Что такое магнитное поле в физике определение: Магнитное поле

Содержание

Магнитное поле — все статьи и новости

Магнитное поле — это силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и тела, обладающие магнитным моментом. Это одна из пяти известных нам сил, управляющих Вселенной от микромасштабов до масштабов межгалактических. С тех пор как Джеймс Клерк Максвелл связал в своих знаменитых пяти уравнениях электродинамики электричество и магнетизм, объединение всех пяти сил стало для физиков одной из главных задач. В так называемой Стандартной модели им удалось объединить слабое взаимодействие с электромагнитным. С Великим объединением, включающим в силовой союз и сильное взаимодействие, пока не получается, но уже в наличии прогресс в виде множества моделей. Вопрос за малым: каким-то образом, объединить все это еще и с гравитацией.

Похоже, что магнитное поле — непременное условие для существования жизни. Оно представляет собой единственную защиту от убивающей радиации Солнца. По одной из гипотез истории Марса, у него в далекой древности были моря и воздух, но потом что-то сильно его ударило и лишило магнитного поля. Атмосферу снесло солнечным ветром, океан, тогда существовавший, усох, и сегодня он непригоден для жизни.

О магнитах и их силе люди, наверное, знали, чуть ли не с момента появления у них разума. Самый первый компас — сынань — был изобретен в Китае еще в третьем веке до н.э. Однако «по-настоящему» магнитное поле люди начали изучать лишь в Средние века. В 1269 году французский ученый Петр Перегрин (рыцарь Пьер из Мерикура) отметил магнитное поле на поверхности сферического магнита, применяя стальные иглы, и определил, что получающиеся линии магнитного поля пересекались в двух точках, которые он назвал «полюсами» — по аналогии с полюсами Земли. Почти три столетия спустя Уильям Гилберт Колчестер, заложивший основы магнетизма как науки, впервые определенно заявил, что сама Земля является магнитом. В XVIII-XIX веках ученые доказали, что у магнита обязательно должно быть два полюса, а также то, что электрический ток может порождать магнитное поле и наоборот. Ампер, Фарадей, Кельвин и Максвелл завершили классическое описание электромагнитного поля.

Изображение: NASA

Магнитное поле – внеурочная деятельность (конкурсная работа) – Корпорация Российский учебник (издательство Дрофа – Вентана)

Участник: Обрезкова Алиса Сергеевна

Руководитель: Гурьянова Галина Александровна

Техника безопасности

Будьте внимательны, дисциплинированны, аккуратны, точно выполняйте указания учителя.

Перед тем как приступить к выполнению работы, тщательно изучите её описание, уясните ход её выполнения.

Не оставляйте рабочего места без разрешения учителя.

Располагайте приборы, материалы, оборудование на рабочем месте в порядке, указанном учителем.

Не держите на рабочем столе предметы, не требующиеся при выполнении задания.

Не устанавливайте на краю стола штатив, во избежание его падения.

После выполнения измерений электронным секундомером выключите его, отсоединив разъём.

Источник тока электрической цепи подключайте в последнюю очередь. Не включать собранную цепь без проверки и разрешения учителя.

При сборке электрической цепи провода располагайте аккуратно, а наконечники плотно соединяйте с клеммами.

Следите, чтобы изоляция проводов была исправна, а на концах проводников были наконечники.

Не касайтесь руками мест соединений. Не использовать провода с нарушенной изоляцией. Все изменения в цепи производите после отключения источника тока.

При проведении опытов не допускайте предельных нагрузок измерительных приборов. После снятия показаний цепь разомкнуть. По указанию учителя разобрать цепь.

При сборке электрической цепи провода располагайте аккуратно, а наконечники плотно соединяйте с клеммами.

Обнаружив неисправность в электрических устройствах, находящихся под напряжением, немедленно отключите источник электропитания и сообщите об этом учителю.

Берегите оборудование и используйте его по назначению.

При получении травмы обратитесь к учителю.

Введение

В своей работе по теме «Магнитное поле» я проведу и объясню три эксперимента, описанные в учебнике Перышкина А.В. Физика. 8 класс.

Цель работы: расширение кругозора, повышение эрудиции, развитие интереса к экспериментальной физике, умений демонстрировать и объяснять опыты, научиться работать самостоятельно.

Выдвигаемая гипотеза: проверить на опытах предположение, что вокруг проводника с электрическим током существует магнитное поле, которое возможно имеет закономерность в направлении и связано с направлением тока.

Магнитные явления были известны ещё в древнем мире: компас был изобретён более 4000 лет назад, и к XII веку он стал известен в Европе. Однако только в XIX веке была обнаружена связь между электричеством и магнетизмом, и возникло представление о магнитном поле.

Первыми экспериментами, показавшими, что между электрическими и магнитными явлениями имеется связь, были опыты датского физика Х. Эрстеда (1777-1851). В своём знаменитом опыте, описываемом ныне во всех школьных учебниках физики и проведённом в 1820 году, он обнаружил, что провод, по которому идёт ток, действует на магнитную стрелку (то есть подвижный магнит).

Эрстед не только провёл свой опыт, но и сделал правильный вывод: «электрический конфликт не ограничен проводящей проволокой, а имеет довольно обширную сферу активности вокруг этой проволоки». Переводя на современный язык, это можно понимать так: «действие тока есть не только внутри провода (его нагревание), но и вокруг (магнитное поле)».

Открытие Эрстеда вызвало необычайный интерес его современников-физиков и послужило началом ряда исследований, показавших сходство магнитного действия тока и действия постоянного магнита. Для поиска ответа проделаем опыт.

Опыт № 1. Дугообразный электромагнит

Возьму дугообразный электромагнит и закреплю его в штативе. Соединю катушки электромагнита через ключ с источником тока. Поднесу якорь к сердечнику и замкну ключ. Якорь притянулся к сердечнику. На крючок якоря буду подвешивать грузы 0,5 кг, потом 1 кг. Якорь не отрывается. Разомкну ключ, и грузы упадут.

Вывод из опыта № 1

Вокруг катушки с током существует магнитное поле. Железо, введенное внутрь катушки, усиливает магнитное действие катушки. Намагничивается сердечник и притягивает якорь с подвешенным грузом. Катушка с током, как и магнитная стрелка, имеет два полюса – северный и южный. Электромагниты обладают большой подъемной силой.

4 мая 1825 года Вильям Стерджен (английский ученый) на заседании Британского общества ремесел продемонстрировал работу своего электромагнита. Это был согнутый в виде подковы железный стержень длиной 30 см и диаметром 1,3 см. На нем в один слой была намотана медная проволока, подключенная к химическому источнику тока. Электромагнит Стерджена удерживал груз, весом в 1,5 раза превосходящим вес самого магнита. При весе в 2 кг он поднимал металлический груз в 3,6 кг. На тот момент он был намного мощнее природных магнитов того же размера. Еще в 1823 году ученый на основе электромагнита построил «вращающееся колесо Стерджена» — по сути первую модель электромотора.

Стерджена, Джеймс Джоуль, экспериментируя с электромагнитом учителя, в том же 1825 году смог увеличить подъемную силу до 20 кг. С этого момента начинается своеобразная гонка между учеными по совершенствованию электромагнита и наращиванию его подъемной силы. Через семь лет после своего изобретения Уильям Стерджен создает электромагнит с подъемной силой в 160 кг, а еще через восемь лет – электромагнит с подъемной силой в 550 кг.

Кстати подковообразная форма электромагнита, очень удачная как показали дальнейшие исследования, была выбрана Уильямом Стердженом чисто случайно. Эта форма используются и по сей день. Хотя конечно же в наше время изготавливаются электромагниты самых разнообразных форм.

Вскоре после того, как было построено еще несколько крупных магнитов и все убедились в их силе, надежности, компактности и удобстве, было предложено использовать электромагниты для подъема железных и стальных деталей на металлургических и металлообрабатывающих заводах.

В России вплоть до революции Общество конно-железных дорог и омнибусов использовало магниты для очистки овса от железных гвоздей. В Европе и Америке магниты широко применяли на мельницах по очистке зерна.

В 30-х годах нашего столетия был создан один из крупнейших электромагнитов, предназначенный для устройства, с помощью которого разрушали бракованное литье. Груз, выполняющий эту операцию, весил 200000 Н. Использование электромагнита в этом устройстве позволяло сбрасывать груз обычным поворотом выключателя.

Вскоре были созданы еще более крупные магниты, способные поднимать груз весом до 500000 Н.

Магнитная очистка зерна на мельницах стала прообразом одного из чрезвычайно важных в настоящее время применений магнитов. Речь идет о так называемых магнитах сепараторах. Принцип их действия состоит в том, что смесь полезного вещества и «пустой породы» подается по конвейеру и проходит мимо полюсов магнита. Если пустая порода магнитна, то она будет извлечена из смеси. Принцип сепаратора с использованием естественных магнитов был предложен еще в 1792 г., т.е. до изобретения электромагнита.

Электромагниты нашли широкое применение в промышленности, технике, медицине. Например, в батискафе французского профессора Пиккара, исследовавшего не так давно глубочайшие океанские впадины, мощный электромагнит удерживал железный балласт.

С их помощью можно также поднимать и перемещать массивные объекты, например, автомобили перед утилизацией. Они также используются в транспортировке. Поезда в Азии и Европе используют электромагниты для перевозки автомобилей. Это помогает им двигаться на феноменальных скоростях.

Генеральный директор компании Walker Magnetics, г-н Брайан Твейтс с гордостью представляет самый большой в мире подвесной электромагнит. Его вес (88 т) примерно на 22 т превышает вес действующего победителя Книги Рекордов Гиннеса из США. Его грузоподъемность составляет приблизительно 270 тонн.

Электромагниты получили настолько широкое распространение, что трудно назвать область техники, где бы они не применялись в том или ином виде. Они содержатся во многих бытовых приборах — электробритвах, магнитофонах, телевизорах и т.п. Устройства техники связи — телефония, телеграфия и радио немыслимы без их применения.

Электромагниты являются неотъемлемой частью электрических машин, многих устройств промышленной автоматики, аппаратуры регулирования и защиты разнообразных электротехнических установок. Развивающейся областью применения электромагнитов является медицинская аппаратура. Наконец, гигантские электромагниты для ускорения элементарных частиц применяются в синхрофазотронах.

Вес электромагнитов колеблется от долей грамма до сотен тонн, а потребляемая при их работе электрическая мощность — от милливатт до десятков тысяч киловатт.

Опыт № 2. Магнитные линии катушки с током

Возьму катушку, смонтированную на подставке из оргстекла, соединю ее через ключ с источником тока. На подставку насыпаю ровным слоем металлические опилки. Замыкаю ключ и чуть-чуть постукиваю по платформе. Цепочки, которые образуют в магнитном поле железные опилки, показывают форму магнитных линий магнитного поля. Магнитные линии магнитного поля катушки с током являются замкнутыми линиями. Вне катушки они направлены от северного полюса катушки к южному.

Вывод из опыта № 2

Вокруг катушки с током есть магнитное поле

Катушка с током похожа на полосовой магнит и у нее есть тоже два полюса – северный и южный

Чем больше число витков в катушке, тем сильнее её магнитное поле.

Чем больше сила тока, тем сильнее магнитное поле.

Наличие сердечника усиливает магнитное поле.

Цилиндрическую катушку индуктивности, длина которой на много превышает диаметр называют соленоидом, магнитное поле внутри длинного соленоида однородно.

Опыт № 3. Магнитное поле прямого проводника с током

Беру прибор, в котором прямой проводник пропущен сквозь лист картона. На картон насыпаю тонкий и равномерный слой железных опилок, включаю ток, и опилки слегка встряхиваю. Под действием магнитного поля тока железные опилки располагаются вокруг проводника не беспорядочно, а по концентрическим окружностям.

Вывод из опыта № 3

Магнитные линии магнитного поля тока представляют собой кривые, охватывающие проводник.

Вывод из проделанных опытов

Проведенные опыты подтверждают выдвинутую гипотезу. Магнитное поле существует вокруг любого проводника с током, т.е. вокруг движущихся электрических зарядов. Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга. Ток следует рассматривать как источник магнитного поля.

Человека пронизывают мириады магнитных полей различного происхождения. Мы привыкли к магниту и относимся к нему снисходительно, как к устаревшему атрибуту школьных уроков физики, порой даже не подозревая, сколько магнитов вокруг нас. Я подсчитала – у меня в квартире их десятки: в электробритве, динамике, магнитофоне, в банке с гвоздями, наконец, я сама тоже магнит: биотоки, текущие во мне, рождаю вокруг причудливый пульсирующий узор магнитных линий. Земля, на которой мы живем, — гигантский голубой магнит. Солнце – желтый плазменный шар – еще более грандиозный магнит. Галактики и туманности, едва различимые радиотелескопами, — непостижимые по размерам магниты…

Ссылка на видеоролик: https://yadi.sk/i/fEaNL3z_3Jfbx3

Сверхпроводник сделали источником магнитного поля

Структура собственного магнитного поля и токов, которые возникают в сверхпроводнике при переходе вещества в особое квантовое состояние

Vadim Grinenko et al. / Nature Physics, 2020

Физики экспериментально обнаружили новое квантовое состояние сверхпроводника, в котором материал становится источником магнитного поля. Достигнутый результат важен как с точки зрения фундаментальной науки, так и для разработки сверхпроводящих устройств. Статья опубликована в журнале Nature Physics.

Сверхпроводимость — это явление, при котором электрическое сопротивление материала становится строго нулевым. Переход образца в такое состояние происходит при охлаждении ниже критической температуры — она определяется свойствами вещества. В настоящее время сверхпроводимость широко применяется в технике, однако полного теоретического описания этого явления ученые до сих пор не разработали (подробнее о сверхпроводимости и существующих объяснениях можно узнать в нашем материале).

Квантовые свойства сверхпроводника делают его идеальным диамагнетиком — материалом, которому энергетически выгодно иметь нулевое внутреннее магнитное поле. В результате сверхпроводимость и магнетизм становятся конкурентами: обычно они проявляются только по отдельности, а для совместного их возникновения нужно поддерживать специальные условия.

