To je polje sile koje utječe na električne naboje i tijela koja su u pokretu i imaju magnetni moment, bez obzira na stanje njihovog kretanja. Magnetsko polje je dio elektromagnetnog polja.
Struja nabijenih čestica ili magnetni momenti elektrona u atomima stvaraju magnetsko polje. Također, magnetsko polje nastaje kao rezultat određenih privremenih promjena u električnom polju.
Vektor indukcije magnetnog polja B je glavna karakteristika sile magnetnog polja. U matematici, B = B (X,Y,Z) je definirano kao vektorsko polje. Ovaj koncept služi za definiranje i specificiranje fizičkog magnetskog polja. U nauci se vektor magnetne indukcije često jednostavno, ukratko, naziva magnetnim poljem. Očigledno, takva aplikacija omogućava slobodnu interpretaciju ovog koncepta.
Druga karakteristika magnetnog polja struje je vektorski potencijal.
U naučnoj literaturi se često može naći da se vektor jačine magnetnog polja smatra glavnom karakteristikom magnetnog polja, u odsustvu magnetnog okruženja (vakuma). Formalno, ova situacija je sasvim prihvatljiva, jer se u vakuumu vektor jačine magnetskog polja H i vektor magnetske indukcije B poklapaju. Istovremeno, vektor jačine magnetskog polja u magnetskom mediju nije ispunjen istim fizičkim značenjem i sekundarna je veličina. Na osnovu toga, uz formalnu jednakost ovih pristupa za vakuum, sistematsko gledište razmatra vektor magnetne indukcije je glavna karakteristika magnetnog polja struje.
Magnetno polje je, naravno, posebna vrsta materije. Uz pomoć ove materije dolazi do interakcije između onih s magnetskim momentom i pokretnih nabijenih čestica ili tijela.
Specijalna teorija relativnosti smatra da su magnetna polja posljedica postojanja samih električnih polja.
Zajedno, magnetsko i električno polje formiraju elektromagnetno polje. Manifestacije elektromagnetnog polja su svjetlost i elektromagnetski valovi.
Kvantna teorija magnetnog polja razmatra magnetnu interakciju kao poseban slučaj elektromagnetne interakcije. Nosi ga bozon bez mase. Bozon je foton, čestica koja se može zamisliti kao kvantna pobuda elektromagnetnog polja.
Magnetno polje nastaje ili strujom nabijenih čestica, ili električnim poljem koje se transformira u vremenskom prostoru, ili vlastitim magnetskim momentima čestica. Za jednoliku percepciju, magnetni momenti čestica se formalno svode na električne struje.
Proračun vrijednosti magnetnog polja.
Jednostavni slučajevi omogućavaju izračunavanje vrijednosti magnetskog polja vodiča sa strujom koristeći Biot-Savart-Laplaceov zakon ili korištenjem teoreme o cirkulaciji. Na isti način, vrijednost magnetnog polja može se naći za struju proizvoljno raspoređenu u volumenu ili prostoru. Očigledno, ovi zakoni su primjenjivi za konstantna ili relativno sporo promjenjiva magnetska i električna polja. Odnosno, u slučajevima magnetostatike. Složeniji slučajevi zahtijevaju izračunavanje vrijednosti struja magnetnog polja prema Maxwellovim jednačinama.
Manifestacija prisustva magnetnog polja.
Glavna manifestacija magnetnog polja je uticaj na magnetne momente čestica i tela, na naelektrisane čestice u kretanju. Lorentzovom silom je sila koja djeluje na električno nabijenu česticu koja se kreće u magnetskom polju. Ova sila ima konstantno izražen okomit smjer na vektore v i B. Također ima proporcionalnu vrijednost naboju čestice q, komponenti brzine v, koja je okomita na smjer vektora magnetskog polja B, i veličina koja izražava indukciju magnetnog polja B. Lorencova sila prema međunarodnom sistemu jedinica ima sljedeći izraz: F = q, u sistemu GHS jedinica: F=q/c
Unakrsni proizvod je prikazan u uglastim zagradama.
Kao rezultat utjecaja Lorentzove sile na nabijene čestice koje se kreću duž vodiča, magnetsko polje može djelovati na provodnik sa strujom. Amperska sila je sila koja djeluje na provodnik kroz koji teče struja. Komponente ove sile smatraju se silama koje djeluju na pojedinačna naelektrisanja koja se kreću unutar provodnika.
