Kilderne til det magnetiske felt er bevæger sig elektriske ladninger (strømme) . Et magnetfelt opstår i rummet omkring strømførende ledere, ligesom der opstår et elektrisk felt i rummet omkring stationære elektriske ladninger. Det magnetiske felt af permanente magneter skabes også af elektriske mikrostrømme, der cirkulerer inde i et stofs molekyler (Amperes hypotese).

For at beskrive det magnetiske felt er det nødvendigt at indføre en kraftkarakteristik for feltet, der ligner vektoren spændinger elektrisk felt. Denne egenskab er magnetisk induktionsvektor Den magnetiske induktionsvektor bestemmer de kræfter, der virker på strømme eller bevægelige ladninger i et magnetfelt.
Vektorens positive retning anses for at være retningen fra sydpolen S til nordpolen N af magnetnålen, som er frit placeret i magnetfeltet. Ved at undersøge det magnetiske felt, der skabes af en strøm eller en permanent magnet ved hjælp af en lille magnetisk nål, er det muligt på ethvert punkt i rummet

For kvantitativt at beskrive magnetfeltet er det nødvendigt at angive en metode til bestemmelse af ikke kun
retning af vektoren men og dens modulModulet af den magnetiske induktionsvektor er lig med forholdet mellem den maksimale værdi
Ampere kraft, der virker på en lige leder med strøm, til strømstyrken jeg i lederen og dens længde Δ l :

Amperekraften er rettet vinkelret på den magnetiske induktionsvektor og retningen af ​​strømmen, der løber gennem lederen. For at bestemme retningen af ​​Ampere-kraften bruges normalt venstrehåndsreglen: hvis du placerer din venstre hånd, så induktionslinjerne kommer ind i håndfladen, og de udstrakte fingre er rettet langs strømmen, så vil den bortførte tommelfinger angive retningen af ​​kraften, der virker på lederen.

Interplanetarisk magnetfelt

Hvis det interplanetariske rum var et vakuum, så kunne de eneste magnetiske felter i det kun være felterne fra Solen og planeterne, såvel som et felt af galaktisk oprindelse, der strækker sig langs spiralgrenene af vores galakse. I dette tilfælde ville Solens og planeternes felter i det interplanetariske rum være ekstremt svage.
Faktisk er det interplanetariske rum ikke et vakuum, men er fyldt med ioniseret gas udsendt af Solen (solvind). Koncentrationen af ​​denne gas er 1-10 cm -3, typiske hastigheder er mellem 300 og 800 km/s, temperaturen er tæt på 10 5 K (husk at temperaturen af ​​koronaen er 2×10 6 K).
solrig vind– udstrømning af plasma fra solkoronaen til det interplanetære rum. På niveau med Jordens kredsløb er gennemsnitshastigheden af ​​solvindpartikler (protoner og elektroner) omkring 400 km/s, antallet af partikler er flere tiere pr. 1 cm 3.

Den engelske videnskabsmand William Gilbert, hoflæge for dronning Elizabeth, var den første til at vise i 1600, at Jorden er en magnet, hvis akse ikke falder sammen med Jordens rotationsakse. Derfor er der rundt om Jorden, ligesom omkring enhver magnet, et magnetfelt. I 1635 opdagede Gellibrand, at jordens magnetfelt langsomt ændrede sig, og Edmund Halley foretog verdens første magnetiske undersøgelse af havene og skabte verdens første magnetiske kort (1702). I 1835 udførte Gauss en sfærisk harmonisk analyse af Jordens magnetfelt. Han skabte verdens første magnetiske observatorium i Göttingen.

Et par ord om magnetkort. Typisk er fordelingen af ​​magnetfeltet på Jordens overflade hvert 5. år repræsenteret af magnetiske kort over tre eller flere magnetiske elementer. På hvert af disse kort er tegnet isoliner, langs hvilke et givet element har en konstant værdi. Linjer med samme deklination D kaldes isogoner, hældninger I kaldes isokliner, og størrelser af total styrke B kaldes isodynamiske linjer eller isodiner. De isomagnetiske linjer af grundstofferne H, Z, X og Y kaldes isoliner af henholdsvis de vandrette, lodrette, nordlige eller østlige komponenter.