Ученые из шести стран под руководством Вадима Гриненко (Vadim Grinenko) из Института физики твердого тела и исследования материалов Ассоциации Лейбница в Дрездене экспериментально изучили сверхпроводимость в кристалле Ba_1−xK_xFe₂As₂. Авторы исследовали образцы с различным содержанием примесей калия и бария (в химической формуле их определяет параметр х), и следили за тем, как состав материала влияет на его сверхпроводящие и магнитные особенности. Для анализа этих свойств физики облучали кристаллы поляризованным (то есть обладающим заданной ориентацией магнитных моментов) пучком положительно заряженных мюонов и детектировали частицы, которые рождались при взаимодействии этого пучка с образцом. Такие измерения позволили исследователям понять, как именно материал воздействовал на магнитные моменты частиц, и, таким образом, определить его магнитную структуру.

В результате физики установили, что при достаточно большом относительном содержании калия (x>0. 7) и низкой температуре (около 10 К) материал переходит в особое квантовое состояние, в котором начинает генерировать собственное магнитное поле. Таким образом, ученые обнаружили ранее неизвестный механизм сосуществования магнетизма и сверхпроводимости. Это открытие порождает новое направление для экспериментальных и теоретических исследований и в будущем может найти применение при разработке сверхпроводящих устройств. Кроме того, авторы выявили связь между условиями, которые приводили к возникновению обнаруженного состояния, и условиями Лифшиц-перехода — известного квантового превращения, меняющего энергетическую конфигурацию электронов. Последнее облегчит поиски подобных свойств у других кристаллов.

Ранее мы писали о том, как ученые предсказали возникновение сверхпроводимости при температуре 200 градусов Цельсия и как мюоны помогли измерить перепад потенциалов грозового облака величиной в миллиард вольт.

Николай Мартыненко

Физики открывают новый магнитоэлектрический эффект | Блоги

Электричество и магнетизм тесно связаны: линии электропередач создают магнитное поле, вращающиеся магниты в генераторе производят электричество. Однако это явление намного сложнее: электрические и магнитные свойства некоторых материалов также связаны друг с другом. На электрические свойства некоторых кристаллов могут влиять магнитные поля и наоборот. В этом случае говорят о «магнитоэлектрическом эффекте». Он играет важную технологическую роль, например, в некоторых типах датчиков или в поиске новых концепций хранения данных.

Был исследован специальный материал, для которого, на первый взгляд, вообще нельзя было ожидать магнитоэлектрического эффекта. Но тщательные эксперименты теперь показали, что этот эффект можно наблюдать в этом материале, только он работает совершенно иначе, чем обычно. Им можно управлять очень чувствительно: даже небольшие изменения направления магнитного поля могут переключить электрические свойства материала в совершенно другое состояние.

«Связаны ли электрические и магнитные свойства кристалла или нет, зависит от внутренней симметрии кристалла», — говорит профессор Андрей Пименов из Института физики твердого тела в Венском техническом университете. — Если кристалл обладает высокой степенью симметрии, например, если одна сторона кристалла является в точности зеркальным отображением другой стороны, то по теоретическим причинам магнитоэлектрический эффект быть не может».

Это касается кристалла, который сейчас подробно исследован — так называемого лангасита из лантана, галлия, кремния и кислорода, легированного атомами гольмия. «Кристаллическая структура настолько симметрична, что на самом деле не должна допускать никакого магнитоэлектрического эффекта. А в случае слабых магнитных полей действительно нет никакой связи с электрическими свойствами кристалла, — говорит Андрей Пименов. — Но если мы увеличим силу магнитного поля, произойдет нечто замечательное: атомы гольмия изменят свое квантовое состояние и приобретут магнитный момент. Это нарушит внутреннюю симметрию кристалла».

С чисто геометрической точки зрения кристалл по-прежнему симметричен, но также необходимо учитывать магнетизм атомов, а это нарушает симметрию. Следовательно, электрическая поляризация кристалла может быть изменена с помощью магнитного поля. «Поляризация — это когда положительный и отрицательный заряды в кристалле немного смещены друг относительно друга, — объясняет Пименов. — Этого легко добиться с помощью электрического поля, но из-за магнитоэлектрического эффекта это также возможно с помощью магнитного поля».

Чем сильнее магнитное поле, тем сильнее его влияние на электрическую поляризацию. «Связь между поляризацией и напряженностью магнитного поля примерно линейна, в этом нет ничего необычного, — говорит Андрей Пименов. — Однако примечательно то, что взаимосвязь между поляризацией и направлением магнитного поля сильно нелинейна. Если вы немного измените направление магнитного поля, поляризация может полностью перевернуться. Это новая форма магнитоэлектрического эффекта, которая ранее не была известна». Таким образом, небольшое вращение может решить, может ли магнитное поле изменить электрическую поляризацию кристалла или нет.

«Магнитоэлектрический эффект будет играть все более важную роль в различных технологических приложениях, — говорит Андрей Пименов. — На следующем этапе мы попытаемся изменить магнитные свойства с помощью электрического поля вместо изменения электрических свойств с помощью магнитного поля. В принципе, это должно быть возможно точно так же».
Если это удастся, это будет новый многообещающий способ хранения данных в твердых телах. «В магнитных запоминающих устройствах, таких как компьютерные жесткие диски, сегодня необходимы магнитные поля, — объясняет Пименов. — Они генерируются с помощью магнитных катушек, что требует относительно большого количества энергии и времени. Если бы существовал прямой способ переключения магнитных свойств твердотельной памяти с помощью электрического поля, это было бы прорывом».

Защита промышленных сетей: основные риски и сценарии атак

Определение по Электродинамике | Объединение учителей Санкт-Петербурга

АКТИВНАЯ МОЩНОСТЬ – физическая величина, равная среднему за период значению мгновенной мощности переменного тока. Позволяет оценить среднюю скорость преобразования электромагнитной энергии в др. виды энергии. В цепи переменного однофазного тока А.м. рассчитывается по формуле: P=IUcosφ. Единица А.м. в СИ – Ватт (Вт).

АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ — физическая величина, равная отношению активной мощности, поглощаемой на участке цепи, к квадрату действующего значения силы переменного тока на этом участке. Позволяет оценить сопротивление электрической цепи или ее участка электрическому току, обусловленное необратимыми превращениями электрической энергии в др. формы (преимущественно во внутреннюю). Единица А.с. в СИ — Ом.

АМПЕРА ЗАКОН — закон взаимодействия двух проводников с токами; параллельные проводники с токами одного направления притягиваются, а с токами противоположного направления — отталкиваются. А.з. называют также закон, определяющий силу, действующую в магнитном поле на малый отрезок проводника с током. Открыт в 1820г. А.М. Ампером.

АНИОНЫ — отрицательно заряженные ионы, движущиеся в электрическом поле к аноду.

АНОД — положительный полюс источника электрической энергии или электрод какого-либо прибора, присоединяемый к положительному полюсу источника тока. Потенциал А. при работе источника всегда выше потенциала катода.

БУРАВЧИКА ПРАВИЛО — правило для определения направления вектора магнитной индукции магнитного поля прямолинейного проводника с током: если Б. (правый винт) ввинчивать по направлению тока, то направление вращения рукоятки буравчика показывает направление вектора магнитной индукции. (Ср.правой руки правило)

ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ — источник электрического тока, в котором энергия электрохимической реакции преобразуется в электрическую энергию (элемент Вольта, батарейки, аккумуляторы).

ДЕЙСТВУЮЩЕЕ ЗНАЧЕНИЕ — среднее квадратичное за период значение силы переменного тока и напряжения. Д.з. силы синусоидального тока и напряжения в раз меньше их амплитудных значений. Физический смысл: Д.З. силы переменного тока равно силе такого постоянного тока, при прохождении которого через проводник выделяется то же количество теплоты за то же самое время.

ДЖОУЛЯ-ЛЕНЦА ЗАКОН — закон, описывающий тепловое действие электрического тока. Согласно Д. — Л.з. количество теплоты, выделяющееся в проводнике при прохождении по нему постоянного тока, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока по проводнику: .

ДИАМАГНЕТИЗМ – явление возникновения в веществе (диамагнетике) намагниченности, направленной навстречу внешнему магнитному полю. Обусловлен индуцированием дополнительного магнитного момента в атомных электронных оболочках под действием внешнего поля и проявляется в том случае, когда атомы, молекулы или ионы не имеют результирующего собственного магнитного момента. Присущ всем веществам, но часто перекрывается более сильными эффектами (см. парамагнетизм и ферромагнетизм).

ДИНАМИК – распространенное краткое название электродинамического громкоговорителя.

ДИПОЛЬ ЭЛЕКТИРИЧЕСКИЙ – система двух одинаковых по модулю и противоположных по знаку электрических зарядов, расстояние между которыми (плечо Д.) во много раз меньше, чем расстояние от центра Д. до рассматриваемых точек электрического поля. Во внешнем электрическом поле ориентируется вдоль силовых линий поля. Например, диполем можно считать молекулу воды.

ДИПОЛЬ МАГНИТНЫЙ – электрический ток, протекающий по замкнутому контуру (витку), размеры которого малы по сравнению с расстоянием до рассматриваемых точек магнитного поля. Внешнее магнитное поле оказывает на Д.М. ориентирующее действие.

ДИОД — двух электродный прибор с односторонней электрической проводимостью. Применяется для выпрямления переменного тока, в качестве детектора, для преобразования частоты, ограничения тока и напряжения, переключения электрических цепей. Различают электровакуумные и полупроводниковые Д.

ДИЭЛЕКТРИКИ — вещества, практически не проводящие электрического тока. Обладают большим удельным сопротивлением по сравнению с проводниками. Могут быть твердыми, жидкими и газообразными. Во внешнем электрическом поле Д. поляризуется, что приводит к ослаблению электрического поля в Д. (см.поляризация диэлектриков и диэлектрическая проницаемость.)

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ – безразмерная физическаявеличина, равная отношению модуля напряженности электрического поля в вакууме Е₀ к модулю напряженности электрического поля в однородном диэлектрике: .

ДОМЕНЫ — области в ферромагнитном (сегнетоэлектрическом) кристалле, в которых ниже определенной температуры (точки Кюри) существует самопроизвольная намагниченность (поляризованность).

ДУГА ЭЛЕКТРИЧЕКАЯ, дуговой разряд – один из видов самостоятельного разряда в газе, в котором разрядные явления сосредоточены в ярко светящемся плазменном шнуре. Возможна в любом газе при давлениях, близких к атмосферному и выше. Применяется в электрометаллургии, светотехнике и в электросварке.

ДЫРКА – в полупроводнике – не занятая электроном вакансия в валентной зоне, которая ведет себя как избыточный положительный заряд.

ЕМКОСТНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ — физическая величина Х_С, которой оценивают сопротивление, оказываемое переменному току проводником вследствие наличия у него электрической емкости. При синусоидальном токе с циклической частотой ω Е.с. равно . Единица в СИ – Ом.

ЕМКОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ — см. электрическая емкость.

ЗАРЯД ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ — см.электрический заряд.

ЗАРЯДА СОХРАНЕНИЯ ЗАКОН — один из фундаментальных законов природы: алгебраическая сумма электрических зарядов любой электрически изолированной системы остается неизменной. В электрически изолированной системе З. с.з. допускает появление новых заряженных частиц (напр., при электролитической диссоциации, ионизации газов, рождении пар частица — античастица и др.), но суммарный электрический заряд появившихся частиц всегда должен быть равен нулю.

ИЗОЛЯТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ – элемент конструкции, выполненный из вещества с очень большим электрическим удельным сопротивлением (диэлектрика). В быту может быть синонимом термина диэлектрик.

ИНДУКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ — физическая величина Х_L, которой оценивают сопротивление, оказываемое переменному току проводником вследствие наличия у него индуктивности. При синусоидальном токе с угловой частотой ω: X_L=ωL. Единица И.с. в СИ — Ом. Ср.емкостное сопротивление, активное сопротивление.

ИНДУКТИВНОСТЬ — физическая величина, которая характеризует магнитные свойства электрической цепи (проводника) и равна отношению потока магнитной индукции, пересекающего поверхность, ограниченную проводником, к силе тока в этом проводнике. Единица И. в СИ — генри. Ср.электрическая емкость.

ИОНИЗАЦИЯ — отрыв от атома или молекулы газа одного или нескольких электронов. Происходит под действием электромагнитного излучения; ударов электронов, ионов или других атомов. Приводит к возникновению ионов.

ИОНЫ — электрически заряженные атомы или группы атомов, образующиеся при потере или присоединении электронов (или других заряженных частиц). Ионы с положительным электрическим зарядом называются катионами, с отрицательным — анионами.

ИСКРОВОЙ РАЗРЯД – вид самостоятельного нестационарного электрического разряд в газе, возникающий в электрическом поле при давлении, близком к атмосферному. Температура в И.р. достигает 10000К. В природе наблюдается в виде молнии.

ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ – устройства, преобразующие различные виды энергии в электрическую. Различают химические (напр. , гальванический элемент) и физические (термоэлемент, фотоэлемент, индукционный генератор и т.д.) И.т.

КАТИОНЫ — положительно заряженные ионы, в электрическом поле движутся к катоду.

КАТОД — 1) отрицательный полюс источника электрической энергии или электрод прибора, присоединяемый к отрицательному полюсу источника. Потенциал К. работающего источника всегда ниже потенциала анода. 2) Источник электронов в электровакуумных приборах.

КАТУШКА ИНДУКТИВНОСТИ – элемент электрической цепи, конструктивно представляющий катушку из электропроводящего материала с изолированными витками. Обладает значительной индуктивностью при относительно малой емкости и малом активном сопротивлении. Один из основных элементов колебательного контура. Ср. конденсатор электрический.

КИНЕСКОП — приемная телевизионная электронно-лучевая трубка, преобразующая электрические сигналы в видимое изображение.

КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР — электрическая цепь из катушки индуктивности и конденсатора, в которой возникает возможность периодического обмена электрической и магнитной энергией при зарядке конденсатора или возбуждении электрического тока в катушке, т.е. возникают электромагнитные колебания. Период равен , где L — индуктивность контура, C — электрическая емкость. Применяется как резонансная система во многих радиотехнических устройствах.

КОНДЕНСАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ – элемент электрической цепи из двух или более электродов (обкладок), разделенных диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок. Обладает значительной электрической емкостью. Хорошо проводит переменный ток высокой частоты. См. емкостное сопротивление, электрическая емкость.

КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ — не предусмотренное нормальными условиями работы соединение двух точек электрической цепи, имеющих различные потенциалы, через очень малое сопротивление.

КРУТИЛЬНЫЕ ВЕСЫ — чувствительный физический прибор, для измерения малых сил. Изобретен Ш.Кулоном в 1784г. и применялся при установлении Кулона закона.

КУЛОНА ЗАКОН — основной закон электростатики, выражающий зависимость силы взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов от расстояния между ними: два неподвижных точечных заряда взаимодействуют с силой прямо пропорциональной произведению значений этих зарядов и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними и диэлектрической проницаемости среды, в которой находятся заряды. В СИ имеет вид: . Величина числено равна силе, действующей между двумя точечными неподвижными зарядами по 1 Кл каждый, находящимися в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга. К.з. является одним из экспериментальных обоснований электродинамики.

ЛЕВОЙ РУКИ ПРАВИЛО — правило, определяющее направление силы, которая действует на находящийся в магнитном поле проводник с током (или движущуюся заряженную частицу). Оно гласит: если левую руку расположить так, чтобы вытянутые пальцы показывали направление тока (скорости частицы), а силовые линии магнитного поля (линии магнитной индукции) входили в ладонь, то отставленный большой палец укажет направление силы, действующей на проводник (положительную частицу; в случае отрицательной частицы направление силы противоположно).

ЛЕНЦА ПРАВИЛО (ЗАКОН) — правило, определяющее направление индукционных токов, возникающих при электромагнитной индукции. Л.п. — следствие закона сохранения энергии Согласно Л.п. индукционный ток всегда имеет такое направление, что его собственное магнитное поле всегда препятствует тому изменению внешнего магнитного поля, которое является причиной индукционного тока

ЛИНИИ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ, силовые линии магнитного поля – воображаемые линии, с помощью которых можно графически изобразить распределение магнитного поля в пространстве. Проводятся так, что вектор магнитной индукции в данной точке пространства направлен по касательной к Л. м.и. в этой точке.

ЛИНИИ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ, силовые линии электрического поля – воображаемые линии, с помощью которых можно графически изобразить распределение электрического поля в пространстве. Проводятся так, что вектор напряженности электрического поля в данной точке пространства направлен по касательной к Л.н. в этой точке.

ЛОРЕНЦА СИЛА– сила, действующая на заряженную частицу с зарядом q, движущуюся в магнитном поле индукции B со скоростью v. Модуль равен F=qvBsinα, где α– угол между векторами индукции магнитного поля и скорости частицы. Направление определяется левой руки правилом.

МАГНЕТИЗМ – совокупность явлений, связанных со взаимодействием между электрическими токами, между электрическими токами и магнитами, между магнитами. Магнитное взаимодействие осуществляется посредством магнитного поля. Проявляется во всех физико-химических процессах, происходящих в веществе. Определяет основные астрофизические и геомагнитные явления (солнечные вспышки, магнитные бури, нарушения радиосвязи и т.д.).

МАГНЕТИКИ — вещества, способные намагничиваться в магнитном поле, т.е. создавать собственное магнитное поле. См. диамагнетизм, парамагнетизм, ферромагнетизм, ферримагнетизм.

МАГНИТ — тело, обладающее намагниченностью, т.е. создающее магнитное поле. Свойства М. присущи некоторым минералам (напр., магнитный железняк), намагниченным магнитным материалам (постоянный магнит) и электромагнитам.

МАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ (вектор магнитной индукции) — векторная величина, применяющаяся для количественного оценивания действия магнитного поля. Равна отношению максимальной силы, действующей в магнитном поле на элемент проводника с током, к величине силы тока и длине этого элемента проводника . Направление определяется правой руки правилом или буравчика правилом. Единица в СИ — тесла. Ср. напряженность электрического поля.

МАГНИТНАЯ ПОСТОЯННАЯ — величина , входящая в выражения некоторых законов электромагнетизма при записи их в форме, соответствующей Международной системе единиц (СИ). Ср. электрическая постоянная.

МАГНИТНАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ — физическая величина, характеризующая связь между магнитной индукцией внешнего магнитного поля и магнитным полем в веществе. Обозначается m. У диамагнетиков m<1, у парамагнетиков m>1, у ферромагнетиков m>>1.

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ — одна из форм проявления электромагнитного поля. Действует только на движущиеся электрические заряды (заряженные тела), проводники с током и частицы или тела, обладающие магнитным моментом, и создается этими же объектами. Для количественного описания М.п. используются величины магнитная индукция, магнитный поток и др. Ср.электрическое поле.

МАГНИТНЫЙ МОМЕНТ — векторная величина, характеризующая магнитные свойства тел и частиц вещества. М.м. тока — вектор, равный произведению силы тока на площадь, ограниченную контуром: p=IS. Направление определяется буравчика правилом. Единица в СИ — ампер-квадратный метр (А^.м²). Ср. электрический момент.

МАГНИТНЫЙ ПОЛЮС — участок поверхности намагниченного образца (магнита), на котором нормальная к поверхности составляющая намагниченности отлична от нуля. Договорились считать, что снаружи магнита линии магнитной индукции выходят из северного полюса, а в южный входят. Внутри магнита — наоборот.

МАГНИТНЫЙ ПОТОК — поток вектора магнитной индукции B через какую-либо поверхность. Магнитный поток F через поверхность S выражается формулой F=BScosα, где α— угол между вектором магнитной индукции и нормалью к площадке S. Единица м.п. в СИ — вебер (Вб).

МАКСВЕЛЛА УРАВНЕНИЯ — основные уравнения электродинамики, устанавливающие связь между напряженностями электрического и магнитного полей и распределением в пространстве электрических зарядов и токов. Описывают электромагнитные явления в различных средах и вакууме.

МОЛНИЯ — гигантский искровой разряд атмосферного электричества между облаками или между облаками и землей. Сила тока может достигать 100 кА, длительность — 10^-4c . См. электрический разряд.

НАМАГНИЧЕННОСТЬ — векторная величина, числено равная отношению магнитного момента к объему вещества (магнетика). Единица в СИ — ампер на метр (А/м). Ср. поляризованность.

НАПРЯЖЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ (падение напряжения) — скалярная величина, равная отношению работы, совершаемой суммарным полем сторонних и кулоновских сил при перемещении заряда на участке электрической цепи, к величине этого заряда: . Единица в СИ — вольт. Ср. электродвижущая сила, разность потенциалов.

НАПРЯЖЕННОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ — векторная величина E, применяемая для описания силового действие электрического поля на электрически заряженные частицы и тела, равная отношению силы, действующей со стороны поля на точечный электрический заряд, помещенный в данную точку поля: , Единица в СИ — вольт на метр (В/м). Ср. магнитная индукция.

НОСИТЕЛИ ТОКА — электрически заряженные частицы в веществе, обусловливающие его электрическую проводимость. В металлах — это свободные электроны, в электролитах — ионы, в полупроводниках — электроны и дырки.

ОДНОРОДНОЕ ПОЛЕ – физическое поле, напряженность (магнитная индукция) которого одинакова во всех точках.

ОМА ЗАКОН – обобщенное название закона, устанавливающего пропорциональность между силой тока в участке электрической цепи и разностью потенциалов на его концах. Установлен Г.Омом для металлических проводников. В простейшем случае формулируется следующим образом: сила постоянного тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению (). В этой формулировке справедлив также для электролитов, температура которых поддерживается постоянной. Для переменного тока О.з. может быть сформулирован для действующих или для амплитудных значений силы тока и напряжений. В этом случае под сопротивлением понимается полное сопротивление цепи переменному току . При наличии ЭДС для замкнутой цепи звучит так: сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи (сумме внешнего сопротивления и сопротивления источника тока).

ПАРАМАГНЕТИЗМ – явление возникновение в веществе (парамагнетике) намагниченности сонаправленной с внешним магнитным полем. Обусловлено ориентацией под действием внешнего магнитного поля собственных магнитных моментов атомов или молекул парамагнетика. Магнитная проницаемость µ>1. Ср. диамагнетизм, ферромагнетизм.

ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК — электрический ток, изменяющий периодически свое направление в цепи так, что среднее за период значение силы тока равно нулю. Простейший переменный ток — синусоидальный.

ПЛОТНОСТЬ ТОКА – векторная величина, равная по модулю отношению силы тока к площади поперечного сечения проводника: . Направлена в сторону движения положительных зарядов (сонаправлен с вектором напряженности электрического поля). Единица в СИ: А/м².

ПОЛУПРОВОДНИКИ — вещества, сопротивление (электропроводность) которых при комнатной температуре имеет промежуточное значение между сопротивлением (электропроводностью) металлов и диэлектриков. Сопротивление чистых П. уменьшается с ростом температуры и зависит, кроме того, от облучения, бомбардировки заряженными частицами, наличия примесей и т.д.).

ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ — смещение электрических зарядов в диэлектрике под действием внешнего электрического поля. Возникает при сдвиге ионов относительно друг друга, деформации электронных оболочек или ориентации электрических диполей. Происходит, напр., при зарядке конденсатора.

ПОЛЯРИЗОВАННОСТЬ – векторная физическая величина, равная отношению электрического момента малого объема диэлектрика к этому объему. Ср. намагниченность.

ПОСТОЯННЫЙ ТОК — электрический ток, сила и направление которого не меняются с течением времени. Ср.переменный ток.

ПОТЕНЦИАЛ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ — скалярная физическая величина, равная отношению потенциальной энергии заряда, помещенного в данную точку поля, к величине этого заряда. Применяется для энергетического описания электростатического поля. Единица в СИ — вольт (В).

ПРАВОЙ РУКИ ПРАВИЛО — правило, определяющее 1) направление индукционного тока в проводнике, движущемся в магнитном поле: если ладонь правой руки расположить так, чтобы в нее входили линии магнитной индукции, а отогнутый большой палец направить по движению проводника, то четыре вытянутых пальца покажут направление индукционного тока; 2) направление линий магнитной индукции прямолинейного проводника с током: если большой палец правой руки расположить по направлению тока, то направление обхвата проводника четырьмя пальцами покажет направление линий магнитной индукции. Ср. 1) левой руки правило, 2) буравчика правило.

ПРОВОДНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ — тела (вещества), способные хорошо проводить электрический ток благодаря наличию в них большого числа свободных подвижных заряженных частиц. Делятся на электронные (металлы и полупроводники), ионные (электролиты) и смешанные (плазма).

ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСТВО – явление возникновения электрических зарядов при деформировании кристаллов и деформирование кристаллов под действием электрического поля (прямой и обратный эффекты). Применяется для воспроизведения звука, для получения ультразвука и т.д.

РАБОТА ВЫХОДА электрона — работа, необходимая для выхода электрона из проводника в вакуум. Зависит от рода вещества и состояния поверхности проводника.

РАДИОВОЛНЫ — электромагнитные волны, длина которых более 0,1 мм. Используются в радиосвязи, радиолокации, радиоастрономии и т.д.

РАДИОЛОКАЦИЯ — процесс обнаружения, распознавания, определения местонахождения и скорости движения различных объектов радиотехническими методами.

РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ — скалярная физическая величина, равная отношению работы электрического поля по перемещению положительного заряда из одной точки поля в другую к этому заряду. Единица в СИ — вольт.

РЕЗИСТОР – элемент электрической цепи, основное назначение которого — оказывать активное сопротивление электрическому току. Р. изготовляются сопротивлением 1 Ом — 10 ТОм с указанием рассеиваемой мощности.

РЕКОМБИНАЦИЯ — явление, обратное ионизации, т.е. исчезновение свободных носителей заряда противоположных знаков при их столкновениях. Приводит к образованию нейтральных атомов и молекул.

РЕНТГЕНОВСКИЕ ЛУЧИ — невидимое глазом коротковолновое электромагнитное излучение, возникающее при взаимодействии заряженных частиц с атомами вещества. Длина волны Р.л. 10^-7 — 10^-12м. Р.л. обладают большой проникающей способностью. Открыты в 1895 г. немецким физиком В. К.Рентгеном (1845 — 1923).

РЕОСТАТ — устройство для регулирования и ограничения тока или напряжения в электрической цепи, основная часть которого — проводящий элемент с переменным электрическим сопротивлением.

САМОИНДУКЦИЯ – явление возникновения электродвижущей силы в электрической цепи при изменении протекающего в ней электрического тока. Частный случай электромагнитной индукции. Эдс С. пропорциональна скорости изменения силы тока:, где L — индуктивность электрической цепи.

СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ — физическое явление, наблюдаемое у некоторых веществ (сверхпроводников) при охлаждении их ниже критической температуры и состоящее в исчезновении сопротивления электрическому току и выталкивании магнитного поля из объема образца.

СВОБОДНЫЕ ЗАРЯДЫ — 1. Избыточные электрические заряды, сообщенные проводящему телу и вызывающие нарушение его электронейтральности. 2. Заряженные частицы, которые под влиянием электрического поля способны перемещаться на макроскопические расстояния (см.носителя тока). Сравните связанные заряды.

СИЛА ТОКА — скалярная физическая величина, применяемая для описания электрического тока и равная отношению абсолютного значения заряда, который проходит через поперечное сечение проводника за малый промежуток времени, к этому промежутку времени. Единица в СИ — ампер.

СИЛОВЫЕ ЛИНИИ — воображаемые линии, проведенные в каком-либо физическом поле (гравитационном, магнитном, электрическом) так, что в каждой точке пространства направление касательной к этим силовым линиям совпадает с направлением напряженности поля.

СКОРОСТЬ СВЕТА в вакууме (c) — одна из основных физических постоянных, равная скорости распространения электромагнитных волн в вакууме. с=(299 792 458 ± 1,2)м/с. С.с. — предельная скорость распространения любых физических взаимодействий.

СОЛЕНОИД – элемент электрической цепи, предназначенный для создания магнитного поля, обычно в виде намотанного на цилиндрическую поверхность изолированного проводника, по которому течет эл. ток. Если длина С. значительно больше диаметра, то маг. поле направлено параллельно его оси и однородно (внутри С.), а магнитная индукция поля пропорциональна силе тока и числу витков.

СУПЕРПОЗИЦИИ ПРИНЦИП — утверждение, согласно которому эффект от нескольких независимых эффектов представляет собой сумму эффектов, вызываемых каждым воздействием в отдельности (напр., принцип суперпозиции эл. полей: напряженность поля системы зарядов равна геометрической сумме напряженностей полей, созданных каждым зарядом системы). Применим к т.н. линейным моделям.

ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ — электромагнитное излучение, испускаемое за счет внутренней энергии веществом, имеющим температуру выше абсолютного нуля. С ростом температуры энергия теплового излучения возрастает.

ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ — явление испускания электронов нагретыми твердыми (иногда жидкими) телами (эмиттерами). Интенсивность т.э. зависит от температуры и работы выхода электронов. Используется в электровакуумных приборах.

ТЕРМОЭЛЕМЕНТ (термопара) — устройство, содержащее спай двух разнородных металлов или полупроводников, на свободных неспаянных концах которых возникает термоэдс, зависящая от разности температур спая и свободных концов.

ТОК ПРОВОДИМОСТИ — см. электрический ток.

ТОМСОНА ФОРМУЛА — формула, выражающая зависимость периода незатухающих электромагнитных колебаний в контуре от его параметров — индуктивности катушки L и емкости конденсатораC: . Названа в честь У.Томсона (Кельвина).

ТРАНЗИСТОР — полупроводниковый прибор с тремя или более выводами. Используется для усиления, генерирования и преобразования электрических колебаний.

ФАРАДЕЯ ЗАКОНЫ — основные законы электролиза. Первый Фарадея закон: масса вещества, выделившегося на электроде при прохождении электрического тока, прямо пропорциональна заряду, прошедшему через электролит. Второй Ф.з.: отношение масс различных веществ, претерпевающих химические превращения на электродах при прохождении одинаковых электрических зарядов через электролит равно отношению химических эквивалентов. Установлены в 1833-34 г. М.Фарадеем.

ФАРАДЕЯ ПОСТОЯННАЯ, Фарадея число – физическая постоянная, равна произведению элементарного электрического заряда на постоянную Авогадро. F=e^.N_A. Равна заряду, прохождение которого через электролит приводит к выделению на электроде 1 моля одновалентного вещества. F=(96484,56±0,27) Кл/моль. Названа в честь М.Фарадея.

ФЕРРОМАГНЕТИЗМ – явление наличия самопроизвольной намагниченности в магнитных кристаллических веществах (ферромагнетиках). Обусловлено наличием у электронов устойчивой параллельной ориентацией спиновых магнитных моментов, что и создает самопроизвольную намагниченность. Тепловое движение атомов кристалла разрушает параллельную ориентацию спинов, поэтому при температуре выше некоторой определенной (точка Кюри) Ф. переходит в парамагнетизм.

ФЕРРОМАГНЕТИКИ — вещества, которым присущ ферромагнетизм. Типичные представители Ф. — железо, кобальт, никель и их сплавы. Широко применяются в электротехнике, радиотехнике, электронике и приборостроении.

ЭКВИПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ — поверхность, все точки которой имеют одинаковый потенциал. Силовые линии поля перпендикулярны к э. п.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ДУГА, вольтова дуга – электрический самостоятельный разряд в газе в виде ярко светящегося плазменного шнура. Впервые наблюдалась в 1802 г. В.В.Петровым.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЕМКОСТЬ — скалярная физическая величина, применяемая для описания способности проводника удерживать эл. заряд. Для конденсатора равна отношению его заряда к разности потенциалов между обкладками. Единица в СИ — фарад (Ф).

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПОСТОЯННАЯ (e₀)- скалярная величина входящая в выражение некоторых законов электрического поля при записи их в СИ. Ср.магнитная постоянная.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОВОДИМОСТЬ — См. электропроводность.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ – точно или приблизительно повторяющиеся изменения напряжения и тока в эл. цепи. Простейшая система, в которой возникают эл. к. — колебательный контур.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР — устройство для преобразования различных видов энергии (механической, химической, тепловой и др.) в электрическую. Ср. электрический двигатель.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬ — эл. машина, совершающая механическую работу за счет эл. энергии. Ср. электрический генератор.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД — скалярная физическая величина, служащая для оценивания интенсивности электромагнитного взаимодействия заряженных частиц; источник электромагнитного поля. Различают положительные и отрицательные заряды. Для макроскопического тела э. з. равен алгебраической сумме зарядов всех частиц тела. В эл. изолированной системе выполняется заряда сохранения закон. См. элементарный электрический заряд.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗРЯД в газе – явление прохождения эл. тока в газе под действием эл. поля. Для возникновения эл. р. в газе необходимо появление носителей тока — свободных ионов и электронов. Различают несамостоятельный эл. р., когда проводимость обусловлена действием внешнего ионизатора, и самостоятельный эл. р., который продолжается после прекращения действия внешнего ионизатора. Переход несамостоятельного разряда в самостоятельный наз. эл. пробоем газа.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК — направленное упорядоченное движение заряженных частиц (электронов, ионов и др.). Условно за направление эл. тока принимается направление движения положительных зарядов.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТРАНСФОРМАТОР — электромагнитное устройство, преобразующее переменный эл. ток одного напряжения в переменный эл. ток другого напряжения без изменения частоты и практически без потери мощности. Простейший эл. т. состоит из железного сердечника (магнитопровода) и двух обмоток — первичной и вторичной. Отношение напряжения в обмотках равно отношению числа витков в них. Действие основано на электромагнитной индукции явлении.

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ — одна из форм проявления электромагнитного поля. В отличие от магнитного поля действует как на неподвижные, так и на движущиеся эл. заряды. Создается эл. зарядами или меняющимся во времени магнитным полем. Описывается напряженностью и потенциалом электрического поля. Ср. магнитное поле.

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ — см. сопротивление электрическое.

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО — совокупность явлений, связанных с существованием, движением и взаимодействием эл. зарядов и полей.

ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ ПРИБОРЫ — приборы и устройства, в которых используются закономерности протекания тока в вакууме. Применяются для генерации и усиления эл. колебаний, выпрямления переменного тока и т.д. Состоят из стеклянного или металлического баллона, в котором создан вакуум, и электродов различной формы, расположенных в баллоне. Примеры: электронные лампы, электронно-лучевые трубки, рентгеновские трубки, газоразрядные приборы и т.д.

ЭЛЕКТРОД – конструктивный элемент электрической цепи, соединяющий ее с электролитом, газом или вакуумом. Применяется при электролизе, в гальванических элементах и т.п.

ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА (ЭДС) – физическая величина, применяемая для источника энергии в электрической цепи, необходимого для поддержания в ней эл. тока. Равна отношению работы сил, разделяющих заряды в источнике, к величине заряда. Единица в СИ — вольт.

ЭЛЕКТРОДИНАМИКА — физическая теория электромагнитных явлений, в которой основную роль играют взаимодействия между заряженными частицами, осуществляемые посредством эл.-маг. поля. Основа э. — Максвелла уравнения.

ЭЛЕКТРОЛИЗ — совокупность электрохимических процессов, происходящих в электролите при прохождении через него постоянного эл. тока. При этом положительно заряженные ионы (катионы) движутся к катоду, а отрицательно заряженные (анионы) — к аноду. Количественно описывается Фарадея законами.

ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ – явление распада молекул на ионы в результате взаимодействия с молекулами растворителя.

ЭЛЕКТРОЛИТЫ — жидкие или твердые растворы или расплавы, эл. ток в которых проходит за счет движения ионов. См. электролиз.

ЭЛЕКТРОМАГНИТ — искусственныймагнит, магнитное поле которого возникает и концентрируется в ферромагнитном сердечнике в результате прохождения эл. тока по охватывающей его обмотке.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ – явление возникновения электрического поля при изменении магнитного. При этом в замкнутом проводящем контуре возникает индукционный ток. См. самоиндукция, Ленца закон.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ — один из видов взаимодействия элементарных частиц, осуществляемое посредством эл.-маг. поля. Играет фундаментальную роль в явлениях макромира: строении в-ва, его агрегатное состояние, эл., оптические и др. свойства определяющиеся электромагнитными силами, действующими между атомными ядрами, электронами атомов или молекул. Ср. гравитационное взаимодействие, сильное взаимодействие, слабое взаимодействие.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ – то же, что и электромагнитные волны.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ — одно из физических полей посредством которого осуществляется электромагнитное взаимодействие. Описывается с помощью напряженности электрического поля и магнитной индукции. См. Максвелла уравнения.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ — колебания эл.-маг. поля, распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью (см. скорость света). В зависимости от длины волны в вакууме, источника излучения и способа возбуждения различают: низкочастотные колебания, радиоволны, инфракрасное излучение, видимое излучение, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение, гамма-лучи.

ЭЛЕКТРОН — стабильная элементарная частица, которой приписывают отрицательный элементарный электрический заряд, обладающая массой покоя m_e=(9,109558±0,000054)^.10^-31кг и спином, равным 1/2. Входит в состав всех атомов и молекул.

ЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ — явление испускания электронов твердым телом или жидкостью. См.автоэлектронная эмиссия, термоэлектронная эмиссия, фотоэффект.

ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВАЯ ТРУБКА – электронно-вакуумный прибор, в котором электронный луч (пучек электронов) используется для преобразования электрических сигналов в световые. Применяется в осциллографах, телевизорах, радиолокации и т. п.

ЭЛЕКТРОННЫЙ ГАЗ — совокупность электронов проводимости в кристалле или плазме, т.е. электронов, способных участвовать в образовании электрического тока.

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ — способность вещества проводить электрический ток под действием электрического поля. Обусловлена носителями тока, в зависимости от вида которых различают электронную проводимость (металлы, полупроводники). ионную проводимость (электролиты) и смешанную электронно-ионную проводимость (плазма).

ЭЛЕКТРОСКОП — прибор для обнаружения и приближенной оценки степени электризации тел.

ЭЛЕКТРОСТАТИКА — раздел электродинамики, изучающий взаимодействие и условия равновесия неподвижных относительно выбранной инерциальной системы отсчета электрических зарядов. Основной закон э. — Кулона закон.

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ — эл. поле зарядов, покоящихся относительно выбранной инерциальной системы отсчета. В э.п. действуют электростатические силы, которые являются потенциальными силами. Основные применяемые для описания э.п. — напряженность электрического поля и потенциал электрический.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ЭКВИВАЛЕНТ – физическая величина, равная отношению массы вещества, выделившейся на электроде при электролизе, к электрическому заряду, прошедшему через электролит. Единица Э=1/273,15 К^-1.э. в СИ — кг/Кл.

ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД (e) — одна из основных физических постоянных, равная наименьшему по модулю из всех возможных положительных и отрицательных эл. зарядов. е=(1,6021917±0,0000070)^.10^-19Кл. Большинство элементарных частиц имеет эл. заряд ⁺е и ^—е или 0. У некоторых резонансов заряд кратен е. Частицы с дробным зарядом в свободном состоянии не наблюдаются.

Физики МГУ создали магнитное поле, которое помогает прижиться имплантатам

Группа физиков из России при участии швейцарских коллег разработала способ использования терапевтического действия нагрева или охлаждения тканей за счет магнитокалорического эффекта. Статью с результатами своих работ ученые опубликовали в последнем номере журнала International Journal of Refrigeration.

Группа ученых из МГУ имени М.В.Ломоносова предложила новый способ применения магнитокалорического эффекта для адресной доставки лекарств в месте установки имплантата. Один из авторов работы Владимир Зверев (физический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова) утверждает, что аналогов данного метода, использующего отрицательный магнитокалорический эффект, в мире не существует.

Суть магнитокалорического эффекта (МКЭ) сводится к тому, что при воздействии внешнего магнитного поля на магнитный материал температура этого материала изменяется, иногда повышаясь, а иногда, наоборот, падая (в зависимости от материала). Это важное физическое явление было обнаружено еще в позапрошлом веке, хотя как эффект было описано лишь в 1917 году. За прошедшее столетие МКЭ был изучен очень подробно, однако интерес исследователей к нему не только не упал, но, наоборот, резко возрос в последние десятилетия. Это объясняется, во-первых, большим количеством информации о физике магнитных материалов, которую можно из этого эффекта извлечь, и, во-вторых, довольно обширной областью его возможных применений. Его можно с большим успехом применять в физике низких температур, для производства тепловых машин, холодильных установок и пр.

Однако большинство этих применений к коммерческому использованию пока не готово, главным образом, из-за неготовности технологий. Если, например, говорить о бытовых магнитных холодильниках, то, хотя они разрабатываются сегодня многими научно-промышленными лабораториями по всему миру, по словам одного из авторов статьи Владимира Зверева, сотрудника физического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова, такие холодильники, если бы их сегодня производили, были бы очень дорогими.

«Для таких холодильников требуется магнитное поле порядка одного тесла, что при сегодняшних возможностях делает цены на них очень высокими и потому коммерчески неприемлемыми — одно только устройство для генерации такого поля обойдется как минимум в полторы тысячи долларов. Остается ждать, когда они подешевеют», — комментирует Владимир Зверев.

Однако это не помешало авторам работы предложить новое применение магнитокалорического эффекта, причем практически готовое к массовому использованию, — на этот раз в медицине.

Один из методов, разработанных исследователями, носит название «магнитожидкостная гипотермия» и сводится к нагреву онкологических новообразований специальными магнитными наночастицами, адресно доставляемыми в место опухоли. Для этого исследователями разработана и создана уникальная установка по созданию переменного высокочастотного магнитного поля, которой, как уверяет Владимир Зверев, не существует аналогов в мире. На сегодня с помощью этой установки в Российском научном онкологическом центре им. Н.Н. Блохина проведены первичные исследования клеточных культур различных типов раковых опухолей. Проведены также исследования на мышах, доказавшие биосовместимость и нетоксичность микрочастиц. Ставятся также эксперименты по фармакокинетике микрочастиц, с помощью которых выясняется, как они удерживаются в опухоли, как распространяются в организме кровотоком и т. п.

Если о возможности подобного использования магнитокалорического эффекта в научной литературе по крайней мере упоминалось — ведь давно известно, что нагрев опухоли может привести к ее деградации, — то вторая методика, предложенная учеными, совершенно уникальна.