Fenomen interakcije između dva magneta.
Fenomen magnetnog polja sa kojim se možemo susresti u svakodnevnom životu naziva se interakcija dva magneta. Izražava se u odbijanju sličnih polova jedan od drugog i privlačenju suprotnih polova. Sa formalne tačke gledišta, opisivanje interakcije između dva magneta kao interakcije dva monopola je prilično korisna, izvodljiva i zgodna ideja. Istovremeno, detaljna analiza pokazuje da u stvarnosti ovo nije sasvim tačan opis fenomena. Glavno pitanje koje ostaje neodgovoreno unutar takvog modela je zašto se monopoli ne mogu odvojiti. Zapravo, eksperimentalno je dokazano da bilo koje izolirano tijelo nema magnetni naboj. Također, ovaj model se ne može primijeniti na magnetsko polje koje stvara makroskopska struja.
S naše tačke gledišta, ispravno je pretpostaviti da sila koja djeluje na magnetski dipol koji se nalazi u nehomogenom polju teži da ga rotira na takav način da magnetni moment dipola ima isti smjer kao i magnetsko polje. Međutim, ne postoje magneti koji su podložni ukupnoj sili jednolična struja magnetnog polja. Sila koja djeluje na magnetski dipol s magnetskim momentom m izražava se sljedećom formulom:
.
Sila koja djeluje na magnet iz neujednačenog magnetskog polja izražava se zbirom svih sila koje su određene ovom formulom i koje djeluju na elementarne dipole koji čine magnet.
Elektromagnetna indukcija.
Ako se tok vektora magnetske indukcije kroz zatvoreno kolo mijenja tokom vremena, u ovom kolu se formira emf elektromagnetne indukcije. Ako je strujni krug nepomičan, stvara ga vrtložno električno polje, koje nastaje kao rezultat promjene magnetskog polja tijekom vremena. Kada se magnetsko polje ne mijenja s vremenom i nema promjena u fluksu zbog pomicanja petlje provodnika, tada se EMF generira Lorentzovom silom.
Da bismo razumjeli šta je karakteristika magnetnog polja, mnoge pojave moraju biti definirane. Istovremeno, morate unaprijed zapamtiti kako i zašto se pojavljuje. Saznajte šta je polje sila. Važno je da se takvo polje može pojaviti ne samo u magnetima. S tim u vezi, ne bi škodilo spomenuti karakteristike magnetskog polja Zemlje.
Pojava polja
Prvo treba da opišemo nastanak polja. Tada možete opisati magnetsko polje i njegove karakteristike. Pojavljuje se tokom kretanja nabijenih čestica. Može uticati posebno na provodnike pod naponom. Interakcija između magnetnog polja i pokretnih naboja, odnosno vodiča kroz koje teče struja, događa se zbog sila koje se nazivaju elektromagnetne.
Intenzitet ili karakteristika jačine magnetnog polja u određenoj prostornoj tački određuje se pomoću magnetne indukcije. Potonji je označen simbolom B.
Grafički prikaz polja
Magnetno polje i njegove karakteristike mogu se prikazati u grafičkom obliku pomoću indukcijskih linija. Ova definicija se odnosi na linije čije će se tangente u bilo kojoj tački poklapati sa smjerom vektora magnetske indukcije.
Ove linije su uključene u karakteristike magnetnog polja i koriste se za određivanje njegovog smjera i intenziteta. Što je veći intenzitet magnetnog polja, to će se više ovih linija povući.
Šta su magnetne linije
Magnetne linije u ravnim strujnim provodnicima imaju oblik koncentričnog kruga čiji se centar nalazi na osi datog provodnika. Smjer magnetnih linija u blizini vodiča sa strujom određen je pravilom gimleta, koje zvuči ovako: ako je gimlet postavljen tako da je uvrnut u vodič u smjeru struje, tada se smjer rotacije ručke odgovara smjeru magnetskih linija.
U zavojnici sa strujom, smjer magnetskog polja također će biti određen pravilom gimleta. Također je potrebno rotirati ručku u smjeru struje u zavojima solenoida. Smjer magnetnih indukcionih linija odgovarat će smjeru translacijskog kretanja gimleta.
To je glavna karakteristika magnetnog polja.
