Linee del campo magnetico. Cosa sono le linee del campo magnetico

Campo magnetico - energia campo , agendo sulle cariche elettriche in movimento e sui corpi con magnetico momento, indipendentemente dallo stato del loro movimento;magnetico componente elettromagnetico campi .

Le linee del campo magnetico sono linee immaginarie, le cui tangenti in ciascun punto del campo coincidono in direzione con il vettore di induzione magnetica.

Per un campo magnetico vale il principio di sovrapposizione: in ogni punto dello spazio il vettore di induzione magnetica B∑ → B∑→creato a questo punto da tutte le sorgenti di campi magnetici è uguale alla somma vettoriale dei vettori di induzione magnetica Bk→ Bk→creato a questo punto da tutte le sorgenti di campi magnetici:

28. Legge Biot-Savart-Laplace. Legge della corrente totale.

La formulazione della legge di Biot-Savart-Laplace è la seguente: Quando una corrente continua passa attraverso un circuito chiuso situato nel vuoto, per un punto situato a una distanza r0 dal circuito, l'induzione magnetica avrà la forma.

dove I è la corrente nel circuito

contorno gamma lungo il quale avviene l'integrazione

r0 punto arbitrario

Legge attuale totale Questa è la legge che collega la circolazione del vettore dell'intensità del campo magnetico e della corrente.

La circolazione del vettore dell'intensità del campo magnetico lungo il circuito è pari alla somma algebrica delle correnti percorse da questo circuito.

29. Campo magnetico di un conduttore percorso da corrente. Momento magnetico della corrente circolare.

30. L'effetto di un campo magnetico su un conduttore percorso da corrente. Legge di Ampere. Interazione delle correnti .

F = B I l sinα ,

Dove α - l'angolo tra l'induzione magnetica e i vettori di corrente,B - induzione del campo magnetico,IO - intensità di corrente nel conduttore,l - lunghezza del conduttore.

Interazione delle correnti. Se due fili sono collegati a un circuito CC, allora: Conduttori paralleli e ravvicinati collegati in serie si respingono. I conduttori collegati in parallelo si attraggono.

31. L'effetto dei campi elettrici e magnetici su una carica in movimento. Forza di Lorentz.

Forza di Lorentz - forza, con cui campo elettromagnetico secondo il classico (non quantistico) elettrodinamica agisce su punto addebitato particella. A volte la forza di Lorentz è chiamata la forza che agisce su un oggetto in movimento con velocità carica solo dall'esterno campo magnetico, spesso a tutta forza - dal campo elettromagnetico in generale , in altre parole, dall'esterno elettrico E magnetico campi.

32. L'effetto di un campo magnetico sulla materia. Dia-, para- e ferromagneti. Isteresi magnetica.

B= B 0 + B 1

Dove B⃗ B→ - induzione di campi magnetici nella materia; B⃗ 0 B→0 - induzione del campo magnetico nel vuoto, B⃗ 1 B→1 - induzione magnetica del campo derivante dalla magnetizzazione della sostanza.

Sostanze per le quali la permeabilità magnetica è leggermente inferiore all'unità (μ< 1), называются materiali diamagnetici, leggermente maggiore dell'unità (μ > 1) - paramagnetico.

ferromagnete - sostanza o materiale in cui si osserva un fenomeno ferromagnetismo, cioè la comparsa di magnetizzazione spontanea ad una temperatura inferiore alla temperatura di Curie.

Magnetico isteresi - fenomeno dipendenze vettore magnetizzazione E vettore forza magnetica campi V sostanza Non soltanto da allegato esterno campi, Ma E da sfondo di questo campione

Argomenti del codificatore dell'Esame di Stato Unificato: interazione dei magneti, campo magnetico di un conduttore con la corrente.

Le proprietà magnetiche della materia sono note alle persone da molto tempo. I magneti prendono il nome dall'antica città di Magnesia: nelle sue vicinanze era diffuso un minerale (in seguito chiamato minerale di ferro magnetico o magnetite), pezzi del quale attraevano oggetti di ferro.

Interazione del magnete

Su due lati di ciascun magnete ci sono Polo Nord E Polo Sud. Due magneti sono attratti l'uno dall'altro da poli opposti e respinti da poli simili. I magneti possono agire l'uno sull'altro anche attraverso il vuoto! Tutto ciò ricorda però l'interazione delle cariche elettriche l'interazione dei magneti non è elettrica. Ciò è evidenziato dai seguenti fatti sperimentali.

La forza magnetica si indebolisce quando il magnete si riscalda. La forza dell'interazione delle cariche puntiformi non dipende dalla loro temperatura.

La forza magnetica si indebolisce se il magnete viene scosso. Niente di simile accade con i corpi elettricamente carichi.

Le cariche elettriche positive possono essere separate da quelle negative (ad esempio, quando si elettrizzano i corpi). Ma è impossibile separare i poli di un magnete: se si taglia un magnete in due parti, nel punto di taglio compaiono anche dei poli e il magnete si divide in due magneti con poli opposti alle estremità (orientati esattamente nello stesso modo come i poli del magnete originale).