Lad os vende tilbage til tegningen. Den viser en cirkel med en vinkelradius på 90° - d, som beskriver Solens position på jordens overflade. Storcirkelbuen trukket gennem punktet P og den geomagnetiske pol B skærer denne cirkel i punkterne H' n og H' m, som angiver henholdsvis Solens position i tidspunkterne for geomagnetisk middag og geomagnetisk midnat af punktet P. Disse momenter afhænger af breddegraden af ​​punkt P. Positioner Solen ved lokalt sand middag og midnat er angivet med henholdsvis punkterne H n og H m. Når d er positiv (sommer på den nordlige halvkugle), så er morgenhalvdelen af ​​den geomagnetiske dag ikke lig med aftenen. På høje breddegrader kan geomagnetisk tid være meget forskellig fra sand eller middeltid det meste af dagen.
Når vi taler om tid og koordinatsystemer, så lad os også tale om at tage hensyn til den magnetiske dipols excentricitet. Den excentriske dipol har langsomt drevet udad (nord og vest) siden 1836. Har den krydset ækvatorialplanet? omkring 1862. Dens radiale bane er placeret i området Gilbert Island i Stillehavet

EFFEKT AF MAGNETISK FELT PÅ STRØM

Inden for hver sektor varierer solvindhastigheden og partikeltætheden systematisk. Raketobservationer viser, at begge parametre stiger kraftigt ved sektorgrænsen. I slutningen af ​​den anden dag efter at have passeret sektorgrænsen, er tætheden meget hurtigt, og derefter, efter to eller tre dage, begynder den langsomt at stige. Solens vindhastighed falder langsomt på den anden eller tredje dag efter at have nået sit højdepunkt. Sektorstrukturen og de bemærkede variationer i hastighed og tæthed er tæt forbundet med magnetosfæriske forstyrrelser. Sektorstrukturen er ret stabil, så hele strømstrukturen roterer med Solen i mindst flere solomdrejninger og passerer over Jorden cirka hver 27. dag.

Et magnetfelt Dette er den sag, der opstår omkring kilder til elektrisk strøm, såvel som omkring permanente magneter. I rummet vises magnetfeltet som en kombination af kræfter, der kan påvirke magnetiserede legemer. Denne handling forklares ved tilstedeværelsen af ​​drivende udladninger på molekylært niveau.

Et magnetfelt dannes kun omkring elektriske ladninger, der er i bevægelse. Derfor er de magnetiske og elektriske felter integrerede og danner sammen elektromagnetisk felt. Komponenterne i det magnetiske felt er indbyrdes forbundne og påvirker hinanden og ændrer deres egenskaber.

Egenskaber af magnetfelt:
1. Et magnetfelt opstår under påvirkning af drivende ladninger af elektrisk strøm.
2. På ethvert tidspunkt er magnetfeltet karakteriseret ved en vektor af en fysisk størrelse kaldet magnetisk induktion, som er magnetfeltets styrkekarakteristik.
3. Et magnetfelt kan kun påvirke magneter, strømførende ledere og bevægelige ladninger.
4. Det magnetiske felt kan være konstant eller vekslende
5. Det magnetiske felt måles kun med specielle instrumenter og kan ikke opfattes af menneskelige sanser.
6. Det magnetiske felt er elektrodynamisk, da det kun genereres ved bevægelse af ladede partikler og kun påvirker ladninger, der er i bevægelse.
7. Ladede partikler bevæger sig langs en vinkelret bane.

Magnetfeltets størrelse afhænger af magnetfeltets ændringshastighed. Ifølge denne funktion er der to typer magnetiske felter: dynamisk magnetfelt Og gravitationsmagnetisk felt. Gravitationsmagnetisk felt optræder kun i nærheden af ​​elementarpartikler og dannes afhængigt af disse partiklers strukturelle træk.

Magnetisk øjeblik opstår, når et magnetfelt virker på en ledende ramme. Det magnetiske moment er med andre ord en vektor, der er placeret på linjen, der løber vinkelret på rammen.