Stvoreno jednom strujom, pod jednakim uslovima, polje će varirati po intenzitetu u različitim medijima zbog različitih magnetnih svojstava ovih supstanci. Magnetna svojstva medija karakterizira apsolutna magnetna permeabilnost. Mjeri se u henri po metru (g/m).
Karakteristike magnetnog polja uključuju apsolutnu magnetnu permeabilnost vakuuma, nazvanu magnetna konstanta. Vrijednost koja određuje koliko će se puta apsolutna magnetna permeabilnost medija razlikovati od konstantne naziva se relativna magnetna permeabilnost.
Magnetna permeabilnost supstanci
Ovo je bezdimenzionalna veličina. Supstance čija je vrijednost permeabilnosti manja od jedan nazivaju se dijamagnetne. U ovim supstancama polje će biti slabije nego u vakuumu. Ova svojstva su prisutna u vodoniku, vodi, kvarcu, srebru itd.
Mediji čija je magnetna permeabilnost veća od jedinice nazivaju se paramagnetni. U ovim supstancama polje će biti jače nego u vakuumu. Ove sredine i supstance uključuju vazduh, aluminijum, kiseonik i platinu.
U slučaju paramagnetnih i dijamagnetnih supstanci, vrijednost magnetske permeabilnosti neće ovisiti o naponu vanjskog magnetizirajućeg polja. To znači da je količina konstantna za određenu supstancu.
Posebnu grupu čine feromagneti. Za ove supstance, magnetna permeabilnost će dostići nekoliko hiljada ili više. Ove supstance, koje imaju svojstvo magnetizacije i pojačavanja magnetnog polja, široko se koriste u elektrotehnici.
Jačina polja
Za određivanje karakteristika magnetnog polja, vrijednost koja se zove jačina magnetnog polja može se koristiti zajedno s vektorom magnetske indukcije. Ovaj pojam određuje intenzitet vanjskog magnetskog polja. Smjer magnetskog polja u mediju sa identičnim svojstvima u svim smjerovima, vektor intenziteta će se poklopiti sa vektorom magnetske indukcije u tački polja.
Jaka magnetska svojstva feromagneta objašnjavaju se prisustvom u njima proizvoljno magnetiziranih malih dijelova, koji se mogu predstaviti u obliku malih magneta.
Bez magnetnog polja, feromagnetna tvar možda neće imati izražena magnetna svojstva, jer polja domena poprimaju različite orijentacije, a njihovo ukupno magnetsko polje je nula.
Prema glavnoj karakteristici magnetskog polja, ako se feromagnet stavi u vanjsko magnetsko polje, na primjer, u zavojnicu sa strujom, tada će se pod utjecajem vanjskog polja domene okrenuti u smjeru vanjskog polja. Štoviše, magnetsko polje na zavojnici će se povećati, a magnetska indukcija će se povećati. Ako je vanjsko polje dovoljno slabo, tada će se preokrenuti samo dio svih domena čija su magnetna polja bliska smjeru vanjskog polja. Kako se jačina vanjskog polja povećava, povećavat će se i broj rotiranih domena, a pri određenoj vrijednosti napona vanjskog polja gotovo svi dijelovi će se rotirati tako da se magnetska polja nalaze u smjeru vanjskog polja. Ovo stanje se naziva magnetsko zasićenje.
Odnos magnetske indukcije i napetosti
Odnos između magnetne indukcije feromagnetne tvari i jakosti vanjskog polja može se prikazati korištenjem grafikona koji se naziva krivulja magnetizacije. U tački gdje se graf krivulje savija, brzina povećanja magnetne indukcije opada. Nakon savijanja, gdje napetost dostigne određenu vrijednost, dolazi do zasićenja, a kriva se lagano podiže, postepeno poprimajući oblik prave linije. U ovom području indukcija još uvijek raste, ali prilično sporo i samo zbog povećanja jakosti vanjskog polja.
Grafička zavisnost indikatorskih podataka nije direktna, što znači da njihov odnos nije konstantan, a magnetna permeabilnost materijala nije konstantan indikator, već zavisi od spoljašnjeg polja.