Как известно, одной из проблем при имплантации в человеческий организм инородных тел — искусственных суставов, брюшных сеток, стентов пищевода, моче- и желчевыводящих протоков и пр. — является вероятность их отторжения. Авторы статьи предлагают наносить на имплантаты (еще во время их подготовки к установке в организм) специальное покрытие, состоящее из нескольких слоев. Первый слой – магнитный материал, который охлаждается во внешнем магнитном поле (материал с отрицательным магнитокалорическим эффектом). Этот слой может представлять собой тонкую пленку или суспензию из магнитных микрочастиц. Второй слой — полимерная матрица, в которую, как в губку, помещено лекарственное вещество. Полимерная матрица находится в непосредственном тепловом контакте с магнитокалорическим материалом. Вся эта конструкция во время операции помещается в организм.

Дело в том, что полимер, используемый в технологиии, при нормальной температуре внутри организма, то есть при температуре выше 37 градусов, похож на желе, которое удерживает внутри себя лекарство. Когда магнитное поле понижает температуру магнитного материала, полимер переходит в жидкообразное состояние и выпускает лекарство в месте установки имплантата. Например, когда после установки имплантата происходит воспаление, неинвазивное приложение внешнего магнитного поля (например, в установке МРТ) позволит выпустить нужную порцию лекарства в течение нужного времени в нужном месте.

Такой метод «адресной» доставки лекарств, хорош, в частности, уже тем, что он воздействует только на источник воспаления и лишен всякой связи с остальным организмом, то есть уже по определению для него совершенно безвреден. Есть, правда, проблема — пока непонятно, что делать, если лекарство в оболочке закончится.

Зверев утверждает, что и эта проблема решаема: «Во-первых, — говорит он, — в некоторых случаях необходим только один, «залповый сброс» лекарства, например, необходимого для того, чтобы приклеилась брюшная сетка. А выпуск дозированных порций лекарства можно регулировать, управляя величиной внешнего магнитного поля. Можно также пополнять оболочку новым запасом лекарства, используя то обстоятельство, что лекарство химически может быть соединено с магнитными частицами, которые можно «дотащить» до нужного места в организме внешним магнитным полем. Правда, этот способ мы не разрабатывали, и он находится сейчас только в виде идеи».

Где у тюленя компас? Мурманские ученые узнали, что ластоногие распознают магнитное поле

Вначале была Соня

— А почему именно Соня? — спрашиваю у научного сотрудника лаборатории биотехнических систем ММБИ Андрея Яковлева. Именно он взялся проверить, способны ли тюлени чувствовать электромагнитное поле и распознавать объекты, излучающие его.

— Соня у нас опытная, очень хорошо выполняет выбор объекта по заданным характеристикам, очень дисциплинированная — отличница! — отвечает ученый. — Лучше нее, пожалуй, только Вета, но она тяжелее на 50 кг, ее было бы тяжелее транспортировать.

Соня и Вета, а еще Бузя и Змей — серые тюлени. Всех их ученые в 2005 году забрали еще щенками около Айновых островов на побережье Баренцева моря и отправили в «школу для ластоногих» — так и началось сотрудничество диких хищных животных с человеком. За 15 лет «малыши» многому научились, и им доверили участие в эксперименте.

— Все наши питомцы совершенно спокойно переносят дорогу в специальном контейнере. На лодке мы привезли его к вольеру, установили вплотную к калитке, Соня зашла внутрь, на этой же лодке ее доставили на берег, где очень много сильных мужчин перенесли ценный груз общим весом около 200 кг в машину и отвезли из ЗАТО Александровск в Мурманск, в бассейн Полярного геофизического института (ПГИ). Там вместе с коллегами мы и приступили к эксперименту. Это было в 2015 году, самое начало исследований, — рассказывает Андрей.

Андрей Яковлев

По сути, это не просто бассейн, а целый биофизический исследовательский комплекс с чашей, аппаратной и подсобными помещениями. Им пользуются оба института, тем более когда тема исследований охватывает и биологию, и физику. В нашем случае тема исследований звучала так: «Изучение влияния искусственного магнитного поля на водные биологические объекты».

— Искусственное магнитное поле генерировалось с помощью экспериментального источника магнитного поля, разработанного сотрудниками ПГИ, с напряженностью поля синусоидальной формы, превышающей напряженность геомагнитного поля, — сообщает детали биолог.

Для работы с тюленем центральную часть бассейна оснастили деревянным помостом, расположили его на уровне среза воды.

Бузя

— Мы пытались выяснить, что изменится в поведении. Основной характеристикой, такой реперной точкой, была двигательная активность. Тюлень обычно может лежать на помосте, может плавать по кругу или по другой траектории в бассейне, может просто зависать в толще воды или с поднятой над водой головой, может лежать на дне. И вот как раз по количеству актов всплытия-погружения мы выясняли, насколько тюлень активен, и потом сравнивали данные — когда было воздействие и когда его не было, — объясняет ученый.

Результаты на первом этапе получились не совсем однозначные — поведение тюленя менялось, но эффекты в зависимости от частоты электромагнитного поля, которое генерировалось, и от длительности его воздействия были разными: от пассивности до повышенной активности.

Спустя год к эксперименту подключили еще одного тюленя — Бузю, провели еще серию наблюдений. А летом 2020 года, уже на аквакомплексе в ЗАТО Александровск, в вольерах, которые оборудованы в акватории Баренцева моря, приступили ко второму этапу исследований — изучению магниторецепции (это возможность ощущать магнитное поле и способность ориентироваться по нему, определять направление движения и местоположение на местности).

Этот эксперимент проводили с использованием так называемых колец Гельмгольца — системы гидроизолированных колец, между которых с помощью специального оборудования создается равномерное однородное электромагнитное поле большой интенсивности, в полтора-два раза превышающее индукцию геомагнитного поля Земли.

Экспериментальный стенд с тремя парами колец Гельмгольца

— Электромагнитное поле создавали в одном из объектов поочередно, фиксировали выбор тюленем одного из трех колец. Правильным считался выбор, когда животное мордой касалось цели внутри системы колец, где в данный момент генерировалось магнитное поле. На этот раз участие в эксперименте принимали Соня, Вета и Змей. Со временем они начали идентифицировать объекты. Теперь мы с уверенностью можем сказать, что серый тюлень способен чувствовать магнитные поля, — скромно отмечает Андрей Яковлев.

А между тем он стал первым ученым, который сделал такое научное открытие у ластногих. Теперь, говорит Яковлев, нужно узнать, применяют ли тюлени эту свою особенность в дикой природе для ориентирования при миграции и где у тюленя может быть спрятан навигационный «компас».

— Сейчас обрабатываю данные по теме магниторецепции — надо выяснить механизмы срабатывания. Магниторецепция, или, проще — способность воспринимать магнитные поля, достоверно доказана у птиц, насекомых и бактерий. Это проявляется в том, что они в период миграций никогда не сбиваются с курса: птицы четко знают, куда лететь на зимовку и как возвращаться обратно, пчелы, например, легко находят путь от улья до гречишного поля и потом назад. Но ведь и тюлени тоже совершают миграции, и, когда всплывают над водой в открытом море, без визуальных ориентиров, наблюдая вокруг только воду, они в итоге все равно попадают туда, куда им нужно, — допустим, к местам щенки или лежки, — рассуждает биолог.

Так где же может прятаться «компас»?

— А вот это до сих пор загадка! — вступает в разговор коллега Андрея Яковлева, заместитель директора ММБИ, кандидат биологических наук Дмитрий Ишкулов. — Проблема с органами магнитной рецепции в науке стоит очень остро. Мы до сих пор не знаем, где они расположены. Мы знаем, что глаза отвечают за зрение, уши — за слух, а где орган, который отвечает за магнитную рецепцию?

По словам Ишкулова, на данный момент существует несколько теорий. Одна из них состоит в том, что в живом организме есть содержащие железо заряженные частицы, к примеру, элементы крови, а железо может изменять свое положение в пространстве соответственно направлению линий магнитного поля.

— Допустим, имеются научно доказанные факты, что есть магнитная рецепция у бактерий. Но ведь у бактерий нет мозга! — говорит Дмитрий. — У них есть органеллы (постоянные компоненты клетки, жизненно необходимые для ее существования — прим. ТАСС) — в которых содержатся полярные молекулы. Они способны под воздействием электромагнитного поля изменять свое положение в пространстве. Есть предположения, что существуют все-таки какие-то органы, которые до сих пор еще не найдены. Если говорить, что за восприятие магнитного поля отвечают какие-то области мозга, то, скорее всего, они могут отвечать за анализ полученной информации, а вот откуда она поступает и какая часть живого организма отвечает за восприятие магнитного поля — это еще очень-очень большой вопрос!

Красный, синий. Голубой? Зачем тюленей учат различать цвета

Факт, что тюлени различают цвета, научно достоверно доказан. Долгое время считалось, что все млекопитающие, кроме человека и высших приматов, в том числе и тюлени, видят мир «обесцвеченным» — то есть в серых тонах и могут распознавать только оттенки серого. Но ученым ММБИ удалось доказать обратное.

— Несколько лет назад была проведена серия экспериментов по цветовосприятию у серых тюленей. Так вот в ходе наших экспериментов показано, что конкретно серый тюлень прекрасно различает не только градации серого, но и красный, синий и зеленый цвета. При этом, что интересно при работе именно с тюленями, у них очень развита высшая нервная деятельность, и они хорошо обучаемы, у них можно развить условный рефлекс, — рассказывает Дмитрий Ишкулов.

У тренера в вольере целый набор разноцветных игрушек: кегля, кубик, шарик, утюжок и утенок. К ним прилагается набор табличек, окрашенных в такие же цвета (красный, синий и зеленый). Они закреплены у мостков в вольере так, чтобы тюлень мог спокойно подойти к ним и дотронуться носом. Воспитанникам «школы ластоногих» показывают, к примеру, красного утенка, и они спустя несколько тренировок безошибочно указывают на красную табличку. Показывают зеленый утюжок — подходят к зеленой, синюю кеглю — плывут к синей. А вот различит ли тюлень другие цвета спектра?

Исследование цветового зрения

— Был и такой эксперимент: мы напечатали пять таблиц с пятью разными цветами, затем эти цвета обесцветили в фотошопе и напечатали такой вариант, а потом проверили реакцию наших питомцев. Оказалось, что тюлени спокойно отличают цветную табличку от черно-белой, — делится результатами опыта еще один научный сотрудник лаборатории Мирон Пахомов — именно он отвечал за работу по цветовосприятию.

Спрашиваю: зачем ученым это знать и где могут пригодиться такие знания? В ответ слышу: «Как где? На службе!»

— Идея о том, что ластоногие могут использоваться как служебные животные, — вполне прогрессивна. И понимание того, что они могут различать цвета, именно в служебных целях очень актуально. Это принцип поиска заданных объектов под водой определенным образом, — поясняет Дмитрий Ишкулов. — Если взять ту же инспекцию подводных трубопроводов — по разнице цвета можно определить, есть ли повреждение, и установить метку. У нас есть эксперименты, когда животное определяет, например, свищ в трубе и выставляет в качестве метки небольшой буек, чтобы потом туда спустилась техника и водолазы. При работах с водолазами тюлень может определять «свой — чужой», в зависимости от того, какого цвета костюм на человеке.

По заключению ученых, такие свойства тюленей могут успешно применяться и у спасателей, и у военных.

Служебный тюлень лучше собаки

«Ластоногий спецназ», «арктические войска особого назначения», «млекопитающие-диверсанты» — как только не писали о заполярной школе для ластоногих, которая появилась на Кольском полуострове еще в 1984 году, в отдаленном прибрежном поселке Дальние Зеленцы при участии академика Геннадия Матишова. Тогда он был директором Мурманского морского биологического института и создал базу, где искали методы использования морских млекопитающих для обеспечения безопасности морских сооружений и подводных операций. С тех пор многое поменялось и в самой школе, и в стране, но так или иначе это уникальное «учебное заведение» до сих пор действует и все так же окутано тайной. Посторонних на экспериментальные полигоны не пускают.

— Когда впервые возникла необходимость заняться работами с морскими животными, это было связано с Министерством обороны СССР, и тогда были впервые построены вольеры, отловлены и привезены животные, сформировался коллектив ученых. Были разные периоды, когда исследования шли менее интенсивно (90-е годы), более интенсивно. Это зависело от состояния экономики страны и от потребностей Министерства обороны и, соответственно, от тех научно-исследовательских задач в теме госзаказа, что мы решали, будучи в составе РАН, потом Федерального агентства по науке и сейчас в составе Министерства образования и науки. Что изменилось коренным образом — это то, что сейчас мы в основном решаем задачи с госзаданием, связанные с исследовательскими работами именно Министерства образования и науки России, — рассказывает нынешний директор ММБИ, профессор, доктор биологических наук Павел Макаревич.

Транспортировочный ящик с тюленем на лодке

Научной группе базы в разные годы довелось поработать с разными морскими млекопитающими, исследователи пробовали «подружиться» с сивучами, белухами, дельфинами, но остановились именно на арктических серых тюленях. Говорят, тюлень — очень умное животное и хорошо ладит с человеком.

— В конечном итоге мы сосредоточились на том, что мы не служебный питомник, мы не воспитываем ищеек, мы разрабатываем методики — как этих ищеек нужно учить, — подхватывает разговор Дмитрий Ишкулов. — У нас собрана уникальная база научных данных: от рекомендаций, из какого дерева и какими гвоздями построить вольер, как научить тюлененка есть твердую пищу, если мама уже оставила его, и как тренер должен работать с конкретным животным в зависимости от его индивидуальных особенностей, как различать их.

С другими служебными животными, например собаками, тюленя даже сравнивать нельзя, говорят ученые. Он не лучше и не хуже, это особенный вид. Собаку погладили — ей приятно, она виляет хвостом, тюленю же это безразлично, ему главное — рыба!

Умные, добрые, но меркантильные

— Тюлень — это не кошка, не собака, не хомяк, не попугайчик. Тюлень — это дикое животное, которое не одомашнено. И человек для него — это прежде всего источник пищи. Оно хочет кушать — человек дает рыбу, отношения исключительно меркантильные, — смеется завлабораторией биотехнических систем ММБИ Александр Зайцев. — Чистый бизнес: ты мне рыбу, я тебе делаю, не даешь — ничего делать не буду. И вся работа построена именно на этом.

Александр за 13 лет работы в институте успел отлично выучить характер и повадки серых тюленей. Говорит, их легко различить по темпераменту, среди них так же попадаются и буйные, и гиперактивные, и тихони.

