Ricordiamo ancora il campo magnetico della scuola, è proprio quello che "spunta" nei ricordi non di tutti. Rinfreschiamo quello che abbiamo passato e magari vi raccontiamo qualcosa di nuovo, utile e interessante.

Determinazione del campo magnetico

Un campo magnetico è un campo di forza che agisce sulle cariche elettriche in movimento (particelle). A causa di questo campo di forza, gli oggetti sono attratti l'uno dall'altro. Esistono due tipi di campi magnetici:

1. Gravitazionale - si forma esclusivamente vicino a particelle elementari e viruetsya nella sua forza basata sulle caratteristiche e sulla struttura di queste particelle.
2. Dinamico, prodotto in oggetti con cariche elettriche in movimento (trasmettitori di corrente, sostanze magnetizzate).

Per la prima volta, la designazione del campo magnetico fu introdotta da M. Faraday nel 1845, sebbene il suo significato fosse un po' errato, poiché si credeva che sia gli effetti elettrici che magnetici e le interazioni fossero basati sullo stesso campo materiale. Più tardi, nel 1873, D. Maxwell "presentò" la teoria quantistica, in cui questi concetti iniziarono a essere separati e il campo di forza precedentemente derivato fu chiamato campo elettromagnetico.

Come appare un campo magnetico?

I campi magnetici di vari oggetti non vengono percepiti dall'occhio umano e solo sensori speciali possono risolverlo. La fonte della comparsa di un campo di forza magnetico su scala microscopica è il movimento di microparticelle magnetizzate (caricate), che sono:

• ioni;
• elettroni;
• protoni.

Il loro movimento avviene a causa del momento magnetico di rotazione, presente in ogni microparticella.

Campo magnetico, dove si trova?

Non importa quanto strano possa sembrare, ma quasi tutti gli oggetti intorno a noi hanno il proprio campo magnetico. Sebbene nel concetto di molti, solo un sassolino chiamato magnete abbia un campo magnetico, che attira su di sé oggetti di ferro. In effetti, la forza di attrazione è in tutti gli oggetti, si manifesta solo in una valenza inferiore.

Va inoltre chiarito che il campo di forza, detto magnetico, compare solo a condizione che si muovano cariche elettriche o corpi.

Le cariche immobili hanno un campo di forza elettrico (può essere presente anche nelle cariche in movimento). Si scopre che le sorgenti del campo magnetico sono:

• magneti permanenti;
• tariffe mobili.

È un campo di forze che agisce sulle cariche elettriche e sui corpi che sono in movimento e hanno un momento magnetico, indipendentemente dallo stato del loro movimento. Il campo magnetico fa parte del campo elettromagnetico.

La corrente delle particelle cariche oi momenti magnetici degli elettroni negli atomi creano un campo magnetico. Inoltre, un campo magnetico sorge come risultato di alcuni cambiamenti temporali nel campo elettrico.

Il vettore di induzione del campo magnetico B è la caratteristica di potenza principale del campo magnetico. In matematica, B = B (X,Y,Z) è definito come un campo vettoriale. Questo concetto serve a definire e specificare il campo magnetico fisico. Nella scienza, il vettore dell'induzione magnetica è spesso chiamato semplicemente, per brevità, campo magnetico. Ovviamente, una tale applicazione consente una qualche libera interpretazione di questo concetto.

Un'altra caratteristica del campo magnetico della corrente è il potenziale vettore.

Nella letteratura scientifica si riscontra spesso che la caratteristica principale del campo magnetico, in assenza di un mezzo magnetico (il vuoto), è il vettore dell'intensità del campo magnetico. Formalmente, questa situazione è abbastanza accettabile, poiché nel vuoto il vettore di intensità del campo magnetico H e il vettore di induzione magnetica B coincidono. Allo stesso tempo, il vettore dell'intensità del campo magnetico in un mezzo magnetico non ha lo stesso significato fisico ed è una quantità secondaria. Sulla base di ciò, con l'uguaglianza formale di questi approcci per il vuoto, il punto di vista sistematico considera vettore di induzione magnetica la caratteristica principale del campo magnetico attuale.

Il campo magnetico, ovviamente, è un tipo speciale di materia. Con l'aiuto di questa materia, c'è un'interazione tra avere un momento magnetico e spostare particelle o corpi carichi.

La teoria della relatività speciale considera i campi magnetici come una conseguenza dell'esistenza dei campi elettrici stessi.