Promjene u magnetskim svojstvima materijala
Kada se jačina struje poveća do potpunog zasićenja u zavojnici s feromagnetnim jezgrom, a zatim smanji, krivulja magnetizacije neće se podudarati s krivom demagnetizacije. Sa nultim intenzitetom, magnetna indukcija neće imati istu vrijednost, ali će dobiti određeni indikator koji se zove rezidualna magnetna indukcija. Situacija u kojoj magnetna indukcija zaostaje za silom magnetiziranja naziva se histereza.
Da biste potpuno demagnetizirali feromagnetnu jezgru u zavojnici, potrebno je dati obrnutu struju, koja će stvoriti potreban napon. Različite feromagnetne tvari zahtijevaju komad različite dužine. Što je veći, to je veća količina energije potrebna za demagnetizaciju. Vrijednost pri kojoj dolazi do potpune demagnetizacije materijala naziva se sila prisile.
Daljnjim povećanjem struje u zavojnici, indukcija će se opet povećati do zasićenja, ali s drugim smjerom magnetskih linija. Prilikom demagnetizacije u suprotnom smjeru, dobit će se zaostala indukcija. Fenomen rezidualnog magnetizma koristi se za stvaranje trajnih magneta od supstanci sa visokim indeksom rezidualnog magnetizma. Jezgra za električne mašine i uređaje se stvaraju od supstanci koje imaju sposobnost remagnetizacije.
Pravilo lijeve ruke
Sila koja djeluje na provodnik sa strujom ima smjer određen pravilom lijeve ruke: kada je dlan djevičanske ruke postavljen na takav način da magnetne linije ulaze u njega, a četiri prsta su ispružena u smjeru struje u provodniku, savijeni palac će pokazati smjer sile. Ova sila je okomita na vektor indukcije i struju.
Provodnik sa strujom koji se kreće u magnetskom polju smatra se prototipom elektromotora koji pretvara električnu energiju u mehaničku.
Pravilo desne ruke
Kada se provodnik kreće u magnetskom polju, unutar njega se indukuje elektromotorna sila, koja ima vrijednost proporcionalnu magnetskoj indukciji, dužini uključenog vodiča i brzini njegovog kretanja. Ova zavisnost se naziva elektromagnetna indukcija. Prilikom određivanja smjera inducirane EMF u provodniku koristi se pravilo desne ruke: kada je desna ruka postavljena na isti način kao u primjeru s lijevom, magnetske linije ulaze u dlan, a palac pokazuje smjer kretanja provodnika, ispruženi prsti će ukazati na smjer induciranog EMF-a. Provodnik koji se kreće u magnetskom toku pod utjecajem vanjske mehaničke sile je najjednostavniji primjer električnog generatora u kojem se mehanička energija pretvara u električnu energiju.
Može se formulisati drugačije: u zatvorenoj petlji indukuje se EMF; sa bilo kojom promjenom magnetskog fluksa koji je pokriven ovom petljom, EMF u petlji je numerički jednak brzini promjene magnetskog fluksa koji pokriva ovu petlju.
Ovaj oblik daje prosječan indikator EMF-a i ukazuje na ovisnost EMF-a ne o magnetskom toku, već o brzini njegove promjene.
Lenzov zakon
Također morate zapamtiti Lenzov zakon: struja inducirana kada se magnetsko polje koje prolazi kroz kolo promijeni, njegovo magnetsko polje sprječava ovu promjenu. Ako zavoje zavojnice prodiru magnetnim tokovima različitih veličina, tada je EMF inducirana kroz cijeli svitak jednaka zbroju EDE u različitim zavojima. Zbir magnetnih tokova različitih zavoja zavojnice naziva se fluks veza. Jedinica mjerenja za ovu veličinu, kao i za magnetni fluks, je Weber.
Kada se električna struja u kolu promijeni, mijenja se i magnetni tok koji stvara. U ovom slučaju, prema zakonu elektromagnetne indukcije, unutar vodiča se inducira emf. Pojavljuje se u vezi s promjenom struje u vodiču, stoga se ova pojava naziva samoindukcija, a EMF inducirana u vodiču naziva se EMF samoindukcije.
Veza fluksa i magnetni fluks ne zavise samo od jačine struje, već i od veličine i oblika datog vodiča, kao i od magnetne permeabilnosti okolne supstance.