Quindi magneti Sempre bipolari, esistono solo nella forma dipoli. Poli magnetici isolati (detti monopoli magnetici- analoghi della carica elettrica) non esistono in natura (in ogni caso non sono ancora stati scoperti sperimentalmente). Questa è forse l’asimmetria più impressionante tra elettricità e magnetismo.

Come i corpi elettricamente carichi, i magneti agiscono sulle cariche elettriche. Tuttavia, il magnete agisce solo su in movimento carica; se la carica è a riposo rispetto al magnete, non si osserva l'effetto della forza magnetica sulla carica. Al contrario, un corpo elettrizzato agisce con qualsiasi carica, indipendentemente dal fatto che sia in riposo o in movimento.

Secondo i moderni concetti della teoria a corto raggio, l'interazione dei magneti viene effettuata attraverso campo magnetico Vale a dire, un magnete crea un campo magnetico nello spazio circostante, che agisce su un altro magnete e provoca un'attrazione o repulsione visibile di questi magneti.

Un esempio di magnete è ago magnetico bussola. Utilizzando un ago magnetico, puoi giudicare la presenza di un campo magnetico in una determinata regione dello spazio, nonché la direzione del campo.

Il nostro pianeta Terra è un magnete gigante. Non lontano dal polo nord geografico della Terra si trova il polo sud magnetico. Pertanto, l'estremità nord dell'ago della bussola, ruotando verso il polo sud magnetico della Terra, punta al nord geografico. Da qui deriva il nome “polo nord” di un magnete.

Linee del campo magnetico

Il campo elettrico, ricordiamo, viene studiato utilizzando piccole cariche di prova, dall'effetto dal quale si può giudicare l'entità e la direzione del campo. L'analogo di una carica di prova nel caso di un campo magnetico è un piccolo ago magnetico.

Ad esempio, puoi ottenere informazioni geometriche sul campo magnetico posizionando aghi di bussola molto piccoli in diversi punti dello spazio. L'esperienza mostra che le frecce si allineeranno lungo determinate linee, le cosiddette linee del campo magnetico. Definiamo questo concetto nella forma dei tre punti seguenti.

1. Le linee del campo magnetico, o linee di forza magnetica, sono linee dirette nello spazio che hanno la seguente proprietà: un piccolo ago della bussola posto in ogni punto di tale linea è orientato tangente a questa linea.

2. La direzione della linea del campo magnetico è considerata la direzione delle estremità settentrionali degli aghi della bussola situati nei punti di questa linea.

3. Quanto più dense sono le linee, tanto più forte è il campo magnetico in una data regione dello spazio..

La limatura di ferro può fungere con successo da aghi per bussole: in un campo magnetico, piccole limature vengono magnetizzate e si comportano esattamente come aghi magnetici.

Quindi, versando limatura di ferro attorno a un magnete permanente, vedremo approssimativamente la seguente immagine delle linee del campo magnetico (Fig. 1).

Riso. 1. Campo magnetico permanente

Il polo nord di una calamita è indicato dal colore blu e dalla lettera ; il polo sud - in rosso e la lettera . Tieni presente che le linee di campo lasciano il polo nord del magnete ed entrano nel polo sud: infatti è verso il polo sud del magnete che sarà diretta l'estremità nord dell'ago della bussola.

L'esperienza di Oersted

Nonostante il fatto che i fenomeni elettrici e magnetici siano noti alle persone fin dall'antichità, per molto tempo non è stata osservata alcuna relazione tra loro. Per diversi secoli le ricerche sull'elettricità e sul magnetismo procedettero parallelamente e indipendentemente l'una dall'altra.

Il fatto notevole che i fenomeni elettrici e magnetici siano effettivamente correlati tra loro fu scoperto per la prima volta nel 1820, nel famoso esperimento di Oersted.

Lo schema dell'esperimento di Oersted è mostrato in Fig. 2 (immagine dal sito rt.mipt.ru). Sopra l'ago magnetico (e sono i poli nord e sud dell'ago) c'è un conduttore metallico collegato ad una sorgente di corrente. Se chiudi il circuito, la freccia gira perpendicolare al conduttore!
Questo semplice esperimento indicava direttamente la relazione tra elettricità e magnetismo. Gli esperimenti che seguirono l'esperimento di Oersted stabilirono fermamente il seguente schema: il campo magnetico è generato da correnti elettriche e agisce sulle correnti.

Riso. 2. Esperimento di Oersted

Lo schema delle linee del campo magnetico generato da un conduttore percorso da corrente dipende dalla forma del conduttore.

Campo magnetico di un filo rettilineo percorso da corrente

Le linee del campo magnetico di un filo rettilineo percorso da corrente sono cerchi concentrici. I centri di questi cerchi giacciono sul filo e i loro piani sono perpendicolari al filo (Fig. 3).

