Что может быть создано магнитное поле: Чем может быть создано магнитное поле?

Магнитное поле

Магнитное поле — одна из форм электромагнитного поля.

Магнитное поле создается движущимися электрическими зарядами и спиновыми магнитными моментами атомных носителей магнетизма (электронов, протонов и др.). Полное описание электрических и магнитных полей и их взаимосвязь дают Максвелла уравнения.

Магнитное поле, силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения. Магнитное поле характеризуется вектором магнитной индукции В, который определяет: силу, действующую в данной точке поля на движущийся электрический заряд (Лоренца сила); действие магнитного поля на тела, имеющие магнитный момент, а также другие свойства магнитного поля.

Впервые термин «Магнитное поле» ввёл в 1845 году  английский физик, основоположник учения об электромагнитном поле Майкл Фарадей, считавший, что как электрические так и магнитные взаимодействия осуществляются посредством единого материального поля. Классическая теория электромагнитного поля была создана Джеймсом Клерком Максвеллом (1873 год), квантовая теория — в 20-х годах 20 века (Квантовая теория поля).

Источниками макроскопического магнитного поля являются намагниченные тела, проводники с током и движущиеся электрически заряженные тела. Природа этих источников едина: магнитное поле возникает в результате движения заряженных микрочастиц (электронов, протонов, ионов), а также благодаря наличию у микрочастиц собственного (спинового) магнитного момента.

Магнитные поля в природе

Магнитные поля в природе чрезвычайно разнообразны как по своим масштабам, так и по вызываемым ими эффектам.

Магнитное поле Земли, образующее земную магнитосферу, простирается до расстояния в 70-80 тысяч км в направлении на Солнце и на многие миллионы км в противоположном направлении. У поверхности Земли поле равно в среднем 0,5 гс, на границе магнитосферы ~ 10-3 гс. Геомагнитное поле экранирует поверхность Земли и биосферу от потока заряженных частиц солнечного ветра и частично космических лучей.

Влияние самого геомагнитного поля на жизнедеятельность организмов изучает магнитобиология. В околоземном пространстве магнитное поле образует магнитную ловушку для заряженных частиц высоких энергий — радиационный пояс Земли. Содержащиеся в радиационном поясе частицы представляют значительную опасность при полётах в космос. Происхождение магнитного поля Земли связывают с конвективными движениями проводящего жидкого вещества в земном ядре (Земной магнетизм).

Непосредственные измерения при помощи космических аппаратов показали, что ближайшие к Земле космические тела — Луна, планеты Венера и Марс не имеют собственного магнитного поля, подобного земному. Из других планет Солнечной системы лишь Юпитер и, по-видимому, Сатурн обладают собственными магнитными полями, достаточными для создания планетарных магнитных ловушек.

На Юпитере обнаружены магнитные поля до 10 гс и ряд характерных явлений (магнитные бури, синхротронное радиоизлучение и другие), указывающих на значительную роль магнитных полей в планетарных процессах.

Что есть магнитное поле — новое

 На просторах инетрнета есть масса тем, посвященных изучению магнитного поля. Необходимо отметить, что многие из них отличаются от того среднестатистического описания, которое существует в
школьных учебниках. Моя задача состоит в том, чтобы собрать и систематизировать весь имеющийся в свободном доступе материал по магнитному полю для того, чтобы сфокусировать Новое Понимание
магнитного поля. Изучение магнитного поля и его свойств можно с помощью разнообразных приемов. С помощью железных опилок, например грамотный анализ провел товарищ Фатьянов по
адресуhttp://fatyf.narod.ru/Addition-list.htm  

С помощью кинескопа. Я не знаю фамилии этого человека, но знаю его ник. Он называет себя «Ветерок». При подносе магнита к кинескопу на экране образуется «сотовая картина». Можно подумать, что
«сетка» есть продолжение кинескопной сетки. Это метод визуализации магнитного поля.

Я стал изучать магнитное поле с помощью ферромагнитной жидкости. Именно магнитная жидкость максимально визуализирует все тонкости магнитного поля магнита. 

Из статьи «что такое магнит» мы выяснили, что магнит это фрактализированная, т.е. уменьшенная в масштабе копия нашей планеты, магнитная геометрия которой максимально идентична простому
магниту.  Планета земля, в свою очередь, является копией того, из недр чего она была образована — солнца. Мы выснили, что магнит это своего рода индукционная линза, которая
фокусирует на своем объеме все свойства глобального магнита планеты земля. Есть необходимость введения новых терминов, с помощью которых мы будем описывать свойства магнитного поля.

Индукционный поток — это поток, который берет свое начало на полюсах планеты и проходит через нас в геометрии воронки. Северный полюс планеты это вход в воронку, южный полюс планеты это выход
воронки. Некоторые ученые называют этот поток эфирным ветром, говоря, что он «имеет галактическое происхождение». Но это не «эфирный ветер» и накакой не эфир, это «индукционная река», которая
течет с полюса до полюса. Электричество в молнии имеет ту же самую природу, что и электричество появляемое при взаимодействии катушки и магнита.

 Лучшее средство понять что есть магнитое поле — увидеть его. Размышлять и делать бесчисленные теории можно, но с позиции понимания физической сути явления — бесполезно.
Думаю что все со мной согласятся, если я повторю слова не помню кого но суть такая что лучший критерий это опыт. Опыт и еще раз опыт.

  Дома у себя я делал простые опыты, но много мне позволившие понять. Простой магнит цилиндрической формы… И так его и сяк крутил. Налил на него магнитной жидкости. Стоит зараза, не
шевелится. Тут я вспомнил, что на каком то форуме вычитал, что два магнита сдавленные одноименными полюсами в герметичной области — повышают температуру области, а противоположными полюсами
наооборот понижают. Если температура следствие взаимодействия полей, то почему бы ей не побыть и причиной ? Я нагрел магнит используя «короткое замыкание» от 12 вт и резистор, просто прислонив
нагретый резистор к магниту. Магнит нагрелся и магнитная жидкость начала сначало дергаться, а потом и вовсе стала подвижной. Магнитное поле возбуждается температурой. Но как же так, спросил я
себя, ведь в букварях пишут о том, что температура ослабляет магнитные свойства магнита. И это правда, но это «ослабление» кагбы компенсируется возбуждением магнитного поля этого магнита. Иными
словами магнитная сила не исчезает, но трансформируется в силу возбуждения этого поля. Отлично Все вращается и все кружится. Но почему вращающееся магнитное поле имеет именно такую геометрию
вращения, а не какую то другую ? На первый взгляд движение хаотично, но если посмотреть через микроскоп, то можно заметить, что в этом движении присутствует система. Система
никак не принадлежащая магниту Но только локализующая его. Иными словами, магнит можно рассмотреть как энергетическую линзу, которая фокусирует в своем объеме возмущения.

СО ТЫ

Магнитное поле возбуждается не только от повышения температуры, но и от ее понижения. Думаю что правильней будет сказать, что магнитное поле возбуждается градиентом температур, чем одним каким то
конкретным ее знаком. В том то и дело, что нет видимой «перестройки» структуры магнитного поля. Есть визуализация возмущения, которое проходит через область этого магнитного поля. Представьте
себе возмущение, которое движется по спирали от северного полюса до южного через весь объем планеты. Так вот магнитное поле магнита = локальная часть этого глобального потока. Понимаете ? Однако
у меня нет уверенности в том, какого конкретно потока…Но факт в том, что потока. Причем потоков не один, а два. Первый внешний, а второй внутри него и вместе с первым движется, но в обратную
сторону вращается. Магнитное поле возбуждается из-за градиента температуры. Но мы опять искажаем суть, когда говорим «магнитное поле возбуждается». Дело в том, что оно уже находится в
возбужденном состоянии. Когда мы прикладываем градиент температур, мы искажаем это возбуждение до состояния повяления разбалансировки. Т.е. понимаем, что процесс возбуждения это постоянный
процесс, в котором находится магнитное поле магнита. Градиент он искажает параметры этого процесса так, что мы оптически замечаем разницу между нормальным его возбуждением и тем возбуждением,
которое вызвано градиентом.

Но почему в стационарном состоянии магнитное поле магнита неподвижно ? НЕТ, оно также подвижно, но относительно движущихся систем отсчета, например нас, оно неподвижно. Мы движемся в пространстве
с этим возмущением Ра и оно нам кажется наподвижным. Температура, которую мы прикладываем к магниту, создает кагбы местную разбалансировку этой фокусируемой системы. Появлется некая
нестабильность в пространственной решетке, коя есть сотовая структура. Ведь пчелы строят свои дома не на пустом месте, но они кагбы облепляют структуру пространства своим строительным материалом.
Таким образом, исходя из чисто опытных наблюдений, делаю вывод, что магнитное поле простого магнита это потенциальная система локальной разбалансировки решетки пространства, в котором как Вы уже
догадались нет места атомам и малекулам, которых никто никогда не видел Температура она как «ключ зажигания» в этой локальной системе, включает разбалансировку. В данный момент я тщательно изучаю
методы и средства управления этой разбалансировки.

Что есть магнитное поле и чем оно отличается от электромагнитного поля ?

Что есть торсионное или энергоинформационное поле ?

Это все есть одно и тоже, но локализующееся иными методамим.

Сила тока — есть плюс и сила отталкивания,

напряжение есть минус и сила притяжения,

короткое замыкание, или скажем локальная разбалансировка решетки — есть сопротивление этому взаимопроникновению. Или же взаимопроникновение отца, сына и святого духа. Помним, что метафора «адама
и евы» есть старое понимание икс и ыгрик хромосом. Ибо понимание нового, это новое понимание старого. «Сила тока» — вихрь, исходящий от постоянно вращающегося Ра, оставляя позади себя
информационное переплетение себя. Напряжение есть еще один вихрь, но внутри основного вихря Ра и движущийся вместе с ним. Визуально это можно представить в виде РАковины, рост которой происходит
в направлении двух спиралей. Первая внешняя, вторая внутренняя. Или один внутрь себя и по часовой, а второй из себя и против часовой.  Когда два вихря взамопроникают друг в друга, они
образуют структуру, наподобии слоев Юпитера, которые движутся в разные стороны. Остается понять, механизм этого взаимопроникновения и система, которая образуется.

Примерные задачи на 2015 год

1. Найти методы и средства управления разбалансировкой.

2. Выявить материалы, наиболее влияющие на разбалансировку системы. Найти зависимость от состояния материала согласно таблицы 11 ребенка.

3. Если всякое живое существо, по своей сути, является такой же самой локализованной разбалансировкой, следовательно ее необходимо «увидеть». Иными словами необходимо найти метод фиксации
человека в иных спектрах частот.

4. Главная задача в том, чтобы визуализировать не биологические спектры частот, в которых происходит непрерывный процесс творения человека. Например мы с помощью средства прогресса анализируем
спектры частот, не входящие в биологический спектр чувств человека. Но мы их только регестрируем, но мы не можем их «осознать». Поэтому мы не видим дальше, чем могут осознать наши органы чувств.
Вот моя главная задача на 2015 год. Найти методику технического осознания не биологического спектра частот с тем, чтобы увидеть информационную основу человека. Т.е. по сути его душу.

Особый вид изучения это магнитное поле в движении. Если мы нальем магнитную жидкость на магнит, она займет объем магнитного поля и будет стационарной. Однако нужно проверить опыт «Ветерка» где он
подносил магнит к экрану монитора. Есть предположение что магнитное поле уже находится в возбужденном состоянии, однако объем жидкости его кагбы сдерживает в стационарном состоянии. Но я не
прверял пока.

Магнитное поле может возбуждаться посредством приложения температуры к магниту, либо помещением магнита в индукционную катушку. Нужно заметить, что жидкость возбуждается только при определенном
пространственном положении магнита внутри катушки, состовляя определенный угол к оси катушки, который можно найти опытным путем. 

Я провел десятки опытов с движущейся магнитной жидкостью и поставил себе цели:

1. Выявить геометрию движения жидкости.

2. Выявить параметры, которые влияют на геометрию этого движения.

3. Какое место занимает движение жидкости в глобальном движении планеты Земля.

4. Зависит ли пространственное положение магнита и приобритаемой ей геометрии движения.

5. Почему «ленты» ?

6. Почему ленты скручиваются

7. От чего зависит вектор скручивания лент

8. Почему конусы смещаются только посредством узлов, которые есть вершины соты, причем скручиваются всегда только три близ лежащие ленты.

9. Почему смещение конусов происходит резко, по достижении определенной «накрученности» в узлах ?

10. Почему размер конусов пропорционален объему и массе наливаемой на магнит жидкости

11. Почему конус разделен на два ярко выраженных сектора.

12. Какое место это «разделение» занимает в разрезе взаимодействия между полюсами планеты.

13. Как зависит геометрия движения жидкости от времени суток, времени года, солнечной активности, намерения эксперементатора, давления и дополнительных градиентов. Например резкое изменение
«холодное горячее»

14. Почему геометрия конусов идентична с геометрией Варджи — специального вооружения возвращающихся богов ?

15. Имеются ли данные в архивах специальных служб 5 автоматов какие либо сведения о назначении, наличии или хранении образцов данного вида вооружений.

16. Что говорят выпотрошенные кладовые знания различных тайных организаций об этих конусах и связана ли геометрия конусов со звездой Давида, суть которая есть идентичность геометрии конусов.
(масоны, иузеиты, ватиканы, и прочие несогласованные образования).

17. Почему среди конусов всегда есть лидер. Т.е. конус с «коронкой» на вершине, который «организует» движения 5,6,7 конусов вокруг себя.

18. 

конуса в момент смещения. Рывок. «…только двигаясь буквой «Г» я к нему дойду»….

