Magnetväli on aine erivorm, mille tekitavad magnetid, vooluga juhid (liikuvad laetud osakesed) ja mida saab tuvastada magnetite, juhtide ja voolu vastasmõjul (liikuvad laetud osakesed).

Oerstedi kogemus

Esimesed katsed (viidud läbi 1820. aastal), mis näitasid, et elektriliste ja magnetiliste nähtuste vahel on sügav seos, olid Taani füüsiku H. Oerstedi katsed.

Juhi lähedal asuv magnetnõel pöörleb teatud nurga all, kui juhi vool on sisse lülitatud. Ahela avamisel naaseb nool algsesse asendisse.

G. Oerstedi kogemusest järeldub, et selle juhi ümber on magnetväli.

Ampere'i kogemus
Kaks paralleelset juhti, mille kaudu voolab elektrivool, suhtlevad omavahel: tõmbavad ligi, kui voolud on samas suunas, ja tõrjuvad, kui voolud on vastupidises suunas. See tekib juhtide ümber tekkivate magnetväljade vastasmõju tõttu.

Omadused magnetväli

1. Materiaalselt, s.o. eksisteerib meist ja meie teadmistest selle kohta sõltumatult.

2. Loonud magnetid, vooluga juhid (liigutavad laetud osakesed)

3. Tuvastatud magnetite, juhtmete ja vooluga koosmõjul (liikuvad laetud osakesed)

4. Mõjub teatud jõuga magnetitele, voolu juhtivatele juhtidele (liikuvad laetud osakesed)

5. Looduses pole magnetlaenguid. Sa ei saa eraldada põhja- ja lõunapoolust ning saada ühe poolusega keha.

6. Põhjuse, miks kehadel on magnetilised omadused, leidis prantsuse teadlane Ampere. Ampere tegi järelduse - magnetilised omadused mis tahes keha määravad selle sees olevad suletud elektrivoolud.

Need voolud tähistavad elektronide liikumist aatomi orbiitidel.

Kui tasapinnad, milles need voolud ringlevad, paiknevad keha moodustavate molekulide soojusliikumise tõttu üksteise suhtes juhuslikult, siis nende vastastikmõjud kompenseeritakse vastastikku ja kehal ei ole mingeid magnetilisi omadusi.

Ja vastupidi: kui tasapinnad, milles elektronid pöörlevad, on üksteisega paralleelsed ja normaalide suunad nendele tasanditele langevad kokku, siis sellised ained võimendavad välist magnetvälja.

7. Magnetjõud mõjuvad magnetväljas teatud suundades, mida nimetatakse magnetjõujoonteks. Nende abiga saate mugavalt ja selgelt näidata magnetvälja konkreetsel juhul.

Magnetvälja täpsemaks kujutamiseks leppisime kokku nendes kohtades, kus väli on tugevam, et näidata jõujooni, mis paiknevad tihedamalt, s.t. üksteisele lähemale. Ja vastupidi, kohtades, kus väli on nõrgem, näidatakse vähem väljajooni, st. harvemini paiknevad.

8. Magnetvälja iseloomustab magnetinduktsiooni vektor.

Magnetilise induktsiooni vektor on magnetvälja iseloomustav vektorsuurus.

Magnetilise induktsiooni vektori suund langeb kokku vaba magnetnõela põhjapooluse suunaga antud punktis.

Välja induktsioonivektori suund ja voolutugevus I on seotud "parema kruvi (kinnise) reegliga":

kui kruvid juhtme voolu suunas, siis langeb selle käepideme otsa liikumiskiirus antud punktis kokku magnetinduktsiooni vektori suunaga selles punktis.

Magnetväli on ruumipiirkond, milles bioonide, kõigi interaktsioonide edastajate konfiguratsioon esindab dünaamilist, vastastikku ühtlast pöörlemist.

Magnetjõudude toimesuund langeb õige kruvireegli abil kokku bioonide pöörlemisteljega. Magnetvälja tugevuskarakteristiku määrab biooonide pöörlemissagedus. Mida suurem on pöörlemiskiirus, seda tugevam väli. Õigem oleks nimetada magnetvälja elektrodünaamiliseks, kuna see tekib ainult siis, kui laetud osakesed liiguvad, ja toimib ainult liikuvatele laengutele.

