میدان مغناطیسی شکل خاصی از ماده است که توسط آهنرباها، رساناهایی با جریان (ذرات باردار متحرک) ایجاد می شود و می توان آن را با برهمکنش آهنرباها، هادی ها با جریان (ذرات باردار متحرک) تشخیص داد.

تجربه ارستد

اولین آزمایشات (که در سال 1820 انجام شد) که نشان داد ارتباط عمیقی بین پدیده های الکتریکی و مغناطیسی وجود دارد، آزمایش های فیزیکدان دانمارکی H. Oersted بود.

یک سوزن مغناطیسی که در نزدیکی یک هادی قرار دارد، هنگامی که جریان در هادی روشن می شود، از یک زاویه خاص می چرخد. هنگامی که مدار باز می شود، فلش به موقعیت اصلی خود باز می گردد.

از تجربه G. Oersted چنین بر می آید که یک میدان مغناطیسی در اطراف این هادی وجود دارد.

تجربه آمپر
حمل دو هادی موازی برق، با یکدیگر تعامل دارند: اگر جریان ها در یک جهت باشند جذب می شوند و اگر جریان ها در جهت مخالف باشند دفع می کنند. این به دلیل برهمکنش میدان های مغناطیسی ایجاد شده در اطراف هادی ها رخ می دهد.

خواص میدان مغناطیسی

1. مادی، یعنی. مستقل از ما و دانش ما در مورد آن وجود دارد.

2. ایجاد شده توسط آهنربا، هادی با جریان (ذرات باردار متحرک)

3. توسط برهمکنش آهنرباها، هادی ها با جریان (ذرات باردار متحرک) تشخیص داده می شود.

4. روی آهنرباها، هادی های حامل جریان (ذرات باردار متحرک) با مقداری نیرو عمل می کند.

5. هیچ بار مغناطیسی در طبیعت وجود ندارد. نمی توان قطب شمال و جنوب را از هم جدا کرد و با یک قطب بدن به دست آورد.

6. دلیل اینکه اجسام دارای خواص مغناطیسی هستند توسط دانشمند فرانسوی آمپر کشف شد. آمپر نتیجه گیری را ارائه کرد - خواص مغناطیسیهر جسمی توسط جریان های الکتریکی بسته داخل آن مشخص می شود.

این جریان ها نشان دهنده حرکت الکترون ها در اطراف مدارهای یک اتم است.

اگر صفحاتی که این جریان ها در آنها گردش می کنند به دلیل حرکت حرارتی مولکول های تشکیل دهنده بدن به طور تصادفی نسبت به یکدیگر قرار گیرند، آنگاه برهم کنش آنها متقابلاً جبران می شود و بدن هیچ خاصیت مغناطیسی از خود نشان نمی دهد.

و بالعکس: اگر صفحاتی که الکترونها در آنها می چرخند موازی یکدیگر باشند و جهات نرمال به این صفحات منطبق باشد، چنین موادی میدان مغناطیسی خارجی را تقویت می کنند.

7. نیروهای مغناطیسی در یک میدان مغناطیسی در جهات خاصی عمل می کنند که به آنها خطوط مغناطیسی نیرو می گویند. با کمک آنها می توانید میدان مغناطیسی را در یک مورد خاص به راحتی و به وضوح نشان دهید.

برای نشان دادن دقیق تر میدان مغناطیسی، توافق شد که در مکان هایی که میدان قوی تر است، خطوط میدان متراکم تر نشان داده شوند، یعنی. به هم نزدیک تر و بالعکس، در جاهایی که میدان ضعیف تر است، خطوط میدان کمتری نشان داده می شود، یعنی. کمتر واقع شده است.

8. میدان مغناطیسی با بردار القای مغناطیسی مشخص می شود.

بردار القای مغناطیسی یک کمیت برداری است که میدان مغناطیسی را مشخص می کند.

جهت بردار القای مغناطیسی با جهت قطب شمال سوزن مغناطیسی آزاد در یک نقطه معین منطبق است.

جهت بردار القایی میدان و قدرت جریان I با "قاعده پیچ راست (گیملت)" مرتبط است:

اگر یک گیره را در جهت جریان در هادی پیچ کنید، جهت سرعت حرکت انتهای دسته آن در یک نقطه معین با جهت بردار القای مغناطیسی در آن نقطه مطابقت دارد.

