעים ועל גופים בעלי מומנט מגנטי, ללא קשר למצב תנועתם, המרכיב המגנטי של השדה האלקטרומגנטי.

מאיפה מגיע השדה המגנטי?

שדה מגנטי יכול להיווצר על ידי הזרם של חלקיקים טעונים או המומנטים המגנטיים של אלקטרונים באטומים, כמו גם המומנטים המגנטיים של חלקיקים אחרים, אם כי במידה פחותה באופן ניכר.

ביטוי של שדה מגנטי

השדה המגנטי מתבטא בהשפעה על המומנטים המגנטיים של חלקיקים וגופים, על הזזת חלקיקים טעונים או מוליכים עם. הכוח הפועל על חלקיק טעון חשמלי הנע בשדה מגנטי הוא קראו לכוח לורנץ, שמופנה תמיד בניצב לוקטורים v ו-B. הוא פרופורציונלי למטען של החלקיק q, לרכיב המהירות v בניצב לכיוון וקטור השדה המגנטי B, ולגודל אינדוקציית השדה המגנטי B.

לאילו עצמים יש שדה מגנטי

לעתים קרובות אנחנו לא חושבים על זה, אבל הרבה (אם לא כולם) עצמים סביבנו הם מגנטים. אנחנו רגילים לעובדה שמגנט הוא חלוק נחל עם כוח משיכה בולט כלפי עצמו, אבל למעשה, כמעט לכל דבר יש כוח משיכה, הוא פשוט הרבה יותר נמוך. בואו ניקח לדוגמא את כוכב הלכת שלנו - אנחנו לא טסים לחלל, למרות שאנחנו לא נאחזים במשטח עם שום דבר. השדה של כדור הארץ חלש בהרבה משדה של מגנט אבן, ולכן הוא מחזיק אותנו רק בשל גודלו העצום - אם אי פעם ראית איך אנשים הולכים על הירח (שקוטרו קטן פי ארבעה), ברור שתראה להבין על מה אנחנו מדברים. כוח המשיכה של כדור הארץ מבוסס במידה רבה על המרכיבים המתכתיים של הקרום והליבת שלו - יש להם שדה מגנטי רב עוצמה. אולי שמעתם שבסמוך למרבצים גדולים של עפרות ברזל, מצפנים כבר לא מצביעים כראוי צפונה – זאת משום שעיקרון המצפן מבוסס על אינטראקציה של שדות מגנטיים, ועפרת הברזל מושכת את המחט שלה.

המונח "שדה מגנטי" פירושו בדרך כלל מרחב אנרגיה מסוים שבו מתבטאים כוחות האינטראקציה המגנטית. הם משפיעים על:

חומרים בודדים: פרימגנטים (מתכות - בעיקר ברזל יצוק, ברזל וסגסוגותיהם) וסוג הפריטים שלהם, ללא קשר למצב;

העברת מטענים של חשמל.

גופים פיזיקליים בעלי מומנט מגנטי כולל של אלקטרונים או חלקיקים אחרים נקראים מגנטים קבועים. האינטראקציה שלהם מוצגת בתמונה קווי כוח מגנטי.

הם נוצרו לאחר הבאת מגנט קבוע ל הצד האחורייריעת קרטון עם שכבה אחידה של סיבי ברזל. התמונה מציגה סימון ברור של הקוטב הצפוני (N) והדרומי (S) עם כיוון קווי השדה ביחס לכיוונם: יציאה מהקוטב הצפוני וכניסה לדרום.

כיצד נוצר שדה מגנטי?

מקורות השדה המגנטי הם:

מגנטים קבועים;

מטענים נעים;

שדה חשמלי משתנה בזמן.

כל ילד בגן מכיר את פעולתם של מגנטים קבועים. הרי הוא כבר היה צריך לפסל על המקרר תמונות של מגנטים, שנלקחו מאריזות עם כל מיני מטעמים.

למטענים חשמליים בתנועה יש בדרך כלל אנרגיית שדה מגנטי גדולה יותר מ-. זה גם מסומן על ידי קווי כוח. בואו נסתכל על הכללים לשרטוט אותם עבור מוליך ישר עם זרם I.

קו השדה המגנטי מצויר במישור המאונך לתנועת הזרם כך שבכל נקודה הכוח הפועל על הקוטב הצפוני של המחט המגנטית מכוון למשיק לקו זה. זה יוצר מעגלים קונצנטריים סביב המטען הנע.

כיוון הכוחות הללו נקבע על ידי הכלל הידוע של בורג או גימלט עם פיתול חוט ימני.

כלל גימלט

יש צורך למקם את הגימל בצורה קואקסית עם הווקטור הנוכחי ולסובב את הידית כך תנועה קדימההגימלט עלה בקנה אחד עם הכיוון שלו. אז הכיוון של קווי השדה המגנטי יוצג על ידי סיבוב הידית.

במוליך טבעת, התנועה הסיבובית של הידית עולה בקנה אחד עם כיוון הזרם, ותנועת התרגום מצביעה על כיוון האינדוקציה.