— Да, — подтверждает Дмитрий Ишкулов, — например, для исследования подводных коммуникаций — там все время одна и та же задача: тюлень с видеокамерой, с освещением проплывает из точки А в точку В и ведет подводную съемку, с тем чтобы понять, что там ничего не сломалось, — для таких задач лучше подходят флегматики. Для того чтобы разыскать под водой и принести какой-то предмет — лучше подойдет холерик.

А есть, по словам ученых, и обидчивые «трудоголики». Например, Соня прохода тренеру не дает, если он долго работает не с ней, а с другим тюленем: караулит и хватает за пятки.

— Все знают уже эту особенность Сони и стараются ходить вдоль вольеров бочком, когда тренируют ее собратьев. Ревнивица! — говорит Александр. — Но потом, когда тренировки возобновляются, Соня опять ведет себя мило и прилежно.

А еще, рассказал ученый, тюлени могут хвастаться — ну прямо как люди. Не раз бывало, когда с животными работают на открытой воде, — нырнет тюлень, поймает треску огромную и потом всплывает и показывает ее тренеру: мол, видишь, как я могу! И таких историй из практики у сотрудников лаборатории хоть отбавляй. Но одно приключение с воспитанницей экспериментальной базы достойно отдельной главы…

Откуда взялся Тим, или Стенка вольера любви не помеха

— Нельзя сказать, что это первый случай в мире, но он не лишен уникальности, — рассказывает Александр Зайцев. — Дело в том, что у нас животные находятся в естественных условиях. Они, по сути, живут в море круглый год под влиянием естественных природных и погодных условий, просто кормят их люди. Единственное ограничение — это ограничение в перемещении.

Как объяснил мой собеседник, стенка вольера — это сетка с размером ячеи несколько сантиметров, поэтому животные не могут добровольно уйти, но человеку не всегда известно, что происходит на глубине. А там, как выяснилось, могут бурлить страсти.

— В какой-то момент мы вдруг поняли, что наша Бузя ведет себя не так, как обычно. Стали внимательно наблюдать и поняли, что она ждет пополнения, — продолжает Александр. — Но в нашей команде ластоногих всего один самец — Фес, и он точно не контактировал с ней. Через несколько месяцев на свет в нашем питомнике появился детеныш. Получается, что его папой стал дикий самец. Назвали малыша Тим.

Мирон Пахомов и Тим

Краснокнижный серый тюлененок Тим родился как раз под Новый год, в декабре 2019 года, но предавать огласке этот факт ученые не спешили, опасались «спугнуть удачу». Прошел год, и теперь можно смело говорить, что это первый случай в России, когда в условиях неволи появился на свет щенок атлантического подвида серого тюленя, вырос, окреп и уже многому научился.

— Малыш прекрасно ест, уже умеет различать звук и реагирует на команды тренера, он его слышит и понимает, учится различать цвета. Уникальность нашего случая в том, что мы смогли проследить успешный случай, когда щенок родился в условиях, максимально приближенных к естественным, в той же температурной среде, при тех же погодных условиях. Но при этом мы смогли наблюдать за ним весь этот период, пока он рос, — не без гордости говорит Александр.

Теперь вместе с Тимом в мурманской «школе ластоногих» девять учеников. Росприроднадзор выдал ему официальное «свидетельство о рождении».

Эльвира Серга

Что такое магнитное поле?

Всем известно, насколько забавными могут быть магниты. Кто из нас в детстве не любил видеть, сможем ли мы склеить наше столовое серебро? А как насчет тех маленьких магнитных камешков, которые мы могли бы расположить так, чтобы они образовали практически любую форму, потому что они слиплись? Что ж, магнетизм — это не просто бесконечный источник удовольствия или пользы для научных экспериментов; это также один из основных физических законов, на которых основана Вселенная.

Притяжение, известное как магнетизм, возникает при наличии магнитного поля, которое представляет собой силовое поле, создаваемое магнитным объектом или частицей.Он также может быть вызван изменяющимся электрическим полем и обнаруживается по силе, которую оно оказывает на другие магнитные материалы. Поэтому область изучения магнитов известна как электромагнетизм.

Определение:

Магнитные поля можно определять разными способами в зависимости от контекста. Однако, в общем, это невидимое поле, которое оказывает магнитное воздействие на вещества, чувствительные к магнетизму. Магниты также оказывают друг на друга силы и крутящие моменты через создаваемые ими магнитные поля.

Визуализация солнечного ветра, соприкасающегося с магнитосферой Земли. Подобно дипольному магниту, он имеет силовые линии и северный и южный полюсы. Кредит: JPL

Они могут генерироваться в непосредственной близости от магнита, электрическим током или изменяющимся электрическим полем. Они диполярны по своей природе, что означает, что у них есть как северный, так и южный магнитный полюс. Стандартная международная единица (СИ), используемая для измерения магнитных полей, — это Тесла, в то время как меньшие магнитные поля измеряются в единицах Гаусса (1 Тесла = 10 000 гуасс).

Математически магнитное поле определяется величиной силы, которую оно оказывает на движущийся заряд. Измерение этой силы согласуется с законом силы Лоренца, который может быть выражен как F = qvB , где F — магнитная сила, q — заряд, v — скорость, а магнитная сила. поле — B . Это отношение является векторным произведением, где F перпендикулярно (->) всем другим значениям.

Полевые линии:

Магнитные поля могут быть представлены непрерывными силовыми линиями (или магнитным потоком), которые выходят из северных магнитных полюсов и входят в южные полюса.Плотность линий указывает на величину поля, поскольку она более сконцентрирована на полюсах (где поле сильно) и расширяется и ослабевает по мере удаления от полюсов.

Однородное магнитное поле представлено расположенными на одинаковом расстоянии параллельными прямыми линиями. Эти линии непрерывны, образуют замкнутые петли, идущие с севера на юг и снова повторяющиеся. Направление магнитного поля в любой точке параллельно направлению близлежащих силовых линий, и локальная плотность силовых линий может быть сделана пропорциональной ее напряженности.

Линии магнитного поля напоминают поток жидкости в том смысле, что они обтекаемые и непрерывные, и появляется больше (или меньше линий) в зависимости от того, насколько близко наблюдается поле. Силовые линии полезны как представление магнитных полей, позволяя упростить и выразить в математических терминах многие законы магнетизма (и электромагнетизма).

Простой способ наблюдать магнитное поле — это поместить железные опилки вокруг железного магнита. Расположение этих опилок будет соответствовать линиям поля, образуя полосы, соединяющиеся на полюсах.Они также появляются во время полярных сияний, когда видимые полосы света совпадают с местным направлением магнитного поля Земли.

История обучения:

Изучение магнитных полей началось в 1269 году, когда французский ученый Петрус Перегринус де Марикур с помощью железных игл нанес на карту магнитное поле сферического магнита. Места, где эти линии пересекались, он назвал «полюсами» (по отношению к полюсам Земли), которые, по его словам, есть у всех магнитов.

В 16 веке английский физик и натурфилософ Уильям Гилберт из Колчестера повторил эксперимент Перегринуса.В 1600 году он опубликовал свои выводы в договоре ( De Magnete ), в котором заявил, что Земля является магнитом. Его работа была неотъемлемой частью установления магнетизма как науки.

Вид на восточное небо во время пика полярного сияния этим утром. Предоставлено: Боб Кинг

В 1750 году английский священник и философ Джон Мичелл заявил, что магнитные полюса притягиваются и отталкиваются друг от друга. Он заметил, что сила, с которой они это делают, обратно пропорциональна квадрату расстояния, иначе известному как закон обратных квадратов.

В 1785 году французский физик Шарль-Огюстен де Кулон экспериментально подтвердил магнитное поле Земли. Затем французский математик и геометр XIX века Симеон Дени Пуассон создал первую модель магнитного поля, которую представил в 1824 году.

К 19 веку дальнейшие откровения уточнили и бросили вызов ранее существовавшим представлениям. Например, в 1819 году датский физик и химик Ганс Кристиан Орстед обнаружил, что электрический ток создает вокруг него магнитное поле.В 1825 году Андре-Мари Ампер предложил модель магнетизма, в которой эта сила возникла из-за постоянно протекающих контуров тока, а не диполей магнитного заряда.

В 1831 году английский ученый Майкл Фарадей показал, что изменяющееся магнитное поле порождает окружающее электрическое поле. По сути, он открыл электромагнитную индукцию, которая характеризовалась законом индукции Фарадея (он же закон Фарадея).

Клетка Фарадея на электростанции в Хаймбахе, Германия. Предоставлено: Wikipedia Commons / Frank Vincentz

Между 1861 и 1865 годами шотландский ученый Джеймс Клерк Максвелл опубликовал свои теории электричества и магнетизма, известные как уравнения Максвелла.Эти уравнения не только указали на взаимосвязь между электричеством и магнетизмом, но и показали, что сам свет является электромагнитной волной.

Область электродинамики получила дальнейшее развитие в конце 19-го и 20-го веков. Например, Альберт Эйнштейн (который предложил закон специальной теории относительности в 1905 году) показал, что электрическое и магнитное поля являются частью одного и того же явления, наблюдаемого из разных систем отсчета. Появление квантовой механики также привело к развитию квантовой электродинамики (КЭД).

Примеры:

Классическим примером магнитного поля является поле, создаваемое железным магнитом. Как упоминалось ранее, магнитное поле можно проиллюстрировать, окружив его железными опилками, которые будут притягиваться к его силовым линиям и образовывать петлю вокруг полюсов.

Более крупные примеры магнитных полей включают магнитное поле Земли, которое напоминает поле, создаваемое простым стержневым магнитом. Считается, что это поле является результатом движения ядра Земли, которое разделено на твердое внутреннее ядро и расплавленное внешнее ядро, которое вращается в направлении, противоположном Земле.Это создает динамо-эффект, который, как полагают, приводит в действие магнитное поле Земли (также известное как магнитосфера).

Компьютерное моделирование поля Земли в период нормальной полярности между инверсиями. [1] Линии представляют собой силовые линии магнитного поля: синие, когда поле направлено к центру, и желтые, когда поле находится далеко. Предоставлено: NASA . Такое поле называется дипольным полем, потому что оно имеет два полюса — северный и южный, расположенные на обоих концах магнита, — где напряженность поля максимальна. В средней точке между полюсами сила составляет половину своего полярного значения и простирается на десятки тысяч километров в космос, формируя магнитосферу Земли.

Было показано, что другие небесные тела обладают собственными магнитными полями. Сюда входят газовые и ледяные гиганты Солнечной системы — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Магнитное поле Юпитера в 14 раз сильнее, чем у Земли, что делает его самым сильным магнитным полем среди всех планетных тел. Ганимед, спутник Юпитера, также обладает магнитным полем и является единственной луной в Солнечной системе, которая имеет его.

Считается, что когда-то Марс обладал магнитным полем, подобным земному, что также было результатом динамо-эффекта внутри него. Однако из-за массивного столкновения или быстрого охлаждения внутри Марс миллиарды лет назад потерял свое магнитное поле. Считается, что именно из-за этого Марс потерял большую часть своей атмосферы и способность удерживать жидкую воду на своей поверхности.

Когда доходит до этого, электромагнетизм является фундаментальной частью нашей Вселенной, прямо там, где находятся ядерные силы и гравитация. Понимание того, как это работает и где возникают магнитные поля, является не только ключом к пониманию того, как возникла Вселенная, но также может помочь нам когда-нибудь найти жизнь за пределами Земли.

Мы написали много статей о магнитном поле для Universe Today. Вот что такое магнитное поле Земли, Готово ли магнитное поле Земли к изменению? Магнитные поля.

Если вам нужна дополнительная информация о магнитном поле Земли, ознакомьтесь с руководством НАСА по исследованию солнечной системы на Земле. А вот ссылка на обсерваторию Земли НАСА.

Мы также записали серию Astronomy Cast, посвященную планете Земля. Послушайте, Эпизод 51: Земля.

Источники:

Как это:

Like Loading …

6.3: Определение магнитного поля

Мы собираемся полностью определить величину и направление магнитного поля, ссылаясь на его влияние на электрический ток, без ссылки на магниты. или магниты.Мы уже отметили, что, если электрический ток течет по проводу во внешнем магнитном поле, он испытывает силу, направленную под прямым углом к проводу.

Я хочу, чтобы вы представили, что в этой комнате есть магнитное поле, возможно, происходящее от какого-то источника за пределами комнаты. Это не требует большого воображения, поскольку уже — это такое магнитное поле, а именно магнитное поле Земли. Я скажу вам, что поле в комнате однородное, но не скажу вам ничего ни о его величине, ни о направлении.

У вас есть прямой провод, по которому можно пропускать ток. Вы заметите, что на провод действует сила. Возможно, мы можем определить направление поля как направление этой силы. Но это совсем не годится, потому что сила всегда направлена под прямым углом к проводу, независимо от его ориентации! Однако мы замечаем, что величина величины силы зависит от ориентации проволоки; и есть одна уникальная ориентация проволоки, при которой она не испытывает силы вообще .Поскольку эта ориентация уникальна, мы выбрали , чтобы определить направление магнитного поля как параллельное проводу, когда ориентация провода такова, что на него не действует сила.

Это оставляет двоякую двусмысленность, поскольку даже с проводом в его уникальной ориентации мы можем заставить ток течь в одном направлении или в противоположном. Нам еще предстоит разрешить эту двусмысленность. Потерпите еще несколько строк.

Когда мы перемещаем наш провод в магнитном поле из одной ориентации в другую, мы замечаем, что, хотя направление силы на нем всегда перпендикулярно проводу, величина величины силы зависит от ориентация провода, равная нулю (по определению), когда он параллельна полю, и наибольшей, когда он перпендикулярен ему.{-1}. \]

Определение. Если максимальная сила на единицу длины при токе в 1 ампер (эта максимальная сила, конечно же, когда ток и поле перпендикулярны) составляет 1 Н · м ^-1, напряженность поля составляет 1 тесла ( Т).

По определению, когда провод параллелен полю, сила на нем равна нулю; и, когда он перпендикулярен полю, сила на единицу длины равна \ (IB \) ньютонов на метр.