Riso. 3. Campo di un filo rettilineo con corrente

Esistono due regole alternative per determinare la direzione delle linee del campo magnetico diretto.

Regola in senso orario. Le linee del campo vanno in senso antiorario se guardi in modo che la corrente scorra verso di noi.

Regola della vite(O regola del succhiello, O regola del cavatappi- questo è qualcosa di più vicino a qualcuno ;-)). Le linee di campo vanno dove bisogna girare la vite (con filettatura normale destrorsa) in modo che si muova lungo la filettatura nella direzione della corrente.

Usa la regola più adatta a te. È meglio abituarsi alla regola del senso orario: poi vedrai di persona che è più universale e più facile da usare (e poi ricordala con gratitudine nel tuo primo anno, quando studi geometria analitica).

Nella fig. 3 è apparso qualcosa di nuovo: questo è un vettore chiamato induzione del campo magnetico, O induzione magnetica. Il vettore dell’induzione magnetica è analogo al vettore dell’intensità del campo elettrico: serve caratteristica di potenza campo magnetico, che determina la forza con cui il campo magnetico agisce sulle cariche in movimento.

Parleremo più avanti delle forze in un campo magnetico, ma per ora noteremo solo che l'intensità e la direzione del campo magnetico sono determinate dal vettore di induzione magnetica. In ogni punto dello spazio, il vettore è diretto nella stessa direzione dell'estremità settentrionale dell'ago della bussola posto in un dato punto, cioè tangente alla linea del campo nella direzione di questa linea. Si misura l'induzione magnetica Tesla(Tl).

Come per il campo elettrico, anche per l’induzione del campo magnetico vale quanto segue: principio di sovrapposizione. Sta nel fatto che le induzioni di campi magnetici creati in un dato punto da varie correnti si sommano vettorialmente e danno il vettore risultante di induzione magnetica:.

Campo magnetico di una bobina con corrente

Consideriamo una bobina circolare attraverso la quale circola una corrente continua. Non mostriamo la sorgente che crea la corrente nella figura.

L'immagine delle linee di campo della nostra orbita apparirà approssimativamente come segue (Fig. 4).

Riso. 4. Campo di una bobina con corrente

Sarà importante per noi poter determinare in quale semispazio (rispetto al piano della bobina) è diretto il campo magnetico. Ancora una volta abbiamo due regole alternative.

Regola in senso orario. Le linee di campo vanno lì, guardando da dove la corrente sembra circolare in senso antiorario.

Regola della vite. Le linee di campo vanno dove si sposterà la vite (con una normale filettatura destrorsa) se ruotata nella direzione della corrente.

Come si può vedere, la corrente e il campo cambiano i ruoli rispetto alla formulazione di queste regole per il caso della corrente continua.

Campo magnetico di una bobina di corrente

Bobina Funzionerà se avvolgi strettamente il filo, girando per girare, in una spirale sufficientemente lunga (Fig. 5 - immagine da en.wikipedia.org). La bobina può avere diverse decine, centinaia o addirittura migliaia di giri. Viene anche chiamata la bobina solenoide.

Riso. 5. Bobina (solenoide)

Il campo magnetico di un giro, come sappiamo, non sembra molto semplice. Campi? le singole spire della bobina si sovrappongono l'una all'altra e sembrerebbe che il risultato dovrebbe essere un'immagine molto confusa. Tuttavia, non è così: il campo di una lunga bobina ha una struttura inaspettatamente semplice (Fig. 6).

Riso. 6. campo corrente della bobina

In questa figura, la corrente nella bobina scorre in senso antiorario se vista da sinistra (questo accadrà se in Fig. 5 l'estremità destra della bobina è collegata al "più" della sorgente di corrente e l'estremità sinistra al " meno"). Vediamo che il campo magnetico della bobina ha due proprietà caratteristiche.

1. All'interno della bobina, lontano dai suoi bordi, si trova il campo magnetico omogeneo: in ogni punto il vettore di induzione magnetica è lo stesso in grandezza e direzione. Le linee di campo sono linee rette parallele; si piegano solo in prossimità dei bordi della bobina quando escono.

2. All'esterno della bobina il campo è prossimo allo zero. Più sono le spire della bobina, più debole è il campo esterno.

Si noti che una bobina infinitamente lunga non rilascia affatto il campo verso l'esterno: non c'è campo magnetico all'esterno della bobina. All'interno di una tale bobina il campo è uniforme ovunque.

Non ti ricorda niente? Una bobina è l’analogo “magnetico” di un condensatore. Ricordi che un condensatore crea al suo interno un campo elettrico uniforme, le cui linee si piegano solo vicino ai bordi delle piastre, e all'esterno del condensatore il campo è vicino allo zero; un condensatore con armature infinite non rilascia affatto il campo verso l'esterno, e il campo è uniforme ovunque al suo interno.