немного ракуср перевернутый. Кружок — это вершина конуса. В правой части хорошо заметен «узел». Узел представляет собой три ленты блилежащих конусов. Узел скручивается, скручивая закрепленные за
ним ленты. По достижении некоторого «насыщения» или же натяжения, происходит рывок — смещение всей структуры. Конуса как бы в хороводе смещаются. Можно сравнить узал с петлей, о которой говорил
Крайон. Но пока логики я не вижу

Это конус лидер. У него всегда есть нечто наподобии короны. Мифологично, но факт мля. Такое ощущение что «лидер» ведет ГРУппу из 5,6 или 7 вокруг него находящихся конусов. Но нужны наблюдения,
много наблюдений. (филерских кагбы)

Вверху и внизу два фото. Это узлы, на которые «наматываются» ленты. 

http://www61.jimdo.com/app/s629ce00ecc62daa6/p862693dcebd17306/?cmsEdit=1 http://www61.jimdo.com/app/s629ce00ecc62daa6/p5bb44c06c043aa97?cmsEdit=1

Что происходит с магнитным полем? / Интересное / Статьи / Еще / Обо всем

Изменение напряжённости магнитного поля Земли происходит неравномерно по поверхности и приобретает максимальные значения в Западном полушарии, в частности над Северной и Южной Америкой. Это говорит о том, что именно на этих территориях уже в ближайшие годы стоит ожидать сильнейших катаклизмов.

Магнитное поле Земли долгое время оставалось загадкой, ведь каменных магнитов не бывает, правда? Но как только вы открываете, что внутри Земли имеется колоссальное количество железа, все вроде бы становится на свои места. Железо не образует «постоянный» магнит вроде прикрепленных к пластиковым поросяткам и медвежаткам, которых мы, сами не зная зачем, покупаем, чтобы прицепить на холодильник. Земные недра больше походят на динамо. Кстати, это так и называется – геомагнитное динамо. Как мы уже упоминали, железо в ядре Земли находится по большей части в расплавленном состоянии, за исключением твердого плотного «шарика» в самом центре. Жидкая часть до сих пор продолжает нагреваться. Прежде это явление объясняли тем, что радиоактивные элементы, будучи плотнее всего остального в химическом составе планеты, погрузились в самый центр, оказавшись запертыми там, а тепло дает излучаемая ими радиоактивная энергия. Современная же теория предлагает совершенно иное объяснение: жидкая часть ядра нагревается, поскольку твердая – остывает. Расплавленное железо на контакте с твердым ядром само понемногу застывает, при этом высвобождается тепло. Это тепло должно куда-то деться, оно не может просто исчезнуть, словно дуновение теплого воздуха, – вокруг тысячи миль сплошной горной породы. Тепло передается расплавленному слою ядра, нагревая его.

Возможно, вас удивит факт, что та часть, которая вступает в контакт с твердым ядром, может охлаждаться и затвердевать и, одновременно с этим, нагреваться в процессе этого затвердевания. Объяснение простое: горячее расплавленное железо поднимается вверх по мере разогрева. Вспомните воздушный шар. Когда вы нагреваете воздух, он поднимается. Это происходит потому, что при нагревании воздух расширяется, становится менее плотным, а менее плотные вещества всплывают над более плотными. Воздушный шар удерживает воздух в огромном шелковом мешке, часто ярко окрашенном и разрисованном эмблемами банков или агентств недвижимости, и поднимается вместе с воздухом. Горячее железо ничем не разрисовано, но поднимается точно так же, как горячий воздух, удаляясь от твердого ядра. Оно медленно всплывает, остывая, а потом, когда становится слишком холодным, точнее сравнительно холодным, начинает снова погружаться в глубину. В результате земное ядро находится в непрерывном движении, раскаляясь внутри и остывая снаружи. Оно не может подняться все разом, то есть одни области ядра всплывают, в то время как другие – заново погружаются. Такой вид циркулирующей теплопередачи называется конвекцией.

По мнению физиков, при соблюдении неких трех условий движущиеся жидкости могут создавать магнитное поле. Во?первых, жидкость должна проводить электрический ток, и железо прекрасно с этим справляется. Во?вторых, изначально должно присутствовать хотя бы небольшое магнитное поле, а есть веские основания полагать, что нашей Земле, тогда еще совсем юной, была присуща некая толика личного магнетизма. В?третьих, что-то должно вращать эту жидкость, искажая исходное магнитное поле, и у Земли такое вращение происходит за счет силы Кориолиса, похожей на центробежную силу, однако действующей более слабо и возникающей в результате вращения Земли вокруг своей оси. Грубо говоря, вращение искажает исходно слабое магнитное поле, закручивая его, как спагетти на вилку. Затем магнетизм поднимается наверх, пойманный всплывающими массами железного ядра. В результате всего этого коловращения магнитное поле становится намного сильнее.

Да, в каком-то смысле можно сказать, что Земля ведет себя так, словно внутри у нее имеется огромный магнит, но на самом деле все гораздо сложнее. Чтобы немного конкретизировать нарисованную картину, напомним, что существуют по меньшей мере семь других факторов, обусловливающих наличие у Земли магнитного поля. Так, некоторые составляющие земной коры могут быть постоянными магнитами. Подобно стрелке компаса, указывающей на север, они постепенно выстроились вдоль более сильного геомагнитного динамо, дополнительно усиливая его. В верхних слоях атмосферы имеется слой заряженного ионизированного газа. До того как были изобретены спутники, ионосфера играла важнейшую роль в обеспечении радиосвязи: радиоволны отражались от заряженного газа, а не уходили в космос. Ионосфера находится в движении, а движущееся электричество создает магнитное поле. На высоте примерно 15 000 миль (24 000 км) течет кольцевой ток – слой ионизированных частиц низкой плотности, образующий огромный тор. Это немного ослабляет силу магнитного поля Земли.

Следующие два фактора – это так называемые магнитопауза и магнитный хвост, возникшие под влиянием солнечного ветра на магнитосферу Земли. Солнечный ветер – это постоянный поток частиц, испускаемых гиперактивным Солнцем. Магнитопауза – это головная волна земного магнитного поля, идущая против солнечного ветра, а магнитный хвост – след этой волны с противоположной стороны планеты, где собственное магнитное поле Земли «утекает» наружу, к тому же разрушаясь под воздействием солнечного ветра. Кроме того, солнечный ветер вызывает своеобразную тягу вдоль орбиты Земли, создавая дополнительное искажение линий магнитного поля, известное как продольный ток в магнитосфере. И, наконец, существуют авроральные потоки. Северное сияние, или aurora borealis, – это восхитительные, таинственные полотнища бледного света, переливающиеся в северном полярном небе. Аналогичный спектакль, aurora australis, можно наблюдать неподалеку от Южного полюса. Полярные сияния создаются двумя полосами электрического тока, текущими от магнитопаузы в магнитный хвост. Это, в свою очередь, создает новые магнитные поля и два электрических потока – западный и восточный.

Значит, говорите, Земля – просто большой магнит? Ну да, а океан – это миска с водой.

Магнитные материалы, найденные в древних породах, свидетельствуют, что время от времени магнитное поле Земли меняет свою полярность, северный магнитный полюс становится южным и наоборот. Это происходит примерно один раз в полмиллиона лет, хотя строгую закономерность проследить так и не удалось. Никто точно не знает, почему это происходит, однако математические модели показывают, что магнитное поле Земли может быть ориентировано равновероятно и в том и в другом направлениях, причем ни одно из них не является устойчивым. Любое положение рано или поздно теряет устойчивость и передает эстафетную палочку противоположному. Переходы происходят быстро, в течение примерно 5 тысяч лет, тогда как периоды между ними в сто раз длиннее.

Магнитные поля имеются у большинства планет, и этот факт еще более сложнообъясним, чем земное поле. Нам с вами предстоит еще много узнать о планетарном магнетизме.

Альфред Вегенер

Одно из самых впечатляющих свойств нашей планеты было обнаружено в 1912 году, но не принималось во внимание до 60?х. Наиболее убедительным доказательством в ее пользу стала именно смена магнитных полюсов. Речь идет о том, что земные континенты не стоят на месте, но медленно дрейфуют по поверхности планеты. По мнению немецкого ученого Альфреда Вегенера, первым опубликовавшего свою теорию, нынешние отдельные континенты раньше являлись одним суперматериком, который он назвал Пангея (то есть «Вся земля»). Он существовал около 300 миллионов лет назад.

Наверняка Вегенер не первым додумался до этого. Его идея, по крайней мере отчасти, возникла под влиянием удивительного сходства очертаний берегов Африки и Южной Америки. На карте это особенно бросается в глаза. Естественно, Вегенер опирался и на другие данные. Он был не геологом, а метеорологом, специалистом по древнему климату, и его удивляло то, что в регионах с холодным климатом обнаруживаются горные породы, явно возникшие в регионах с теплым, и наоборот. Например, в Сахаре до сих пор можно отыскать остатки древних ледников, возраст которых 420 миллионов лет, а в Антарктиде – окаменевшие папоротники. В те времена любой бы ему сказал, что просто поменялся климат. Однако Вегенер был убежден, что климат остался практически тем же, за исключением ледникового периода, а изменились, то есть переместились, сами континенты. Он предполагал, что они разделились в результате конвекции в земной мантии, но не был в этом уверен.

Эту идею посчитали безумной, тем более что предложена она была не геологом, и к тому же Вегенер игнорировал все факты, не влезающие в его теорию. И то, что сходство между Африкой и Южной Америкой не столь уж идеальное, и то, что дрейф материков невозможно было объяснить. Конвекция тут явно ни при чем, так как она слишком слаба. Великий А’Туин, может, и несет на своей спине целый мир, но он – всего лишь выдумка, а в реальном мире, похоже, такие силы просто немыслимы.

Слово «немыслимы» мы употребили не случайно. Множество блестящих и уважаемых ученых частенько повторяют одну и ту же ошибку. Они путают выражение «Я не понимаю, как это может быть» с «Это совершенно невозможно». Одним из таких, как это ни стыдно признавать одному из нас двоих, был математик, причем великолепный, но когда его расчеты показали, что земная мантия не может перемещать континенты, ему даже не пришло в голову, что теории, на которых строились расчеты, были ошибочны. Звали его сэр Гарольд Джеффрис, и его проблема была в том, что ему явно не хватало полета фантазии, потому что не только очертания материков по обе стороны Атлантики совпадали. С точки зрения геологии и палеонтологии тоже все сходилось. Возьмем, к примеру, окаменевшие останки бестии по имени мезозавр, жившей 270 миллионов лет назад одновременно в Южной Америке и Африке. Вряд ли мезозавр переплыл Атлантический океан, скорее он просто жил на Пангее, успев расселиться по обоим континентам, когда они еще не были разделены.

Однако в 60?х годах ХХ века идею Вегенера признали, и его теория «дрейфа материков» утвердилась в науке. На встрече ведущих геологов некий молодой человек по имени Эдвард Баллард, весьма напоминающий Думминга Тупса, и двое его коллег продемонстрировали возможности нового тогда устройства, называемого компьютером. Они поручили машине отыскать наилучшее соответствие не только между Африкой и Южной Америкой, но и Северной Америкой, а также Европой, учитывая возможные, но небольшие изменения. Вместо того чтобы взять нынешние очертания береговой линии, что с самого начала было не слишком блестящей идеей, позволяя противникам теории дрейфа утверждать, что материки не совпадают, молодые ученые использовали контур, соответствующий глубине 3200 футов (1000 м) ниже уровня моря, поскольку, по их мнению, он меньше подвергся эрозии. Контуры подошли хорошо, а геология так просто великолепно. И хотя люди на конференции все равно не пришли к единому мнению, теория континентального дрейфа получила наконец определенное признание.

Сегодня у нас имеется куда больше доказательств и четкое представление о механизме дрейфа. В центральной части Атлантического океана, на полпути между Южной Америкой и Африкой, с юга на север протянулся один из срединных океанических хребтов (такие, кстати, есть и во всех других океанах). Вулканические материалы поднимаются из недр вдоль всего хребта, а затем растекаются по его склонам. И так происходит уже в течение 200 миллионов лет. Можно даже отправить подводную лодку и просто понаблюдать за процессом. Конечно, всей человеческой жизни не хватит, чтобы это заметить, однако Америка удаляется от Африки со скоростью 3/4 дюйма (2 см) в год. Примерно с такой же скоростью растут наши ногти, тем не менее современная аппаратура способна регистрировать эти изменения.

Наиболее яркое доказательство континентального дрейфа получено благодаря магнитному полю Земли: горные породы по обе стороны хребтов имеют любопытный узор из магнитных полос, меняющих полярность с севера на юг и обратно, причем узор на обоих склонах симметричен. Это означает, что полоски застыли в магнитном поле по мере остывания. Когда время от времени земное динамо меняло свою полярность, горные породы хребта намагничивались в его поле. Затем, после разъединения намагниченных пород, одинаковые узоры оказались по разные стороны хребта.

Поверхность Земли – это не твердая сфера. И континенты, и океанское ложе плавают на огромных, особенно твердых плитах, которые могут разъехаться в стороны, когда между ними просачивается магма. (Причем чаще всего это происходит из-за конвекции в мантии. Просто Джеффрис не знал о движении мантии всего того, что знаем мы.) Существует около десятка плит, шириной от шестисот (1000 км) до шести тысяч (10 000 км) миль, и они все время поворачиваются. Там, где их границы соприкасаются, трутся и скользят, постоянно происходят землетрясения и извержения вулканов. Особенно в Тихоокеанском огненном поясе, протянувшемся по всему периметру Тихого океана и включающему в себя западное побережье Чили, Центральную Америку, США и дальше Японские острова и Новую Зеландию. Все они находятся на краю одной гигантской плиты. Там, где плиты сталкиваются, возникают горы: одна плита оказывается под другой и приподнимает ее, дробя и сминая ее край. Индия – это вовсе не часть Азиатского континента, она просто врезалась в него, сотворив высочайшие в мире горы – Гималаи. Она так разогналась, что до сих пор продолжает свое движение, и Гималаи растут.