Induktivnost provodnika
Faktor proporcionalnosti naziva se induktivitet provodnika. Odnosi se na sposobnost provodnika da stvori vezu fluksa kada struja prolazi kroz njega. Ovo je jedan od glavnih parametara električnih kola. Za određena kola, induktivnost je konstantna vrijednost. To će ovisiti o veličini kruga, njegovoj konfiguraciji i magnetskoj permeabilnosti medija. U ovom slučaju, jačina struje u krugu i magnetni tok neće biti važni.
Gore navedene definicije i fenomeni daju objašnjenje šta je magnetsko polje. Date su i glavne karakteristike magnetnog polja uz pomoć kojih se može definisati ova pojava.
Pojam “magnetno polje” obično označava određeni energetski prostor u kojem se manifestiraju sile magnetske interakcije. Oni utiču na:
pojedinačne supstance: ferimagneti (metali - uglavnom liveno gvožđe, gvožđe i njihove legure) i njihova klasa ferita, bez obzira na stanje;
pokretni naboji električne energije.
Zovu se fizička tijela koja imaju ukupan magnetni moment elektrona ili drugih čestica trajni magneti. Njihova interakcija je prikazana na slici linije magnetne sile.
Nastale su nakon što se na poleđinu kartonske ploče sa ravnomjernim slojem željeznih strugotina donio trajni magnet. Na slici su jasne oznake sjevernog (N) i južnog (S) pola sa smjerom linija polja u odnosu na njihovu orijentaciju: izlaz sa sjevernog pola i ulaz na jug.
Kako nastaje magnetsko polje?
Izvori magnetnog polja su:
Trajni magneti;
pokretni naboji;
električno polje koje se mijenja u vremenu.
Svako dijete u vrtiću upoznato je sa djelovanjem trajnih magneta. Uostalom, već je morao da oblikuje slike magneta na frižideru, izvađene iz paketa sa svim vrstama delicija.
Električni naboji u kretanju obično imaju znatno veću energiju magnetskog polja od . Takođe je označena linijama sile. Pogledajmo pravila za njihovo crtanje za ravni provodnik sa strujom I.
Linija magnetnog polja povučena je u ravni okomitoj na kretanje struje tako da je u svakoj tački sila koja djeluje na sjeverni pol magnetske igle usmjerena tangencijalno na ovu liniju. Ovo stvara koncentrične krugove oko pokretnog naboja.
Smjer ovih sila određen je dobro poznatim pravilom zavrtnja ili gimleta sa namotavanjem desnog navoja.
Gimlet pravilo
Gimlet je potrebno postaviti koaksijalno sa vektorom struje i rotirati ručku tako da se translacijsko kretanje gimleta poklopi s njegovim smjerom. Tada će se orijentacija linija magnetnog polja pokazati rotacijom ručke.
U prstenastom provodniku rotacijsko kretanje ručke poklapa se sa smjerom struje, a translacijsko kretanje ukazuje na orijentaciju indukcije.
Magnetne linije sile uvijek napuštaju sjeverni pol i ulaze u južni pol. Oni se nastavljaju unutar magneta i nikada nisu otvoreni.
Pravila za interakciju magnetnih polja
Magnetna polja iz različitih izvora se međusobno dodaju kako bi formirala rezultujuće polje.
U ovom slučaju, magneti sa suprotnim polovima (N - S) se međusobno privlače, a sa sličnim polovima (N - N, S - S) odbijaju. Interakcione sile između polova zavise od udaljenosti između njih. Što su polovi bliže pomaknuti, veća je stvorena sila.
Osnovne karakteristike magnetnog polja
To uključuje:
vektor magnetne indukcije (B);
magnetni fluks (F);
veza protoka (Ψ).
Intenzitet ili jačina udara polja se procjenjuje pomoću vrijednosti vektor magnetne indukcije. Određuje se vrijednošću sile “F” koju stvara struja “I” koja prolazi kroz provodnik dužine “l”. V =F/(I∙l)
Jedinica mjerenja magnetne indukcije u SI sistemu je Tesla (u znak sjećanja na fizičara koji je proučavao ove pojave i opisao ih matematičkim metodama). U ruskoj tehničkoj literaturi označeno je "Tl", au međunarodnoj dokumentaciji usvojen je simbol "T".
1 T je indukcija takvog jednolikog magnetskog fluksa, koji djeluje sa silom od 1 njutn na svaki metar dužine ravnog vodiča okomitog na smjer polja, kada kroz ovaj vodič prođe struja od 1 ampera.
