Definicija magnetnih polj, viri, sanpin. Trajni magneti

Tako kot stacionarni električni naboj deluje na drug naboj skozi električno polje, električni tok deluje na drug tok skozi magnetno polje. Učinek magnetnega polja na trajne magnete se zmanjša na njegov učinek na naboje, ki se gibljejo v atomih snovi in ustvarjajo mikroskopske krožne tokove.

Doktrina o elektromagnetizem temelji na dveh določbah:

magnetno polje deluje na gibljive naboje in tokove;
okoli tokov in gibajočih se nabojev nastane magnetno polje.

Magnetna interakcija

Trajni magnet(ali magnetna igla) je usmerjen vzdolž zemeljskega magnetnega poldnevnika. Konec, ki kaže proti severu, se imenuje severni pol(N), nasprotni konec pa je južni pol(S). Če dva magneta približamo drug drugemu, opazimo, da se njuni podobni poli odbijajo, nasprotni pa privlačijo ( riž. 1 ).

Če pola ločimo tako, da trajni magnet razrežemo na dva dela, ugotovimo, da bo imel tudi vsak od njiju dva pola, tj. bo trajni magnet ( riž. 2 ). Oba pola - severni in južni - sta neločljiva drug od drugega in imata enake pravice.

Magnetno polje, ki ga ustvarja Zemlja ali trajni magneti, je tako kot električno polje predstavljeno z magnetnimi silnicami. Sliko magnetnih silnic magneta lahko dobimo tako, da nanj položimo list papirja, na katerega so v enakomernem sloju posuti železni opilki. Ko je žagovina izpostavljena magnetnemu polju, postane magnetizirana - vsak od njih ima severni in južni pol. Nasprotna pola se sicer rada približata drug drugemu, vendar to preprečuje trenje žagovine ob papir. Če s prstom potrkate po papirju, se bo trenje zmanjšalo in opilki se bodo med seboj privlačili ter tvorili verige, ki predstavljajo črte magnetnega polja.

Vklopljeno riž. 3 prikazuje lokacijo žagovine in majhne magnetne puščice v polju direktnega magneta, ki označujejo smer silnic magnetnega polja. Ta smer se šteje za smer severnega pola magnetne igle.

Oerstedova izkušnja. Magnetno polje toka

V začetku 19. stol. danski znanstvenik Ørsted naredil pomembno odkritje, ko je odkril delovanje električnega toka na trajne magnete . Blizu magnetne igle je postavil dolgo žico. Ko je tok tekel skozi žico, se je puščica vrtela in poskušala postaviti pravokotno nanjo ( riž. 4 ). To bi lahko razložili s pojavom magnetnega polja okoli prevodnika.

Magnetne silnice, ki jih ustvari ravni prevodnik, po katerem teče tok, so koncentrični krogi, ki se nahajajo v ravnini, pravokotni nanj, s središči v točki, skozi katero teče tok ( riž. 5 ). Smer črt je določena s pravilom desnega vijaka:

Če zavrtimo vijak v smeri silnic polja, se bo premikal v smeri toka v vodniku .

Jakostna značilnost magnetnega polja je vektor magnetne indukcije B . V vsaki točki je usmerjen tangencialno na poljsko črto. Silnice električnega polja se začnejo na pozitivnih nabojih in končajo na negativnih, sila, ki deluje na naboj v tem polju, pa je v vsaki točki usmerjena tangencialno na črto. Za razliko od električnega polja so magnetne silnice zaprte, kar je posledica odsotnosti "magnetnih nabojev" v naravi.

Magnetno polje toka se v bistvu ne razlikuje od polja, ki ga ustvari trajni magnet. V tem smislu je analog ravnega magneta dolg solenoid - tuljava žice, katere dolžina je bistveno večja od njenega premera. Diagram črt magnetnega polja, ki ga je ustvaril, prikazan v riž. 6 , je podoben tistemu za ploščati magnet ( riž. 3 ). Krogi označujejo preseke žice, ki tvori navitje solenoida. Tokovi, ki tečejo po žici stran od opazovalca, so označeni s križci, tokovi v nasprotni smeri - proti opazovalcu - pa s pikami. Enake oznake so sprejete tudi za magnetne silnice, če so pravokotne na ravnino risbe ( riž. 7 a, b).

Smer toka v navitju solenoida in smer magnetnih silnic znotraj njega sta povezana tudi s pravilom desnega vijaka, ki je v tem primeru formulirano takole:

Če pogledate vzdolž osi solenoida, tok, ki teče v smeri urinega kazalca, ustvari v njem magnetno polje, katerega smer sovpada s smerjo gibanja desnega vijaka ( riž. 8 )

Na podlagi tega pravila je enostavno razumeti, da je solenoid, prikazan v riž. 6 , severni pol je njen desni konec, južni pol pa levi.

Magnetno polje znotraj solenoida je enakomerno - vektor magnetne indukcije ima tam konstantno vrednost (B = const). V tem pogledu je solenoid podoben kondenzatorju z vzporednimi ploščami, znotraj katerega se ustvari enotno električno polje.

Sila, ki deluje v magnetnem polju na vodnik, po katerem teče tok

Eksperimentalno je bilo ugotovljeno, da na vodnik, po katerem teče tok v magnetnem polju, deluje sila. V enakomernem polju ravni vodnik dolžine l, skozi katerega teče tok I, ki se nahaja pravokotno na vektor polja B, doživlja silo: F = I l B .