Insieme, i campi magnetici ed elettrici formano un campo elettromagnetico. Le manifestazioni del campo elettromagnetico sono la luce e le onde elettromagnetiche.

La teoria quantistica del campo magnetico considera l'interazione magnetica come un caso separato dell'interazione elettromagnetica. È trasportato da un bosone senza massa. Un bosone è un fotone, una particella che può essere rappresentata come un'eccitazione quantistica di un campo elettromagnetico.

Il campo magnetico è generato o dalla corrente delle particelle cariche, o dal campo elettrico che si trasforma nello spazio temporale, o dai momenti magnetici intrinseci delle particelle. I momenti magnetici delle particelle per la percezione uniforme sono formalmente ridotti a correnti elettriche.

Calcolo del valore del campo magnetico.

Semplici casi ci consentono di calcolare i valori del campo magnetico di un conduttore con corrente secondo la legge di Biot-Savart-Laplace, oppure utilizzando il teorema di circolazione. Allo stesso modo, il valore del campo magnetico può essere trovato anche per una corrente distribuita arbitrariamente in un volume o spazio. Ovviamente, queste leggi sono applicabili per campi magnetici ed elettrici costanti o che cambiano relativamente lentamente. Cioè, nei casi di presenza di magnetostatici. Casi più complessi richiedono il calcolo del valore corrente di campo magnetico secondo le equazioni di Maxwell.

Manifestazione della presenza di un campo magnetico.

La principale manifestazione del campo magnetico è l'effetto sui momenti magnetici di particelle e corpi, sulle particelle cariche in movimento. forza di Lorentz detta forza che agisce su una particella elettricamente carica che si muove in un campo magnetico. Questa forza ha una direzione perpendicolare costante ai vettori v e B. Ha anche un valore proporzionale alla carica della particella q, alla componente della velocità v, che è perpendicolare alla direzione del vettore del campo magnetico B, e alla grandezza che esprime l'induzione del campo magnetico B. La forza di Lorentz secondo il Sistema Internazionale di Unità ha questa espressione: F=q, nel sistema di unità CGS: F=q/c

Il prodotto vettoriale viene visualizzato tra parentesi quadre.

A causa dell'influenza della forza di Lorentz sulle particelle cariche che si muovono lungo il conduttore, il campo magnetico può agire anche sul conduttore percorso da corrente. La forza ampere è la forza che agisce su un conduttore percorso da corrente. Le componenti di questa forza sono le forze che agiscono sulle singole cariche che si muovono all'interno del conduttore.

Il fenomeno dell'interazione di due magneti.

Il fenomeno del campo magnetico, che possiamo incontrare nella vita di tutti i giorni, è chiamato interazione di due magneti. Si esprime nella repulsione di poli identici l'uno dall'altro e nell'attrazione di poli opposti. Da un punto di vista formale, descrivere le interazioni tra due magneti come l'interazione di due monopoli è un'idea piuttosto utile, fattibile e conveniente. Allo stesso tempo, un'analisi dettagliata mostra che in realtà questa non è una descrizione del tutto corretta del fenomeno. La principale domanda senza risposta in un tale modello è perché i monopoli non possono essere separati. In realtà, è stato sperimentalmente dimostrato che qualsiasi corpo isolato non ha una carica magnetica. Inoltre, questo modello non può essere applicato a un campo magnetico creato da una corrente macroscopica.

Dal nostro punto di vista è corretto supporre che la forza agente su un dipolo magnetico posto in un campo disomogeneo tenda a ruotarlo in modo tale che il momento magnetico del dipolo abbia la stessa direzione del campo magnetico. Tuttavia, non ci sono magneti soggetti alla forza totale di corrente di campo magnetico uniforme. La forza che agisce su un dipolo magnetico con un momento magnetico mè espresso dalla seguente formula:

.

La forza che agisce sul magnete da un campo magnetico disomogeneo è espressa come somma di tutte le forze che sono determinate da questa formula e che agiscono sui dipoli elementari che compongono il magnete.

Induzione elettromagnetica.

Nel caso di una variazione nel tempo del flusso del vettore di induzione magnetica attraverso un circuito chiuso, in questo circuito si forma un EMF di induzione elettromagnetica. Se il circuito è fermo, viene generato da un campo elettrico a vortice, che si forma a seguito della variazione del campo magnetico nel tempo. Quando il campo magnetico non cambia nel tempo e non vi è alcun cambiamento nel flusso dovuto al movimento dell'anello conduttore, l'EMF viene generato dalla forza di Lorentz.