1T=1∙N/(A∙m)
Smjer vektora B je određen pravilo leve ruke.
Ako stavite dlan svoje lijeve ruke u magnetsko polje tako da linije sile sa sjevernog pola ulaze u dlan pod pravim uglom, a četiri prsta postavite u smjeru struje u provodniku, tada će istureni palac označi smjer sile na ovaj provodnik.
U slučaju kada se provodnik sa električnom strujom ne nalazi pod pravim uglom u odnosu na magnetne linije sile, sila koja na njega deluje biće proporcionalna veličini struje koja teče i komponenti projekcije dužine provodnika sa struja na ravninu koja se nalazi u okomitom smjeru.
Sila koja djeluje na električnu struju ne ovisi o materijalu od kojeg je vodič napravljen i njegovoj površini poprečnog presjeka. Čak i ako ovaj provodnik uopće ne postoji, a pokretni naboji se počnu kretati u drugom mediju između magnetnih polova, tada se ta sila neće promijeniti ni na koji način.
Ako unutar magnetnog polja u svim tačkama vektor B ima isti smjer i veličinu, onda se takvo polje smatra uniformnim.
Bilo koje okruženje koje ima , utječe na vrijednost vektora indukcije B .
Magnetski fluks (F)
Ako uzmemo u obzir prolazak magnetske indukcije kroz određeno područje S, tada će se indukcija ograničena svojim granicama zvati magnetski tok.
Kada je područje nagnuto pod nekim uglom α prema smjeru magnetske indukcije, magnetski fluks se smanjuje za iznos kosinusa ugla nagiba površine. Njegova maksimalna vrijednost se stvara kada je područje okomito na njegovu prodornu indukciju. F=V·S
Mjerna jedinica za magnetni fluks je 1 weber, definiran prolaskom indukcije od 1 tesle kroz površinu od 1 kvadratni metar.
Flux linkage
Ovaj izraz se koristi za dobivanje ukupne količine magnetskog fluksa stvorenog iz određenog broja vodiča koji nose struju koji se nalaze između polova magneta.
Za slučaj kada ista struja I prolazi kroz namotaj zavojnice s brojem zavoja n, tada se ukupni (povezani) magnetni tok iz svih zavoja naziva fluks veza Ψ.
Ψ=n·F . Jedinica veze fluksa je 1 weber.
Kako nastaje magnetsko polje iz naizmjeničnog električnog
Elektromagnetno polje, u interakciji s električnim nabojima i tijelima s magnetnim momentima, kombinacija je dva polja:
električni;
magnetna.
Oni su međusobno povezani, predstavljaju kombinaciju jedni drugih, a kada se jedno vremenom promijeni, kod drugog se javljaju određena odstupanja. Na primjer, kada se u trofaznom generatoru stvori naizmjenično sinusoidno električno polje, istovremeno se formira isto magnetsko polje sa karakteristikama sličnih naizmjeničnih harmonika.
Magnetna svojstva tvari
U odnosu na interakciju sa vanjskim magnetnim poljem, tvari se dijele na:
antiferomagneti sa uravnoteženim magnetnim momentima, zbog čega se stvara vrlo nizak stepen magnetizacije tijela;
Dijamagneti sa svojstvom magnetiziranja unutrašnjeg polja protiv djelovanja vanjskog. Kada nema vanjskog polja, njihova magnetska svojstva se ne pojavljuju;
paramagnetni materijali sa svojstvima magnetizacije unutrašnjeg polja u pravcu spoljašnjeg polja, koji imaju nizak stepen;
feromagneti, koji imaju magnetna svojstva bez primijenjenog vanjskog polja na temperaturama ispod Curie tačke;
ferimagneti sa magnetnim momentima neuravnoteženim u veličini i smjeru.
Sva ova svojstva tvari našla su različite primjene u modernoj tehnologiji.
Magnetna kola
Svi transformatori, induktori, električne mašine i mnogi drugi uređaji rade na ovoj osnovi.
Na primjer, u radnom elektromagnetu, magnetni tok prolazi kroz magnetno jezgro napravljeno od feromagnetnog čelika i zraka s izraženim ne-feromagnetskim svojstvima. Kombinacija ovih elemenata čini magnetsko kolo.