קווי כוח מגנטיים יוצאים תמיד מהקוטב הצפוני ונכנסים לקוטב הדרומי. הם ממשיכים בתוך המגנט ולעולם אינם פתוחים.

כללים לאינטראקציה של שדות מגנטיים

שדות מגנטיים מ מקורות שוניםמתווספים זה לזה כדי ליצור את השדה המתקבל.

במקרה זה, מגנטים עם קטבים מנוגדים (N - S) מושכים זה את זה, ועם קטבים דומים (N - N, S - S) הם דוחים. כוחות האינטראקציה בין הקטבים תלויים במרחק ביניהם. ככל שהקטבים מוזזים קרוב יותר, כך הכוח שנוצר גדול יותר.

מאפיינים בסיסיים של השדה המגנטי

אלו כוללים:

וקטור אינדוקציה מגנטי (B);

שטף מגנטי (F);

הצמדת שטף (Ψ).

העוצמה או החוזק של השפעת השדה נאמדים לפי הערך וקטור אינדוקציה מגנטי. זה נקבע על ידי ערך הכוח "F" שנוצר על ידי הזרם העובר "I" דרך מוליך באורך "l". В =F/(I∙l)

יחידת המדידה של אינדוקציה מגנטית במערכת SI היא טסלה (לזכרו של הפיזיקאי שחקר תופעות אלו ותיאר אותן בשיטות מתמטיות). בספרות הטכנית הרוסית הוא מסומן "Tl", ובתיעוד בינלאומי הסמל "T" מאומץ.

1 T הוא אינדוקציה של שטף מגנטי אחיד שכזה, הפועל בכוח של 1 ניוטון לכל מטר אורך של מוליך ישר בניצב לכיוון השדה, כאשר זרם של 1 אמפר עובר דרך המוליך הזה.

1T=1∙N/(A∙m)

הכיוון של וקטור B נקבע על ידי שלטון יד שמאל.

אם תניח את כף יד שמאל בשדה מגנטי כך שקווי הכוח מהקוטב הצפוני ייכנסו לכף היד בזווית ישרה, ותניח ארבע אצבעות לכיוון הזרם במוליך, אז האגודל הבולט ציין את כיוון הכוח על מוליך זה.

במקרה בו המוליך עם הזרם החשמלי אינו ממוקם בזווית ישרה לקווי הכוח המגנטיים, הכוח הפועל עליו יהיה פרופורציונלי לגודל הזרם הזורם ולמרכיב ההקרנה של אורך המוליך עם זרם על מישור הממוקם בכיוון הניצב.

הכוח הפועל על זרם חשמלי אינו תלוי בחומרים מהם עשוי המוליך ובשטח החתך שלו. גם אם המוליך הזה לא קיים בכלל, ומטענים נעים יתחילו לנוע בתווך אחר בין הקטבים המגנטיים, אז הכוח הזה לא ישתנה בשום צורה.

אם בתוך שדה מגנטי בכל הנקודות לוקטור B יש אותו כיוון וגודל, אז שדה כזה נחשב אחיד.

כל סביבה שיש לה, משפיעה על הערך של וקטור האינדוקציה B.

שטף מגנטי (F)

אם ניקח בחשבון את מעבר האינדוקציה המגנטית דרך אזור S מסוים, אזי האינדוקציה המוגבלת בגבולותיה תיקרא שטף מגנטי.

כאשר השטח נוטה בזווית כלשהי α לכיוון האינדוקציה המגנטית, השטף המגנטי יורד בכמות הקוסינוס של זווית הנטייה של השטח. הערך המרבי שלו נוצר כאשר השטח מאונך לאינדוקציה החודרת שלו. Ф=В·S

יחידת המדידה לשטף מגנטי היא 1 וובר, המוגדרת על ידי מעבר אינדוקציה של 1 טסלה בשטח של מטר מרובע אחד.

הצמדת שטף

מונח זה משמש כדי לקבל את הכמות הכוללת של השטף המגנטי שנוצר ממספר מסוים של מוליכים נושאי זרם הנמצאים בין הקטבים של מגנט.

במקרה שבו אותו זרם I עובר דרך הפיתול של סליל עם מספר סיבובים n, אז השטף המגנטי הכולל (המקושר) מכל הסיבובים נקרא הצמדת שטף Ψ.

Ψ=n·Ф . יחידת הצמדת השטף היא 1 וובר.

כיצד נוצר שדה מגנטי מחשמל מתחלף

שדה אלקטרומגנטי באינטראקציה עם מטענים חשמלייםוגופים בעלי מומנטים מגנטיים, הוא שילוב של שני שדות:

חַשׁמַלִי;

מַגנֶטִי.

הם קשורים זה בזה, מייצגים שילוב אחד של השני, וכאשר אחד משתנה עם הזמן, סטיות מסוימות מתרחשות בשני. לדוגמה, כאשר נוצר שדה חשמלי סינוסואיד לסירוגין במחולל תלת פאזי, נוצר בו זמנית אותו שדה מגנטי בעל מאפיינים של הרמוניות מתחלפות דומות.

