Manyetik alan, mıknatıslar, akımlı iletkenler (hareketli yüklü parçacıklar) tarafından oluşturulan ve mıknatısların, iletkenlerin akımla (hareketli yüklü parçacıklar) etkileşimi ile tespit edilebilen, maddenin özel bir şeklidir.

Oersted'in deneyimi

Elektriksel ve manyetik olaylar arasında derin bir bağlantı olduğunu gösteren ilk deneyler (1820'de gerçekleştirildi) Danimarkalı fizikçi H. Oersted'in deneyleriydi.

Bir iletkenin yanına yerleştirilen manyetik iğne, iletkendeki akım açıldığında belirli bir açıyla döner. Devre açıldığında ok orijinal konumuna geri döner.

G. Oersted'in deneyiminden bu iletkenin çevresinde manyetik bir alan olduğu sonucu çıkıyor.

Ampere'nin deneyimi
Taşıyan iki paralel iletken elektrik, birbirleriyle etkileşime girerler: akımlar aynı yönde ise çekerler ve akımlar ters yönde ise iterler. Bu, iletkenlerin etrafında ortaya çıkan manyetik alanların etkileşimi nedeniyle oluşur.

Özellikler manyetik alan

1. Maddi olarak, yani. bizden ve onun hakkındaki bilgimizden bağımsız olarak var olur.

2. Mıknatısların, akımı olan iletkenlerin (hareketli yüklü parçacıklar) oluşturduğu

3. Mıknatısların, iletkenlerin akımla etkileşimi ile tespit edilir (hareketli yüklü parçacıklar)

4. Mıknatıslar, akım taşıyan iletkenler (hareketli yüklü parçacıklar) üzerinde bir miktar kuvvetle etki eder

5. Doğada manyetik yük yoktur. Kuzey ve güney kutuplarını ayırıp tek kutuplu bir gövde elde edemezsiniz.

6. Cisimlerin manyetik özelliklere sahip olmasının sebebi Fransız bilim adamı Ampere tarafından bulunmuştur. Ampere şu sonucu ortaya koydu: manyetik özellikler Herhangi bir cismin içindeki kapalı elektrik akımları tarafından belirlenir.

Bu akımlar elektronların bir atomdaki yörüngeler etrafındaki hareketini temsil eder.

Bu akımların dolaştığı düzlemler, vücudu oluşturan moleküllerin termal hareketi nedeniyle birbirlerine göre rastgele konumlanırsa, etkileşimleri karşılıklı olarak dengelenir ve vücut herhangi bir manyetik özellik göstermez.

Ve bunun tersi de geçerlidir: Elektronların döndüğü düzlemler birbirine paralelse ve normallerin bu düzlemlere yönleri çakışırsa, bu tür maddeler dış manyetik alanı arttırır.

7. Manyetik kuvvetler, manyetik kuvvet çizgileri adı verilen manyetik alanda belirli yönlerde etki eder. Onların yardımıyla, belirli bir durumda manyetik alanı rahat ve net bir şekilde gösterebilirsiniz.

Manyetik alanı daha doğru bir şekilde tasvir etmek için, alanın daha güçlü olduğu yerlerde alan çizgilerinin daha yoğun gösterilmesi gerektiği, yani. birbirine daha yakın. Ve tam tersi, alanın daha zayıf olduğu yerlerde daha az alan çizgisi gösterilir; daha az sıklıkla bulunur.

8. Manyetik alan, manyetik indüksiyon vektörü ile karakterize edilir.

Manyetik indüksiyon vektörü, manyetik alanı karakterize eden bir vektör miktarıdır.

Manyetik indüksiyon vektörünün yönü, belirli bir noktada serbest manyetik iğnenin kuzey kutbunun yönüyle çakışır.