میدان مغناطیسی ناحیه‌ای از فضا است که در آن پیکربندی بیون‌ها، فرستنده‌های همه برهم‌کنش‌ها، یک چرخش پویا و متقابل است.

جهت عمل نیروهای مغناطیسی با محور چرخش بیون ها با استفاده از قانون پیچ راست منطبق است. مشخصه قدرت میدان مغناطیسی با فرکانس چرخش بیون ها تعیین می شود. هر چه سرعت چرخش بیشتر باشد، میدان قوی تر. درست تر است که میدان مغناطیسی را الکترودینامیک بنامیم، زیرا تنها زمانی ایجاد می شود که ذرات باردار حرکت می کنند و فقط بر روی بارهای متحرک عمل می کنند.

اجازه دهید توضیح دهیم که چرا میدان مغناطیسی پویا است. برای به وجود آمدن میدان مغناطیسی، لازم است که بیون‌ها شروع به چرخش کنند، و تنها یک بار متحرک که یکی از قطب‌های بیون را جذب می‌کند، می‌تواند آنها را به چرخش وادار کند. اگر بار حرکت نکند، بیون نمی چرخد.

میدان مغناطیسی فقط در اطراف بارهای الکتریکی که در حال حرکت هستند تشکیل می شود. به همین دلیل مغناطیسی و میدان الکتریکییکپارچه هستند و با هم میدان الکترومغناطیسی را تشکیل می دهند.

اجزای میدان مغناطیسی به هم پیوسته اند و بر یکدیگر تأثیر می گذارند و خواص خود را تغییر می دهند.

• خواص میدان مغناطیسی:
• یک میدان مغناطیسی تحت تأثیر بارهای محرک جریان الکتریکی ایجاد می شود. در هر نقطه، میدان مغناطیسی با بردار مشخص می شودکمیت فیزیکی
• القای مغناطیسی نامیده می شود که یک نیروی مشخصه یک میدان مغناطیسی است.
• میدان مغناطیسی فقط می تواند بر آهنرباها، هادی های حامل جریان و بارهای متحرک تأثیر بگذارد.
• میدان مغناطیسی می تواند از نوع ثابت و متغیر باشد
• میدان مغناطیسی فقط با ابزار خاصی اندازه گیری می شود و توسط حواس انسان قابل درک نیست.
• میدان مغناطیسی الکترودینامیکی است، زیرا فقط با حرکت ذرات باردار ایجاد می شود و فقط بر بارهایی که در حرکت هستند تأثیر می گذارد.

ذرات باردار در امتداد یک مسیر عمود حرکت می کنند.اندازه میدان مغناطیسی به سرعت تغییر میدان مغناطیسی بستگی دارد. با توجه به این ویژگی، دو نوع میدان مغناطیسی وجود دارد: میدان مغناطیسی دینامیک و میدان مغناطیسی گرانشی.

میدان مغناطیسی گرانشی فقط در نزدیکی ذرات بنیادی ایجاد می شود و بسته به ویژگی های ساختاری این ذرات تشکیل می شود.

یک گشتاور مغناطیسی زمانی اتفاق می افتد که یک میدان مغناطیسی بر روی یک قاب رسانا عمل کند. به عبارت دیگر ممان مغناطیسی برداری است که روی خطی که عمود بر قاب قرار دارد قرار دارد.

احتمالاً هیچ شخصی وجود ندارد که حداقل یک بار به این موضوع فکر نکرده باشد که میدان مغناطیسی چیست. در طول تاریخ، آن‌ها سعی کرده‌اند آن را با گرداب‌های اثیری، عجیب و غریب، انحصارهای مغناطیسی و خیلی چیزهای دیگر توضیح دهند.