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

Un campo magnetico

Un campo magneticoè un tipo speciale di materia. Si manifesta nell'azione su cariche elettriche in movimento e corpi che hanno un proprio momento magnetico (magneti permanenti).

Importante: un campo magnetico non agisce su cariche stazionarie! Un campo magnetico viene creato anche dal movimento 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" in elettricità).

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

Caratteristiche del campo magnetico

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

Immediatamente, notiamo che tutte le unità di misura sono fornite nel sistema SI.

Induzione magnetica B - grandezza fisica vettoriale, che è la potenza principale caratteristica del campo magnetico. Indicato con lettera B . L'unità di misura dell'induzione magnetica - Tesla (tl).

L'induzione magnetica indica quanto è forte un campo determinando la forza con cui agisce su una carica. Questa forza è chiamata forza di Lorentz.

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

F- una quantità fisica uguale al prodotto dell'induzione magnetica per l'area del contorno e il coseno tra il vettore di induzione e la normale al piano del contorno 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'area unitaria. Il flusso magnetico è misurato in Weberach (WB).

Permeabilità magneticaè il coefficiente che determina le proprietà magnetiche del mezzo. Uno dei parametri da cui dipende l'induzione magnetica del 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, ci sono anomalie magnetiche, in cui il valore e la direzione del campo differiscono in modo significativo dalle aree vicine. Una delle più grandi anomalie magnetiche del pianeta - Kursk e Anomalia magnetica brasiliana.

L'origine del campo magnetico terrestre è ancora un mistero per gli scienziati. Si presume che la sorgente del campo sia il nucleo di metallo liquido della Terra. Il nucleo è in movimento, il che significa che la lega di ferro-nichel fusa 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 mantenere stabile il campo.

La terra è un enorme dipolo magnetico. I poli magnetici non coincidono con quelli geografici, sebbene siano molto vicini. Inoltre, i poli magnetici della Terra si stanno muovendo. 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 velocità del suo 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 cresce 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 dallo spazio profondo non cadono direttamente a terra, 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.

Durante la storia della Terra, ce ne sono stati diversi inversioni(cambiamenti) di poli magnetici. Inversione dei poliè quando cambiano posto. L'ultima volta che questo fenomeno si è verificato circa 800 mila anni fa e 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, la successiva inversione dei poli dovrebbe essere previsto nei prossimi duemila anni.

Per fortuna nel nostro secolo non è previsto nessun capovolgimento di polarità. Quindi, puoi pensare al piacevole e goderti la vita nel buon vecchio campo costante della Terra, dopo aver considerato le principali proprietà e caratteristiche del campo magnetico. E perché tu possa fare questo, ci sono i nostri autori, a cui possono essere affidati alcuni dei problemi educativi con fiducia nel successo! e altri tipi di lavoro che puoi ordinare al link.

Un campo magnetico questo è il problema che si pone intorno alle fonti di corrente elettrica, così come intorno ai magneti permanenti. Nello spazio, il campo magnetico viene visualizzato come una combinazione di forze che possono influenzare i corpi magnetizzati. Questa azione è spiegata dalla presenza di scariche motrici a livello molecolare.

Un campo magnetico si forma solo attorno alle cariche elettriche in movimento. Ecco perché i campi magnetico ed elettrico sono integri e insieme formano campo elettromagnetico. Le componenti del campo magnetico sono interconnesse e agiscono l'una sull'altra modificandone le proprietà.

Proprietà del campo magnetico:
1. Il campo magnetico sorge sotto l'influenza delle cariche di guida della corrente elettrica.
2. In uno qualsiasi dei suoi punti, il campo magnetico è caratterizzato da un vettore di grandezza fisica chiamato induzione magnetica, che è la forza caratteristica del campo magnetico.
3. Il campo magnetico può influenzare solo magneti, conduttori conduttivi e cariche in movimento.
4. Il campo magnetico può essere di tipo costante e variabile
5. Il campo magnetico è misurato solo da dispositivi speciali e non può essere percepito dai sensi umani.
6. Il campo magnetico è elettrodinamico, in quanto si genera solo durante il movimento delle particelle cariche e interessa solo le cariche in movimento.
7. Le particelle cariche si muovono lungo una traiettoria perpendicolare.

La dimensione del campo magnetico dipende dalla velocità di variazione del campo magnetico. Di conseguenza, ci sono due tipi di campo magnetico: campo magnetico dinamico e campo magnetico gravitazionale. Campo magnetico gravitazionale nasce solo vicino alle particelle elementari e si forma in base alle caratteristiche strutturali di queste particelle.