Selgitame, miks magnetväli on dünaamiline. Magnetvälja tekkeks on vajalik, et bioonid hakkaksid pöörlema ​​ja ainult liikuv laeng, mis tõmbab ligi ühe biooni poolustest, võib neid pöörlema ​​panna. Kui laeng ei liigu, siis bioon ei pöörle.

Magnetväli tekib ainult liikuvate elektrilaengute ümber. Seetõttu magnet- ja elektriväli on lahutamatud ja moodustavad koos elektromagnetvälja.

Magnetvälja komponendid on omavahel seotud ja mõjutavad üksteist, muutes nende omadusi.

• Magnetvälja omadused:
• Magnetväli tekib elektrivoolu laengute mõjul. Igas punktis iseloomustab magnetvälja vektor füüsiline kogus
• nimetatakse magnetinduktsiooniks, mis on magnetväljale iseloomulik jõud.
• Magnetväli võib mõjutada ainult magneteid, voolujuhte ja liikuvaid laenguid.
• Magnetväli võib olla konstantset ja muutuvat tüüpi
• Magnetvälja mõõdetakse ainult spetsiaalsete instrumentidega ja inimese meeltega seda ei tajuta.
• Magnetväli on elektrodünaamiline, kuna see tekib ainult laetud osakeste liikumisel ja mõjutab ainult liikuvaid laenguid.

Laetud osakesed liiguvad mööda risti olevat trajektoori. Magnetvälja suurus sõltub magnetvälja muutumise kiirusest. Selle tunnuse järgi on kahte tüüpi magnetvälja: dünaamiline magnetväli ja gravitatsiooniline magnetväli.

Gravitatsiooniline magnetväli tekib ainult elementaarosakeste läheduses ja moodustub sõltuvalt nende osakeste struktuurilistest iseärasustest.

Magnetmoment tekib magnetvälja mõjul juhtivale raamile. Teisisõnu, magnetmoment on vektor, mis asub kaadriga risti kulgeval joonel.

Tõenäoliselt pole inimest, kes poleks vähemalt korra mõelnud, mis on magnetväli. Läbi ajaloo on nad püüdnud seda seletada eeterlike keeriste, veidruste, magnetiliste monopolide ja palju muuga.

Me kõik teame, et magnetid, mis on vastamisi samade poolustega, tõrjuvad ja vastaspoolustega magnetid tõmbavad. See jõud tahab

Erinevad sõltuvalt sellest, kui kaugel need kaks osa üksteisest asuvad. Selgub, et kirjeldatav objekt loob enda ümber magnetilise halo. Samal ajal, kui kaks sama sagedusega vahelduvat välja asetatakse üksteise peale ja kui üks nihutatakse ruumis teise suhtes, saavutatakse efekt, mida tavaliselt nimetatakse "pöörlevaks magnetväljaks".

Uuritava objekti suuruse määrab jõud, millega magnet tõmbab teise või raua külge. Seega, mida suurem on atraktsioon, seda rohkem põldu. Jõudu saab mõõta tavaliste vahenditega, asetades ühele küljele väikese rauatüki ja teisele poole raskused, mis on ette nähtud metalli tasakaalustamiseks magnetiga.

Teema täpsemaks mõistmiseks peaksite uurima järgmisi valdkondi:

Vastates küsimusele, mis on magnetväli, tasub öelda, et see on ka inimestel. 1960. aasta lõpus tänu füüsika intensiivsele arengule see loodi meeter"KALMAAR." Selle tegevust seletatakse kvantnähtuste seadustega. See on magnetomeetrite tundlik element, mida kasutatakse magnetvälja jms uurimiseks

kogused, näiteks nagu

“SQUID” hakati kiiresti kasutama elusorganismide ja loomulikult inimeste tekitatud väljade mõõtmiseks. See andis tõuke uute uurimisvaldkondade väljatöötamiseks, mis põhinevad sellise seadme edastatava teabe tõlgendamisel. Seda suunda nimetatakse "biomagnetismiks".