תכונות מגנטיות של חומרים

ביחס לאינטראקציה עם שדה מגנטי חיצוני, חומרים מחולקים ל:

אנטי-פרומגנטיםעם רגעים מגנטיים מאוזנים, שבגללם נוצרת מידה נמוכה מאוד של מגנטיזציה של הגוף;

דיאמגנטים בעלי התכונה למגנט שדה פנימי כנגד פעולתו של שדה חיצוני. כאשר אין שדה חיצוני, התכונות המגנטיות שלהם לא מופיעות;

חומרים פרמגנטיים בעלי תכונות מגנטיות של השדה הפנימי בכיוון השדה החיצוני, בעלי דרגה נמוכה;

פרומגנטים שיש תכונות מגנטיותללא שדה חיצוני מופעל בטמפרטורות מתחת לנקודת Curie;

פרימגנטים עם מומנטים מגנטיים לא מאוזנים בגודל ובכיוון.

כל התכונות הללו של חומרים מצאו יישומים שונים בטכנולוגיה המודרנית.

מעגלים מגנטיים

כל השנאים, המשרנים, המכונות החשמליות והתקנים רבים אחרים פועלים על בסיס זה.

לדוגמה, באלקטרומגנט עובד, השטף המגנטי עובר דרך ליבה מגנטית העשויה מפלדה פרומגנטית ואוויר עם תכונות לא פרומגנטיות בולטות. השילוב של אלמנטים אלה יוצר מעגל מגנטי.

לרוב המכשירים החשמליים יש מעגלים מגנטיים בעיצובם. קרא עוד על כך במאמר זה -

במאה האחרונה, מדענים שונים הציגו כמה הנחות לגבי השדה המגנטי של כדור הארץ. לפי אחד מהם, השדה מופיע כתוצאה מסיבוב כוכב הלכת סביב צירו.

הוא מבוסס על אפקט בארנט-איינשטיין המוזר, שכאשר גוף כלשהו מסתובב, נוצר שדה מגנטי. לאטומים באפקט זה יש מומנט מגנטי משלהם כשהם מסתובבים סביב הציר שלהם. כך נראה השדה המגנטי של כדור הארץ. עם זאת, השערה זו לא עמדה בבדיקות ניסיוניות. התברר שהשדה המגנטי המתקבל בצורה כל כך לא טריוויאלית חלש פי כמה מיליוני מהמציאותי.

השערה נוספת מבוססת על הופעת שדה מגנטי עקב תנועה סיבוביתחלקיקים טעונים (אלקטרונים) על פני כדור הארץ. היא גם התבררה כחדלת פירעון. תנועת אלקטרונים עלולה לגרום להופעת שדה חלש מאוד, והשערה זו אינה מסבירה את היפוך השדה המגנטי של כדור הארץ. ידוע שהקוטב המגנטי הצפוני אינו חופף לקוטב הגיאוגרפי הצפוני.

רוח שמש וזרמי מעטפת

מנגנון היווצרות השדה המגנטי של כדור הארץ וכוכבי לכת אחרים מערכת השמשלא נחקר במלואו ועדיין נותר בגדר תעלומה למדענים. עם זאת, השערה אחת המוצעת מסבירה היטב את ההיפוך ואת גודל השראת השדה האמיתי. הוא מבוסס על עבודת הזרמים הפנימיים של כדור הארץ ורוח השמש.

הזרמים הפנימיים של כדור הארץ זורמים במעטפת, המורכבת מחומרים בעלי מוליכות טובה מאוד. מקור הזרם הוא הליבה. אנרגיה מהליבה אל פני כדור הארץ מועברת בהסעה. כך, במעטפת מתקיימת תנועה מתמדת של חומר, היוצרת שדה מגנטי על פי חוק התנועה הידוע של חלקיקים טעונים. אם נקשר את הופעתו רק לזרמים פנימיים, מסתבר שלכל כוכבי הלכת שכיוון הסיבוב שלהם עולה בקנה אחד עם כיוון הסיבוב של כדור הארץ צריך להיות שדה מגנטי זהה. עם זאת, זה לא. הקוטב הגיאוגרפי הצפוני של צדק חופף לקוטב המגנטי הצפוני שלו.

לא רק זרמים פנימיים משתתפים ביצירת השדה המגנטי של כדור הארץ. זה זמן רב ידוע שהוא מגיב לרוח השמש, זרם של חלקיקים עתירי אנרגיה המגיעים מהשמש כתוצאה מתגובות המתרחשות על פני השטח שלה.

רוח השמש היא, מטבעה, זרם חשמלי (תנועה של חלקיקים טעונים). נסחף על ידי סיבוב כדור הארץ, הוא יוצר זרם מעגלי, המוביל להופעת השדה המגנטי של כדור הארץ.