Magnetfeltet kan repræsenteres grafisk ved hjælp af magnetiske kraftlinjer. Disse linjer er tegnet i en sådan retning, at retningen af ​​feltkræfterne falder sammen med retningen af ​​selve feltlinien. Magnetiske kraftlinjer er kontinuerlige og lukkede på samme tid.

Retningen af ​​magnetfeltet bestemmes ved hjælp af en magnetnål. Kraftlinjerne bestemmer også magnetens polaritet, enden med udgangen af ​​kraftlinjerne er nordpolen, og enden med input af disse linjer er sydpolen.

Det er meget praktisk at visuelt evaluere magnetfeltet ved hjælp af almindelige jernspåner og et stykke papir.
Hvis vi lægger et ark papir på en permanent magnet og drysser savsmuld ovenpå, så vil jernpartiklerne stille sig op efter de magnetiske feltlinjer.

Retningen af ​​strømledningerne til en leder bestemmes bekvemt af den berømte gimlet regel eller højrehåndsregel. Hvis vi vikler vores hånd rundt om lederen, så tommelfingeren peger i strømmens retning (fra minus til plus), så vil de 4 resterende fingre vise os retningen af ​​magnetfeltlinjerne.

Og retningen af ​​Lorentz-kraften er den kraft, hvormed magnetfeltet virker på en ladet partikel eller leder med strøm, iflg. venstrehåndsreglen.
Hvis vi placerer vores venstre hånd i et magnetfelt, så 4 fingre ser i retning af strømmen i lederen, og kraftlinjerne kommer ind i håndfladen, så vil tommelfingeren angive retningen af ​​Lorentz-kraften, kraften der virker på lederen placeret i magnetfeltet.

Det er alt. Sørg for at stille eventuelle spørgsmål, du har i kommentarerne.

ET MAGNETISK FELT

Et magnetfelt er en speciel type stof, usynlig og uhåndgribelig for mennesker,
eksisterer uafhængigt af vores bevidsthed.
Selv i oldtiden gættede videnskabelige tænkere, at der eksisterede noget omkring en magnet.

Magnetisk nål.

En magnetisk nål er en anordning, der er nødvendig, når man studerer den magnetiske virkning af elektrisk strøm.
Det er en lille magnet monteret på spidsen af ​​en nål og har to poler: nord og syd. Den magnetiske nål kan rotere frit på spidsen af ​​nålen.
Den nordlige ende af magnetnålen peger altid mod "nord".
Linjen, der forbinder magnetnålens poler, kaldes magnetnålens akse.
En lignende magnetisk nål findes i ethvert kompas - en enhed til at orientere sig.

Hvor stammer magnetfeltet fra?

Ørsteds eksperiment (1820) - viser hvordan en leder med strøm interagerer med en magnetisk nål.

Når det elektriske kredsløb er lukket, afviger den magnetiske nål fra sin oprindelige position; når kredsløbet åbnes, vender den magnetiske nål tilbage til sin oprindelige position.

Et magnetfelt opstår i rummet omkring en leder, der fører strøm (og i almindelighed omkring enhver bevægelig elektrisk ladning).
De magnetiske kræfter i dette felt virker på nålen og drejer den.

Generelt kan vi sige
at der opstår et magnetfelt omkring bevægende elektriske ladninger.
Elektrisk strøm og magnetfelt er uadskillelige fra hinanden.

DET ER INTERESSANT AT...

Mange himmellegemer – planeter og stjerner – har deres egne magnetfelter.
Men vores nærmeste naboer - Månen, Venus og Mars - har ikke et magnetfelt,
ligner jordisk.
___

Gilbert opdagede, at når et stykke jern bringes tættere på den ene pol af en magnet, begynder den anden pol at tiltrække stærkere. Denne idé blev patenteret kun 250 år efter Gilberts død.

I første halvdel af 90'erne, da nye georgiske mønter dukkede op - lari,
lokale lommetyve har anskaffet sig magneter,
fordi metallet, som disse mønter blev lavet af, blev godt tiltrukket af en magnet!