Как работает компас

Кто не видел компас? Небольшая такая вещица, похожая на часы с одной стрелкой. Крутишь ее, вертишь, а стрелка упрямо разворачивается в одну сторону. Стрелка компаса представляет собой магнит, свободно вращающийся на игле. Принцип действия магнитного компаса основан на притяжении-отталкивании двух магнитов. Противоположные полюса магнитов притягиваются, одноименные – отталкиваются. Наша планета также является таким магнитом. Сила его невелика, ее недостаточно, что бы проявиться на тяжелом магните. Однако легкая стрелка компаса, уравновешенная на игле поворачивается и под влиянием небольшого магнитного поля.

Что бы стрелка компаса не болталась, а четко показывала направление вне зависимости от тряски, она должна быть достаточно сильно намагничена. В спортивных компасах колбу со стрелкой заливают жидкостью. Неагрессивной для пластмассовых и металлических частей, не замерзающей при зимних температурах. Пузырек воздуха, оставленный в колбе, несет в себе функции указателя уровня, для ориентации компаса в горизонтальной плоскости.

Первенство в изучении магнитного поля Земли принадлежит английскому ученому Уильяму Гильберту. В своей книге «О магните, магнитных телах и большом магните – Земле», изданной в 1600 году он представил Землю в виде гигантского постоянного магнита, ось которого не совпадает с осью вращения Земли. Угол между осью вращения и магнитной осью называют магнитным склонением.

В результате такого несовпадения, говорить, что стрелка компаса всегда указывает на север, не совсем верно. Она указывает на точку, находящуюся на расстоянии в 2100 км от северного полюса, на острове Соммерсет (его координаты 75°,6 с. ш., 101° з. д. – данные на 1965 г.) Магнитные полюса Земли медленно дрейфуют. Кроме такой ошибки в направлении стрелки (будем называть ее систематической), нельзя также забывать о других причинах неправильной работы компаса:

• Металлические предметы или магниты, находящиеся вблизи компаса отклоняют его стрелку
• Электронные приборы, являющиеся источниками электромагнитных полей
• Залежи полезных ископаемых – металлических руд
• Магнитные бури, происходящие в годы сильной активности солнца, искажают магнитное поле Земли.

А теперь, попробуйте ответить на вопросы для сообразительных:

• Как вы думаете, куда будет указывать стрелка компаса, если Вы находитесь между северным географическим полюсом и северным магнитным полюсом?
• Куда показывает стрелка, когда компас находится в районе магнитного полюса?
• Если, руководствуясь компасом очень долго идти все время строго на северо-восток, то куда придешь?

А пока Вы размышляете, приведу несколько интересных фактов о магнитном поле Земли.

Оказывается, оно ослабевает примерно на 0,5% каждые 10 лет. По различным подсчетам, оно исчезнет через 1-2 тысячи лет. Предполагается, что в этот момент будет происходить переполюсовка магнита – Земли. После чего поле снова начнет нарастать, но северный и южный магнитный полюса поменяются местами. Считается, что такое с нашей планетой происходило уже огромное количество раз.

Оказывается, что перелетные птицы также ориентируются “по компасу”, точнее, магнитное поле Земли служит им ориентиром. Недавно ученые узнали, что у птиц в области глаз располагается маленький магнитный “компас” — крохотное тканевое поле, в котором расположены кристаллы магнетита, обладающие способностью намагничиваться в магнитном поле.

Простейший компас можно изготовить самостоятельно. Для этого надо оставить рядом с магнитом швейную иглу на несколько дней. После этого игла намагнитится. Смочив ее жиром или маслом, аккуратно опустите иглу на поверхность налитой в чашку воды. Жир не даст ей утонуть, и игла развернется с севера на юг (ну или наоборот :).

Впечатлились? Вот теперь, можете проверить свои ответы на вопросы:

• Как вы думаете, куда будет указывать стрелка компаса, если Вы находитесь между северным географическим полюсом и северным магнитным полюсом?
  – Северный конец стрелки будет показывать.. на юг, а южный – на север!
• Куда показывает стрелка, когда компас находится в районе магнитного полюса?
  – оказывается, стрелка, подвешенная на нити в районе магнитного полюса стремится развернуться… вниз, вдоль магнитных линий Земли!
• Если, руководствуясь компасом очень долго идти все время строго на северо-восток, то куда придешь?
  – придешь на северный магнитный полюс! Попробуйте проследить свой путь на глобусе, очень интересный маршрут получается.

Урок 4. магнитные свойства вещества. электроизмерительные приборы — Физика — 11 класс

Физика, 11 класс

Урок 4. Магнитные свойства вещества. Электроизмерительные приборы

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1. Магнитные свойства вещества.

2. Свойства диа-, пара- и ферромагнетиков.

3. Принцип действия электроизмерительных приборов.

Глоссарий по теме:

Магнитная проницаемость – это физическая скалярная величина, показывающая, во сколько раз индукция магнитного поля в данном веществе отличается от индукции магнитного поля в вакууме.

Диамагнетики – вещества, у которых магнитная проницаемость чуть меньше единицы. К таким веществам относятся золото, серебро, углерод, висмут.

Парамагнетики – вещества, у которых магнитная проницаемость чуть больше единицы. Это алюминий, вольфрам, щелочные металлы, магний, платина.

Ферромагнетики – вещества у которых магнитная проницаемость много больше единицы. Это железо, никель, кобальт, и сплавы металлов.

Точка Кюри – температура, при которой ферромагнетики теряют ферромагнитные свойства.

Ферриты – ферромагнитные материалы, не проводящие электрического тока.

Основная и дополнительная литература по теме:

1. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Чаругин В. М. Физика. 11 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. С. 27-30.

2.Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. 10-11 класс.- М.:Дрофа,2009. С. 113.

3. ЕГЭ 2017. Физика. 1000 задач с ответами и решениями. Демидова М.Ю., Грибов В.А., Гиголо А.И. М.: Экзамен, 2017.

Теоретический материал для самостоятельного изучения.

Все вещества в окружающей нас природе в какой — то мере обладают магнитными свойствами. Ещё с глубокой древности была известна способность некоторых минералов притягивать железные предметы. Среди многих приборов навигации, необходимых для прокладывания курса кораблей или самолётов, обязательно должен быть и магнитный компас. Во многих измерительных приборах основными деталями служат постоянные магниты. Что же происходит с веществом, помещённом в магнитное поле? Вспомним, как магнитные свойства катушки, по которой течёт ток, усиливаются, если в катушку вставлен железный сердечник. Железный сердечник намного увеличивает магнитное поле в катушке с током. Мы знаем, что вокруг катушки с электрическим током возникает магнитное поле, а железный сердечник, создаёт своё магнитное поле и, согласно принципу суперпозиции полей, векторы этих двух полей складываются. Таким образом, мы наблюдаем усиление магнитного поля. Магнитную индукцию, создаваемую электрическим током, обозначим через (В₀). Магнитную индукцию поля в веществе обозначим через (В). При введении железного сердечника, появляется магнитная индукция поля, возникающая благодаря намагничиванию вещества (В₁). Эти поля складываются по принципу суперпозиции полей. В итоге мы наблюдаем, что вещество может усилить или, возможно ослабить магнитное поле. Магнитная индукция поля, создаваемого этими токами в вакууме, будет меньше, чем магнитная индукция поля в веществе.

Магнитной проницаемостью вещества называется физическая скалярная величина показывающая, во сколько раз индукция магнитного поля в данном веществе отличается от индукции магнитного поля в вакууме.

Французский физик Андре Мари Ампер сравнивал магнитные поля, создаваемые полосовым магнитом и проводниками с током. В итоге, Ампер выдвинул гипотезу, что внутри молекул и атомов циркулируют элементарные электрические токи. Круговые электрические токи – это токи, обусловленные орбитальными движениями электронов вокруг ядра.

Английский физик Майкл Фарадей исследовал влияние вещества на магнитное поле. В итоге, он определил, что все вещества изменяют магнитное поле, если их поместить во внешнее магнитное поле. Получается если вещество поместить во внешнее магнитное поле, оно становится источником своего магнитного поля. Это явление называют намагничиванием. Таким образом, Майкл Фарадей обнаружил, что вещества делятся на три группы — диа-, пара-, и ферромагнетики.

Диамагнетики – это вещества, у которых магнитная проницаемость чуть меньше единицы. К таким веществам относятся золото, серебро, углерод, висмут. Магнитная проницаемость висмута равна 0,9998. Значит, магнитное поле ослабляется, когда в него помещают это вещество В˂В_0. Это означает, что вектор магнитной индукции поля, создаваемого веществом направлен противоположно вектору магнитной индукции поля, создаваемого током.

Парамагнетики – вещества, у которых магнитная проницаемость чуть больше единицы. Это алюминий, вольфрам, щелочные металлы, магний, платина. Эти вещества намагничиваются очень слабо, намагничиваются вдоль намагничивающего поля. Вектор магнитной индукции поля, создаваемого веществом, направлен в ту же сторону, что и вектор магнитной индукции поля, создаваемого током.

Ферромагнетики – это вещества, у которых магнитная проницаемость во много раз больше единицы. Это такие вещества как железо, кобальт, никель и сплавы металлов. Для железа магнитная проницаемость равна одна тысяча (1000).

Магнитные поля создаются ферромагнетиками не только вследствие обращения электронов вокруг ядер, но и вследствие их собственного вращения. Собственный вращательный момент (момент импульса) электрона называется спином. Согласно простейшим представлениям, электроны вращаясь вокруг собственной оси обладая зарядом, имеют, магнитное поле наряду с полем, появляющимся за счёт их орбитального движения вокруг ядер. В ферромагнетиках существуют области с параллельными ориентациями спинов, называемыми доменами; размеры доменов порядка 0.5 мкм. Параллельная ориентация спинов обеспечивает доменам минимум потенциальной энергии. Если ферромагнетик не намагничен, то ориентация доменов хаотична и суммарное магнитное поле, создаваемой доменами, равно нулю. При включении внешнего магнитного поля домены ориентируются вдоль линий магнитной индукции этого поля, и индукция магнитного поля в ферромагнетиках увеличивается, становясь в тысячи и даже миллионы раз больше индукции внешнего поля

Ферромагнитные свойства у веществ существуют только в определённой области температуры. Температура, при которой ферромагнитные материалы теряют свои ферромагнитные свойства, называют точкой Кюри по имени открывшего данное явление французского учёного Пьера Кюри. Если сильно нагреть намагниченный образец, то он потеряет способность притягивать железные предметы. Точка Кюри для железа 753 градусов по Цельсию, для кобальта 1000 градусов по Цельсию. Существуют ферромагнитные сплавы, у которых точка Кюри менее 100 градусов. Первые детальные исследования магнитных свойств ферромагнетиков были выполнены выдающимся русским физиком А.Г. Столетовым.

Большое применение получили ферромагнитные материалы, не проводящие электрического тока – ферриты. Это химические соединения оксидов железа с оксидами других веществ. К их числу относится и магнитный железняк.

Стальной или железный сердечник в катушке усиливает создаваемое ею магнитное поле, не увеличивая силу тока в катушке. Это экономит электроэнергию. Сердечники трансформаторов, генераторов, электродвигателей и т. д. изготовляют из ферромегнетиков. При выключении внешнего магнитного поля ферромагнетик остаётся намагниченным, таким образом создаёт магнитное поле в окружающем пространстве. Это объясняется тем, что домены не возвращаются в прежнее положение и их ориентация частично сохраняется. Благодаря этому существуют постоянные магниты. Постоянные магниты широко применяются в электроизмерительных приборах, громкоговорителях и телефонах, звукозаписывающих аппаратах, магнитных компасах и т.д. Электроизмерительный прибор является необходимым устройством в связи, промышленности, на транспорте, в медицине и в научных исследованиях.

Примеры и разбор решения заданий:

1. Для каких целей применяют ферромагнитные материалы? Выберите один правильный ответ.

Варианты ответов:

1) для усиления силы тока;

2) для ослабления магнитного поля;

3) для усиления магнитного поля;

4) для ослабления силы тока.

Пояснение: ферромагнетики и ферромагнитные материалы это вещества, которые создают наиболее сильные магнитные поля.

Правильный ответ: 3) для усиления магнитного поля.

2. По графику определите магнитную проницаемость стали при индукции В₀ намагничивающего поля 1) 0,4 мТл, 2) 1,2 мТл.

Дано:

1) B₀ = 0.4 мТл

2) B₀ = 1,2 мТл

µ₁ -? µ₂ -?

Решение:

По определению магнитная проницаемость µ показывает, во сколько раз индукция магнитного поля В в веществе превышает индукцию намагничивающего поля В₀ в вакууме: µ =

1. При В₀ = 0,4 мТл по графику находим что В = 0,8 Тл, следовательно:

2) При В₀ = 1.2 мТл, по графику В = 1,2 Тл

Следовательно:

Ответ: µ₁ = 2000; µ₂ = 1000

МАГНИТЫ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА

Содержание статьи

МАГНИТЫ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА. Простейшие проявления магнетизма известны очень давно и знакомы большинству из нас. Однако объяснить эти, казалось бы, простые явления на основе фундаментальных принципов физики удалось лишь сравнительно недавно.

Существуют магниты двух разных видов. Одни – так называемые постоянные магниты, изготовляемые из «магнитно-твердых» материалов. Их магнитные свойства не связаны с использованием внешних источников или токов. К другому виду относятся так называемые электромагниты с сердечником из «магнитно-мягкого» железа. Создаваемые ими магнитные поля обусловлены в основном тем, что по проводу обмотки, охватывающей сердечник, проходит электрический ток.

Магнитные полюса и магнитное поле.