Alan indüksiyon vektörünün yönü ve akım gücü I "sağ vida (jimlet) kuralı" ile ilişkilidir:

bir jileti iletkendeki akım yönünde vidalarsanız, sapının ucunun belirli bir noktadaki hareket hızının yönü, bu noktadaki manyetik indüksiyon vektörünün yönüyle çakışacaktır.

Manyetik alan, tüm etkileşimlerin vericileri olan biyonların konfigürasyonunun dinamik, karşılıklı olarak tutarlı bir dönüş olduğu uzayın bir bölgesidir.

Manyetik kuvvetlerin etki yönü, sağ vida kuralını kullanan biyonların dönme ekseniyle çakışır. Manyetik alanın güç karakteristiği biyonların dönme frekansı ile belirlenir. Dönüş hızı ne kadar yüksek olursa, daha güçlü alan. Manyetik alanı elektrodinamik olarak adlandırmak daha doğru olur çünkü yalnızca yüklü parçacıklar hareket ettiğinde ortaya çıkar ve yalnızca hareketli yüklere etki eder.

Manyetik alanın neden dinamik olduğunu açıklayalım. Manyetik alanın ortaya çıkması için biyonların dönmeye başlaması gerekir ve yalnızca biyonun kutuplarından birini çekecek hareketli bir yük onların dönmesini sağlayabilir. Eğer yük hareket etmiyorsa biyon dönmeyecektir.

Manyetik alan yalnızca hareket halindeki elektrik yüklerinin etrafında oluşur. Bu yüzden manyetik ve Elektrik alanı integraldir ve birlikte elektromanyetik alanı oluştururlar.

Manyetik alanın bileşenleri birbirine bağlıdır ve birbirlerini etkileyerek özelliklerini değiştirirler.

• Manyetik alanın özellikleri:
• Elektrik akımının tahrik yüklerinin etkisi altında bir manyetik alan ortaya çıkar. Herhangi bir noktada manyetik alan vektör ile karakterize edilir. fiziksel miktar
• manyetik alanın kuvvet karakteristiği olan manyetik indüksiyon denir.
• Manyetik alan yalnızca mıknatısları, akım taşıyan iletkenleri ve hareketli yükleri etkileyebilir.
• Manyetik alan sabit ve değişken tipte olabilir
• Manyetik alan yalnızca özel aletlerle ölçülür ve insan duyuları tarafından algılanamaz.
• Manyetik alan elektrodinamiktir çünkü yalnızca yüklü parçacıkların hareketi ile üretilir ve yalnızca hareket halindeki yükleri etkiler.

Yüklü parçacıklar dik bir yörünge boyunca hareket ederler. Manyetik alanın büyüklüğü, manyetik alanın değişim hızına bağlıdır. Bu özelliğe göre iki tür manyetik alan vardır: Dinamik manyetik alan ve yerçekimi manyetik alanı.

Yerçekimi manyetik alanı yalnızca temel parçacıkların yakınında ortaya çıkar ve bu parçacıkların yapısal özelliklerine bağlı olarak oluşur.

Manyetik bir alan iletken bir çerçeveye etki ettiğinde manyetik bir moment meydana gelir. Başka bir deyişle manyetik moment, çerçeveye dik uzanan çizgi üzerinde yer alan bir vektördür.

Muhtemelen manyetik alanın ne olduğunu en az bir kez düşünmeyen hiç kimse yoktur. Tarih boyunca bunu ruhani girdaplar, tuhaflıklar, manyetik tekeller ve çok daha fazlasıyla açıklamaya çalıştılar.

Hepimiz aynı kutuplara sahip mıknatısların birbirini ittiğini, zıt kutuplara sahip olanların ise çektiğini biliyoruz. Bu güç olacak

İki parçanın birbirinden ne kadar uzak olduğuna bağlı olarak değişir. Tanımlanan nesnenin kendi etrafında manyetik bir hale oluşturduğu ortaya çıktı. Aynı zamanda, aynı frekanstaki iki alternatif alan üst üste bindirildiğinde, biri diğerine göre uzayda kaydırıldığında, genellikle "dönen manyetik alan" olarak adlandırılan bir etki elde edilir.