Будет обнаружено, что когда угол между током и полем равен \ (\ theta \), сила на единицу длины, \ (F ‘\), составляет

\ [F’ = IB \ sin \ тета.\]

В векторной записи мы можем записать это как

\ [\ textbf {F} ‘= \ textbf {I} \ times \ textbf {B}, \ label {6.3.2} \]

где, при выборе записи \ (\ textbf {I} \ times \ textbf {B} \) вместо \ (\ textbf {F} ‘= \ textbf {B} \ times \ textbf {I} \) мы удалили два -кратная неоднозначность в нашем определении направления \ (\ textbf {B} \). Уравнение \ ref {6.3.2} выражает «правило правой руки» для определения соотношения между направлениями тока, поля и силы.

Магнитные поля и линии магнитного поля

Цель обучения

К концу этого раздела вы сможете:

Определите магнитное поле и опишите силовые линии различных магнитных полей.

Говорят, что в детстве Эйнштейн был очарован компасом, возможно, размышляя о том, как стрелка ощущала силу без прямого физического контакта. Его способность глубоко и ясно мыслить о действиях на расстоянии, особенно о гравитационных, электрических и магнитных силах, позже позволила ему создать свою революционную теорию относительности.Поскольку магнитные силы действуют на расстоянии, мы определяем магнитное поле для представления магнитных сил. Графическое представление линий магнитного поля очень полезно для визуализации силы и направления магнитного поля. Как показано на Фиг.1, направление линий магнитного поля определяется как направление, в котором указывает северный конец стрелки компаса. Магнитное поле традиционно называют B -field .

Рис. 1. Линии магнитного поля определяются так, чтобы они имели направление, которое указывает маленький компас при размещении в определенном месте. (а) Если для отображения магнитного поля вокруг стержневого магнита используются небольшие компасы, они будут указывать в показанных направлениях: от северного полюса магнита к южному полюсу магнита. (Напомним, что северный магнитный полюс Земли на самом деле является южным полюсом с точки зрения определения полюсов стержневого магнита.) (B) Соединение стрелок дает непрерывные линии магнитного поля.Сила поля пропорциональна близости (или плотности) линий. (c) Если бы можно было исследовать внутреннюю часть магнита, было бы обнаружено, что силовые линии образуют непрерывные замкнутые контуры.

Маленькие компасы, используемые для проверки магнитного поля, не мешают ему. (Это аналогично тому, как мы тестировали электрические поля с помощью небольшого тестового заряда. В обоих случаях поля представляют только объект, создающий их, а не тестирующий их зонд.) На рисунке 2 показано, как магнитное поле появляется для токовой петли и длинный прямой провод, который можно исследовать с помощью небольшого компаса.Небольшой компас, помещенный в эти поля, выровняется параллельно линии поля в своем местоположении, а его северный полюс будет указывать в направлении B . Обратите внимание на символы, используемые для ввода и вывода из бумаги.

Рис. 2. Маленькие компасы можно использовать для картирования полей, показанных здесь. (а) Магнитное поле круговой токовой петли похоже на магнитное поле стержневого магнита. (б) Длинный и прямой провод создает поле с силовыми линиями магнитного поля, образующими кольцевые петли. (c) Когда проволока находится в плоскости бумаги, поле перпендикулярно бумаге.Обратите внимание, что символы, используемые для поля, указывающего внутрь (например, хвоста стрелки), и поля, указывающего наружу (например, наконечника стрелки).

Установление соединений: концепция поля

Поле — это способ отображения сил, окружающих любой объект, которые могут воздействовать на другой объект на расстоянии без видимой физической связи. Поле представляет объект, его генерирующий. Гравитационные поля отображают гравитационные силы, электрические поля отображают электрические силы, а магнитные поля отображают магнитные силы.

Обширные исследования магнитных полей выявили ряд жестких правил. Мы используем силовые линии магнитного поля для представления поля (линии — это графический инструмент, а не физическая сущность сами по себе). Свойства силовых линий магнитного поля можно описать следующими правилами:

Направление магнитного поля касается силовой линии в любой точке пространства. Маленький компас укажет направление линии поля.
Сила поля пропорциональна близости линий.Он точно пропорционален количеству линий на единицу площади, перпендикулярной линиям (так называемая поверхностная плотность).
Силовые линии магнитного поля никогда не могут пересекаться, а это значит, что поле уникально в любой точке пространства.
Линии магнитного поля непрерывны, образуют замкнутые контуры без начала и конца. Они идут от северного полюса к южному.

Последнее свойство связано с тем, что северный и южный полюса нельзя разделить. Это явное отличие от силовых линий электрического поля, которые начинаются и заканчиваются на положительных и отрицательных зарядах. Если бы магнитные монополи существовали, то силовые линии магнитного поля начинались бы и заканчивались на них.

Сводка раздела

Магнитные поля могут быть графически представлены силовыми линиями магнитного поля, свойства которых следующие:
- Поле касается линии магнитного поля.
- Напряженность поля пропорциональна линейной плотности.
- Линии поля не могут пересекаться.
- Полевые линии представляют собой непрерывные петли.

Концептуальные вопросы

Объясните, почему магнитное поле не может быть уникальным (то есть не иметь единственного значения) в точке пространства, где силовые линии магнитного поля могут пересекаться.(Учитывайте направление поля в такой точке.)
Перечислите сходства силовых линий магнитного поля и силовых линий электрического поля. Например, направление поля касается линии в любой точке пространства. Также укажите, чем они отличаются. Например, электрическая сила параллельна силовым линиям электрического поля, тогда как магнитная сила, действующая на движущиеся заряды, перпендикулярна силовым линиям магнитного поля.
Заметив, что силовые линии магнитного поля стержневого магнита напоминают силовые линии пары равных и противоположных зарядов, ожидаете ли вы, что магнитное поле будет быстро уменьшаться в силе по мере удаления от магнита? Это согласуется с вашим опытом работы с магнитами?
Магнитное поле Земли параллельно земле во всех местах? Если нет, то где она параллельна поверхности? Его сила одинакова во всех местах? Если нет, то где больше?

Глоссарий

магнитное поле:: представление магнитных сил

B -поле:: другой термин для обозначения магнитного поля

силовые линии магнитного поля:: графическое изображение силы и направления магнитного поля

направление силовых линий магнитного поля:: направление, на которое указывает северный конец стрелки компаса

Магнитное поле

: определение, причины, формула, единицы и измерения (с примерами)

Обновлено 28 декабря 2020 г.

Ли Джонсон

Поля окружают нас повсюду.Будь то гравитационное поле, вызванное массой Земли, или электрические поля, созданные заряженными частицами, такими как электроны, невидимые поля есть повсюду, представляющие потенциалы и невидимые силы, способные перемещать объекты с соответствующими характеристиками.

Например, электрическое поле в области означает, что заряженный объект может отклониться от своего первоначального пути, когда он входит в область, а гравитационное поле из-за массы Земли удерживает вас на поверхности Земли, если вы этого не сделаете. некоторые работают над преодолением его влияния.

Магнитные поля являются причиной магнитных сил, и объекты, которые оказывают магнитные силы на другие объекты, делают это, создавая магнитное поле. Магнитные поля можно обнаружить по отклонению стрелок компаса, которые совпадают с силовыми линиями (магнитный север стрелки указывает на магнитный юг). Если вы изучаете электричество и магнетизм, изучение магнитных полей и магнитной силы станет важным шагом на вашем пути.

Что такое магнитное поле?

В физике в целом поля — это векторы со значениями в каждой области пространства, которые говорят вам, насколько сильным или слабым является эффект в этой точке, и направление эффекта.Например, объект с массой, такой как солнце, создает гравитационное поле, и в результате на другие объекты с массой, попадающие в это поле, действует сила. Вот как гравитационное притяжение Солнца удерживает Землю на орбите вокруг себя.

Дальше в солнечной системе, например, на орбите Урана, действует та же сила, но сила намного ниже. Он всегда направлен прямо на солнце; Если вы вообразите набор стрел, окружающих Солнце, все они указывают на него, но с большей длиной на близком расстоянии (более сильная сила) и меньшей длиной на больших расстояниях (более слабая сила), вы в основном вообразили гравитационное поле в Солнечной системе.

Таким же образом, объекты с зарядом создают электрические поля, а движущиеся заряды создают магнитных полей , которые могут вызывать магнитную силу в соседнем заряженном объекте или других магнитных материалах.

Эти поля немного сложнее по форме, чем гравитационные поля, так как они имеют петлевые силовые линии магнитного поля, которые выходят из положительного (или северного полюса) и заканчиваются на отрицательном (или южном полюсе), но заполняют та же основная роль.Они похожи на силовые линии, которые говорят вам, как будет вести себя объект, помещенный в определенное место. Вы можете четко визуализировать это, используя железные опилки, которые будут совпадать с внешним магнитным полем.

Магнитные поля всегда дипольные поля , поэтому магнитных монополей нет. Обычно магнитные поля обозначаются буквой B , но если магнитное поле проходит через магнитный материал, он может поляризоваться и генерировать собственное магнитное поле.Это второе поле вносит вклад в первое поле, и их комбинация обозначается буквой H , где

H = \ frac {B} {\ mu_m} \ text {и} \ mu_m = K_m \ mu_0

, где μ ₀ = 4π × 10 ^— ⁷ Гн / м (т. е. магнитная проницаемость свободного пространства), а K _м — относительная проницаемость рассматриваемого материала.

Величина магнитного поля, проходящего через данную область, называется магнитным потоком.Плотность магнитного потока связана с локальной напряженностью поля. Поскольку магнитные поля всегда диполярны, чистый магнитный поток через замкнутую поверхность равен 0. (Любые силовые линии, выходящие из поверхности, обязательно входят в нее снова, сокращаясь.)

Единицы и измерения

Единица измерения напряженности магнитного поля в системе СИ — тесла (Тл), где:

1 тесла = 1 Тл = 1 кг / А с ² = 1 В с / м ² = 1 Н / А м

Другой широко используемой единицей измерения напряженности магнитного поля является гаусс (Г), где:

Тесла — довольно большая единица, поэтому во многих практических ситуациях более полезным выбором будет гаусс — например, магнит на холодильник будет иметь силу около 100 Гс, в то время как магнитный поле на поверхности Земли около 0. 5 G.

Причины возникновения магнитных полей

Электричество и магнетизм фундаментально взаимосвязаны, потому что магнитные поля генерируются движущимся зарядом (например, электрические токи) или изменяющимися электрическими полями, в то время как изменяющееся магнитное поле генерирует электрическое поле.

В стержневом магните или подобном магнитном объекте магнитное поле возникает в результате выравнивания нескольких магнитных «доменов», которые, в свою очередь, создаются движением заряженных электронов вокруг ядер их атомов.Эти движения создают небольшие магнитные поля внутри домена. В большинстве материалов домены будут иметь случайное выравнивание и нейтрализовать друг друга, но в некоторых материалах магнитные поля в соседних доменах выравниваются, и это создает более крупномасштабный магнетизм.

Магнитное поле Земли также создается движущимся зарядом, но в данном случае это движение расплавленного слоя, окружающего ядро Земли, которое создает магнитное поле. Это объясняется теорией динамо , которая описывает, как вращающаяся электрически заряженная жидкость генерирует магнитное поле.Внешнее ядро Земли содержит постоянно движущееся жидкое железо, а электроны движутся через жидкость и создают магнитное поле.

Солнце также имеет магнитное поле, и объяснение того, как это работает, очень похоже. Однако меняющиеся скорости вращения различных частей Солнца (то есть жидкообразного материала на разных широтах) со временем приводят к спутыванию силовых линий, а также ко многим явлениям, связанным с Солнцем, таким как солнечные вспышки и солнечные пятна. , и примерно 11-летний солнечный цикл.Солнце имеет два полюса, как стержневой магнит, но движение солнечной плазмы и постепенно возрастающая солнечная активность заставляют магнитные полюса переворачиваться каждые 11 лет.

Формулы магнитного поля

Магнитные поля, обусловленные различным расположением движущихся зарядов, должны быть получены индивидуально, но есть много стандартных формул, которые вы можете использовать, чтобы вам не приходилось каждый раз «изобретать колесо». Вы можете получить формулы практически для любого расположения движущихся зарядов, используя закон Био-Савара или закон Ампера-Максвелла.Однако полученные формулы для простых схем электрического тока настолько широко используются и цитируются, что вы можете просто рассматривать их как «стандартные формулы», а не выводить их каждый раз из закона Био-Савара или Ампера-Максвелла.

Магнитное поле прямолинейного тока определяется по закону Ампера (более простая форма закона Ампера-Максвелла) как:

B = \ frac {μ_0 I} {2 π r}

Где μ ₀ — как определено ранее, I — ток в амперах, а r — расстояние от провода, на котором измеряется магнитное поле.

Магнитное поле в центре токовой петли определяется выражением:

B = \ frac {μ_0 I} {2 R}

Где R — радиус петли, а другие символы — как определено ранее.

Наконец, магнитное поле соленоида определяется как:

B = μ_0 \ frac {N} {L} I

Где N — количество витков, а L — длина соленоида. Магнитное поле соленоида в основном сосредоточено в центре катушки.

Примеры расчетов

Научиться использовать эти уравнения (и подобные им) — это главное, что вам нужно сделать при вычислении магнитного поля или результирующей магнитной силы, поэтому пример каждого из них поможет вам справиться со своего рода проблемы, с которыми вы, вероятно, столкнетесь.

Для длинного прямого провода, по которому течет ток 5 ампер (т. Е. I = 5 А), какова напряженность магнитного поля в 0,5 м от провода?

Используя первое уравнение с I = 5 A и r = 0.{−4} \ text {T} \ end {align}

Другой пример расчета магнитного поля может работать немного иначе — например, сообщая вам поле в центре соленоида и ток, но запрашивая N / Коэффициент L — но пока вы знакомы с уравнениями, у вас не будет проблем с ответом на них.

линий магнитного поля | Блестящая вики по математике и науке

Земля :

Возможно, вы читали о разрушительных солнечных вспышках, вызванных солнечными бурями, или о прекрасных образцах ионизации, которые формируют северное сияние (Северное сияние). \ text {th} В XVII веке китайские путешественники заметили, что с их компасами в море шутят. Исследователи предположили, что вращение Земли и присутствие железа в мантии Земли могут вызвать этот аномальный магнетизм. Эти теории вскоре были опровергнуты и заменены теорией геодинамо, которая утверждает, что многие ионы движутся в мантии под поверхностью нашей Земли, тем самым создавая ток, который создает магнитное поле.