Hvis du tager en dollarseddel ved hjørnet og holder den i nærheden af ​​en kraftig magnet
(for eksempel hesteskoformet), hvilket skaber et uensartet magnetfelt, et stykke papir
vil afvige mod en af ​​polerne. Det viser sig, at blækket på dollarsedlen indeholder jernsalte.
besidder magnetiske egenskaber, så dollaren tiltrækkes af en af ​​magnetens poler.

Hvis du holder en stor magnet tæt på en tømrerbobleniveau, vil boblen flytte sig.
Faktum er, at bobleniveauet er fyldt med diamagnetisk væske. Når en sådan væske placeres i et magnetfelt, skabes et magnetfelt i den modsatte retning inde i den, og den skubbes ud af feltet. Derfor nærmer boblen i væsken magneten.

DU SKAL VIDE OM DEM!

Organisatoren af ​​den magnetiske kompasvirksomhed i den russiske flåde var en berømt afvigerforsker,
kaptajn af 1. rang, forfatter til videnskabelige værker om teorien om kompasset I.P. Belavanets.
Deltager i jordomrejsen på fregatten "Pallada" og deltager i Krimkrigen 1853-56. Han var den første i verden til at afmagnetisere et skib (1863)
og løste problemet med at installere kompasser inde i en jernubåd.
I 1865 blev han udnævnt til leder af landets første kompasobservatorium i Kronstadt.

Et magnetfelt er en speciel form for stof, der skabes af magneter, ledere med strøm (bevægende ladede partikler), og som kan detekteres ved vekselvirkning af magneter, ledere med strøm (bevægende ladede partikler).

Ørsteds erfaring

De første forsøg (udført i 1820), der viste, at der er en dyb sammenhæng mellem elektriske og magnetiske fænomener, var den danske fysiker H. Ørsteds forsøg.

En magnetisk nål placeret i nærheden af ​​en leder roterer gennem en bestemt vinkel, når strømmen i lederen er tændt. Når kredsløbet åbnes, vender pilen tilbage til sin oprindelige position.

Af erfaring fra G. Ørsted følger det, at der er et magnetfelt omkring denne leder.

Amperes erfaring
To parallelle ledere, gennem hvilke elektrisk strøm løber, interagerer med hinanden: de tiltrækker, hvis strømmene er i samme retning, og afviser, hvis strømmene er i den modsatte retning. Dette sker på grund af samspillet mellem magnetiske felter, der opstår omkring lederne.

Egenskaber af magnetfelt

1. Materielt set, dvs. eksisterer uafhængigt af os og vores viden om det.

2. Skabt af magneter, ledere med strøm (bevægende ladede partikler)

3. Detekteret ved interaktion af magneter, ledere med strøm (bevægende ladede partikler)

4. Virker på magneter, strømførende ledere (bevægende ladede partikler) med en vis kraft

5. Der er ingen magnetiske ladninger i naturen. Man kan ikke adskille nord- og sydpolen og få en krop med én pol.

6. Grunden til, at legemer har magnetiske egenskaber, blev fundet af den franske videnskabsmand Ampere. Ampere fremsatte den konklusion, at enhver krops magnetiske egenskaber bestemmes af lukkede elektriske strømme inde i den.

Disse strømme repræsenterer elektronernes bevægelse omkring baner i et atom.

Hvis planerne, hvori disse strømme cirkulerer, er placeret tilfældigt i forhold til hinanden på grund af den termiske bevægelse af molekylerne, der udgør kroppen, så kompenseres deres interaktioner gensidigt, og kroppen udviser ingen magnetiske egenskaber.

Og omvendt: hvis planerne, hvori elektronerne roterer, er parallelle med hinanden, og retningerne af normalerne til disse planer falder sammen, så forstærker sådanne stoffer det eksterne magnetfelt.

7. Magnetiske kræfter virker i et magnetfelt i bestemte retninger, som kaldes magnetiske kraftlinjer. Med deres hjælp kan du bekvemt og tydeligt vise magnetfeltet i et bestemt tilfælde.