Магнитные свойства стержневого магнита наиболее заметны вблизи его концов. Если такой магнит подвесить за среднюю часть так, чтобы он мог свободно поворачиваться в горизонтальной плоскости, то он займет положение, примерно соответствующее направлению с севера на юг. Конец стержня, указывающий на север, называют северным полюсом, а противоположный конец – южным полюсом. Разноименные полюса двух магнитов притягиваются друг к другу, а одноименные взаимно отталкиваются.

Если к одному из полюсов магнита приблизить брусок ненамагниченного железа, то последний временно намагнитится. При этом ближний к полюсу магнита полюс намагниченного бруска будет противоположным по наименованию, а дальний – одноименным. Притяжением между полюсом магнита и индуцированным им в бруске противоположным полюсом и объясняется действие магнита. Некоторые материалы (например, сталь) сами становятся слабыми постоянными магнитами после того, как побывают около постоянного магнита или электромагнита. Стальной стержень можно намагнитить, просто проведя по его торцу концом стержневого постоянного магнита.

Итак, магнит притягивает другие магниты и предметы из магнитных материалов, не находясь в соприкосновении с ними. Такое действие на расстоянии объясняется существованием в пространстве вокруг магнита магнитного поля. Некоторое представление об интенсивности и направлении этого магнитного поля можно получить, насыпав на лист картона или стекла, положенный на магнит, железные опилки. Опилки выстроятся цепочками в направлении поля, а густота линий из опилок будет соответствовать интенсивности этого поля. (Гуще всего они у концов магнита, где интенсивность магнитного поля наибольшая.)

М.Фарадей (1791–1867) ввел для магнитов понятие замкнутых линий индукции. Линии индукции выходят в окружающее пространство из магнита у его северного полюса, входят в магнит у южного полюса и проходят внутри материала магнита от южного полюса обратно к северному, образуя замкнутую петлю. Полное число линий индукции, выходящих из магнита, называется магнитным потоком. Плотность магнитного потока, или магнитная индукция (В), равна числу линий индукции, проходящих по нормали через элементарную площадку единичной величины.

Магнитной индукцией определяется сила, с которой магнитное поле действует на находящийся в нем проводник с током. Если проводник, по которому проходит ток I, расположен перпендикулярно линиям индукции, то по закону Ампера сила F, действующая на проводник, перпендикулярна и полю, и проводнику и пропорциональна магнитной индукции, силе тока и длине проводника. Таким образом, для магнитной индукции B можно написать выражение

где F – сила в ньютонах, I – ток в амперах, l – длина в метрах. Единицей измерения магнитной индукции является тесла (Тл) (см. также ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ).

Гальванометр.

Гальванометр – чувствительный прибор для измерения слабых токов. В гальванометре используется вращающий момент, возникающий при взаимодействии подковообразного постоянного магнита с небольшой токонесущей катушкой (слабым электромагнитом), подвешенной в зазоре между полюсами магнита. Вращающий момент, а следовательно, и отклонение катушки пропорциональны току и полной магнитной индукции в воздушном зазоре, так что шкала прибора при небольших отклонениях катушки почти линейна.

Намагничивающая сила и напряженность магнитного поля.

Далее следует ввести еще одну величину, характеризующую магнитное действие электрического тока. Предположим, что ток проходит по проводу длинной катушки, внутри которой расположен намагничиваемый материал. Намагничивающей силой называется произведение электрического тока в катушке на число ее витков (эта сила измеряется в амперах, так как число витков – величина безразмерная). Напряженность магнитного поля Н равна намагничивающей силе, приходящейся на единицу длины катушки. Таким образом, величина Н измеряется в амперах на метр; ею определяется намагниченность, приобретаемая материалом внутри катушки.

В вакууме магнитная индукция B пропорциональна напряженности магнитного поля Н:

где m0 – т.н. магнитная постоянная, имеющая универсальное значение 4pЧ10^–7 Гн/м. Во многих материалах величина B приблизительно пропорциональна Н. Однако в ферромагнитных материалах соотношение между B и Н несколько сложнее (о чем будет сказано ниже).

На рис. 1 изображен простой электромагнит, предназначенный для захвата грузов. Источником энергии служит аккумуляторная батарея постоянного тока. На рисунке показаны также силовые линии поля электромагнита, которые можно выявить обычным методом железных опилок.

Крупные электромагниты с железными сердечниками и очень большим числом ампер-витков, работающие в непрерывном режиме, обладают большой намагничивающей силой. Они создают магнитную индукцию до 6 Тл в промежутке между полюсами; эта индукция ограничивается лишь механическими напряжениями, нагреванием катушек и магнитным насыщением сердечника. Ряд гигантских электромагнитов (без сердечника) с водяным охлаждением, а также установок для создания импульсных магнитных полей был сконструирован П.Л.Капицей (1894–1984) в Кембридже и в Институте физических проблем АН СССР и Ф.Биттером (1902–1967) в Массачусетском технологическом институте. На таких магнитах удавалось достичь индукции до 50 Тл. Сравнительно небольшой электромагнит, создающий поля до 6,2 Тл, потребляющий электрическую мощность 15 кВт и охлаждаемый жидким водородом, был разработан в Лосаламосской национальной лаборатории. Подобные поля получают при криогенных температурах.

Магнитная проницаемость и ее роль в магнетизме.

Магнитная проницаемость m – это величина, характеризующая магнитные свойства материала. Ферромагнитные металлы Fe, Ni, Co и их сплавы обладают очень высокими максимальными проницаемостями – от 5000 (для Fe) до 800 000 (для супермаллоя). В таких материалах при сравнительно малых напряженностях поля H возникают большие индукции B, но связь между этими величинами, вообще говоря, нелинейна из-за явлений насыщения и гистерезиса, о которых говорится ниже. Ферромагнитные материалы сильно притягиваются магнитами. Они теряют свои магнитные свойства при температурах выше точки Кюри (770° С для Fe, 358° С для Ni, 1120° С для Co) и ведут себя как парамагнетики, для которых индукция B вплоть до очень высоких значений напряженности H пропорциональна ей – в точности так же, как это имеет место в вакууме. Многие элементы и соединения являются парамагнитными при всех температурах. Парамагнитные вещества характеризуются тем, что намагничиваются во внешнем магнитном поле; если же это поле выключить, парамагнетики возвращаются в ненамагниченное состояние. Намагниченность в ферромагнетиках сохраняется и после выключения внешнего поля.

На рис. 2 представлена типичная петля гистерезиса для магнитно-твердого (с большими потерями) ферромагнитного материала. Она характеризует неоднозначную зависимость намагниченности магнитоупорядоченного материала от напряженности намагничивающего поля. С увеличением напряженности магнитного поля от исходной (нулевой) точки (1) намагничивание идет по штриховой линии 1–2, причем величина m существенно изменяется по мере того, как возрастает намагниченность образца. В точке 2 достигается насыщение, т.е. при дальнейшем увеличении напряженности намагниченность больше не увеличивается. Если теперь постепенно уменьшать величину H до нуля, то кривая B(H) уже не следует по прежнему пути, а проходит через точку 3, обнаруживая как бы «память» материала о «прошлой истории», откуда и название «гистерезис». Очевидно, что при этом сохраняется некоторая остаточная намагниченность (отрезок 1–3). После изменения направления намагничивающего поля на обратное кривая В (Н) проходит точку 4, причем отрезок (1)–(4) соответствует коэрцитивной силе, препятствующей размагничиванию. Дальнейший рост значений (-H) приводит кривую гистерезиса в третий квадрант – участок 4–5. Следующее за этим уменьшение величины (-H) до нуля и затем возрастание положительных значений H приведет к замыканию петли гистерезиса через точки 6, 7 и 2.

Магнитно-твердые материалы характеризуются широкой петлей гистерезиса, охватывающей значительную площадь на диаграмме и потому соответствующей большим значениям остаточной намагниченности (магнитной индукции) и коэрцитивной силы. Узкая петля гистерезиса (рис. 3) характерна для магнитно-мягких материалов – таких, как мягкая сталь и специальные сплавы с большой магнитной проницаемостью. Такие сплавы и были созданы с целью снижения обусловленных гистерезисом энергетических потерь. Большинство подобных специальных сплавов, как и ферриты, обладают высоким электрическим сопротивлением, благодаря чему уменьшаются не только магнитные потери, но и электрические, обусловленные вихревыми токами.

Магнитные материалы с высокой проницаемостью изготовляются путем отжига, осуществляемого выдерживанием при температуре около 1000° С, с последующим отпуском (постепенным охлаждением) до комнатной температуры. При этом очень существенны предварительная механическая и термическая обработка, а также отсутствие в образце примесей. Для сердечников трансформаторов в начале 20 в. были разработаны кремнистые стали, величина m которых возрастала с увеличением содержания кремния. Между 1915 и 1920 появились пермаллои (сплавы Ni с Fe) с характерной для них узкой и почти прямоугольной петлей гистерезиса. Особенно высокими значениями магнитной проницаемости m при малых значениях H отличаются сплавы гиперник (50% Ni, 50% Fe) и му-металл (75% Ni, 18% Fe, 5% Cu, 2% Cr), тогда как в перминваре (45% Ni, 30% Fe, 25% Co) величина m практически постоянна в широких пределах изменения напряженности поля. Среди современных магнитных материалов следует упомянуть супермаллой – сплав с наивысшей магнитной проницаемостью (в его состав входит 79% Ni, 15% Fe и 5% Mo).

Теории магнетизма.

Впервые догадка о том, что магнитные явления в конечном счете сводятся к электрическим, возникла у Ампера в 1825, когда он высказал идею замкнутых внутренних микротоков, циркулирующих в каждом атоме магнита. Однако без какого-либо опытного подтверждения наличия в веществе таких токов (электрон был открыт Дж.Томсоном лишь в 1897, а описание структуры атома было дано Резерфордом и Бором в 1913) эта теория «увяла». В 1852 В.Вебер высказал предположение, что каждый атом магнитного вещества представляет собой крошечный магнит, или магнитный диполь, так что полная намагниченность вещества достигается, когда все отдельные атомные магниты оказываются выстроенными в определенном порядке (рис. 4,б). Вебер полагал, что сохранять свое упорядочение вопреки возмущающему влиянию тепловых колебаний этим элементарным магнитам помогает молекулярное или атомное «трение». Его теория смогла объяснить намагничивание тел при соприкосновении с магнитом, а также их размагничивание при ударе или нагреве; наконец, объяснялось и «размножение» магнитов при разрезании намагниченной иглы или магнитного стержня на части. И все же эта теория не объясняла ни происхождения самих элементарных магнитов, ни явлений насыщения и гистерезиса. Теория Вебера была усовершенствована в 1890 Дж.Эвингом, заменившим его гипотезу атомного трения идеей межатомных ограничивающих сил, помогающих поддерживать упорядочение элементарных диполей, которые составляют постоянный магнит.

Подход к проблеме, предложенный когда-то Ампером, получил вторую жизнь в 1905, когда П.Ланжевен объяснил поведение парамагнитных материалов, приписав каждому атому внутренний нескомпенсированный электронный ток. Согласно Ланжевену, именно эти токи образуют крошечные магниты, хаотически ориентированные, когда внешнее поле отсутствует, но приобретающие упорядоченную ориентацию после его приложения. При этом приближение к полной упорядоченности соответствует насыщению намагниченности. Кроме того, Ланжевен ввел понятие магнитного момента, равного для отдельного атомного магнита произведению «магнитного заряда» полюса на расстояние между полюсами. Таким образом, слабый магнетизм парамагнитных материалов обусловлен суммарным магнитным моментом, создаваемым нескомпенсированными электронными токами.

В 1907 П.Вейс ввел понятие «домена», ставшее важным вкладом в современную теорию магнетизма. Вейс представлял домены в виде небольших «колоний» атомов, в пределах которых магнитные моменты всех атомов в силу каких-то причин вынуждены сохранять одинаковую ориентацию, так что каждый домен намагничен до насыщения. Отдельный домен может иметь линейные размеры порядка 0,01 мм и соответственно объем порядка 10^–6 мм³. Домены разделены так называемыми блоховскими стенками, толщина которых не превышает 1000 атомных размеров. «Стенка» и два противоположно ориентированных домена схематически изображены на рис. 5. Такие стенки представляют собой «переходные слои», в которых происходит изменение направления намагниченности доменов.

В общем случае на кривой первоначального намагничивания можно выделить три участка (рис. 6). На начальном участке стенка под действием внешнего поля движется сквозь толщу вещества, пока не встретит дефект кристаллической решетки, который ее останавливает. Увеличив напряженность поля, можно заставить стенку двигаться дальше, через средний участок между штриховыми линиями. Если после этого напряженность поля вновь уменьшить до нуля, то стенки уже не вернутся в исходное положение, так что образец останется частично намагниченным. Этим объясняется гистерезис магнита. На конечном участке кривой процесс завершается насыщением намагниченности образца за счет упорядочения намагниченности внутри последних неупорядоченных доменов. Такой процесс почти полностью обратим. Магнитную твердость проявляют те материалы, у которых атомная решетка содержит много дефектов, препятствующих движению междоменных стенок. Этого можно достичь механической и термической обработкой, например путем сжатия и последующего спекания порошкообразного материала. В сплавах алнико и их аналогах тот же результат достигается путем сплавления металлов в сложную структуру.