همه ما می دانیم که آهنرباهای روبروی یکدیگر با قطب های مشابه دفع می کنند و آنهایی که قطب های مخالف دارند جذب می شوند. این قدرت خواهد بود

بسته به فاصله این دو قسمت از یکدیگر متفاوت است. به نظر می رسد که جسم مورد توصیف یک هاله مغناطیسی در اطراف خود ایجاد می کند. در همان زمان، وقتی دو میدان متناوب با فرکانس یکسان روی هم قرار می‌گیرند، وقتی یکی در فضا نسبت به دیگری جابه‌جا می‌شود، اثری به دست می‌آید که معمولاً «میدان مغناطیسی دوار» نامیده می‌شود.

اندازه جسم مورد مطالعه با نیروی جذب آهنربا به دیگری یا آهن تعیین می شود. بر این اساس، هر چه جاذبه بیشتر باشد، زمینه بیشتر. این نیرو را می توان با استفاده از ابزار معمول قرار دادن یک قطعه آهن کوچک در یک طرف و وزنه ها در طرف دیگر اندازه گیری کرد که برای متعادل کردن فلز در برابر آهنربا طراحی شده اند.

برای درک دقیق تر موضوع، باید زمینه های زیر را مطالعه کنید:

در پاسخ به این سوال که میدان مغناطیسی چیست، باید گفت که انسان نیز آن را دارد. در پایان سال 1960، به لطف توسعه فشرده فیزیک، آن ایجاد شد دستگاه اندازه گیری"ماهی مرکب." عمل آن با قوانین پدیده های کوانتومی توضیح داده می شود. این یک عنصر حساس مغناطیس سنج است که برای مطالعه میدان مغناطیسی و غیره استفاده می شود

مقادیر، به عنوان مثال، مانند

SQUID به سرعت شروع به استفاده برای اندازه گیری میدان های تولید شده توسط موجودات زنده و البته انسان کرد. این امر انگیزه ای برای توسعه حوزه های جدید تحقیق بر اساس تفسیر اطلاعات ارائه شده توسط چنین دستگاهی ایجاد کرد. این جهت "بیومغناطیس" نامیده می شود.

چرا قبل از تعیین میدان مغناطیسی هیچ مطالعه ای در این زمینه انجام نشده است؟ معلوم شد که در موجودات بسیار ضعیف است و اندازه گیری آن یک کار فیزیکی دشوار است. این به دلیل وجود مقدار زیادی نویز مغناطیسی در فضای اطراف است. بنابراین نمی توان به سادگی به این سوال که میدان مغناطیسی انسان چیست و بدون استفاده از اقدامات حفاظتی تخصصی آن را بررسی کرد، پاسخ داد.

چنین "هاله ای" به سه دلیل اصلی در اطراف یک موجود زنده ظاهر می شود. اولا، به لطف نقاط یونی که در نتیجه فعالیت الکتریکی غشای سلولی ظاهر می شوند. ثانیاً به دلیل وجود ذرات ریز فری مغناطیسی که به طور تصادفی وارد بدن یا وارد بدن می شوند. سوم، هنگامی که میدان های مغناطیسی خارجی روی هم قرار می گیرند، نتیجه حساسیت ناهمگن اندام های مختلف است که کره های روی هم قرار گرفته را مخدوش می کند.

خواص اساسی میدان مغناطیسی

خواص میدان مغناطیسی

پدیده های مغناطیسی در گذشته شناخته شده بودند دنیای باستان. قطب نما بیش از 4500 سال پیش اختراع شد. در قرن دوازدهم در اروپا ظاهر شد. عصر جدید. با این حال، تنها در قرن 19 بود که ارتباط بین الکتریسیته و مغناطیس کشف شد و ایده میدان مغناطیسی .

اولین آزمایشات (که در سال 1820 انجام شد) که نشان داد ارتباط عمیقی بین پدیده های الکتریکی و مغناطیسی وجود دارد، آزمایش های فیزیکدان دانمارکی H. Oersted بود. این آزمایش ها نشان داد که یک سوزن مغناطیسی واقع در نزدیکی یک هادی حامل جریان، توسط نیروهایی که تمایل به چرخاندن آن دارند، وارد عمل می شود. در همان سال فیزیکدان فرانسوی A.Ampere برهمکنش نیرو دو هادی با جریان را مشاهده کرد و قانون برهمکنش جریان ها را وضع کرد.

بر اساس مفاهیم مدرن، هادی های حامل جریان نه به طور مستقیم، بلکه از طریق میدان های مغناطیسی اطراف خود بر یکدیگر نیرو وارد می کنند.