İncelenen nesnenin boyutu, bir mıknatısın diğerine veya demire çekildiği kuvvete göre belirlenir. Buna göre çekim ne kadar büyükse, daha fazla alan. Kuvvet, metali mıknatısa karşı dengelemek için tasarlanmış, bir tarafa küçük bir demir parçası ve diğer tarafa ağırlıklar yerleştirmek gibi olağan yöntemlerle ölçülebilir.

Konuyu daha doğru anlamak için aşağıdaki alanları incelemelisiniz:

Manyetik alanın ne olduğu sorusunu yanıtlarken, insanlarda da buna sahip olduğunu söylemekte fayda var. 1960'ların sonunda fiziğin yoğun gelişimi sayesinde yaratıldı. ölçü aleti"KALAMAR." Eylemi kuantum fenomeninin yasalarıyla açıklanmaktadır. Manyetik alanı incelemek için kullanılan manyetometrelerin hassas bir elemanıdır.

miktarlar örneğin

“SQUID” hızla canlı organizmaların ve tabii ki insanların oluşturduğu alanları ölçmek için kullanılmaya başlandı. Bu, böyle bir cihazın sağladığı bilgilerin yorumlanmasına dayalı yeni araştırma alanlarının geliştirilmesine ivme kazandırdı. Bu yöne “biyomanyetizma” denir.

Manyetik alanın ne olduğu belirlenirken neden daha önce bu alanda herhangi bir çalışma yapılmadı? Organizmalarda çok zayıf olduğu ve ölçümünün zor bir fiziksel görev olduğu ortaya çıktı. Bunun nedeni çevredeki alanda büyük miktarda manyetik gürültünün bulunmasıdır. Bu nedenle, insan manyetik alanının ne olduğu sorusuna cevap vermek ve özel koruyucu önlemler kullanmadan onu incelemek mümkün değildir.

Böyle bir "halo", üç ana nedenden dolayı canlı bir organizmanın etrafında ortaya çıkar. Öncelikle hücre zarlarının elektriksel aktivitesi sonucu ortaya çıkan iyonik noktalar sayesinde. İkincisi, kazara vücuda giren veya vücuda giren ferrimanyetik küçük parçacıkların varlığı nedeniyle. Üçüncüsü, dış manyetik alanlar üst üste bindirildiğinde sonuç, farklı organların heterojen duyarlılığıdır ve bu da üst üste binen küreleri bozar.

Manyetik alanın temel özellikleri

Manyetik alanın özellikleri

Manyetik olaylar eskiden biliniyordu Antik Dünya. Pusula 4.500 yıldan fazla bir süre önce icat edildi. Avrupa'da 12. yüzyılda ortaya çıktı. yeni Çağ. Ancak elektrik ve manyetizma arasındaki bağlantı ancak 19. yüzyılda keşfedildi ve manyetik alan .

Elektriksel ve manyetik olaylar arasında derin bir bağlantı olduğunu gösteren ilk deneyler (1820'de gerçekleştirildi) Danimarkalı fizikçi H. Oersted'in deneyleriydi. Bu deneyler, akım taşıyan bir iletkenin yakınına yerleştirilen manyetik bir iğnenin, onu döndürme eğiliminde olan kuvvetler tarafından etkilendiğini gösterdi. Aynı yıl Fransız fizikçi A. Ampere, iki iletkenin akımlarla kuvvet etkileşimini gözlemledi ve akımların etkileşimi yasasını oluşturdu.

Modern kavramlara göre, akım taşıyan iletkenler birbirlerine doğrudan değil, onları çevreleyen manyetik alanlar aracılığıyla kuvvet uygularlar.

Maddenin özel bir şekli var, tek bir bütün elektromanyetik alan.

Bir manyetik alan- bu, hareketli elektrik yüklerinin etkileşiminin meydana geldiği bir madde türüdür.