Većina električnih uređaja u svom dizajnu ima magnetna kola. Više o tome pročitajte u ovom članku -
Izvori magnetnog polja su kreće se električni naboji (struje) . Magnetno polje nastaje u prostoru koji okružuje provodnike sa strujom, baš kao što se električno polje javlja u prostoru koji okružuje stacionarne električne naboje. Magnetno polje trajnih magneta također stvaraju električne mikrostruje koje kruže unutar molekula tvari (Ampereova hipoteza).
Za opisivanje magnetskog polja potrebno je uvesti silnu karakteristiku polja, sličnu vektoru tenzije električno polje. Ova karakteristika je vektor magnetne indukcije Vektor magnetske indukcije određuje sile koje djeluju na struje ili pokretne naboje u magnetskom polju.
Za pozitivan smjer vektora uzima se smjer od južnog pola S do sjevernog pola N magnetske igle, koja je slobodno pozicionirana u magnetskom polju. Dakle, ispitivanjem magnetnog polja koje stvara struja ili stalni magnet pomoću male magnetne igle, moguće je u svakoj tački u prostoru
Da bismo kvantitativno opisali magnetsko polje, potrebno je naznačiti metodu za određivanje ne samo
smjer vektora ali i njegov modul Modul vektora magnetske indukcije jednak je omjeru maksimalne vrijednosti
Amperska sila koja djeluje na ravan vodič sa strujom, do jačine struje I u provodniku i njegovoj dužini Δ l
:
Amperova sila je usmjerena okomito na vektor magnetske indukcije i smjer struje koja teče kroz provodnik. Za određivanje smjera Ampera se obično koristi sila pravilo leve ruke: ako lijevu ruku postavite tako da indukcijske linije ulaze u dlan, a ispruženi prsti budu usmjereni duž struje, tada će otmeti palac ukazati na smjer sile koja djeluje na provodnik.
Interplanetarno magnetno polje
Kada bi međuplanetarni prostor bio vakuum, onda bi jedina magnetna polja u njemu mogla biti samo polja Sunca i planeta, kao i polje galaktičkog porijekla koje se proteže duž spiralnih grana naše Galaksije. U tom slučaju bi polja Sunca i planeta u međuplanetarnom prostoru bila izuzetno slaba.
U stvari, međuplanetarni prostor nije vakuum, već je ispunjen jonizovanim gasom koji emituje Sunce (solarni vetar). Koncentracija ovog gasa je 1-10 cm -3, tipične brzine su između 300 i 800 km/s, temperatura je blizu 10 5 K (podsjetimo da je temperatura korone 2×10 6 K).
sunčani vjetar– odliv plazme iz solarne korone u međuplanetarni prostor. Na nivou Zemljine orbite, prosječna brzina čestica sunčevog vjetra (protona i elektrona) je oko 400 km/s, broj čestica je nekoliko desetina po 1 cm 3.
Engleski naučnik William Gilbert, dvorski ljekar kraljice Elizabete, prvi je 1600. godine pokazao da je Zemlja magnet čija se osa ne poklapa sa osom rotacije Zemlje. Shodno tome, oko Zemlje, kao i oko svakog magneta, postoji magnetno polje. Godine 1635. Gellibrand je otkrio da se Zemljino magnetsko polje polako mijenja, a Edmund Halley je izvršio prvo magnetsko istraživanje okeana na svijetu i stvorio prve svjetske magnetne karte (1702). Godine 1835. Gauss je izvršio sfernu harmonijsku analizu Zemljinog magnetnog polja. Stvorio je prvu magnetnu opservatoriju na svijetu u Getingenu.
Nekoliko riječi o magnetnim karticama. Tipično, svakih 5 godina, distribucija magnetnog polja na površini Zemlje je predstavljena magnetnim kartama tri ili više magnetnih elemenata. Na svakoj od ovih karata iscrtane su izolinije duž kojih dati element ima konstantnu vrijednost. Linije jednake deklinacije D nazivaju se izogonima, nagibi I se nazivaju izoklinama, a veličine ukupne jačine B nazivaju se izodinamičke linije ili izodine. Izomagnetske linije elemenata H, Z, X i Y nazivaju se izolinijama horizontalne, vertikalne, sjeverne ili istočne komponente.