Momento magnetico si verifica quando un campo magnetico agisce su un telaio conduttivo. In altre parole, il momento magnetico è un vettore che si trova sulla linea che corre perpendicolare al telaio.

Il campo magnetico può essere rappresentato graficamente utilizzando linee di forza magnetiche. Queste linee sono disegnate in una direzione tale che la direzione delle forze di campo coincida con la direzione della linea di campo stessa. Le linee del campo magnetico sono continue e chiuse allo stesso tempo.

La direzione del campo magnetico viene determinata utilizzando un ago magnetico. Le linee di forza determinano anche la polarità del magnete, l'estremità con l'uscita delle linee di forza è il polo nord e l'estremità con l'ingresso di queste linee è il polo sud.

È molto conveniente valutare visivamente il campo magnetico usando una normale limatura di ferro e un pezzo di carta.
Se mettiamo un foglio di carta su un magnete permanente e cospargiamo di segatura sopra, le particelle di ferro si allineeranno secondo le linee del campo magnetico.

La direzione delle linee di forza per il conduttore è convenientemente determinata dal famoso regola del succhiello o regola della mano destra. Se afferriamo il conduttore con la mano in modo che il pollice guardi nella direzione della corrente (da meno a più), le 4 dita rimanenti ci mostreranno la direzione delle linee del campo magnetico.

E la direzione della forza di Lorentz - la forza con cui il campo magnetico agisce su una particella carica o conduttore con corrente, secondo regola della mano sinistra.
Se mettiamo la mano sinistra in un campo magnetico in modo che 4 dita guardino nella direzione della corrente nel conduttore e le linee di forza entrino nel palmo, il pollice indicherà la direzione della forza di Lorentz, la forza che agisce su il conduttore posto nel campo magnetico.

Questo è tutto. Assicurati di fare qualsiasi domanda nei commenti.

Nel secolo scorso, vari scienziati hanno avanzato diverse ipotesi sul campo magnetico terrestre. Secondo uno di loro, il campo appare come risultato della rotazione del pianeta attorno al suo asse.

Si basa sul curioso effetto Barnet-Einstein, che sta nel fatto che quando un corpo ruota, si genera un campo magnetico. Gli atomi in questo effetto hanno il loro momento magnetico, poiché ruotano attorno al proprio asse. Ecco come appare il campo magnetico terrestre. Tuttavia, questa ipotesi non ha resistito ai test sperimentali. Si è scoperto che il campo magnetico ottenuto in modo così non banale è parecchi milioni di volte più debole di quello reale.

Un'altra ipotesi si basa sulla comparsa di un campo magnetico dovuto al moto circolare di particelle cariche (elettroni) sulla superficie del pianeta. Anche lei era incompetente. Il movimento degli elettroni può causare la comparsa di un campo molto debole, inoltre questa ipotesi non spiega l'inversione del campo magnetico terrestre. È noto che il polo nord magnetico non coincide con il nord geografico.

Vento solare e correnti del mantello

Il meccanismo di formazione del campo magnetico della Terra e di altri pianeti del sistema solare non è completamente compreso e finora rimane un mistero per gli scienziati. Tuttavia, un'ipotesi proposta fa un buon lavoro nello spiegare l'inversione e la grandezza dell'induzione del campo reale. Si basa sul lavoro delle correnti interne della Terra e del vento solare.

Le correnti interne della Terra scorrono nel mantello, che è costituito da sostanze con un'ottima conduttività. Il nucleo è la fonte attuale. L'energia dal nucleo alla superficie terrestre viene trasferita per convezione. Quindi, nel mantello c'è un movimento costante della materia, che forma un campo magnetico secondo la nota legge del moto delle particelle cariche. Se associamo il suo aspetto solo alle correnti interne, risulta che tutti i pianeti il ​​cui senso di rotazione coincide con il senso di rotazione della Terra devono avere un campo magnetico identico. Tuttavia, non lo è. Il polo geografico nord di Giove coincide con il nord magnetico.

Non solo le correnti interne sono coinvolte nella formazione del campo magnetico terrestre. È noto da tempo che reagisce al vento solare, un flusso di particelle ad alta energia proveniente dal Sole a seguito delle reazioni che si verificano sulla sua superficie.

Il vento solare per sua natura è una corrente elettrica (il movimento di particelle cariche). Trascinato dalla rotazione terrestre, crea una corrente circolare, che porta alla comparsa del campo magnetico terrestre.