شکل خاصی از ماده وجود دارد، یک کل واحد میدان الکترومغناطیسی

یک میدان مغناطیسی- این نوعی ماده است که از طریق آن برهمکنش بارهای الکتریکی متحرک رخ می دهد.

خواص اساسی میدان مغناطیسی

1. یک میدان مغناطیسیایجاد شده است:

· بارهای الکتریکی متحرک (رسانا با جریان الکتریکی).

· اجسام مغناطیسی (آهن ربا)؛

یک میدان الکتریکی متغیر با زمان (میدان مغناطیسی متغیر خواهد بود).

2. یک میدان مغناطیسیپیوسته در فضا

3. میدان مغناطیسی با تأثیر آن بر حرکت تشخیص داده می شود بارهای الکتریکی(جریان الکتریکی) یا توسط اثر بر روی اجسام مغناطیسی، صرف نظر از اینکه آنها در حال حرکت هستند یا در حال سکون.

میدان الکتریکیمانند عمل می کند بی حرکتبه زودی در حال حرکتحاوی بارهای الکتریکی است. یک میدان مغناطیسیفقط به در حال حرکتبارهای الکتریکی در این زمینه وجود دارد.

دانشمندان قرن نوزدهم سعی کردند با قیاس با الکترواستاتیک، نظریه ای در مورد میدان مغناطیسی ایجاد کنند و به اصطلاح را در نظر بگیرند. بارهای مغناطیسیدو علامت (مثلاً شمال نو جنوبی اسقطب های سوزن مغناطیسی). با این حال، تجربه نشان می دهد که بارهای مغناطیسی جدا شده وجود ندارد.

بدن، مدت زمان طولانیحفظ خواص مغناطیسی پس از حذف از میدان خارجی نامیده می شود آهنرباهای دائمی . انتهای آهنربا دارای بیشترین نیروی جاذبه است که به آنها می گویند قطب های مغناطیسی (N – شمال، جنوب – جنوب و منطقه خنثی).

برای مطالعه میدان مغناطیسی از:

مدار تست (عنصر بسته کوچک یک هادی حامل جریان).

· سوزن مغناطیسی (آهنربای دائمی کوچک).

هنگامی که یک مدار آزمایشی یا سوزن مغناطیسی در میدان مغناطیسی مورد مطالعه قرار می گیرد، آنها را به روش خاصی جهت می دهد.

تجربه نشان می دهد که حداکثر مقدار لحظه نیروی M m چرخش مدار آزمایشی متناسب با مساحت S مدار و قدرت جریان I در آن است: M m ~ IS.

مقدار p m = IS ماژول به اصطلاح است لحظه مغناطیسیمدار با جریان

ممان مغناطیسی خود یک بردار است: که در آن بردار واحد نرمال با صفحه مدار است که با قانون پیچ سمت راست با جهت جریان در مدار مرتبط است.

نسبت در یک نقطه معین از میدان ثابت می ماند و یک مشخصه نیروی میدان است، القای مغناطیسی نامیده می شود .

القای مغناطیسی برداری است که جهت آن با جهت نرمال به صفحه مدار آزمایش با جریان در موقعیت تعادل پایدار آن یا با جهت S → N سوزن مغناطیسی منطبق است.

مشخصه قدرت میدان مغناطیسی، آنالوگ برای میدان الکتریکی.

مشابه خطوط نیرو در الکترواستاتیک، می توان ساخت خطوط القای مغناطیسی ، که در هر نقطه آن بردار در امتداد یک مماس جهت می شود.

خطوط القای مغناطیسی میدان های آهنربای دائمی و سیم پیچ با جریان.

به تشابه میدان مغناطیسی یک آهنربای دائمی و یک سیم پیچ با جریان توجه کنید.

میدان مغناطیسی یک هادی مستقیم حامل جریان

خطوط القایی مغناطیسی همیشه بسته هستند. این بدان معنی است که میدان مغناطیسی هیچ منبعی ندارد - بارهای مغناطیسی. فیلدهای نیروداشتن این خاصیت نامیده می شوند گرداب .