Miks magnetvälja määramisel varem selles valdkonnas uuringuid ei tehtud? Selgus, et see on organismides väga nõrk ja selle mõõtmine on raske füüsiline ülesanne. Selle põhjuseks on tohutu hulga magnetmüra olemasolu ümbritsevas ruumis. Seetõttu pole lihtsalt võimalik vastata küsimusele, mis on inimese magnetväli, ja seda uurida ilma spetsiaalseid kaitsemeetmeid kasutamata.

Selline “halo” tekib elusorganismi ümber peamiselt kolmel põhjusel. Esiteks tänu ioonpunktidele, mis tekivad rakumembraanide elektrilise aktiivsuse tulemusena. Teiseks ferrimagnetiliste pisikeste osakeste olemasolu tõttu, mis satuvad kehasse kogemata või satuvad kehasse. Kolmandaks, väliste magnetväljade kattumisel on tulemuseks erinevate organite heterogeenne vastuvõtlikkus, mis moonutab üksteise peale asetatud sfääre.

Magnetvälja põhiomadused

Magnetvälja omadused

Magnetnähtused olid tuntud juba aastal iidne maailm. Kompass leiutati enam kui 4500 aastat tagasi. Euroopas ilmus see umbes 12. sajandil. uus ajastu. Kuid alles 19. sajandil avastati seos elektri ja magnetismi vahel ning idee magnetväli .

Esimesed katsed (viidud läbi 1820. aastal), mis näitasid, et elektriliste ja magnetiliste nähtuste vahel on sügav seos, olid Taani füüsiku H. Oerstedi katsed. Need katsed näitasid, et voolu juhtiva juhtme lähedal asuvale magnetnõelale mõjuvad jõud, mis kipuvad seda pöörama. Samal aastal jälgis prantsuse füüsik A. Ampere kahe juhi jõu vastasmõju vooludega ja kehtestas voolude vastastikmõju seaduse.

Kaasaegsete kontseptsioonide kohaselt avaldavad voolu juhtivad juhid üksteisele jõudu mitte otse, vaid neid ümbritsevate magnetväljade kaudu.

On olemas aine erivorm, ühtne tervik elektromagnetväli.

Magnetväli- see on teatud tüüpi aine, mille kaudu toimub liikuvate elektrilaengute vastastikmõju.

Magnetvälja põhiomadused

1. Magnetväli on loodud:

· liikuvad elektrilaengud (elektrivooluga juht);

· magnetiseeritud kehad (magnetid);

· ajas muutuv elektriväli (magnetväli on muutuv).

2. Magnetväli pidev ruumis.

3. Magnetväli tuvastatakse selle mõju järgi liikumisele elektrilaengud(elektrivool) või mõjul magnetiseeritud kehadele, olenemata sellest, kas need liiguvad või on puhkeolekus.

Elektriväli käitub nagu liikumatuks nii edasi liigub see sisaldab elektrilaenguid. Magnetväli kehtib ainult liigub Selles väljas on elektrilaenguid.

19. sajandi teadlased püüdsid luua magnetvälja teooriat analoogiliselt elektrostaatikaga, võttes arvesse nn. magnetlaenguid kaks märki (näiteks põhja N ja lõunapoolne S magnetnõela poolused). Kogemus näitab aga, et isoleeritud magnetlaenguid ei eksisteeri.

kehad, kaua aega magnetiliste omaduste säilitamist pärast välisväljast eemaldamist nimetatakse püsimagnetid . Suurima tõmbejõuga on magneti otsad, mida nimetatakse magnetpoolused (N – põhja, S – lõuna- ja neutraalvöönd).

Magnetvälja uurimiseks kasutage järgmist.

· katseahel (voolu kandva juhi väike suletud element);

· magnetnõel (väike püsimagnet).

Kui katseahel või magnetnõel asetatakse uuritavasse magnetvälja, orienteerib see neid teatud viisil.

Kogemus näitab, et katseahelat pöörava jõumomendi M m maksimaalne väärtus on võrdeline ahela pindalaga S ja selles oleva voolutugevusega I: M m ~ IS.

Suurus p m = IS on moodul nn magnetmoment ahel vooluga.