Кроме парамагнитных и ферромагнитных материалов, существуют материалы с так называемыми антиферромагнитными и ферримагнитными свойствами. Различие между этими видами магнетизма поясняется на рис. 7. Исходя из представления о доменах, парамагнетизм можно рассматривать как явление, обусловленное наличием в материале небольших групп магнитных диполей, в которых отдельные диполи очень слабо взаимодействуют друг с другом (или вообще не взаимодействуют) и потому в отсутствие внешнего поля принимают лишь случайные ориентации (рис. 7,а). В ферромагнитных же материалах в пределах каждого домена существует сильное взаимодействие между отдельными диполями, приводящее к их упорядоченному параллельному выстраиванию (рис. 7,б). В антиферромагнитных материалах, напротив, взаимодействие между отдельными диполями приводит к их антипараллельному упорядоченному выстраиванию, так что полный магнитный момент каждого домена равен нулю (рис. 7,в). Наконец, в ферримагнитных материалах (например, ферритах) имеется как параллельное, так и антипараллельное упорядочение (рис. 7,г), итогом чего оказывается слабый магнетизм.

Имеются два убедительных экспериментальных подтверждения существования доменов. Первое из них – так называемый эффект Баркгаузена, второе – метод порошковых фигур. В 1919 Г.Баркгаузен установил, что при наложении внешнего поля на образец из ферромагнитного материала его намагниченность изменяется небольшими дискретными порциями. С точки зрения доменной теории это не что иное, как скачкообразное продвижение междоменной стенки, встречающей на своем пути отдельные задерживающие ее дефекты. Данный эффект обычно обнаруживается с помощью катушки, в которую помещается ферромагнитный стерженек или проволока. Если поочередно подносить к образцу и удалять от него сильный магнит, образец будет намагничиваться и перемагничиваться. Скачкообразные изменения намагниченности образца изменяют магнитный поток через катушку, и в ней возбуждается индукционный ток. Напряжение, возникающее при этом в катушке, усиливается и подается на вход пары акустических наушников. Щелчки, воспринимаемые через наушники, свидетельствует о скачкообразном изменении намагниченности.

Для выявления доменной структуры магнита методом порошковых фигур на хорошо отполированную поверхность намагниченного материала наносят каплю коллоидной суспензии ферромагнитного порошка (обычно Fe₃O₄). Частицы порошка оседают в основном в местах максимальной неоднородности магнитного поля – на границах доменов. Такую структуру можно изучать под микроскопом. Был предложен также метод, основанный на прохождении поляризованного света сквозь прозрачный ферромагнитный материал.

Первоначальная теория магнетизма Вейса в своих основных чертах сохранила свое значение до настоящего времени, получив, однако, обновленную интерпретацию на основе представления о нескомпенсированных электронных спинах как факторе, определяющем атомный магнетизм. Гипотеза о существовании собственного момента у электрона была выдвинута в 1926 С.Гаудсмитом и Дж.Уленбеком, и в настоящее время в качестве «элементарных магнитов» рассматриваются именно электроны как носители спина.

Для пояснения этой концепции рассмотрим (рис. 8) свободный атом железа – типичного ферромагнитного материала. Две его оболочки (K и L), ближайшие к ядру, заполнены электронами, причем на первой из них размещены два, а на второй – восемь электронов. В K-оболочке спин одного из электронов положителен, а другого – отрицателен. В L-оболочке (точнее, в двух ее подоболочках) у четырех из восьми электронов положительные, а у других четырех – отрицательные спины. В обоих случаях спины электронов в пределах одной оболочки полностью компенсируются, так что полный магнитный момент равен нулю. В M-оболочке ситуация иная, поскольку из шести электронов, находящихся в третьей подоболочке, пять электронов имеют спины, направленные в одну сторону, и лишь шестой – в другую. В результате остаются четыре нескомпенсированных спина, чем и обусловлены магнитные свойства атома железа. (Во внешней N-оболочке всего два валентных электрона, которые не дают вклада в магнетизм атома железа.) Сходным образом объясняется магнетизм и других ферромагнетиков, например никеля и кобальта. Поскольку соседние атомы в образце железа сильно взаимодействуют друг с другом, причем их электроны частично коллективизируются, такое объяснение следует рассматривать лишь как наглядную, но весьма упрощенную схему реальной ситуации.

Теорию атомного магнетизма, основанную на учете спина электрона, подкрепляют два интересных гиромагнитных эксперимента, один из которых был проведен А.Эйнштейном и В.де Гаазом, а другой – С.Барнеттом. В первом из этих экспериментов цилиндрик из ферромагнитного материала подвешивался так, как показано на рис. 9. Если по проводу обмотки пропустить ток, то цилиндрик поворачивается вокруг своей оси. При изменении направления тока (а следовательно, и магнитного поля) он поворачивается в обратном направлении. В обоих случаях вращение цилиндрика обусловлено упорядочением электронных спинов. В эксперименте Барнетта, наоборот, так же подвешенный цилиндрик, резко приведенный в состояние вращения, в отсутствие магнитного поля намагничивается. Этот эффект объясняется тем, что при вращении магнетика создается гироскопический момент, стремящийся повернуть спиновые моменты по направлению собственной оси вращения.

За более полным объяснением природы и происхождения короткодействующих сил, упорядочивающих соседние атомные магнитики и противодействующих разупорядочивающему влиянию теплового движения, следует обратиться к квантовой механике. Квантово-механическое объяснение природы этих сил было предложено в 1928 В.Гейзенбергом, который постулировал существование обменных взаимодействий между соседними атомами. Позднее Г.Бете и Дж.Слэтер показали, что обменные силы существенно возрастают с уменьшением расстояния между атомами, но по достижении некоторого минимального межатомного расстояния падают до нуля.

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА

Одно из первых обширных и систематических исследований магнитных свойств вещества было предпринято П.Кюри. Он установил, что по своим магнитным свойствам все вещества можно разделить на три класса. К первому относятся вещества с резко выраженными магнитными свойствами, подобными свойствам железа. Такие вещества называются ферромагнитными; их магнитное поле заметно на значительных расстояниях (см. выше). Во второй класс попадают вещества, называемые парамагнитными; магнитные свойства их в общем аналогичны свойствам ферромагнитных материалов, но гораздо слабее. Например, сила притяжения к полюсам мощного электромагнита может вырвать из ваших рук железный молоток, а чтобы обнаружить притяжение парамагнитного вещества к тому же магниту, нужны, как правило, очень чувствительные аналитические весы. К последнему, третьему классу относятся так называемые диамагнитные вещества. Они отталкиваются электромагнитом, т.е. сила, действующая на диамагнетики, направлена противоположно той, что действует на ферро- и парамагнетики.

Измерение магнитных свойств.

При изучении магнитных свойств наиболее важное значение имеют измерения двух типов. Первый из них –измерения силы, действующей на образец вблизи магнита; так определяется намагниченность образца. Ко второму относятся измерения «резонансных» частот, связанных с намагничением вещества. Атомы представляют собой крошечные «гироскопы» и в магнитном поле прецессируют (как обычный волчок под влиянием вращающего момента, создаваемого силой тяжести) с частотой, которая может быть измерена. Кроме того, на свободные заряженные частицы, движущиеся под прямым углом к линиям магнитной индукции, действует сила, как и на электронный ток в проводнике. Она заставляет частицу двигаться по круговой орбите, радиус которой дается выражением

R = mv/eB,

где m – масса частицы, v – ее скорость, e – ее заряд, а B – магнитная индукция поля. Частота такого кругового движения равна

где f измеряется в герцах, e – в кулонах, m – в килограммах, B – в теслах. Эта частота характеризует движение заряженных частиц в веществе, находящемся в магнитном поле. Оба типа движений (прецессию и движение по круговым орбитам) можно возбудить переменными полями с резонансными частотами, равными «естественным» частотам, характерным для данного материала. В первом случае резонанс называется магнитным, а во втором – циклотронным (ввиду сходства с циклическим движением субатомной частицы в циклотроне).

Говоря о магнитных свойствах атомов, необходимо особо остановиться на их моменте импульса. Магнитное поле действует на вращающийся атомный диполь, стремясь повернуть его и установить параллельно полю. Вместо этого атом начинает прецессировать вокруг направления поля (рис. 10) с частотой, зависящей от дипольного момента и напряженности приложенного поля.

Прецессия атомов не поддается непосредственному наблюдению, поскольку все атомы образца прецессируют в разной фазе. Если же приложить небольшое переменное поле, направленное перпендикулярно постоянному упорядочивающему полю, то между прецессирующими атомами устанавливается определенное фазовое соотношение и их суммарный магнитный момент начинает прецессировать с частотой, равной частоте прецессии отдельных магнитных моментов. Важное значение имеет угловая скорость прецессии. Как правило, это величина порядка 10¹⁰ Гц/Тл для намагниченности, связанной с электронами, и порядка 10⁷ Гц/Тл для намагниченности, связанной с положительными зарядами в ядрах атомов.

Принципиальная схема установки для наблюдения ядерного магнитного резонанса (ЯМР) представлена на рис. 11. В однородное постоянное поле между полюсами вводится изучаемое вещество. Если затем с помощью небольшой катушки, охватывающей пробирку, возбудить радиочастотное поле, то можно добиться резонанса на определенной частоте, равной частоте прецессии всех ядерных «гироскопов» образца. Измерения сходны с настройкой радиоприемника на частоту определенной станции.

Методы магнитного резонанса позволяют исследовать не только магнитные свойства конкретных атомов и ядер, но и свойства их окружения. Дело в том, что магнитные поля в твердых телах и молекулах неоднородны, поскольку искажены атомными зарядами, и детали хода экспериментальной резонансной кривой определяются локальным полем в области расположения прецессирующего ядра. Это и дает возможность изучать особенности структуры конкретного образца резонансными методами.

Расчет магнитных свойств.

Магнитная индукция поля Земли составляет 0,5Ч10^–4 Тл, тогда как поле между полюсами сильного электромагнита – порядка 2 Тл и более.

Магнитное поле, создаваемое какой-либо конфигурацией токов, можно вычислить, пользуясь формулой Био – Савара – Лапласа для магнитной индукции поля, создаваемого элементом тока. Расчет поля, создаваемого контурами разной формы и цилиндрическими катушками, во многих случаях весьма сложен. Ниже приводятся формулы для ряда простых случаев. Магнитная индукция (в теслах) поля, создаваемого длинным прямым проводом с током I (ампер), на расстоянии r (метров) от провода равна

Индукция в центре кругового витка радиуса R с током I равна (в тех же единицах):

Плотно намотанная катушка провода без железного сердечника называется соленоидом. Магнитная индукция, создаваемая длинным соленоидом c числом витков N в точке, достаточно удаленной от его концов, равна

Здесь величина NI/L есть число ампер (ампер-витков) на единицу длины соленоида. Во всех случаях магнитное поле тока направлено перпендикулярно этому току, а сила, действующая на ток в магнитном поле, перпендикулярна и току, и магнитному полю.

Поле намагниченного железного стержня сходно с внешним полем длинного соленоида с числом ампер-витков на единицу длины, соответствующим току в атомах на поверхности намагниченного стержня, поскольку токи внутри стержня взаимно компенсируются (рис. 12). По имени Ампера такой поверхностный ток называется амперовским. Напряженность магнитного поля H_a, создаваемая амперовским током, равна магнитному моменту единицы объема стержня M.

Если в соленоид вставлен железный стержень, то кроме того, что ток соленоида создает магнитное поле H, упорядочение атомных диполей в намагниченном материале стержня создает намагниченность M. В этом случае полный магнитный поток определяется суммой реального и амперовского токов, так что B = m0(H + H_a), или B = m0(H + M). Отношение M/H называется магнитной восприимчивостью и обозначается греческой буквой c ; c – безразмерная величина, характеризующая способность материала намагничиваться в магнитном поле.

Величина B/H, характеризующая магнитные свойства материала, называется магнитной проницаемостью и обозначается через ma, причем ma = m0m, где ma – абсолютная, а m – относительная проницаемости,

В ферромагнитных веществах величина c может иметь очень большие значения –до 10⁴ё10⁶. Величина c у парамагнитных материалов немного больше нуля, а у диамагнитных – немного меньше. Лишь в вакууме и в очень слабых полях величины c и m постоянны и не зависят от внешнего поля. Зависимость индукции B от H обычно нелинейна, а ее графики, т.н. кривые намагничивания, для разных материалов и даже при разных температурах могут существенно различаться (примеры таких кривых приведены на рис. 2 и 3).

Магнитные свойства вещества весьма сложны, и для их глубокого понимания необходим тщательный анализ строения атомов, их взаимодействий в молекулах, их столкновений в газах и их взаимного влияния в твердых телах и жидкостях; магнитные свойства жидкостей пока наименее изучены.

Магнитное поле — Циклопедия

Магнитное поле — это компонент электромагнитного поля, возникающий в присутствии переменного во времени электрического поля. Кроме того, магнитное поле может создаваться током заряженных частиц или магнитными моментами электронов в атомах (постоянные магниты). С точки зрения квантовой теории поля, электромагнитное взаимодействие передается безмассовым бозонным фотоном (частица, которую можно представить как квантовое возбуждение электромагнитного поля). Основной характеристикой магнитного поля является его сила, которая определяется вектором магнитной индукции [math]\vec{\mathbf{B}}[/math] (вектором индукции магнитного поля). В СИ магнитная индукция измеряется в теслах (TL), в системе СГС — в гауссах. Эффекты магнитных полей обычно проявляются в постоянных магнитах, которые притягивают магнитные материалы, такие как железо, и притягивают или отталкивают другие магниты.

В специальной теории относительности электрическое и магнитное поля — это два взаимосвязанных аспекта одного и того же объекта, называемого электромагнитным тензором. Разрушение этого тензора в электрическом и магнитном полях зависит от относительной скорости наблюдателя и заряда. Магнитное и электрическое поля взаимосвязаны и являются компонентами электромагнитной силы, одной из четырех основных сил в природе.