E ora l'osservazione principale. Si prega di confrontare l'immagine delle linee del campo magnetico all'esterno della bobina (Fig. 6) con le linee del campo magnetico in Fig. 1. È la stessa cosa, no? E ora arriviamo alla domanda che probabilmente ti è venuta in mente da molto tempo: se un campo magnetico è generato da correnti e agisce sulle correnti, allora qual è la ragione della comparsa di un campo magnetico vicino a un magnete permanente? Dopotutto, questo magnete non sembra essere un conduttore di corrente!

L'ipotesi di Ampere. Correnti elementari

Inizialmente si pensava che l'interazione dei magneti fosse spiegata da speciali cariche magnetiche concentrate ai poli. Ma, a differenza dell’elettricità, nessuno poteva isolare la carica magnetica; dopotutto, come abbiamo già detto, non era possibile ottenere separatamente i poli nord e sud di un magnete: in un magnete i poli sono sempre presenti a coppie.

I dubbi sulle cariche magnetiche furono aggravati dall'esperimento di Oersted, quando si scoprì che il campo magnetico è generato dalla corrente elettrica. Inoltre, si è scoperto che per qualsiasi magnete è possibile selezionare un conduttore con una corrente di configurazione appropriata, in modo tale che il campo di questo conduttore coincida con il campo del magnete.

Ampere ha avanzato un'ipotesi audace. Non ci sono cariche magnetiche. L'azione di un magnete è spiegata da correnti elettriche chiuse al suo interno.

Quali sono queste correnti? Questi correnti elementari circolare all'interno di atomi e molecole; sono associati al movimento degli elettroni lungo le orbite atomiche. Il campo magnetico di qualsiasi corpo è costituito dai campi magnetici di queste correnti elementari.

Le correnti elementari possono essere posizionate casualmente l'una rispetto all'altra. Allora i loro campi si annullano a vicenda e il corpo non mostra più proprietà magnetiche.

Ma se le correnti elementari sono disposte in modo coordinato, allora i loro campi, sommandosi, si rinforzano a vicenda. Il corpo diventa un magnete (Fig. 7; il campo magnetico sarà diretto verso di noi; anche il polo nord del magnete sarà diretto verso di noi).

Riso. 7. Correnti magnetiche elementari

L'ipotesi di Ampere sulle correnti elementari ha chiarito le proprietà dei magneti Il riscaldamento e lo scuotimento di un magnete distrugge l'ordine delle sue correnti elementari e le proprietà magnetiche si indeboliscono. L'inseparabilità dei poli del magnete è diventata evidente: nel punto in cui il magnete viene tagliato, si ottengono ai capi le stesse correnti elementari. La capacità di un corpo di magnetizzarsi in un campo magnetico è spiegata dall'allineamento coordinato di correnti elementari che “ruotano” correttamente (leggi sulla rotazione di una corrente circolare in un campo magnetico nella scheda successiva).

L'ipotesi di Ampere si è rivelata vera: l'ulteriore sviluppo della fisica lo ha dimostrato. Le idee sulle correnti elementari divennero parte integrante della teoria dell'atomo, sviluppata già nel XX secolo, quasi cento anni dopo la brillante ipotesi di Ampere.

> Linee del campo magnetico

Come determinare linee del campo magnetico: diagramma dell'intensità e delle direzioni delle linee del campo magnetico, utilizzo di una bussola per determinare i poli magnetici, disegno.

Linee del campo magnetico Utile per visualizzare visivamente l'intensità e la direzione di un campo magnetico.

Obiettivo di apprendimento

• Mettere in relazione l'intensità del campo magnetico con la densità delle linee del campo magnetico.

Punti principali

• La direzione del campo magnetico mostra le frecce della bussola che toccano le linee del campo magnetico in qualsiasi punto specificato.
• L'intensità del campo B è inversamente proporzionale alla distanza tra le linee. È anche esattamente proporzionale al numero di linee per unità di area. Una linea non ne incrocia mai un'altra.
• Il campo magnetico è unico in ogni punto dello spazio.
• Le linee non vengono interrotte e creano anelli chiusi.
• Le linee si estendono dal polo nord al polo sud.

Termini

• Le linee del campo magnetico sono una rappresentazione grafica dell'intensità e della direzione di un campo magnetico.
• Il campo B è sinonimo di campo magnetico.

Linee del campo magnetico

Si dice che da bambino Albert Einstein amasse guardare una bussola, pensando a come l'ago percepisse la forza senza contatto fisico diretto. Una riflessione profonda e un interesse serio hanno portato il bambino a crescere e a creare la propria teoria rivoluzionaria della relatività.

Poiché le forze magnetiche influenzano le distanze, calcoliamo i campi magnetici per rappresentare queste forze. La grafica a linee è utile per visualizzare l'intensità e la direzione di un campo magnetico. L'allungamento delle linee indica l'orientamento nord dell'ago della bussola. Il campo magnetico è chiamato campo B.