Vratimo se crtežu. Prikazuje krug sa ugaonim radijusom od 90° - d, koji opisuje položaj Sunca na zemljinoj površini. Veliki kružni luk povučen kroz tačku P i geomagnetni pol B siječe ovu kružnicu u tačkama H' n i H' m, koje označavaju položaj Sunca u trenucima geomagnetnog podneva i geomagnetske ponoći tačke P. momenti zavise od geografske širine tačke P. Položaji Sunce u lokalnom tačnom podne i ponoć su označene tačkama H n i H m, respektivno. Kada je d pozitivan (ljeto na sjevernoj hemisferi), tada jutarnja polovina geomagnetnog dana nije jednaka večernjoj. Na visokim geografskim širinama, geomagnetno vrijeme može biti veoma različito od pravog ili srednjeg vremena veći dio dana.
Govoreći o vremenu i koordinatnom sistemu, hajde da razgovaramo i o uzimanju u obzir ekscentriciteta magnetnog dipola. Ekscentrični dipol polako povlači prema van (sjever i zapad) od 1836. Da li je prešao ekvatorijalnu ravan? oko 1862. Njegova radijalna putanja se nalazi u oblasti ostrva Gilbert u Tihom okeanu
UTICAJ MAGNETSKOG POLJA NA STRUJU
Unutar svakog sektora, brzina solarnog vjetra i gustina čestica variraju sistematski. Zapažanja raketa pokazuju da se oba parametra naglo povećavaju na granici sektora. Krajem drugog dana nakon prolaska granice sektora, gustina vrlo brzo, a zatim, nakon dva-tri dana, polako počinje da raste. Brzina solarnog vjetra polako opada drugog ili trećeg dana nakon dostizanja svog vrhunca. Struktura sektora i zapažene varijacije u brzini i gustoći usko su povezane sa magnetosferskim poremećajima. Struktura sektora je prilično stabilna, tako da se čitava struktura toka rotira sa Suncem najmanje nekoliko solarnih revolucija, prelazeći preko Zemlje otprilike svakih 27 dana.
Magnetno polje još pamtimo iz škole, ali ono što ono predstavlja nije nešto što „iskače“ u svačijem sjećanju. Hajde da osvježimo ono što smo pisali, a možda i da vam kažemo nešto novo, korisno i zanimljivo.
Određivanje magnetnog polja
Magnetno polje je polje sile koje utječe na pokretne električne naboje (čestice). Zahvaljujući ovom polju sile, objekti se privlače jedni prema drugima. Postoje dvije vrste magnetnih polja:
- Gravitacioni - formira se isključivo u blizini elementarnih čestica i varira u svojoj snazi na osnovu karakteristika i strukture ovih čestica.
- Dinamički, proizvedeni u objektima s pokretnim električnim nabojem (predajnici struje, magnetizirane tvari).
Oznaku za magnetno polje prvi je uveo M. Faraday 1845. godine, iako je njegovo značenje bilo pomalo pogrešno, jer se vjerovalo da se i električni i magnetski utjecaj i interakcija vrše na osnovu istog materijalnog polja. Kasnije, 1873. godine, D. Maxwell je „predstavio” kvantnu teoriju, u kojoj su ovi koncepti počeli da se razdvajaju, a prethodno izvedeno polje sila nazvano je elektromagnetno polje.
Kako se pojavljuje magnetsko polje?
Ljudsko oko ne percipira magnetna polja raznih objekata, a mogu ih otkriti samo posebni senzori. Izvor pojave polja magnetske sile u mikroskopskoj skali je kretanje magnetiziranih (nabijenih) mikročestica, a to su:
- joni;
- elektroni;
- protona.
Njihovo kretanje nastaje zbog spin magnetskog momenta koji je prisutan u svakoj mikročestici.
Magnetno polje, gdje se može naći?
Koliko god to čudno zvučalo, gotovo svi objekti oko nas imaju svoje magnetsko polje. Iako u konceptu mnogih, samo kamenčić koji se zove magnet ima magnetno polje, koje privlači željezne predmete na sebe. Zapravo, sila privlačenja postoji u svim objektima, ali se manifestuje u manjoj valentnosti.
Također treba pojasniti da se polje sile, koje se zove magnetno, pojavljuje samo kada se električni naboji ili tijela kreću.
Stacionarna naelektrisanja imaju polje električne sile (može biti prisutna iu pokretnim naelektrisanjem). Ispostavilo se da su izvori magnetnog polja:
- Trajni magneti;
- pokretni naboji.