Magnetmoment ise on vektor: , kus ühikvektor on vooluringi tasapinna suhtes normaalne, mis on seotud voolu suunaga ahelas parempoolse kruvi reegli järgi.

Suhe välja antud punktis jääb konstantseks ja on väljale iseloomulik jõud, nimetatakse magnetinduktsiooniks .

Magnetinduktsioon on vektor, mille suund ühtib normaalsuunaga katseahela tasapinnale vooluga selle stabiilse tasakaalu asendis või magnetnõela suunaga S → N.

Magnetvälja tugevuse karakteristikud, analoog for elektriväli.

Sarnaselt elektrostaatika jõujoontele saab konstrueerida magnetilised induktsiooniliinid , mille igas punktis on vektor suunatud piki puutujat.

Püsimagneti ja vooluga mähise väljade magnetilised induktsioonijooned.

Pöörake tähelepanu püsimagneti ja vooluga pooli magnetväljade analoogiale.

Voolu kandva sirge juhi magnetväli

Magnetilised induktsiooniliinid on alati suletud; See tähendab, et magnetväljal pole allikaid – magnetlaenguid. Jõuväljad millel seda omadust nimetatakse keeris .

Magnetvälja puhul on see tõsi superpositsiooni põhimõte: mitme voolu tekitatud välja magnetiline induktsioon võrdub iga voolu eraldi induktsioonivälja vektori summaga:

Püsimagnetite magnetväljade puhul on see küsimus keerulisem, kuna lisades sekundi tugev magnet mitte ainult ei lisa, vaid ka moonutab esimese magneti magnetvälja.

Magnetvälja iseloomustamiseks vaakumis võetakse kasutusele teine ​​suurus, nn pinget magnetväli.

Magnetvälja tugevus ei sõltu keskkonna omadustest.

Magnetvälja tugevus on vektori suurus, mis ühtib homogeenses keskkonnas magnetinduktsiooni vektori suunaga

Nende tunnuste moodulid on seotud seosega.

Magnetvälja allikad on liigub elektrilaengud (voolud) . Voolujuhte ümbritsevas ruumis tekib magnetväli, nii nagu elektriväli tekib statsionaarseid elektrilaenguid ümbritsevas ruumis. Püsimagnetite magnetvälja tekitavad ka aine molekulide sees ringlevad elektrilised mikrovoolud (Ampere’i hüpotees).

Magnetvälja kirjeldamiseks on vaja sisse tuua väljale iseloomulik jõud, mis on sarnane vektoriga pinged elektriväli. See omadus on magnetilise induktsiooni vektor Magnetilise induktsiooni vektor määrab magnetväljas vooludele või liikuvatele laengutele mõjuvad jõud.
Vektori positiivseks suunaks loetakse suund alates lõunapoolus S kuni magnetväljas vabalt paikneva magnetnõela põhjapooluse N. Seega, uurides väikese magnetnõela abil voolu või püsimagneti tekitatud magnetvälja, on see võimalik igas ruumipunktis

Magnetvälja kvantitatiivseks kirjeldamiseks on vaja näidata meetodit mitte ainult
vektori suund, kuid ja selle moodul Magnetinduktsiooni vektori moodul on võrdne suhtega maksimaalne väärtus
Vooluga sirgele juhile mõjuv amprijõud voolutugevusele ma juhis ja selle pikkus Δ l :

Amperjõud on suunatud risti magnetinduktsiooni vektori ja juhti läbiva voolu suunaga. Tavaliselt kasutatakse amprijõu suuna määramiseks vasaku käe reegel: kui asetatakse vasak käsi nii et induktsioonijooned sisenevad peopesale ja väljasirutatud sõrmed on suunatud piki voolu, seejärel tõmmatakse välja pöial näitab juhile mõjuva jõu suunda.