Manyetik alanın temel özellikleri

1. Bir manyetik alan yaratıldı:

· hareketli elektrik yükleri (elektrik akımı olan iletken);

· mıknatıslanmış cisimler (mıknatıslar);

· zamanla değişen bir elektrik alanı (manyetik alan değişken olacaktır).

2. Bir manyetik alan uzayda süreklidir.

3. Manyetik alan hareket üzerindeki etkisi ile tespit edilir. elektrik ücretleri(elektrik akımı) veya hareket halinde veya hareketsiz olmalarına bakılmaksızın mıknatıslanmış cisimler üzerindeki etkiyle.

Elektrik alanı gibi davranıyor hareketsiz yakında hareketli elektrik yükleri içerir. Bir manyetik alan yalnızca şunlar için geçerlidir: hareketli Bu alanda elektrik yükleri vardır.

19. yüzyılın bilim adamları, elektrostatiğe benzeterek manyetik alan teorisi oluşturmaya çalıştılar ve sözde dikkate aldılar. manyetik yükler iki işaret (örneğin kuzey N ve güney S manyetik iğnenin kutupları). Ancak deneyimler izole edilmiş manyetik yüklerin mevcut olmadığını göstermektedir.

bedenler, uzun zaman dış alandan çıkarıldıktan sonra manyetik özelliklerin korunmasına denir kalıcı mıknatıslar . Mıknatısın uçları en büyük çekim kuvvetine sahiptir. manyetik kutuplar (K – kuzey, S – güney ve tarafsız bölge).

Manyetik alanı incelemek için şunları kullanın:

· test devresi (akım taşıyan bir iletkenin küçük kapalı elemanı);

· manyetik iğne (küçük kalıcı mıknatıs).

İncelenen manyetik alana bir test devresi veya manyetik iğne yerleştirildiğinde, onları belirli bir şekilde yönlendirir.

Deneyimler, test devresini döndüren M m kuvvet momentinin maksimum değerinin, devrenin alanı S ve içindeki akım gücü I ile orantılı olduğunu göstermektedir: M m ~ IS.

p m = IS miktarı sözde modüldür. manyetik moment akım ile devre.

Manyetik momentin kendisi bir vektördür: devre düzlemine normal olan birim vektör, sağ vida kuralına göre devredeki akımın yönü ile ilişkilidir.

Alanın belirli bir noktasındaki oran sabit kalır ve alanın bir kuvvet özelliğidir. manyetik indüksiyon denir .

Manyetik indüksiyon, yönü, kararlı denge konumundaki akımla test devresinin düzlemine normalin yönü veya manyetik iğnenin S → N yönü ile çakışan bir vektördür.

Manyetik alan gücü karakteristiği, analog Elektrik alanı.

Elektrostatikteki kuvvet çizgilerine benzer şekilde, manyetik indüksiyon hatları , vektörün bir teğet boyunca yönlendirildiği her noktada.

Kalıcı bir mıknatısın ve akımlı bir bobinin alanlarının manyetik indüksiyon hatları.

Kalıcı bir mıknatısın manyetik alanları ile akımlı bir bobin arasındaki analojiye dikkat edin.

Akım taşıyan düz bir iletkenin manyetik alanı

Manyetik indüksiyon hatları her zaman kapalıdır; hiçbir yerde kırılmazlar. Bu, manyetik alanın hiçbir kaynağının (manyetik yük) olmadığı anlamına gelir. Kuvvet alanları bu özelliğe sahip olanlara denir girdap .

Manyetik alan için bu doğrudur Üstüste binme ilkesi: birkaç akımın oluşturduğu alanın manyetik indüksiyonu, her bir akımın ayrı ayrı indüksiyon alanlarının vektör toplamına eşittir:

Kalıcı mıknatısların manyetik alanları için bu soru daha karmaşıktır çünkü bir saniye ekleme güçlü mıknatıs ilk mıknatısın manyetik alanını yalnızca eklemekle kalmaz, aynı zamanda bozar.