Обратите внимание: как и у любого стержневого магнита, у нашей Земли также есть два полюса, с той разницей, что эти полюса не совпадают с нашими географическими северным и южным полюсами, и поэтому известны как магнитные полюса.Из свойств стержневых магнитов мы знаем, что силовые линии магнитного поля, ответственные за поле, берут начало на севере и заканчиваются на южном полюсе и, таким образом, представляют собой замкнутые контуры. Хотя иногда считают, что в ядре Земли находится огромный магнит, это совсем не так, но дает хорошую картину для тематического исследования.

Как упоминалось ранее, магнитное поле Земли отклоняет вредные солнечные вспышки, унося ионизированные частицы. Рассмотрим заряженную частицу, падающую от Солнца.Направляясь прямо к Земле, он встречает магнитное поле, перпендикулярное его движению, и отклоняется прочь. Это создает своего рода защитный щит вокруг Земли и может выдерживать типичные вспышки от Солнца. Этот эффект магнитного экранирования показан ниже:

Ускорители частиц :

Ускорители элементарных частиц используются для ускорения элементарных частиц и атомов до огромных скоростей, приближающихся к скорости света.Затем частицы сталкиваются, и продукты этих столкновений тщательно анализируются на предмет признаков гипотетических или полностью новых частиц. Ускорители также используются для генерации излучения, используемого при лечении рака, таком как протонная терапия.

Ускорители

бывают нескольких типов, основными из которых являются циклотрон и синхотрон.

Циклотрон :

Механизм циклотрона сочетает постоянное магнитное поле с переключающимся электрическим полем, чтобы удерживать частицы на спиральных траекториях все увеличивающегося радиуса.2} {r} .qvB = mrv2.

Это означает, что qB / m = v / rqB / m = v / rqB / m = v / r. Поскольку частота траектории определяется выражением 2πr / v2 \ pi r / v2πr / v, это предполагает, что частота орбиты составляет всего 1 / T = 2πm / qB1 / T = 2 \ pi m / qB1 / T = 2πm / qB. Мы замечаем, что это не зависит от энергии или радиуса. Таким образом, частица любой энергии будет поддерживать частоту 1 / T1 / T1 / T, даже если ее энергия меняется! Мы можем использовать эту невероятную регулярность траектории (даже если она спиралевидная) для создания простого ускорителя.

Рассмотрим область, в которой мы поддерживаем постоянное магнитное поле с напряженностью BBB. Далее рассмотрим разделительную линию (граница между красным и синим на диаграмме ниже). Когда частицы находятся справа от этой линии, электрическое поле указывает влево, ускоряя их влево через зазор, а когда частицы находятся слева, поле указывает вправо, и они ускоряются вправо. Поскольку магнитное поле удерживает частицы на траекториях с постоянной частотой, частицы регулярно ускоряются до более высокой энергии каждый раз, когда они пересекают зазор и движутся по траекториям увеличивающегося радиуса.

Рассматривая это во временной области, мы видим, что мы можем запитать этот ускоритель электрическим полем, которое меняет ориентацию каждые T = qB / 2πmT = qB / 2 \ pi mT = qB / 2πm секунд. Черная линия соответствует красно-синему интерфейсу выше.

Таким образом, используя переключающееся поле EEE (направленное прямо через зазор) и однородное поле BBB (ориентированное вертикально) в тандеме, мы можем ускорять заряженные частицы по спиральным траекториям, которые затем могут быть выпущены из ускорителя и использованы для последующих цели (т.е. столкновения, терапия и др.)

Синхотрон :

Синхротрон — это усовершенствованная форма циклотрона; это тип кругового ускорителя, в котором дипольные магниты используются для направления движения частицы, а квадрупольные магниты используются для сохранения фокусировки пучка заряженных частиц.

Большой адронный коллайдер

Высокочастотное поле RF (радиочастоты) используется для передачи энергии частицам, и путь остается постоянным независимо от энергии.Различие между циклотроном и синхротроном видно из-за генерации синхротронного излучения.

Синхротронное излучение возникает, когда электрон высокой энергии (скорость приближается к скорости света) проходит через дипольный магнит и испытывает боковую силу, вызывающую центростремительное ускорение. На этом этапе электрон испускает интенсивное излучение, касательное к его траектории, известное как синхротронное излучение.

Фотон :

Фотоны, конечно же, являются фундаментальными квантами света; на данной частоте интенсивность светового потока может изменяться только с шагом в один фотон.. Это поле изменяется в пространстве и времени, что означает, что оно порождает магнитное поле в соответствии с законом индукции Фарадея. Магнитное поле смещается на полпериода и колеблется перпендикулярно электрическому полю. Очевидно, что аргумент применяется в обратном порядке (распространяющееся магнитное поле вызывает перпендикулярно колеблющееся электрическое поле), так что они неразделимы.

Визуализируя этот результат, мы видим, что электромагнитная волна, распространяющаяся в пространстве, состоит из связанных полей EEE и BBB, колеблющихся поперек общей оси, которая является направлением волны.

Линии поля представляют собой стрелки, указывающие от оси распространения до амплитуды каждой волны.

Магнитное поле. Факты для детей

Магнитное поле — это область вокруг магнита, в которой действует магнитная сила. Движущиеся электрические заряды могут создавать магнитные поля. Магнитные поля обычно можно увидеть по линиям магнитного потока. Всегда направление магнитного поля показано направлением линий магнитного потока.Сила магнита связана с промежутками между линиями магнитного потока. Чем ближе магнитные линии друг к другу, тем сильнее магнит. Чем дальше они находятся, тем слабее. Линии потока можно увидеть, поместив железные опилки над магнитом. Железные опилки перемещаются и складываются в линии. Магнитные поля придают энергию другим частицам, которые касаются магнитного поля.

В физике магнитное поле — это поле, которое проходит через пространство и заставляет магнитную силу перемещать электрические заряды и магнитные диполи.Магнитные поля связаны с электрическими токами, магнитными диполями и изменяющимися электрическими полями.

При помещении в магнитное поле магнитные диполи находятся на одной линии, а их оси параллельны силовым линиям, как это можно увидеть, когда железные опилки находятся в присутствии магнита. Магнитные поля также обладают собственной энергией и импульсом с плотностью энергии, пропорциональной квадрату напряженности поля. Магнитное поле измеряется в единицах тесла (единицы СИ) или гаусс (единицы сгс).

Есть несколько особых видов магнитного поля. Для физики магнитных материалов см магнетизм и магнит, а точнее диамагнетизм. Для магнитных полей, созданных изменением электрических полей, см электромагнетизм.

Электрическое поле и магнитное поле являются составляющими электромагнитного поля.

Закон электромагнетизма был основан Майклом Фарадеем.

H-поле

Модель магнитного полюса : два противоположных полюса, северный (+) и южный (-), разделенные расстоянием d, создают поле H (линии).

Физики могут сказать, что сила и крутящий момент между двумя магнитами вызваны отталкиванием или притяжением магнитных полюсов. Это похоже на то, что кулоновская сила отталкивает одни и те же электрические заряды или притягивает противоположные электрические заряды. В этой модели магнитное поле H создается магнитными зарядами , которые «размазываются» вокруг каждого полюса. Итак, H-поле похоже на электрическое поле E , которое начинается с положительного электрического заряда и заканчивается отрицательным электрическим зарядом. Рядом с северным полюсом все линии H-поля направлены в сторону от северного полюса (внутри магнита или снаружи), а около южного полюса (внутри магнита или снаружи) все линии H-поля направлены к южному полюсу. Таким образом, северный полюс чувствует силу в направлении H-поля, тогда как сила на южном полюсе противоположна H-полю.

В модели магнитного полюса элементарный магнитный диполь м образован двумя противоположными магнитными полюсами с силой полюса q _м, разделенными очень малым расстоянием d, так что m = q _м d.

К сожалению, магнитные полюса не могут существовать отдельно друг от друга. Все магниты имеют пары север / юг, которые нельзя разделить, не создавая двух магнитов, каждый из которых имеет пару север / юг. Кроме того, магнитные полюса не учитывают ни магнетизм, создаваемый электрическими токами, ни силу, которую магнитное поле прилагает к движущимся электрическим зарядам.

Связанные страницы

Картинки для детей

Один из первых рисунков магнитного поля, выполненный Рене Декартом в 1644 году, на котором Земля притягивает магнитные камни. Это проиллюстрировало его теорию о том, что магнетизм был вызван циркуляцией крошечных спиральных частиц, «частей с резьбой», через поры с резьбой в магнитах.
Направление силовых линий магнитного поля представлено выравниванием железных опилок, посыпанных на бумагу, помещенную над стержневым магнитом.

Магнитные поля — Физика A-Level

Изучив этот раздел, вы должны уметь:

описывают магнитные поля внутри соленоида и вокруг провода при прохождении в них тока
понять значение напряженности магнитного поля
рассчитать величину и направление силы, действующей на ток в магнитном поле

В этом разделе рассматриваются следующие темы

Магнитные поля

Магнитные поля:

возникают из-за постоянных магнитов и электрического тока
влияют на постоянные магниты и электрические токи.

Как и другие поля, магнитные поля представлены линиями со стрелками. Стрелки показывают направление силы в любой точке поля. При рисовании магнитных полей принято считать, что стрелки показывают направление силы, которая будет приложена к N-ведущему полюсу постоянного магнита, размещенного в этой точке.

Хотя силовые линии часто бывают кривыми, сила в любой точке действует по прямой линии.

На схемах показаны структуры поля вокруг стержневого магнита и между двумя различными конфигурациями пар магнитов.Там, где силы равной величины действуют в противоположных направлениях, получается нейтральная точка. В нейтральной точке результирующая магнитная сила равна нулю.

Сколько сил действует на полюс с нейтралью, расположенный в нейтральной точке, показанной на средней диаграмме?

Напряженность магнитного поля

Токоведущий провод, помещенный в магнитное поле, испытывает силу при условии, что он не параллелен полю. Сила имеет максимальное значение, когда ток перпендикулярен полю. Правило левой руки Флеминга показывает направление силы на любой ток, составляющая которого перпендикулярна магнитному полю. Схема иллюстрирует правило Флеминга и его применение к простому двигателю .

Сила, действующая на любой электрический ток, параллельный магнитному полю, равна нулю — силы нет.

В электрических и гравитационных полях напряженность поля определяется как сила, приходящаяся на единицу массы или заряда.Не существует очевидного эквивалента «единицы магнетизма».

Величина силы, действующей на проводник с током в магнитном поле, зависит от:

размер нынешний
длина проводника в поле
ориентация проводника относительно поля
сила магнитного поля.

Эти коэффициенты используются для определения «единицы» магнетизма как длины тока, произведения тока и длины проводника в поле.

КЛЮЧЕВОЙ МОМЕНТ — Эти коэффициенты используются для определения силы магнитного поля как: сила на единицу (ток × длина), перпендикулярная полю. Напряженность магнитного поля также известна как плотность потока. Его символ — B, а единица — тесла (Т).

При направлениях тока и магнитного поля, показанных на диаграмме ниже, сила действует в бумагу.

КЛЮЧЕВЫЙ ТОЧЕК — Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, определяется выражениями: когда проводник перпендикулярен силовым линиям: F = BIl, когда угол между проводником и силовыми линиями равен θ, F = BIlsinθ

Вы всегда должны указывать направления величин при использовании этих отношений для определения напряженности магнитного поля.

Эти соотношения вместе с диаграммами могут использоваться для определения напряженности магнитного поля.

Сила, действующая на движущийся заряд

Любой движущийся заряд представляет собой электрический ток. В вакуумной лампе, например, в телевизоре или электронно-лучевом осциллографе, магнитные поля используются для приложения сил к электронам, когда они проходят через трубку.

Величина силы, действующей на заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле, зависит от:

заряд на частице
скорость частицы
сила магнитного поля.

Для заряда Q, движущегося со скоростью v, эквивалент (ток × длина) равен (заряд × скорость) или Qv.

КЛЮЧ — Заряд Q, движущийся со скоростью v перпендикулярно магнитному полю, испытывает силу: F = BQv

Направление силы определяется правилом левой руки Флеминга.

ПРОВЕРКА ПРОГРЕССА

Магнитное поле — все статьи и новости

Магнитное поле – внеурочная деятельность (конкурсная работа) – Корпорация Российский учебник (издательство Дрофа – Вентана)

Техника безопасности

Введение

Опыт № 1. Дугообразный электромагнит

Вывод из опыта № 1

Опыт № 2. Магнитные линии катушки с током

Вывод из опыта № 2

Опыт № 3. Магнитное поле прямого проводника с током

Вывод из опыта № 3

Вывод из проделанных опытов

Сверхпроводник сделали источником магнитного поля

Физики открывают новый магнитоэлектрический эффект | Блоги

Определение по Электродинамике | Объединение учителей Санкт-Петербурга

Физики МГУ создали магнитное поле, которое помогает прижиться имплантатам

Где у тюленя компас? Мурманские ученые узнали, что ластоногие распознают магнитное поле

Вначале была Соня

Так где же может прятаться «компас»?

Красный, синий. Голубой? Зачем тюленей учат различать цвета

Служебный тюлень лучше собаки

Умные, добрые, но меркантильные

Откуда взялся Тим, или Стенка вольера любви не помеха

Что такое магнитное поле?

Определение:

Полевые линии:

История обучения:

Примеры:

Как это:

6.3: Определение магнитного поля

Магнитные поля и линии магнитного поля

Цель обучения

Сводка раздела

Концептуальные вопросы

Глоссарий

: определение, причины, формула, единицы и измерения (с примерами)

Что такое магнитное поле?

Единицы и измерения

Причины возникновения магнитных полей

Формулы магнитного поля

Примеры расчетов

линий магнитного поля | Блестящая вики по математике и науке

Магнитное поле. Факты для детей

H-поле

Связанные страницы

Картинки для детей

Магнитные поля — Физика A-Level

alexxlab

Вам также может понравиться

Типы двигателей: 8 самых известных типов двигателей в мире и их отличия

Как выбрать сварочный аппарат правильно: Какой сварочный полуавтомат лучше инверторный или трансформаторный | Сварочные аппараты | Блог

Московская область когда включат отопление: Отопление включат во всех домах Подмосковья до конца сентября — Московская область

Добавить комментарий Отменить ответ