برای میدان مغناطیسی درست است اصل برهم نهی: القای مغناطیسی میدان ایجاد شده توسط چندین جریان برابر است با مجموع برداری میدان های القایی هر یک از جریان ها به طور جداگانه:

برای میدان های مغناطیسی آهنرباهای دائمی، این سوال پیچیده تر است زیرا اضافه کردن یک ثانیه آهنربای قوینه تنها میدان مغناطیسی آهنربای اول را اضافه می کند، بلکه تحریف می کند.

برای مشخص کردن میدان مغناطیسی در خلاء، کمیت دیگری به نام معرفی شده است تنش میدان مغناطیسی.

شدت میدان مغناطیسی به خواص محیط بستگی ندارد.

شدت میدان مغناطیسی یک کمیت برداری است که در یک محیط همگن با جهت بردار القای مغناطیسی منطبق است.

ماژول های این ویژگی ها با رابطه مرتبط هستند.

منابع میدان مغناطیسی هستند در حال حرکت بارهای الکتریکی (جریان) . یک میدان مغناطیسی در فضای اطراف رساناهای حامل جریان به وجود می آید، همانطور که میدان الکتریکی در فضای اطراف بارهای الکتریکی ساکن به وجود می آید. میدان مغناطیسی آهنرباهای دائمی نیز توسط ریزجریان های الکتریکی در حال گردش در داخل مولکول های یک ماده ایجاد می شود (فرضیه آمپر).

برای توصیف میدان مغناطیسی، لازم است یک نیروی مشخصه میدان، مشابه بردار معرفی شود تنش هامیدان الکتریکی. این ویژگی است بردار القای مغناطیسیبردار القای مغناطیسی نیروهای وارد بر جریان یا بارهای متحرک در میدان مغناطیسی را تعیین می کند.
جهت مثبت بردار جهت از گرفته شده است قطب جنوب S به قطب شمال N یک سوزن مغناطیسی که آزادانه در یک میدان مغناطیسی قرار دارد. بنابراین، با بررسی میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط یک جریان یا آهنربای دائمی با استفاده از یک سوزن مغناطیسی کوچک، این امکان در هر نقطه از فضا وجود دارد.

برای توصیف کمی میدان مغناطیسی، لازم است روشی برای تعیین نه تنها نشان داده شود.
جهت بردار بلکه ماژول آن با نسبت برابر است حداکثر مقدار
نیروی آمپری که بر روی یک هادی مستقیم با جریان، به شدت جریان وارد می شود مندر هادی و طول آن Δ ل :

نیروی آمپر عمود بر بردار القای مغناطیسی و جهت جریان عبوری از هادی هدایت می شود. برای تعیین جهت از نیروی آمپر معمولا استفاده می شود قانون دست چپ: در صورت قرار گرفتن دست چپبه طوری که خطوط القایی وارد کف دست می شوند و انگشتان کشیده شده در امتداد جریان هدایت می شوند و سپس خارج می شوند. شستجهت نیروی وارد بر هادی را نشان می دهد.

میدان مغناطیسی بین سیاره ای

اگر فضای بین سیاره ای یک خلاء بود، پس تنها میدان مغناطیسی موجود در آن تنها میدان های مغناطیسی خورشید و سیارات و همچنین میدانی با منشأ کهکشانی است که در امتداد بازوهای مارپیچی کهکشان ما امتداد دارد. در این صورت میدان های خورشید و سیارات در فضای بین سیاره ای به شدت ضعیف خواهند بود.
در واقع فضای بین سیاره ای خلاء نیست، بلکه با گاز یونیزه شده از خورشید (باد خورشیدی) پر شده است. غلظت این گاز 1-10 سانتی متر -3 است، سرعت های معمولی بین 300 تا 800 کیلومتر بر ثانیه، دما نزدیک به 105 کلوین است (به یاد بیاورید که دمای تاج 2×106 کلوین است).
باد آفتابی- خروج پلاسما از تاج خورشیدی به فضای بین سیاره ای. در سطح مدار زمین، میانگین سرعت ذرات باد خورشیدی (پروتون و الکترون) حدود 400 کیلومتر بر ثانیه است، تعداد ذرات چند ده در هر 1 سانتی متر مکعب است.