(a) – Se si utilizza una piccola bussola per confrontare il campo magnetico attorno a una barra magnetica, mostrerà la direzione desiderata dal polo nord al polo sud. (b) – L'aggiunta di frecce crea linee continue di campo magnetico. La forza è proporzionale alla vicinanza delle linee. (c) – Se riesci a esaminare l'interno di un magnete, le linee appariranno come anelli chiusi

Non c'è niente di difficile nel confrontare il campo magnetico di un oggetto. Innanzitutto, calcola l'intensità e la direzione del campo magnetico in diversi punti. Contrassegna questi punti con vettori che puntano nella direzione del campo magnetico locale con una grandezza proporzionale alla sua forza. Puoi combinare le frecce per formare linee di campo magnetico. La direzione in qualsiasi punto sarà parallela alla direzione delle linee di campo più vicine e la densità locale può essere proporzionale alla forza.

Le linee del campo magnetico assomigliano alle curve di livello sulle carte topografiche perché mostrano qualcosa di continuo. Molte delle leggi del magnetismo possono essere formulate utilizzando concetti semplici, come il numero di linee di campo attraverso una superficie.

Direzione delle linee del campo magnetico rappresentata dall'allineamento della limatura di ferro su carta posta sopra una barra magnetica

La visualizzazione delle linee è influenzata da vari fenomeni. Ad esempio, la limatura di ferro su una linea del campo magnetico crea linee che corrispondono a quelle magnetiche. Sono anche visualizzati visivamente nelle aurore.

Una piccola bussola inviata in un campo si allineerà parallelamente alla linea del campo, con il polo nord che punta verso E.

Le bussole in miniatura possono essere utilizzate per dimostrare i campi. (a) – Il campo magnetico di un circuito di corrente circolare assomiglia a quello magnetico. (b) – Un filo lungo e diritto forma un campo con linee di campo magnetico che creano anelli circolari. (c) – Quando il filo è nel piano della carta, il campo sporge perpendicolarmente alla carta. Nota quali simboli vengono utilizzati per la casella che punta dentro e fuori

Uno studio dettagliato dei campi magnetici ha contribuito a ricavare una serie di regole importanti:

• La direzione del campo magnetico tocca la linea del campo in qualsiasi punto dello spazio.
• L'intensità del campo è proporzionale alla vicinanza della linea. È anche esattamente proporzionale al numero di linee per unità di area.
• Le linee del campo magnetico non si scontrano mai, il che significa che in qualsiasi punto dello spazio il campo magnetico sarà unico.
• Le linee rimangono continue e vanno dal polo nord al polo sud.

L'ultima regola si basa sul fatto che i poli non possono essere separati. E questo è diverso dalle linee del campo elettrico, in cui la fine e l'inizio sono contrassegnati da cariche positive e negative.

Capiamo insieme cos'è un campo magnetico. Dopotutto, molte persone vivono in questo campo tutta la vita e non ci pensano nemmeno. È ora di sistemarlo!

Campo magnetico

Campo magnetico- un tipo speciale di materia. Si manifesta nell'azione su cariche elettriche in movimento e su corpi dotati di un proprio momento magnetico (magneti permanenti).

Importante: il campo magnetico non influisce sulle cariche stazionarie! Un campo magnetico viene creato anche dallo spostamento di cariche elettriche, o da un campo elettrico variabile nel tempo, o dai momenti magnetici degli elettroni negli atomi. Cioè, qualsiasi filo attraverso il quale scorre la corrente diventa anche un magnete!

Un corpo che ha un proprio campo magnetico.

Un magnete ha poli chiamati nord e sud. Le denominazioni "nord" e "sud" sono fornite solo per comodità (come "più" e "meno" nell'elettricità).

Il campo magnetico è rappresentato da linee elettriche magnetiche. Le linee di forza sono continue e chiuse e la loro direzione coincide sempre con la direzione di azione delle forze del campo. Se dei trucioli metallici sono sparsi attorno a un magnete permanente, le particelle metalliche mostreranno un’immagine chiara delle linee del campo magnetico che escono dal polo nord ed entrano nel polo sud. Caratteristica grafica di un campo magnetico - linee di forza.

Caratteristiche del campo magnetico

Le principali caratteristiche del campo magnetico sono induzione magnetica, flusso magnetico E permeabilità magnetica. Ma parliamo di tutto in ordine.

Notiamo subito che nel sistema sono fornite tutte le unità di misura SI.

Induzione magnetica B – grandezza fisica vettoriale, che è la forza principale caratteristica del campo magnetico. Indicato con la lettera B . Unità di misura dell’induzione magnetica – Tesla (t).

L'induzione magnetica mostra quanto è forte il campo determinando la forza che esercita su una carica. Questa forza si chiama Forza di Lorentz.

Qui Q - carica, v - la sua velocità in un campo magnetico, B - induzione, F - Forza di Lorentz con cui il campo agisce sulla carica.

F– una quantità fisica pari al prodotto dell'induzione magnetica per l'area del circuito e il coseno tra il vettore di induzione e la normale al piano del circuito attraverso il quale passa il flusso. Il flusso magnetico è una caratteristica scalare di un campo magnetico.