For mere nøjagtigt at afbilde magnetfeltet blev det aftalt, at de steder, hvor feltet er stærkere, skulle feltlinjerne vises tættere, dvs. tættere på hinanden. Og omvendt, på steder, hvor feltet er svagere, vises færre feltlinjer, dvs. sjældnere placeret.

8. Det magnetiske felt er karakteriseret ved den magnetiske induktionsvektor.

Den magnetiske induktionsvektor er en vektorstørrelse, der karakteriserer magnetfeltet.

Retningen af ​​den magnetiske induktionsvektor falder sammen med retningen af ​​nordpolen af ​​den frie magnetiske nål på et givet punkt.

Retningen af ​​feltinduktionsvektoren og strømstyrken I er relateret til "rigtige skrue (gimlet)-reglen":

hvis du skruer i en gimlet i retning af strømmen i lederen, så vil retningen af ​​bevægelseshastigheden af ​​enden af ​​dets håndtag på et givet punkt falde sammen med retningen af ​​den magnetiske induktionsvektor på dette tidspunkt.

Ligesom en stationær elektrisk ladning virker på en anden ladning gennem et elektrisk felt, virker en elektrisk strøm på en anden strøm igennem magnetfelt. Virkningen af ​​et magnetfelt på permanente magneter reduceres til dens virkning på ladninger, der bevæger sig i et stofs atomer og skaber mikroskopiske cirkulære strømme.

Læren om elektromagnetisme baseret på to bestemmelser:

• magnetfeltet virker på bevægelige ladninger og strømme;
• der opstår et magnetfelt omkring strømme og bevægelige ladninger.

Magnetinteraktion

Permanent magnet(eller magnetisk nål) er orienteret langs Jordens magnetiske meridian. Den ende, der peger mod nord, kaldes Nordpolen(N), og den modsatte ende er Sydpolen(S). Når vi bringer to magneter tættere på hinanden, bemærker vi, at deres ens poler frastøder, og deres ulige poler tiltrækker ( ris. 1 ).

Hvis vi adskiller polerne ved at skære en permanent magnet i to dele, vil vi opdage, at hver af dem også vil have to stænger vil være en permanent magnet ( ris. 2 ). Begge poler - nord og syd - er uadskillelige fra hinanden og har lige rettigheder.

Det magnetiske felt skabt af Jorden eller permanente magneter repræsenteres, ligesom et elektrisk felt, af magnetiske kraftlinjer. Et billede af magnetfeltlinjerne på en magnet kan fås ved at lægge et ark papir over den, hvorpå der drysses jernspåner i et jævnt lag. Når det udsættes for et magnetfelt, bliver savsmuldet magnetiseret - hver af dem har nord- og sydpoler. De modsatte poler har en tendens til at bevæge sig tættere på hinanden, men dette forhindres af savsmuldens friktion på papiret. Hvis du banker på papiret med fingeren, vil friktionen falde, og spånerne vil blive tiltrukket af hinanden og danne kæder, der viser magnetiske feltlinjer.

På ris. 3 viser placeringen af ​​savsmuld og små magnetiske pile i feltet af en direkte magnet, der angiver retningen af ​​de magnetiske feltlinjer. Denne retning anses for at være retningen af ​​nordpolen af ​​den magnetiske nål.

Ørsteds erfaring. Magnetisk strømfelt

I begyndelsen af ​​det 19. århundrede. dansk videnskabsmand Ørsted gjorde en vigtig opdagelse, da han opdagede virkning af elektrisk strøm på permanente magneter . Han placerede en lang ledning nær en magnetnål. Da der blev ført strøm gennem ledningen, roterede pilen og forsøgte at placere sig vinkelret på den ( ris. 4 ). Dette kan forklares ved fremkomsten af ​​et magnetfelt omkring lederen.

De magnetiske feltlinjer skabt af en lige leder, der fører strøm, er koncentriske cirkler placeret i et plan vinkelret på den, med centre i det punkt, hvorigennem strømmen passerer ( ris. 5 ). Linjernes retning bestemmes af den rigtige skrueregel:

Hvis skruen drejes i retning af feltlinjerne, vil den bevæge sig i retning af strømmen i lederen .