دانشمند انگلیسی ویلیام گیلبرت، پزشک دربار ملکه الیزابت، در سال 1600 برای اولین بار نشان داد که زمین آهنربایی است که محور آن با محور چرخش زمین منطبق نیست. در نتیجه، در اطراف زمین، مانند هر آهنربایی، یک میدان مغناطیسی وجود دارد. در سال 1635، گلبراند کشف کرد که میدان مغناطیسی زمین به آرامی در حال تغییر است و ادموند هالی اولین بررسی مغناطیسی جهان را از اقیانوس ها انجام داد و اولین نقشه های مغناطیسی جهان را ایجاد کرد (1702). در سال 1835، گاوس تجزیه و تحلیل هارمونیک کروی میدان مغناطیسی زمین را انجام داد. او اولین رصدخانه مغناطیسی جهان را در گوتینگن ایجاد کرد.

چند کلمه در مورد کارت های مغناطیسی به طور معمول، هر 5 سال، توزیع میدان مغناطیسی در سطح زمین توسط نقشه های مغناطیسی سه یا چند عنصر مغناطیسی نشان داده می شود. در هر یک از این نقشه ها خطوط ایزوله ترسیم شده است که در طول آنها یک عنصر معین دارای مقدار ثابتی است. خطوط با انحراف مساوی D را ایزوگون، شیب I را ایزوکلاین و به بزرگی های قدرت کل B خطوط ایزودینامیک یا ایزودین می گویند. خطوط ایزومغناطیسی عناصر H، Z، X و Y را به ترتیب خطوط ایزوله اجزای افقی، عمودی، شمالی یا شرقی می نامند.

بیایید به نقاشی برگردیم. دایره ای با شعاع زاویه ای 90-d را نشان می دهد که موقعیت خورشید را در سطح زمین توصیف می کند. قوس دایره بزرگی که از نقطه P و قطب ژئومغناطیسی B کشیده شده است، این دایره را در نقاط H'n و H'm قطع می کند که به ترتیب موقعیت خورشید را در لحظات ظهر ژئومغناطیسی و نیمه شب ژئومغناطیسی نقطه P نشان می دهد. لحظه ها به عرض جغرافیایی نقطه P بستگی دارد. موقعیت ها خورشید در ظهر واقعی محلی و نیمه شب به ترتیب با نقاط H n و H m نشان داده می شوند. وقتی d مثبت باشد (تابستان در نیمکره شمالی)، نیمه صبح روز ژئومغناطیسی برابر با عصر نیست. در عرض‌های جغرافیایی بالا، زمان ژئومغناطیسی می‌تواند با زمان واقعی یا متوسط ​​در بیشتر ساعات روز بسیار متفاوت باشد.
در مورد زمان و سیستم مختصات صحبت می کنیم، اجازه دهید در مورد در نظر گرفتن خروج از مرکز دوقطبی مغناطیسی نیز صحبت کنیم. دوقطبی خارج از مرکز از سال 1836 به آرامی به سمت خارج (شمال و غرب) در حال حرکت است. آیا از صفحه استوایی عبور کرده است؟ حدود سال 1862. مسیر شعاعی آن در منطقه جزیره گیلبرت در اقیانوس آرام واقع شده است.

اثر میدان مغناطیسی بر جریان

در هر بخش، سرعت باد خورشیدی و چگالی ذرات به طور سیستماتیک متفاوت است. مشاهدات موشکی نشان می دهد که هر دو پارامتر به شدت در مرز بخش افزایش می یابد. در پایان روز دوم پس از عبور از مرز بخش، چگالی بسیار سریع و سپس، پس از دو یا سه روز، به آرامی شروع به افزایش می کند. سرعت باد خورشیدی در روز دوم یا سوم پس از رسیدن به اوج خود به آرامی کاهش می یابد. ساختار بخش و تغییرات ذکر شده در سرعت و چگالی ارتباط نزدیکی با اختلالات مگنتوسفر دارد. ساختار بخش کاملاً پایدار است، بنابراین کل ساختار جریان حداقل برای چندین دور خورشیدی با خورشید می‌چرخد و تقریباً هر ۲۷ روز یک‌بار از روی زمین می‌گذرد.