Possiamo dire che il flusso magnetico caratterizza il numero di linee di induzione magnetica che penetrano in un'unità di area. Il flusso magnetico viene misurato Weberach (Wb).

Permeabilità magnetica– coefficiente che determina le proprietà magnetiche del mezzo. Uno dei parametri da cui dipende l'induzione magnetica di un campo è la permeabilità magnetica.

Il nostro pianeta è stato un enorme magnete per diversi miliardi di anni. L'induzione del campo magnetico terrestre varia a seconda delle coordinate. All'equatore è circa 3,1 volte 10 alla meno quinta potenza di Tesla. Inoltre, esistono anomalie magnetiche in cui il valore e la direzione del campo differiscono notevolmente dalle aree vicine. Alcune delle più grandi anomalie magnetiche del pianeta - Kursk E Anomalie magnetiche brasiliane.

L'origine del campo magnetico terrestre rimane ancora un mistero per gli scienziati. Si presume che la fonte del campo sia il nucleo di metallo liquido della Terra. Il nucleo si sta muovendo, il che significa che la lega fusa di ferro-nichel si sta muovendo, e il movimento delle particelle cariche è la corrente elettrica che genera il campo magnetico. Il problema è che questa teoria ( geodinamo) non spiega come il campo viene mantenuto stabile.

La Terra è un enorme dipolo magnetico. I poli magnetici non coincidono con quelli geografici, pur essendo molto vicini. Inoltre, i poli magnetici della Terra si muovono. Il loro spostamento è stato registrato dal 1885. Ad esempio, negli ultimi cento anni, il polo magnetico nell'emisfero australe si è spostato di quasi 900 chilometri e ora si trova nell'Oceano Australe. Il polo dell'emisfero artico si sta muovendo attraverso l'Oceano Artico verso l'anomalia magnetica della Siberia orientale, la sua velocità di movimento (secondo i dati del 2004) era di circa 60 chilometri all'anno; Ora c'è un'accelerazione del movimento dei poli: in media, la velocità aumenta di 3 chilometri all'anno.

Qual è il significato del campo magnetico terrestre per noi? Innanzitutto il campo magnetico terrestre protegge il pianeta dai raggi cosmici e dal vento solare. Le particelle cariche provenienti dallo spazio profondo non cadono direttamente al suolo, ma vengono deviate da un magnete gigante e si muovono lungo le sue linee di forza. Pertanto, tutti gli esseri viventi sono protetti dalle radiazioni nocive.

Numerosi eventi si sono verificati nel corso della storia della Terra. inversioni(cambiamenti) dei poli magnetici. Inversione dei poli- questo è quando cambiano posto. L'ultima volta che questo fenomeno si è verificato è stato circa 800mila anni fa, e in totale ci sono state più di 400 inversioni geomagnetiche nella storia della Terra. Alcuni scienziati ritengono che, data l'accelerazione osservata del movimento dei poli magnetici, il polo successivo l’inversione dovrebbe essere prevista nei prossimi duemila anni.

Fortunatamente, nel nostro secolo non è ancora previsto un cambio di polo. Ciò significa che puoi pensare a cose piacevoli e goderti la vita nel buon vecchio campo costante della Terra, considerando le proprietà e le caratteristiche fondamentali del campo magnetico. E affinché tu possa farlo, ci sono i nostri autori, ai quali puoi affidare con fiducia alcuni problemi educativi! e altri tipi di lavoro che puoi ordinare utilizzando il link.

Quando si collegano due conduttori paralleli alla corrente elettrica, questi si attraggono o si respingono, a seconda della direzione (polarità) della corrente collegata. Ciò è spiegato dal fenomeno dell'emergere di un tipo speciale di materia attorno a questi conduttori. Questa materia è chiamata campo magnetico (MF). La forza magnetica è la forza con cui i conduttori agiscono l'uno sull'altro.

La teoria del magnetismo è nata nei tempi antichi, nell'antica civiltà dell'Asia. Nelle montagne della Magnesia trovarono una roccia speciale, i cui pezzi potevano essere attratti l'uno dall'altro. In base al nome del luogo, questa roccia venne chiamata “magnetica”. Una barra magnetica contiene due poli. Le sue proprietà magnetiche sono particolarmente pronunciate ai poli.

Una calamita appesa ad un filo mostrerà i lati dell'orizzonte con i suoi poli. I suoi poli saranno rivolti a nord e a sud. Il dispositivo bussola funziona secondo questo principio. I poli opposti di due magneti si attraggono e i poli simili si respingono.

Gli scienziati hanno scoperto che un ago magnetizzato situato vicino a un conduttore viene deviato quando la corrente elettrica lo attraversa. Ciò indica che attorno ad esso si è formato un MP.

Il campo magnetico influenza:

Cariche elettriche in movimento.
Sostanze chiamate ferromagneti: ferro, ghisa, loro leghe.