В повседневной жизни магнитные поля чаще всего встречаются как невидимая сила, создаваемая постоянными магнитами, которые взаимодействуют с ферромагнитными материалами, такими как железо, кобальт или никель. Магнитные поля очень широко используются во всех современных технологиях, в частности в области электротехники и электромеханики. Торсионные магнитные поля используются как в электродвигателях, так и в генераторах. Взаимодействие магнитных полей в электрических устройствах, таких как трансформаторы, присутствует в магнитных цепях. Магнитные силы предоставляют информацию о носителях заряда в материале благодаря эффекту Голе. Земля создает собственное магнитное поле, которое защищает озоновый слой Земли от солнечного ветра и играет важную роль в навигации по компасу.

[править] Формирование магнитного поля

[править] Постоянные магниты

В отличие от электрических зарядов, магнитные заряды, которые создавали бы магнитное поле аналогичным образом, не наблюдаются. Теоретически такие заряды, называемые магнитными монополями, могут существовать. В этом случае электрическое и магнитное поля будут полностью симметричными.

Наименьшей единицей, которая может генерировать магнитное поле, является магнитный диполь. Магнитный диполь отличается тем, что у него всегда есть два полюса, в которых силовые линии поля начинаются и заканчиваются. Микроскопические магнитные диполи связаны со спинами элементарных частиц. Частицы с ненулевым спином, такие как протоны, нейтроны и электроны, являются элементарными магнитами. Величина дипольного магнетизма может быть выражена магнитным дипольным моментом, который обычно называют магнитным моментом и обозначают буквой [math]\mathbf{m}[/math]. Магнитный момент макроскопического куска вещества можно вычислить как векторную сумму магнитных моментов его атомов. Обычно моменты отдельных атомов направлены случайным образом и поэтому компенсируют друг друга, а общий магнитный момент вещества равен нулю. Однако некоторые вещества, особенно ферромагнетики, обычно упорядочиваются по состояниям, в которых магнитные моменты всех атомов вещества начинают быть направлены в одном направлении. Есть две модели, описывающие магнитное поле элементарных магнитных диполей — модель Гильберта и модель Ампера. Для описаний полей в этих моделях используются два разных значения: [math]\mathbf{H}[/math] і [math]\mathbf{B}[/math]. Вне магнита они такие же, но внутри магнита их значения перестают совпадать.

[править] Модель Гильберта и H-поле

Магнитное поле H, созданное двумя магнитными зарядами.

В этой модели диполь рассматривается как два магнитных заряда, и создаваемое ими поле похоже на поле электрического диполя, то есть его линии начинаются на севере и заканчиваются на юге без бесконечности, точно так же, как линии электрического поля начинаются с положительного заряда и заканчиваются отрицательным. Также по аналогии магнитный момент такого диполя равен [math]\mathbf{m}= \mathbf{q_m} \mathbf{d}[/math], где q_m — магнитные заряды, d — расстояние между ними.

Модель Гильберта предполагает допустимые значения напряженности магнитного поля как внутри, так и снаружи магнита, включая тот факт, что его направление противоположно направлению вектора намагниченности. Однако у модели полюса есть ограничения из-за того, что она фактически основана на понятии плотности магнитного заряда. Таким образом, это не может объяснить ни того факта, что полюса магнита нельзя отделить друг от друга, ни магнитных свойств движущихся электрических зарядов

[править] Модель Ампера и B-поле

В этой модели диполь рассматривается как небольшой замкнутый контур, по которому непрерывно течет ток^[1]. В такой модели создаваемое ею поле будет соленоидным, что означает, что ее силовые линии не имеют ни начала, ни конца, а будут закручены по контуру, проходящему через ее ядро. Магнитный момент такого диполя будет [math]\mathbf{m} = \mathrm{I}\mathbf{S}[/math], где I — ток в цепи, а S — его площадь поперечного сечения. Вот такой магнит будет перпендикулярен контуру. Важной особенностью поля B является то, что в отличие от H-поля, линии которого всегда направлены от одного полюса к другому, его линии внутри магнита имеют противоположное направление.

Подводя итог и формализуя результат, можно сказать, что если силовая линия B-поля попадает в определенную область пространства, она всегда выходит из нее позже, то есть

[math]\oint_S \mathbf{B} \cdot \mathrm{d}\mathbf{A} = 0,[/math]

где интеграл вычисляется по замкнутой поверхности S, а произведение B·dA положительно, когда линия выходит на поверхность, и отрицательно, когда она покидает ее.

На самом деле современная модель ближе к истине. Для многих частиц, таких как переходные металлы или двухатомные молекулы, основной вклад в магнитный момент вносит орбитальный момент электрона^[2]. Однако другой источник, то есть момент, возникающий при раскручивании электронов и ядер, такой моделью не объясняется, поскольку спин — чисто квантовое явление и не имеет близких аналогов в мире.

[править] Электрические заряды

Одиночный заряд, двигаясь равномерно и прямо, создает вокруг себя магнитное поле, линии которого замыкаются и закручиваются вокруг оси, совпадающей с направлением движения заряда. Его значение можно записать следующим образом:[math]\mathbf{B} = \mathbf{E} \cdot \mathrm{v}[/math]^[3]. Как можно понять из релятивистских соображений, величина поля будет зависеть от системы отсчета наблюдателя, движущегося с той же скоростью и в том же направлении, что и заряд. Таким образом, в теории относительности электрическое и магнитное поля являются компонентами одного и того же электромагнитного поля.

Поскольку электрический ток представляет собой набор большого количества движущихся зарядов, он также создает магнитное поле. Однако такая система не может создавать электрическое поле, потому что она электрически нейтральна. Значение этого поля определяется законом Био-Савара-Лапласа:

[math] \mathbf{B} = \frac{\mu_0I}{4\pi}\int_{\mathrm{wire}}\frac{\mathrm{d}\boldsymbol{\ell} \times \mathbf{\hat r}}{r^2},[/math]

Направление поля можно определить по правилу Ампера или правилу правой руки. Такое поле также является вихрем, то есть его силовые линии замкнуты. В крайнем случае бесконечного прямого проводника магнитное поле будет обладать осевой и поступательной симметрией.

Чтобы сконцентрировать магнитное поле, цепь переделывается в катушку, таким образом образуя соленоид, в котором внутреннее поле усиливается, а внешнее поле ослабляется. Если внутрь соленоида поместить ферромагнитный сердечник, образуется электромагнит. Для бесконечного соленоида поле внутри него можно записать по формуле:

[math]B=\mu_0nI[/math]

где n — количество витков провода на единицу длины, I — ток в цепи. Эта формула также верна для соленоида конечной длины, если точка измерения находится достаточно далеко от его концов.

Магнитное поле также создается переменным электрическим полем. Согласно закону электромагнитной индукции переменное магнитное поле создает переменное электрическое поле, которое также является вихревым. Взаимное создание электрического и магнитного полей на переменных магнитных и электрических полях приводит к возможности распространения электромагнитных волн в пространстве.

Что, если магнитное поле Земли исчезнет?

Магнитное поле планеты простирается от Земли, как невидимые спагетти. Созданное в результате взбалтывания ядра Земли, это поле важно для повседневной жизни: оно защищает планету от солнечных частиц, обеспечивает основу для навигации и, возможно, сыграло важную роль в эволюции жизни на Земле.

Но что произойдет, если завтра магнитное поле Земли исчезнет? Большее количество заряженных солнечных частиц будет бомбардировать планету, поставив в тупик энергосистемы и спутники и увеличив воздействие на человека более высоких уровней вызывающего рак ультрафиолетового излучения.Другими словами, отсутствие магнитного поля будет иметь последствия, которые будут проблематичными, но не обязательно апокалиптическими, по крайней мере, в краткосрочной перспективе.

И это хорошие новости, потому что на протяжении более века он ослабевает. Даже сейчас есть особо непрочные пятна, такие как Южно-Атлантическая аномалия в Южном полушарии, которые создают технические проблемы для низкоорбитальных спутников.

Связано: Что произойдет с Землей, когда Солнце умрет?

Первое, что нужно понять о магнитном поле, это то, что даже если оно ослабнет, оно не исчезнет — по крайней мере, в течение миллиардов лет.Земля обязана своим магнитным полем своему расплавленному внешнему ядру, которое состоит в основном из железа и никеля. По словам Джона Тардуно, геофизика из Университета Рочестера, внешнее ядро ​​взбалтывается за счет конвекции тепла, выделяемого по мере роста и затвердевания внутреннего ядра. (Внутреннее ядро ​​увеличивается примерно на миллиметр в год.)

Этот двигатель магнитного поля, известный как динамо-машина, работал миллиарды лет. Ученые полагают, что нынешнее устройство ядра могло установиться на свои места около 1.5 миллиардов лет назад, согласно исследованию по 2015 год, обнаружило скачок в напряженности магнитного поля примерно тогда. Но Тардуно и его команда нашли доказательства наличия магнитного поля на Земле в самых старых минералах планеты, цирконах, возраст которых составляет 4,2 миллиарда лет, что позволяет предположить, что активность в ядре создавала магнетизм в течение очень долгого времени.

Непонятно, почему была запущена динамо-машина, сказал Тардуно Live Science, хотя вполне возможно, что огромное планетарное воздействие, создавшее Луну, могло быть ключевым фактором.Это столкновение, которое произошло примерно через 100 миллионов лет после того, как Земля собралась вместе , могло встряхнуть любое расслоение или расслоение материалов в ядре Земли: представьте себе встряхивание бутылки с маслом и водой в планетарном масштабе. Это нарушение могло способствовать конвекции, которая до сих пор движет динамо-машиной Земли.

В конце концов, внутреннее ядро, вероятно, вырастет настолько, что конвекция во внешнем ядре перестанет действовать, и магнитное поле исчезнет.Но этот сценарий так далек, что не стоит терять много сна.

«Мы говорим о миллиардах лет», — сказал Тардуно.

Ослабление магнитного поля

Намного более важным для жизни людей является ослабление магнитного поля. Ученые измеряли это ослабление напрямую с помощью магнитных обсерваторий и спутников в течение последних 160 лет. Было ли поле нестабильным раньше, это немного неясно, как и то, что он будет делать дальше. По словам Тардуно, магнитное поле в настоящее время составляет около 80% дипольного.Это означает, что он действует в основном как стержневой магнит. Если бы вы могли положить вокруг планеты железные опилки (и убрать влияние солнца, которое извергает постоянный поток заряженных частиц, называемый , солнечный ветер , в сторону Земли, разнося магнитное поле, как длинные волосы на ветру), в результате получится силовые линии магнитного поля будут ясно показывать север и юг. Но 20% поля недиполярное, а это значит, что все сложнее; есть местные вариации.

Связано: 5 способов, которыми мир радикально изменится в этом веке

В прошлом, магнитное поле перевернулось на , поменяв местами север и юг.Последний из этих изменений произошел 780 000 лет назад, примерно в эпоху года Homo erectus . Этим флипам обычно предшествовало ослабление поля, вызывая вопросы о том, неизбежен ли еще один флип-флоп. Но поле также временами ослабевает, а затем снова усиливается без переворачивания, явление, называемое экскурсией.

Тардуно и его команда обнаружили, что странный водоворот в ядре под Южной Африкой может внести свой вклад в некоторые из этих недостатков. Этот вихрь, по-видимому, вызывает Южно-Атлантическую аномалию, известное слабое место в поле, которое простирается примерно от 190 миль (300 километров) к востоку от Бразилии через большую часть Южной Америки.В этой области заряженные частицы солнечного ветра падают ближе, чем обычно, к Земле. Южноатлантическая аномалия не особенно заметна на земле. Но спутники на околоземной орбите сталкиваются там с более разрушительными солнечными частицами, и астронавты, которые путешествовали по региону на Международной космической станции, сообщили о визуальных явлениях падающих звезд , которые, как считается, вызваны относительно высокими уровнями радиации на уровне низкой Земли. орбита там.

Земля без поля

Тардуно и его команда подозревают, что изменение мантии под Южной Африкой могло быть спусковой точкой для инверсий магнитного поля в прошлом.Хорошая новость в том, что, даже если поле ослабевает или готовится к перемене, оно не исчезнет; нет никаких доказательств того, что магнитное поле когда-либо полностью исчезало во время инверсии.

Даже если поле изменится на противоположное, «у нас все равно будет какое-то магнитное поле; это просто будет очень слабое магнитное поле», — сказал Тардуно.

Как бы выглядел этот мир с минимальным магнитным полем ? Ну, во-первых, твой компас не работает. «Он просто будет указывать на [область] самого высокого магнитного поля», — сказал Тардуно.«Это могло быть очень близко к вам; это могло быть очень далеко».

Северное и южное сияние будет видно с более низких широт, потому что эти красочные шоу являются результатом взаимодействия заряженных частиц, выброшенных от Солнца в солнечном ветре и магнитосферы Земли. В настоящее время эти полярные сияния появляются около полюсов, следуя главным образом линиям магнитного поля Земли с севера на юг, но более слабое поле позволит частицам проникнуть в атмосферу Земли, освещая небо ближе к экватору.

Условия аномалии в Южной Атлантике для спутников могут стать обычным явлением по всему миру, что вызовет технические сбои. Солнечные частицы могут пинговать электронику, нарушая бит памяти в так называемых одиночных сбоях или SEU. Когда солнечные частицы взаимодействуют с заряженным слоем атмосферы Земли, называемым ионосферой, они также сбивают электроны с их молекулярных орбит. Эти свободные электроны затем мешают передаче высокочастотных радиоволн, используемых для связи.

Взаимодействие между солнечным ветром и атмосферой Земли также может со временем разрушить озоновый слой, сказал Тардуно, что повысит коллективное воздействие ультрафиолетового излучения на человечество и повысит риск рака кожи.

«Хотя это, вероятно, не было бы катастрофой для жизни, без магнитного поля на Земле была бы гораздо более высокая доза радиации», — сказал Мартин Арчер, физик космической плазмы из Лондонского университета королевы Марии.