Planeetidevaheline magnetväli

Kui planeetidevaheline ruum oleks vaakum, siis ainsad magnetväljad selles võiksid olla ainult Päikese ja planeetide väljad, samuti galaktilise päritoluga väli, mis ulatub mööda meie Galaktika spiraalseid harusid. Sel juhul oleksid Päikese ja planeetide väljad planeetidevahelises ruumis äärmiselt nõrgad.
Tegelikult ei ole planeetidevaheline ruum vaakum, vaid see on täidetud Päikese (päikesetuule) ioniseeritud gaasiga. Selle gaasi kontsentratsioon on 1-10 cm -3, tüüpilised kiirused jäävad vahemikku 300-800 km/s, temperatuur on ligi 10 5 K (tuletame meelde, et koroona temperatuur on 2×10 6 K).
päikese tuul– plasma väljavool päikesekroonist planeetidevahelisse ruumi. Maa orbiidi tasandil on päikesetuule osakeste (prootonite ja elektronide) keskmine kiirus umbes 400 km/s, osakeste arv on mitukümmend 1 cm 3 kohta.

Inglise teadlane William Gilbert, kuninganna Elizabethi õuearst, näitas 1600. aastal esmakordselt, et Maa on magnet, mille telg ei ühti Maa pöörlemisteljega. Järelikult on Maa ümber, nagu iga magneti ümber, magnetväli. 1635. aastal avastas Gellibrand, et Maa magnetväli on aeglaselt muutumas ning Edmund Halley viis läbi maailma esimese ookeanide magnetuuringu ja lõi maailma esimesed magnetkaardid (1702). 1835. aastal viis Gauss läbi Maa magnetvälja sfäärilise harmoonilise analüüsi. Ta lõi Göttingenis maailma esimese magnetobservatooriumi.

Paar sõna magnetkaartide kohta. Tavaliselt iga 5 aasta tagant kujutatakse magnetvälja jaotust Maa pinnal kolme või enama magnetilise elemendi magnetkaartidega. Igal neist kaartidest on joonistatud isoliinid, mida mööda antud elemendil on konstantne väärtus. Võrdse deklinatsiooniga jooni D nimetatakse isogonideks, kaldeid I isokliinideks ja kogutugevuse B suurusi isodünaamilisteks joonteks või isodiinideks. Elementide H, Z, X ja Y isomagnetilisi jooni nimetatakse vastavalt horisontaal-, vertikaal-, põhja- või idakomponendi isoliinideks.

Pöördume tagasi joonise juurde. See näitab ringi nurga raadiusega 90° – d, mis kirjeldab Päikese asukohta maapinnal. Läbi punkti P ja geomagnetilise pooluse B tõmmatud suur ringkaar lõikab seda ringi punktides H'n ja H'm, mis näitavad vastavalt Päikese asukohta punkti P geomagnetilise keskpäeva ja geomagnetilise kesköö hetkel. hetked sõltuvad punkti P laiuskraadist. Asukohad Päikest kohalikul tõelisel keskpäeval ja keskööl tähistavad punktid H n ja H m. Kui d on positiivne (põhjapoolkeral suvi), siis geomagnetilise päeva hommikupoolik ei võrdu õhtuga. Kõrgetel laiuskraadidel võib geomagnetiline aeg olla suurema osa päevast tegelikust või keskmisest ajast väga erinev.
Aja- ja koordinaatsüsteemidest rääkides räägime ka magnetdipooli ekstsentrilisuse arvestamisest. Ekstsentriline dipool on triivinud aeglaselt väljapoole (põhja ja lääne suunas) alates 1836. aastast. Kas see on ületanud ekvaatoritasapinna? umbes 1862. Selle radiaalne trajektoor asub Gilberti saare piirkonnas Vaikses ookeanis

MAGNETVÄLJA MÕJU VOOLULE

Igas sektoris varieerub päikesetuule kiirus ja osakeste tihedus süstemaatiliselt. Raketivaatlused näitavad, et sektori piiril tõusevad mõlemad parameetrid järsult. Teise päeva lõpus pärast sektoripiiri ületamist tihedus väga kiiresti ja seejärel kahe või kolme päeva pärast hakkab see aeglaselt suurenema. Päikesetuule kiirus väheneb aeglaselt teisel-kolmandal päeval pärast haripunkti saavutamist. Sektori struktuur ning kiiruse ja tiheduse erinevused on tihedalt seotud magnetosfääri häiretega. Sektori struktuur on üsna stabiilne, nii et kogu voolustruktuur pöörleb koos Päikesega vähemalt mitu päikesepööret, läbides Maast umbes iga 27 päeva järel.