I magneti permanenti sono corpi che hanno in comune il momento magnetico delle particelle cariche (elettroni).

1 - Polo sud del magnete
2 - Polo nord del magnete
3 - MP usando l'esempio della limatura di metallo
4 - Direzione del campo magnetico

Linee di forza compaiono quando un magnete permanente si avvicina ad un foglio di carta su cui è colato uno strato di limatura di ferro. La figura mostra chiaramente la posizione dei poli con linee di forza orientate.

Sorgenti di campo magnetico

• Campo elettrico variabile nel tempo.
• Tariffe mobili.
• Magneti permanenti.

Conosciamo i magneti permanenti fin dall'infanzia. Erano usati come giocattoli che attiravano varie parti metalliche. Erano attaccati al frigorifero, erano integrati in vari giocattoli.

Le cariche elettriche in movimento molto spesso hanno più energia magnetica rispetto ai magneti permanenti.

Proprietà

• La principale caratteristica distintiva e proprietà del campo magnetico è la relatività. Se lasci un corpo carico immobile in un certo sistema di riferimento e metti un ago magnetico nelle vicinanze, indicherà il nord e allo stesso tempo non “sentirà” un campo estraneo, ad eccezione del campo terrestre . E se inizi a spostare un corpo carico vicino alla freccia, attorno al corpo apparirà un MP. Di conseguenza, diventa chiaro che la MF si forma solo quando si muove una certa carica.
• Un campo magnetico può influenzare e influenzare la corrente elettrica. Può essere rilevato monitorando il movimento degli elettroni carichi. In un campo magnetico, le particelle cariche verranno deviate, i conduttori in cui scorre corrente si muoveranno. Il telaio con l'alimentatore collegato inizierà a ruotare e i materiali magnetizzati si sposteranno per una certa distanza. L'ago della bussola è spesso colorato di blu. È una striscia di acciaio magnetizzato. La bussola punta sempre verso nord, poiché la Terra ha un campo magnetico. L'intero pianeta è come un grande magnete con i propri poli.

Il campo magnetico non viene percepito dagli organi umani e può essere rilevato solo da appositi dispositivi e sensori. È disponibile in tipi variabili e permanenti. Il campo alternato è solitamente creato da induttori speciali che funzionano con corrente alternata. Un campo costante è formato da un campo elettrico costante.

Regole

Consideriamo le regole di base per rappresentare il campo magnetico per vari conduttori.

Regola del succhiello

La linea di forza è rappresentata su un piano, che si trova ad un angolo di 90° rispetto al percorso del movimento attuale, in modo che in ogni punto la forza sia diretta tangenzialmente alla linea.

Per determinare la direzione delle forze magnetiche, è necessario ricordare la regola del succhiello con filettatura destrorsa.

Il succhiello deve essere posizionato lungo lo stesso asse con il vettore corrente, la maniglia deve essere ruotata in modo che il succhiello si muova nella direzione della sua direzione. In questo caso l'orientamento delle linee viene determinato ruotando la maniglia del succhiello.

Regola per succhiello ad anello

Il movimento di traslazione del succhiello in un conduttore realizzato a forma di anello mostra come è orientata l'induzione; la rotazione coincide con il flusso di corrente;

Le linee di forza hanno la loro continuazione all'interno del magnete e non possono essere aperte.

Il campo magnetico di diverse sorgenti viene sommato l'uno all'altro. In tal modo, creano un campo comune.

Magneti con gli stessi poli si respingono, magneti con poli diversi si attraggono. Il valore della forza di interazione dipende dalla distanza tra loro. Quando i poli si avvicinano, la forza aumenta.

Parametri del campo magnetico

• Accoppiamento di flusso ( Ψ ).
• Vettore di induzione magnetica ( IN).
• Flusso magnetico ( F).

L'intensità del campo magnetico è calcolata dalla dimensione del vettore di induzione magnetica, che dipende dalla forza F, ed è formato dalla corrente I lungo un conduttore di lunghezza l: B = F / (I * l).

L'induzione magnetica si misura in Tesla (T), in onore dello scienziato che studiò i fenomeni del magnetismo e ne elaborò i metodi di calcolo. 1 T è uguale alla forza di induzione del flusso magnetico 1 n alla lunga 1 m conduttore diritto ad angolo 90 0 alla direzione del campo, con una corrente circolante di un ampere:

1 T = 1 x A / (A x m).

Regola della mano sinistra

La regola trova la direzione del vettore di induzione magnetica.

Se il palmo della mano sinistra viene posizionato nel campo in modo che le linee del campo magnetico entrino nel palmo dal polo nord a 90 0 e 4 dita vengono posizionate lungo il flusso di corrente, il pollice mostrerà la direzione della forza magnetica.

Se il conduttore si trova ad un angolo diverso, la forza dipenderà direttamente dalla corrente e dalla proiezione del conduttore sul piano ad angolo retto.