Существует мало свидетельств того, что прошлые изменения магнитного поля влияли на жизнь на Земле.Тем не менее, магнитное поле, несомненно, сформировало поверхность Земли, помогая удерживать хрупкую атмосферу планеты от уноса в космос безжалостной силой солнечного ветра, сказал Арчер Live Science.

Магнитное поле не имеет решающего значения для наличия атмосферы — у Венеры нет магнитного поля и есть массивная, хотя и неприятная, атмосфера — но оно определенно действует как дополнительный защитный слой. Марс, который раньше имел магнитное поле, но потерял его около 4 миллиардов лет назад, практически полностью лишился своей атмосферы.И если бы существовал способ придать Луне атмосферу, подобную земной, солнечный ветер свел бы ее к нулю всего за столетие, сказал Арчер.

Первоначально опубликовано на Live Science .

Вам нужно больше места? Вы можете получить 5 выпусков журнала «All About Space» нашего партнера за $ 5 за последними потрясающими новостями с последнего рубежа! (Изображение предоставлено Future plc)

Излучение: электромагнитные поля

Биологические эффекты — это измеримые реакции на раздражитель или изменение окружающей среды.Эти изменения не обязательно вредны для вашего здоровья. Например, прослушивание музыки, чтение книги, поедание яблока или игра в теннис вызовут ряд биологических эффектов. Тем не менее ожидается, что ни одно из этих действий не окажет воздействия на здоровье. Тело имеет сложные механизмы, позволяющие приспосабливаться к многочисленным и разнообразным воздействиям, с которыми мы сталкиваемся в окружающей среде. Постоянные изменения — нормальная часть нашей жизни. Но, конечно же, организм не обладает адекватными механизмами компенсации всех биологических эффектов.Необратимые изменения, нагружающие систему на длительное время, могут представлять опасность для здоровья.

Неблагоприятное воздействие на здоровье вызывает заметное ухудшение здоровья подвергшегося облучению человека или его или ее потомства; с другой стороны, биологический эффект может привести или не привести к неблагоприятному воздействию на здоровье.

Не подлежит сомнению, что электромагнитные поля выше определенных уровней могут вызывать биологические эффекты. Эксперименты со здоровыми добровольцами показывают, что кратковременное воздействие на уровнях, присутствующих в окружающей среде или дома, не вызывает никаких видимых пагубных последствий.Воздействие более высоких уровней, которые могут быть вредными, ограничено национальными и международными правилами. Текущие дебаты сосредоточены на том, может ли длительное воздействие низких уровней вызывать биологические реакции и влиять на благополучие людей.

Распространенные опасения по поводу здоровья

Взгляд на заголовки новостей последних лет позволяет получить некоторое представление о различных областях, вызывающих озабоченность общества. В течение последнего десятилетия многочисленные источники электромагнитного поля стали предметом заботы о здоровье, включая линии электропередач, микроволновые печи, экраны компьютеров и телевизоров, устройства безопасности, радары и, в последнее время, мобильные телефоны и их базовые станции.

Международный проект по ЭМП

В ответ на растущую озабоченность общественного здравоохранения возможными последствиями для здоровья от воздействия постоянно растущего числа и разнообразия источников электромагнитного поля, в 1996 году Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) начала широкомасштабные междисциплинарные исследования. Международный проект EMF объединяет текущие знания и доступные ресурсы ключевых международных и национальных агентств и научных учреждений.

Выводы научных исследований

В области биологических эффектов и медицинских применений неионизирующего излучения за последние 30 лет было опубликовано около 25 000 статей.Несмотря на то, что некоторые люди считают, что необходимо провести дополнительные исследования, научные знания в этой области сейчас более обширны, чем по большинству химических веществ. Основываясь на недавнем подробном обзоре научной литературы, ВОЗ пришла к выводу, что имеющиеся данные не подтверждают существование каких-либо последствий для здоровья от воздействия электромагнитных полей низкого уровня. Однако существуют некоторые пробелы в знаниях о биологических эффектах, которые требуют дальнейших исследований.

Воздействие на общее состояние здоровья

Некоторые представители общественности связывают разрозненный набор симптомов с низким уровнем воздействия электромагнитных полей в домашних условиях.Сообщаемые симптомы включают головные боли, беспокойство, самоубийство и депрессию, тошноту, усталость и потерю либидо. На сегодняшний день научные данные не подтверждают связь между этими симптомами и воздействием электромагнитных полей. По крайней мере, некоторые из этих проблем со здоровьем могут быть вызваны шумом или другими факторами окружающей среды или беспокойством, связанным с наличием новых технологий.

Влияние на исход беременности

Многие различные источники и воздействия электромагнитных полей в жилой и рабочей среде, включая экраны компьютеров, водяные кровати и электрические одеяла, аппараты для радиочастотной сварки, оборудование для диатермии и радары, были оценены ВОЗ и другими организациями. организации.Общий вес доказательств показывает, что воздействие полей при типичных уровнях окружающей среды не увеличивает риск каких-либо неблагоприятных исходов, таких как самопроизвольные аборты, пороки развития, низкая масса тела при рождении и врожденные заболевания. Время от времени поступали сообщения о связи между проблемами со здоровьем и предполагаемым воздействием электромагнитных полей, например, сообщения о недоношенности и низкой массе тела при рождении у детей работников электронной промышленности, но научное сообщество не считает, что они обязательно вызваны: воздействие поля (в отличие от таких факторов, как воздействие растворителей).

Катаракта

Иногда сообщалось о общем раздражении глаз и катаракте у рабочих, подвергшихся воздействию высоких уровней радиочастотного и микроволнового излучения, но исследования на животных не подтверждают идею о том, что такие формы повреждения глаз могут возникать на уровнях, не являющихся термически опасными. . Нет никаких доказательств того, что эти эффекты возникают на уровне, с которым сталкивается широкая публика.

Электромагнитные поля и рак

Несмотря на множество исследований, доказательства любого эффекта остаются весьма противоречивыми.Однако ясно, что если электромагнитные поля действительно влияют на рак, то любое увеличение риска будет крайне незначительным. Полученные на сегодняшний день результаты содержат много несоответствий, но не было обнаружено значительного увеличения риска рака у детей или взрослых.

Ряд эпидемиологических исследований указывает на небольшое повышение риска детской лейкемии при воздействии низкочастотных магнитных полей в домашних условиях. Однако ученые в целом не пришли к выводу, что эти результаты указывают на причинно-следственную связь между воздействием полей и болезнью (в отличие от артефактов в исследовании или эффектов, не связанных с воздействием полей).Частично этот вывод был сделан потому, что исследования на животных и лабораторные исследования не смогли продемонстрировать какие-либо воспроизводимые эффекты, которые согласуются с гипотезой о том, что поля вызывают или способствуют развитию рака. В настоящее время в нескольких странах проводятся масштабные исследования, которые могут помочь решить эти проблемы.

Электромагнитная гиперчувствительность и депрессия

Некоторые люди сообщают о «гиперчувствительности» к электрическим или магнитным полям. Они спрашивают, могут ли боли, головные боли, депрессия, летаргия, нарушения сна и даже судороги и эпилептические припадки быть связаны с воздействием электромагнитного поля.

Существует мало научных доказательств, подтверждающих идею гиперчувствительности к электромагнитным полям. Недавние скандинавские исследования показали, что люди не проявляют последовательных реакций при должным образом контролируемых условиях воздействия электромагнитного поля. Также не существует общепринятого биологического механизма, объясняющего гиперчувствительность. Исследование этого предмета затруднено, потому что могут быть задействованы многие другие субъективные реакции, помимо прямого воздействия самих полей. Дальнейшие исследования по этому поводу продолжаются.

В центре внимания текущих и будущих исследований

В настоящее время много усилий направлено на изучение воздействия электромагнитных полей на рак. Исследования по поиску возможных канцерогенных (вызывающих рак) эффектов полей промышленной частоты продолжаются, хотя и на более низком уровне по сравнению с концом 1990-х годов.

Долгосрочные последствия использования мобильного телефона для здоровья — еще одна тема многих современных исследований. Не было обнаружено явных неблагоприятных последствий воздействия радиочастотных полей низкого уровня.Однако, учитывая обеспокоенность общественности безопасностью сотовых телефонов, дальнейшие исследования направлены на определение того, могут ли какие-либо менее очевидные эффекты возникнуть при очень низких уровнях воздействия.

Ключевые моменты

• Биологические эффекты вызывают широкий спектр факторов окружающей среды. «Биологический эффект» не означает «опасность для здоровья». Для выявления и измерения опасностей для здоровья необходимы специальные исследования.
• На низких частотах внешние электрические и магнитные поля индуцируют небольшие циркулирующие токи внутри тела.Практически во всех обычных средах уровни индуцированных токов внутри тела слишком малы, чтобы вызывать очевидные эффекты.
• Основным действием радиочастотных электромагнитных полей является нагрев тканей тела.
• Нет сомнений в том, что кратковременное воздействие очень высоких уровней электромагнитных полей может быть вредным для здоровья. В настоящее время обеспокоенность общественности сосредоточена на возможных долгосрочных последствиях для здоровья, вызванных воздействием электромагнитных полей на уровнях ниже тех, которые необходимы для возникновения острых биологических реакций.
• Международный проект ВОЗ по ЭМП был запущен с целью предоставить научно обоснованные и объективные ответы на обеспокоенность общественности возможными опасностями, связанными с электромагнитными полями низкого уровня.
• Несмотря на обширные исследования, на сегодняшний день нет доказательств того, что воздействие электромагнитных полей низкого уровня вредно для здоровья человека.
• В центре внимания международных исследований — изучение возможных связей между раком и электромагнитными полями, на линиях электропередач и радиочастотами.

Движущиеся электрические заряды создают магнитное поле, Рон Куртус

SfC Home> Физика> Магнетизм>

, автор: Рон Куртус (от 23 марта 2012 г.)

Когда электрический заряд движется или электрический ток проходит через провод, создается круговое магнитное поле.

Это можно увидеть по железной стружке или опилкам на карте, которая выравнивается в магнитном поле, когда ток проходит через соседний провод.Используя стандартные условные обозначения для направления электрического тока и магнитных силовых линий, направление магнитного поля можно определить с помощью так называемого правила правой руки для магнитного поля . Направление магнитного поля можно продемонстрировать с помощью компаса.

Вопросы, которые могут у вас возникнуть:

• Что происходит, когда электричество проходит по проводу?
• Что такое электрические и магнитные условные обозначения?
• Какое правило правой руки для тока через провод?

Этот урок ответит на эти вопросы.Полезный инструмент: Конвертация единиц

Магнитное поле вокруг провода

Когда заряженная частица, например электрон, протон или ион, находится в движении, магнитные силовые линии вращаются вокруг частицы. Поскольку электрический ток, движущийся по проводу, состоит из движущихся электронов, вокруг провода создается магнитное поле.

Это поле можно продемонстрировать, поместив мелкие железные опилки или стружку на автомобиль и продев проволоку через середину карты. Когда через провод пропускается постоянный электрический ток, железные опилки выравниваются, чтобы показать магнитное поле.

Железные опилки показывают магнитное поле вокруг электрического провода

Условные обозначения для электричества и магнетизма

Определенные условные обозначения используются для определения направления магнитного поля по отношению к направлению тока.

Направление электрического тока

Хотя электроны имеют отрицательный (-) электрический заряд и движутся к положительному (+) выводу в проводе, по соглашению электрический ток перемещается с положительного (+) на отрицательный (-).Это неудачный выбор, сделанный много лет назад, но вы должны знать об этом соглашении.

Направление магнитного поля

Магнитное поле принято считать, что силовые линии движутся с севера (N) на юг (S). Мы не знаем, движутся ли они в этом направлении или нет, но это просто условность, которой все следуют.

Правило магнитного поля

Правило правой руки для определения направления магнитного поля состоит в том, что если вы обхватите правой рукой провод, указав большим пальцем в направлении электрического тока, то ваши пальцы будут в направлении магнитного поля.

Правосторонняя линейка для электропровода

Проверка компасом

Вы можете проверить направление магнитного поля, поместив один или несколько компасов на карту и наблюдая за их направлением.

Компасы показывают направление магнитного поля

Обратите внимание, что ток должен быть постоянным (постоянный ток), например, от батареи. В противном случае с переменным током направление тока и магнитного поля будет меняться 50 или 60 раз в секунду.

Сводка

Когда электрический ток проходит по проводу, создается круговое магнитное поле. Железные опилки на карте могут демонстрировать магнитное поле, когда ток проходит через соседний провод. Используя стандартные условные обозначения для направления электрического тока и магнитных силовых линий, направление магнитного поля можно определить с помощью так называемого правила правой руки . Направление магнитного поля можно продемонстрировать с помощью компаса.

Изучите основные принципы

Ресурсы и ссылки

Полномочия Рона Куртуса

Сайты

Ресурсы магнетизма

Книги

Книги по физике с самым высоким рейтингом

Вопросы и комментарии

Есть ли у вас какие-либо вопросы, комментарии или мнения по этой теме? Если это так, отправьте свой отзыв по электронной почте.Я постараюсь вернуться к вам как можно скорее.

Поделиться страницей

Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:

Студенты и исследователи

Веб-адрес этой страницы:
www.school-for-champions.com/science/
Magnetic_field_moving_charges.htm

Пожалуйста, включите это как ссылку на свой веб-сайт или как ссылку в своем отчете, документе или диссертации.

Авторские права © Ограничения

Где ты сейчас?

Школа чемпионов

Магнетизм темы

Движущиеся электрические заряды создают магнитное поле

В: Что такое магнитное поле?

Физик : Магнитные поля — это не что иное, как результат объединения электрического поля с эффектами теории относительности.

Сначала немного предыстории. Магнитные поля были сначала определены таким образом, что железные опилки будут указывать в направлении (которое стало определяться как) поля. Причина, по которой опилки указывают в направлении поля, немного круглая, но, к счастью, физика оказалась довольно чистой.