Vakumdaki manyetik alanı karakterize etmek için başka bir miktar eklenir. tansiyon manyetik alan.

Manyetik alan kuvveti ortamın özelliklerine bağlı değildir.

Manyetik alan kuvveti, homojen bir ortamda manyetik indüksiyon vektörünün yönü ile çakışan bir vektör miktarıdır.

Bu özelliklerin modülleri ilişki ile ilişkilidir.

Manyetik alanın kaynakları hareketli elektrik yükleri (akımlar) . Tıpkı sabit elektrik yüklerini çevreleyen uzayda bir elektrik alanın ortaya çıkması gibi, akım taşıyan iletkenleri çevreleyen uzayda da bir manyetik alan ortaya çıkar. Kalıcı mıknatısların manyetik alanı aynı zamanda bir maddenin molekülleri içinde dolaşan elektriksel mikro akımlar tarafından da yaratılır (Ampere hipotezi).

Manyetik alanı tanımlamak için, alanın vektöre benzer bir kuvvet karakteristiğini tanıtmak gerekir. gerginlikler Elektrik alanı. Bu özellik manyetik indüksiyon vektörü Manyetik indüksiyon vektörü, manyetik alanda akımlara veya hareketli yüklere etki eden kuvvetleri belirler.
Vektörün pozitif yönü, yönü olarak alınır. Güney Kutbu S, manyetik alanda serbestçe konumlandırılmış manyetik bir iğnenin kuzey kutbuna N. Böylece bir akımın veya kalıcı bir mıknatısın oluşturduğu manyetik alanı küçük bir manyetik iğne kullanarak inceleyerek uzayın her noktasında bunu yapmak mümkündür.

Manyetik alanı niceliksel olarak tanımlamak için, yalnızca belirlemeye yönelik bir yöntemin belirtilmesi gerekir.
vektörün yönü ve aynı zamanda modülü Manyetik indüksiyon vektörünün modülü orana eşittir. maksimum değer
Akım taşıyan düz bir iletkene akım kuvvetine etki eden amper kuvveti BEN iletkende ve uzunluğu Δ ben :

Amper kuvveti, manyetik indüksiyon vektörüne ve iletken boyunca akan akımın yönüne dik olarak yönlendirilir. Amper kuvvetinin yönünü belirlemek için genellikle kullanılır sol el kuralı: eğer yerleştirilirse sol el böylece indüksiyon hatları avuç içine girer ve uzatılmış parmaklar akım boyunca yönlendirilir, ardından geri çekilir baş parmak iletkene etkiyen kuvvetin yönünü gösterir.

Gezegenlerarası manyetik alan

Gezegenlerarası uzay bir boşluk olsaydı, o zaman içindeki tek manyetik alanlar yalnızca Güneş'in ve gezegenlerin manyetik alanları ile Galaksimizin sarmal kolları boyunca uzanan galaktik kökenli bir alan olabilirdi. Bu durumda Güneş'in ve gezegenlerin gezegenler arası uzaydaki alanları son derece zayıf olacaktır.
Aslında gezegenler arası uzay bir boşluk değildir, Güneş'in (güneş rüzgarı) yaydığı iyonize gazla doludur. Bu gazın konsantrasyonu 1-10 cm -3, tipik hızları 300 ila 800 km/s arasındadır, sıcaklığı 10 5 K'ye yakındır (koronanın sıcaklığının 2×10 6 K olduğunu hatırlayın).
güneşli rüzgar– Plazmanın güneş koronasından gezegenler arası uzaya çıkışı. Dünyanın yörüngesi düzeyinde, güneş rüzgarı parçacıklarının (protonlar ve elektronlar) ortalama hızı yaklaşık 400 km/s'dir, parçacık sayısı 1 cm3 başına birkaç ondur.