La forza non dipende dal tipo di materiale conduttore e dalla sua sezione trasversale. Se non c'è un conduttore e le cariche si muovono in un mezzo diverso, la forza non cambierà.

Quando il vettore del campo magnetico è diretto in una direzione di una grandezza, il campo è detto uniforme. Ambienti diversi influenzano la dimensione del vettore di induzione.

Flusso magnetico

L'induzione magnetica che passa attraverso una certa area S e limitata da questa area è un flusso magnetico.

Se l'area è inclinata di un certo angolo α rispetto alla linea di induzione, il flusso magnetico viene ridotto della dimensione del coseno di questo angolo. Il suo valore massimo si forma quando l'area è perpendicolare all'induzione magnetica:

F = B * S.

Il flusso magnetico viene misurato in un'unità come "weber", che è uguale al flusso di induzione di grandezza 1 t per zona in 1 m2.

Collegamento di flusso

Questo concetto viene utilizzato per creare un valore generale del flusso magnetico, che viene creato da un certo numero di conduttori situati tra i poli magnetici.

Nel caso in cui la stessa corrente IO attraversa un avvolgimento con un numero di spire n, il flusso magnetico totale formato da tutte le spire è il flusso concatenato.

Collegamento di flusso Ψ misurato in Weber, ed è uguale a: Ψ = n * Ф.

Proprietà magnetiche

La permeabilità magnetica determina quanto il campo magnetico in un determinato mezzo è inferiore o superiore all'induzione del campo nel vuoto. Una sostanza si dice magnetizzata se produce un proprio campo magnetico. Quando una sostanza viene posta in un campo magnetico, viene magnetizzata.

Gli scienziati hanno determinato il motivo per cui i corpi acquisiscono proprietà magnetiche. Secondo l'ipotesi degli scienziati, all'interno delle sostanze si trovano correnti elettriche microscopiche. Un elettrone ha il proprio momento magnetico, che è di natura quantistica, e si muove lungo una certa orbita negli atomi. Sono queste piccole correnti che determinano le proprietà magnetiche.

Se le correnti si muovono in modo casuale, i campi magnetici da esse causati si autocompensano. Il campo esterno ordina le correnti, quindi si forma un campo magnetico. Questa è la magnetizzazione della sostanza.

Varie sostanze possono essere suddivise in base alle proprietà della loro interazione con i campi magnetici.

Sono divisi in gruppi:

Paramagneti– sostanze che hanno proprietà di magnetizzazione nella direzione di un campo esterno e hanno un basso potenziale di magnetismo. Hanno un'intensità di campo positiva. Tali sostanze includono cloruro ferrico, manganese, platino, ecc.
Ferrimagneti– sostanze con momenti magnetici sbilanciati nella direzione e nel valore. Sono caratterizzati dalla presenza di antiferromagnetismo non compensato. L'intensità del campo e la temperatura influenzano la loro suscettibilità magnetica (vari ossidi).
Ferromagneti– sostanze con aumentata suscettibilità positiva, in funzione della tensione e della temperatura (cristalli di cobalto, nichel, ecc.).
Diamagneti– hanno la proprietà di magnetizzazione nella direzione opposta al campo esterno, cioè un valore negativo di suscettibilità magnetica, indipendente dalla tensione. In assenza di campo, questa sostanza non avrà proprietà magnetiche. Queste sostanze includono: argento, bismuto, azoto, zinco, idrogeno e altre sostanze.
Antiferromagneti – hanno un momento magnetico equilibrato, con conseguente basso grado di magnetizzazione della sostanza. Quando riscaldato, si verifica una transizione di fase della sostanza, durante la quale compaiono proprietà paramagnetiche. Quando la temperatura scende al di sotto di un certo limite, tali proprietà non appariranno (cromo, manganese).

I magneti considerati vengono inoltre classificati in altre due categorie:

Materiali magnetici morbidi . Hanno una bassa coercività. Nei campi magnetici a bassa potenza possono saturarsi. Durante il processo di inversione della magnetizzazione, subiscono perdite minori. Di conseguenza, tali materiali vengono utilizzati per la produzione di nuclei di dispositivi elettrici funzionanti a tensione alternata (generatore).
Magnetico duro materiali. Hanno una forza coercitiva aumentata. Per rimagnetizzarli è necessario un forte campo magnetico. Tali materiali vengono utilizzati nella produzione di magneti permanenti.

Le proprietà magnetiche di varie sostanze trovano il loro utilizzo in progetti e invenzioni di ingegneria.

Circuiti magnetici

Una combinazione di più sostanze magnetiche è chiamata circuito magnetico. Sono simili e sono determinati da leggi matematiche simili.

Dispositivi elettrici, induttanze, ecc. funzionano sulla base di circuiti magnetici. In un elettromagnete funzionante, il flusso scorre attraverso un circuito magnetico costituito da materiale ferromagnetico e aria, che non è ferromagnetica. La combinazione di questi componenti costituisce un circuito magnetico. Molti dispositivi elettrici contengono circuiti magnetici nella loro progettazione.