Magnetfeltets styrkekarakteristik er magnetisk induktionsvektor B . I hvert punkt er den rettet tangentielt til marklinjen. Elektriske feltlinjer begynder på positive ladninger og slutter på negative, og kraften, der virker på ladningen i dette felt, er rettet tangentielt til linjen i hvert punkt. I modsætning til det elektriske felt er magnetfeltlinjerne lukkede, hvilket skyldes fraværet af "magnetiske ladninger" i naturen.

En strøms magnetiske felt adskiller sig grundlæggende ikke fra det felt, der skabes af en permanent magnet. I denne forstand er en analog af en flad magnet en lang solenoide - en trådspole, hvis længde er betydeligt større end dens diameter. Diagrammet af linjerne i det magnetiske felt skabt af ham, vist i ris. 6 , svarer til den for en flad magnet ( ris. 3 ). Cirklerne angiver tværsnittene af tråden, der danner solenoideviklingen. Strømme, der løber gennem ledningen væk fra observatøren, er angivet med kryds, og strømme i den modsatte retning - mod observatøren - er angivet med prikker. De samme notationer accepteres for magnetiske feltlinjer, når de er vinkelrette på tegneplanet ( ris. 7 a, b).

Retningen af ​​strømmen i solenoidviklingen og retningen af ​​magnetfeltlinjerne inde i den er også relateret til reglen om den højre skrue, som i dette tilfælde er formuleret som følger:

Hvis du ser langs solenoidens akse, skaber strømmen, der flyder i urets retning, et magnetfelt i den, hvis retning falder sammen med bevægelsesretningen for den højre skrue ( ris. 8 )

Baseret på denne regel er det let at forstå, at solenoiden vist i ris. 6 , nordpolen er dens højre ende, og sydpolen er dens venstre.

Magnetfeltet inde i solenoiden er ensartet - den magnetiske induktionsvektor har en konstant værdi der (B = const). I denne henseende ligner solenoiden en parallelpladekondensator, inden for hvilken der skabes et ensartet elektrisk felt.

Kraft, der virker i et magnetfelt på en strømførende leder

Det blev eksperimentelt fastslået, at en kraft virker på en strømførende leder i et magnetfelt. I et ensartet felt oplever en lige leder af længden l, gennem hvilken en strøm I løber, placeret vinkelret på feltvektoren B, kraften: F = I l B .

Kraftens retning bestemmes venstrehåndsreglen:

Hvis de fire udstrakte fingre på venstre hånd er placeret i retning af strømmen i lederen, og håndfladen er vinkelret på vektor B, så vil den forlængede tommelfinger angive retningen af ​​kraften, der virker på lederen (ris. 9 ).

Det skal bemærkes, at kraften, der virker på en leder med strøm i et magnetfelt, ikke er rettet tangentielt til dens kraftlinjer, som en elektrisk kraft, men vinkelret på dem. En leder placeret langs kraftlinjerne påvirkes ikke af magnetisk kraft.

Ligningen F = IlB giver dig mulighed for at give en kvantitativ karakteristik af magnetfeltinduktionen.

Holdning afhænger ikke af lederens egenskaber og karakteriserer selve magnetfeltet.

Størrelsen af ​​den magnetiske induktionsvektor B er numerisk lig med kraften, der virker på en leder af enhedslængde placeret vinkelret på den, gennem hvilken en strøm på en ampere strømmer.

I SI-systemet er enheden for magnetfeltinduktion teslaen (T):

Et magnetfelt. Tabeller, diagrammer, formler

(Interaktion af magneter, Ørsteds eksperiment, magnetisk induktionsvektor, vektorretning, superpositionsprincip. Grafisk repræsentation af magnetfelter, magnetiske induktionslinjer. Magnetisk flux, energikarakteristisk for feltet. Magnetiske kræfter, Amperekraft, Lorentzkraft. Bevægelse af ladede partikler i et magnetfelt. Magnetiske egenskaber af stof, Amperes hypotese)