Магнитное поле было определено так, чтобы подобные изображения имели смысл.

Классическая физика : A, когда заряд движется в каком-то направлении, он создает вокруг него магнитное поле.Направление поля можно найти с помощью (одного из) «правила (правил) правой руки».

Когда заряд движется, это называется «ток». Ток (даже единичный движущийся заряд) создает поле, которое охватывает его направление движения в соответствии с правилом правой руки: направьте большой палец правой руки вдоль тока, и ваши пальцы будут изгибаться в направлении поля. Чем больше заряд или скорость, тем больше поле. Физики, будучи умными, обычно обозначают магнитное поле буквой «B», а ток — буквой «I».

Помимо создания магнитных полей, движущиеся заряды также испытывают силу магнитного поля, которое можно найти с помощью другого правила правой руки. Укажите пальцами (на правой руке, конечно) в направлении движения заряда, согните пальцы в направлении поля, а большой палец будет указывать в направлении силы.

Заряд увеличивается. Когда магнитное поле направлено на экран вашего компьютера, заряд будет ощущать силу, толкающую влево.Когда магнитное поле указывает за пределы вашего экрана, заряд сдвигается вправо.

Осторожно повернув руку, вы сможете понять, что два одинаковых заряда, движущихся бок о бок в одном направлении, испытывают магнитное притяжение. Конечно, лайки отталкиваются (а противоположности притягиваются), поэтому два заряда будут ощущать отталкивание электрической силы. Это электрическое отталкивание всегда больше, чем магнитное притяжение, поэтому частицы все равно разлетаются, только медленнее.

Исключение составляют электрические провода. В проводах одинаковое количество положительного и отрицательного заряда, так что магнитная сила — это все, что осталось.

Но все это вызывает вопрос; с какой скоростью должны двигаться частицы, чтобы создаваемое ими магнитное поле, сближающее их, было достаточно сильным, чтобы уравновесить электрическую силу, раздвигающую их? Ответ — именно скорость света (не совпадение).

Кроме того, если на провода с током действуют магнитные силы, но не электрические, разве это не делает магнитные поля «реальными»? Не совсем.

Релятивистская физика : Рассмотрим две летящие частицы. Если вы двигаетесь вместе с ними, то с вашей точки зрения они неподвижны и просто разлетаются (стационарные заряды не создают магнитного поля). Но (классически), если заряды движутся мимо вас, они создают магнитное поле, и это удерживает их от разлета с такой же скоростью.

Однако, если вы запишете, сколько времени будут испытывать заряды при прохождении мимо вас, медленность их разделения будет объяснена.«Магнитное поле» — это просто иллюзия, созданная замедлением времени.

Обычно два заряда, движущиеся в одном направлении, разлетаются медленнее, чем обычно, из-за своего магнитного поля. Теория относительности показывает, что этот эффект более правильно объяснить с помощью замедления времени: они движутся во времени медленнее, поэтому они медленнее разлетаются.

С этой точки зрения вполне логично, что для остановки отталкивания двух зарядов они должны двигаться со скоростью света.Как обвинения отталкивают, и точка. Итак, чтобы не разлететься, они не должны вообще испытывать никакого времени (время не проходит со скоростью света).

Теперь рассмотрим два параллельных токоведущих провода. Когда течет ток, электроны (отрицательный заряд) движутся по проводу, а протоны (положительный заряд) в ядрах атомов остаются на месте. Протоны обычно видят протоны в другом проводе, но поскольку электроны в другом проводе движутся, протоны видят электроны как можно ближе друг к другу из-за релятивистского эффекта, называемого «сокращение длины».Электроны, в свою очередь, воспринимают протоны как движущиеся и поэтому испытывают тот же эффект. В результате каждая частица в обоих проводах воспринимает другой провод как имеющий противоположный общий заряд.

Протоны в обоих проводах видят, что электроны в обоих проводах более плотные из-за сокращения длины. Таким образом, они счастливы в своем собственном проводе и также пытаются привлечь другой провод. Электроны испытывают то же самое. Если ток в проводах течет в противоположных направлениях, то (по тем же причинам) провода отталкиваются друг от друга.

Итак, если магнитные поля — это просто странные релятивистские эффекты, тогда откуда берутся магнитные полюса, стержневые магниты и тому подобное?

Итак, мы получили, что ток, протекающий в одном направлении по двум проводам, заставляет эти провода притягиваться, а ток, текущий в противоположных направлениях, заставляет их отталкиваться. Чтобы получить магниты своего детства (некоторых из наших детских), все, что вам нужно сделать, это превратить этот провод в петлю.

Проволочная петля действует как стержневой магнит. Когда двое ориентированы одинаково, они притягиваются, а при противоположном — отталкиваются.

Эта точка зрения, что все магнитные диполи (стержневые магниты, большие и маленькие) могут быть сведены к токовым петлям, помогает объяснить многие вещи; например, почему нет магнитных монополей и почему атомы генерируют магнитные поля (вращающийся электрон — это, по сути, токовая петля).

Более распространенный взгляд на магнитное поле (среди физиков) состоит в том, что это просто часть более крупной структуры, называемой «электромагнитным полем». Забавная история: когда Эйнштейн впервые написал свою дерьмовую статью об относительности, вся эта тема «времени и пространства» была скорее второстепенным.Что его действительно интересовало, так это объединение электрических и магнитных сил под одной крышей. Короче говоря, если заряд движется в пространстве в присутствии магнитного поля, он ощущает толчок в новом направлении, продиктованном правилом правой руки (см. Выше). Если заряд движется через раз и , в присутствии электрического поля он также ощущает толчок в новом направлении (обычно к другому заряду или от него). Итак, электрические поля действуют на заряды, движущиеся во времени, а магнитные поля действуют на заряды, движущиеся в пространстве.Специальная теория относительности показывает, что различие между временем и пространством носит академический характер (физик, не моргнув глазом, скажет такие вещи, как «север, восток и будущее — три ортогональных направления»). Таким образом, электромагнитное поле — это просто более компактный способ работы с двумя полями одновременно.

Лично я считаю, что когда вы рассматриваете источник магнитного поля (движущиеся заряды), сочетание теории относительности с кулоновской силой объясняет все, что вам нужно. Хотя не очень четко и лаконично.Например, правила сохранения силовых линий магнитного поля выпадают из закона сохранения заряда и количества движения. Но большинство людей предпочли бы просто работать с (иллюзорными) линиями магнитного поля, чем возвращаться к основам каждые пять минут. И почему бы нет? Это значительно упрощает математику.

Study использует электрическое поле для создания магнитных свойств немагнитных материалов

В ходе эксперимента ученые перемещали электрический наконечник по поверхности и подавали положительное напряжение.Электрическое поле выравнивает спины электронов в немагнитном материале, а упорядочение создает магнитные свойства. Если напряжение поменять местами, спины снова становятся неупорядоченными и магнетизм теряется. Исследователи смогли увидеть изменения с помощью рентгеновской микроскопии Стэнфордского источника синхротронного излучения. Предоставлено: Национальная ускорительная лаборатория SLAC.

В исследовании, подтверждающем концепцию, опубликованном в журнале « Nature Physics », исследователи рисовали магнитные квадраты на немагнитном материале электрифицированным пером, а затем «читали» этот магнитный рисунок с помощью рентгеновских лучей.

Эксперимент продемонстрировал, что магнитные свойства могут быть созданы и аннигилированы в немагнитном материале с точным приложением электрического поля — то, что давно искали ученые, ищущие лучший способ хранения и извлечения информации на жестких дисках и других устройствах магнитной памяти. Исследование проводилось в Национальной ускорительной лаборатории SLAC Министерства энергетики и Корейском передовом институте науки и технологий.

«Важно то, что это обратимо. Изменение напряжения приложенного электрического поля снова размагничивает материал», — сказал Хендрик Олдаг, соавтор статьи и ученый из лаборатории Стэнфордского источника синхротронного излучения (SSRL), DOE. Служба пользователей Office of Science.

«Это означает, что этот метод может быть использован для разработки новых типов запоминающих устройств с дополнительными слоями информации, которые можно включать и выключать с помощью электрического поля, а не магнитных полей, используемых сегодня», — сказал Олдаг.«Это позволит более целенаправленно управлять и с меньшей вероятностью вызовет нежелательные эффекты в окружающих магнитных областях».

«Это экспериментальное открытие важно для преодоления нынешних трудностей в области хранения данных», — сказал Джун-Сик Ли, штатный научный сотрудник SLAC и один из руководителей эксперимента. «Теперь мы можем сделать однозначное заявление: этот подход может быть реализован для разработки будущих устройств хранения».

Выстраивание спинов

Магнитные свойства материала определяются ориентацией спинов электронов.В ферромагнитных материалах, содержащихся в жестких дисках, магнитах холодильников и стрелках компаса, все электронные спины выстроены в одном направлении. Этими вращениями можно управлять, применяя магнитное поле — например, переворачивая их с севера на юг, чтобы хранить информацию в виде единиц и нулей.

Ученые также пытались разными способами создать «мультиферроидное состояние», в котором магнетизмом можно манипулировать с помощью электрического поля.

«За последнее десятилетие это стало одним из Святых Граалей технологий», — сказал Олдаг.«Существуют исследования, которые уже показывали аспекты этого мультиферроидного состояния и раньше. Новинка здесь в том, что, создав особый материал, нам удалось как создать, так и устранить магнетизм контролируемым образом на наномасштабе».

Перекрестные помехи между электричеством и магнетизмом

В этом исследовании команда начала с антиферромагнитного материала — материала, который имеет небольшие участки магнетизма, которые нейтрализуют друг друга, так что в целом он не действует как магнит.

И антиферромагнетики, и ферромагнетики проявляют магнитные свойства только ниже определенной температуры, а выше этой температуры они становятся немагнитными.

Разработав антиферромагнитный материал, легированный элементом лантан, исследователи обнаружили, что они могут настроить свойства материала таким образом, чтобы электричество и магнетизм могли влиять друг на друга при комнатной температуре. Затем они могут изменить магнитные свойства с помощью электрического поля.

Чтобы увидеть эти изменения, они настроили сканирующий просвечивающий рентгеновский микроскоп в SSRL, чтобы он мог обнаруживать магнитное вращение электронов.Рентгеновские изображения подтвердили, что намагничивание действительно произошло и было обратимым.

Затем исследовательская группа хотела бы протестировать другие материалы, чтобы увидеть, смогут ли они найти способ сделать эффект еще более выраженным.

Новый материал спинтроники обещает огромный скачок в хранении компьютерных данных

Дополнительная информация:
Byung-Kweon Jang et al.Индуцированный электрическим полем переход спинового беспорядка в порядок вблизи точки мультиферроика тройной фазы, Nature Physics (2016). DOI: 10.1038 / nphys3902

Предоставлено
Национальная ускорительная лаборатория SLAC

Ссылка :
В исследовании используется электрическое поле для создания магнитных свойств немагнитного материала (2017, 12 января)
получено 4 ноября 2020
с https: // физ.org / news / 2017-01-электрическое-поле-магнитные-свойства-немагнитные.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, нет
часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Магнитное поле

2

Теория относительности: примирение двух противоположных взглядов на магнитную силу

Янв.29, 2018 — Наше понимание того, как точечная частица, несущая заряд, движется в присутствии неоднородного магнитного поля, до сих пор основывалось на двух теориях, которые, как считалось, различались. Ученые сейчас …

В сильных магнитных полях не все является ферромагнитным

10 февраля 2020 г. — Сильные магнитные поля могут изменить микроскопическое расположение магнитных моментов, поскольку они преодолевают взаимодействия, существующие в нулевом поле. Обычно высокие поля, превышающие определенное…

Новый мировой рекорд магнитного поля

17 сентября 2018 г. — Исследователи зафиксировали самое высокое магнитное поле, когда-либо достигнутое в помещении — открытие, которое может открыть двери для материаловедения и термоядерной энергии …

Физики «обманывают» фотоны, заставляя их вести себя как электроны, используя «синтетическое» магнитное поле

14 сентября 2020 г. — Ученые открыли изящный способ управления светом с помощью «синтетической» силы Лоренца, которая в природе ответственна за многие удивительные явления, включая полярное сияние…

Создание двумерного платинового магнита

6 апреля 2018 г. — Физики индуцировали магнетизм в платине с помощью электрического поля, созданного парамагнитной ионной жидкостью. Поскольку затрагивается только поверхность платины, это создает переключаемый 2-D …

Визуализация сильных магнитных полей с нейтронами

22 августа 2019 г. — Исследователи разработали новый метод точного измерения сильных магнитных полей.Они используют нейтроны, полученные от источника расщепления SINQ. Следовательно, в будущем это будет …

Взятие магнетизма за спину: изучение тайн скирмионов

23 января 2019 г. — Ученые обнаружили динамику релаксации состояния нулевого поля в скирмионах, вращающееся магнитное явление, которое имеет потенциальные применения в хранении данных и спинтронике …

Определение магнитных полей для предотвращения

11 июля 2018 г. — Обеспокоенность влиянием магнитных полей на здоровье человека требует от нас ограничить их воздействие.Физики разработали метод оценки циркуляции магнитных полей в …

Физики открыли новый магнитоэлектрический эффект

14 сентября 2020 г. — Обнаружен специальный материал, который демонстрирует новый удивительный эффект: его электрические свойства можно контролировать с помощью магнитного поля. Этот эффект работает совершенно иначе, чем обычно. Это может быть …

Нужны ли несколько H-катушек для точного измерения напряженности магнитного поля?

Ноябрь14, 2017 — Больше всегда лучше? Исследователи попытались выяснить, так ли это при измерении напряженности магнитного поля. В новой статье исследуется, является ли метод двойной H-катушки или метод одиночной H-катушки …

.