Kraliçe Elizabeth'in saray doktoru olan İngiliz bilim adamı William Gilbert, 1600 yılında Dünya'nın bir mıknatıs olduğunu ve ekseninin Dünya'nın dönme ekseniyle çakışmadığını gösteren ilk kişiydi. Sonuç olarak, herhangi bir mıknatısın çevresinde olduğu gibi Dünya'nın çevresinde de bir manyetik alan vardır. 1635 yılında Gellibrand, dünyanın manyetik alanının yavaşça değiştiğini keşfetti ve Edmund Halley, dünyanın ilk manyetik okyanus araştırmasını gerçekleştirdi ve dünyanın ilk manyetik haritalarını yarattı (1702). 1835 yılında Gauss, Dünya'nın manyetik alanının küresel harmonik analizini gerçekleştirdi. Göttingen'de dünyanın ilk manyetik gözlemevini kurdu.

Manyetik kartlar hakkında birkaç söz. Tipik olarak her 5 yılda bir, manyetik alanın Dünya yüzeyindeki dağılımı, üç veya daha fazla manyetik elementin manyetik haritalarıyla temsil edilir. Bu haritaların her birinde, belirli bir elemanın sabit bir değere sahip olduğu izolinler çizilir. Eşit eğim D çizgilerine izogonlar, I eğimlerine izoklinler ve toplam B kuvvetinin büyüklüklerine izodinamik çizgiler veya izodinler denir. H, Z, X ve Y elementlerinin izomanyetik çizgilerine sırasıyla yatay, dikey, kuzey veya doğu bileşenlerin izolinleri denir.

Çizime dönelim. Güneş'in dünya yüzeyindeki konumunu tanımlayan, açısal yarıçapı 90° - d olan bir daireyi gösterir. P noktasından ve B jeomanyetik kutbundan geçen büyük daire yayı, bu daireyi, P noktasının jeomanyetik öğlen ve jeomanyetik gece yarısı anlarında Güneş'in konumunu sırasıyla gösteren H' n ve H' m noktalarında keser. Momentler P noktasının enlemesine bağlıdır. Konumlar Yerel gerçek öğle vakti ve gece yarısı güneşi sırasıyla Hn ve Hm noktalarıyla gösterilir. D pozitif olduğunda (kuzey yarımkürede yaz), jeomanyetik günün sabah yarısı akşama eşit değildir. Yüksek enlemlerde, jeomanyetik zaman, günün büyük bölümünde gerçek veya ortalama zamandan çok farklı olabilir.
Zaman ve koordinat sistemlerinden bahsetmişken, manyetik dipolün dışmerkezliğini de hesaba katmaktan bahsedelim. Eksantrik dipol 1836'dan bu yana yavaşça dışarı doğru (kuzey ve batı) sürükleniyor. Ekvator düzlemini geçti mi? 1862 civarında. Radyal yörüngesi Pasifik Okyanusu'ndaki Gilbert Adası bölgesinde yer almaktadır.

MANYETİK ALANIN AKIM ÜZERİNDEKİ ETKİSİ

Her sektörde güneş rüzgarı hızı ve parçacık yoğunluğu sistematik olarak değişir. Roket gözlemleri her iki parametrenin de sektör sınırında keskin bir şekilde arttığını göstermektedir. Sektör sınırını geçtikten sonraki ikinci günün sonunda yoğunluk çok hızlı bir şekilde, ardından iki üç gün sonra ise yavaş yavaş artmaya başlıyor. Güneş rüzgarının hızı zirveye ulaştıktan sonraki ikinci veya üçüncü günde yavaş yavaş azalır. Sektör yapısı ve hız ve yoğunlukta belirtilen değişiklikler manyetosferik bozulmalarla yakından ilişkilidir. Sektör yapısı oldukça kararlıdır, bu nedenle tüm akış yapısı, yaklaşık olarak her 27 günde bir Dünya'nın üzerinden geçerek, en az birkaç güneş devrimi boyunca Güneş ile birlikte döner.