Smer sile je določena pravilo leve roke:

Če so štirje iztegnjeni prsti leve roke postavljeni v smeri toka v vodniku, dlan pa je pravokotna na vektor B, bo iztegnjen palec pokazal smer sile, ki deluje na vodnik. (riž. 9 ).

Upoštevati je treba, da sila, ki deluje na prevodnik s tokom v magnetnem polju, ni usmerjena tangencialno na njegove silnice, kot je električna sila, ampak pravokotno nanje. Na vodnik, ki se nahaja vzdolž silnic, magnetna sila ne vpliva.

Enačba F = IlB vam omogoča, da podate kvantitativno karakteristiko indukcije magnetnega polja.

Odnos ni odvisen od lastnosti prevodnika in označuje samo magnetno polje.

Velikost vektorja magnetne indukcije B je numerično enaka sili, ki deluje na prevodnik enote dolžine, ki je pravokoten nanj, skozi katerega teče tok enega ampera.

V sistemu SI je enota za indukcijo magnetnega polja tesla (T):

Magnetno polje. Tabele, diagrami, formule

(Interakcija magnetov, Oerstedov eksperiment, vektor magnetne indukcije, smer vektorja, princip superpozicije. Grafični prikaz magnetnih polj, črte magnetne indukcije. Magnetni pretok, energijska karakteristika polja. Magnetne sile, Amperova sila, Lorentzova sila. Gibanje nabitih delcev. v magnetnem polju. Magnetne lastnosti snovi, Amperova hipoteza).

Če skozi železo spustimo električni tok, bo železo med prehajanjem toka pridobilo magnetne lastnosti. Nekatere snovi, na primer kaljeno jeklo in številne zlitine, ne izgubijo svojih magnetnih lastnosti tudi po izklopu toka, za razliko od elektromagnetov.

Ta telesa, ki dolgo časa ohranjajo magnetizacijo, se imenujejo trajni magneti. Ljudje so se najprej naučili proizvajati trajne magnete iz naravnih magnetov - magnetne železove rude, nato pa so se jih naučili sami izdelovati iz drugih snovi in jih umetno magnetizirati.

Magnetno polje trajnega magneta

Trajni magneti imajo dva pola, imenovana severno in južno magnetno polje. Med tema poloma se magnetno polje nahaja v obliki zaprtih linij, usmerjenih od severnega proti južnemu polu. Magnetno polje trajnega magneta deluje na kovinske predmete in druge magnete.

Če približate dva magneta z enakimi poli, se bosta odbijala. In če imajo različna imena, potem se privlačijo. Zdi se, da so magnetne črte nasprotnih nabojev zaprte druga proti drugi.

Če kovinski predmet vstopi v polje magneta, ga magnet namagneti in sam kovinski predmet postane magnet. Privlači ga njen nasprotni pol glede na magnet, zato se zdi, da se kovinska telesa »prilepijo« na magnete.

Zemljino magnetno polje in magnetne nevihte

Magnetnega polja nimajo samo magneti, ampak tudi naš domači planet. Zemljino magnetno polje določa delovanje kompasa, ki so ga ljudje že od antičnih časov uporabljali za navigacijo po terenu. Zemlja ima, tako kot vsak drug magnet, dva pola - severnega in južnega. Zemljini magnetni poli so blizu geografskih polov.

Zemljine magnetne silnice »izstopajo« iz Zemljinega severnega pola in »vstopajo« na lokaciji južnega pola. Fizika eksperimentalno potrjuje obstoj zemeljskega magnetnega polja, vendar ga še ne more povsem pojasniti. Menijo, da so razlog za obstoj zemeljskega magnetizma tokovi, ki tečejo znotraj Zemlje in v ozračju.

Občasno se pojavijo tako imenovane "magnetne nevihte". Zaradi sončne aktivnosti in oddajanja tokov nabitih delcev s strani Sonca se zemeljsko magnetno polje za kratek čas spremeni. V zvezi s tem se lahko kompas obnaša nenavadno in je moten prenos različnih elektromagnetnih signalov v ozračju.

Takšne nevihte lahko pri nekaterih občutljivih ljudeh povzročijo nelagodje, saj motnje normalnega zemeljskega magnetizma povzročijo manjše spremembe v precej občutljivem instrumentu – našem telesu. Menijo, da s pomočjo zemeljskega magnetizma ptice selivke in živali selivke najdejo pot domov.

Ponekod na Zemlji obstajajo območja, kjer kompas ne kaže vedno proti severu. Takšna mesta imenujemo anomalije. Takšne anomalije se najpogosteje razlagajo z ogromnimi nahajališči železove rude na majhnih globinah, ki izkrivljajo naravno magnetno polje Zemlje.

Magnetno polje To je zadeva, ki nastane pri virih električnega toka, pa tudi pri trajnih magnetih. V vesolju se magnetno polje prikazuje kot kombinacija sil, ki lahko vplivajo na namagnetena telesa. To delovanje je razloženo s prisotnostjo pogonskih izpustov na molekularni ravni.

Magnetno polje nastane samo okoli električnih nabojev, ki se gibljejo. Zato sta magnetno in električno polje integralna in skupaj tvorita elektromagnetno polje. Komponente magnetnega polja so med seboj povezane in vplivajo druga na drugo ter spreminjajo svoje lastnosti.

Lastnosti magnetnega polja:
1. Magnetno polje nastane pod vplivom pogonskih nabojev električnega toka.
2. V kateri koli točki je magnetno polje označeno z vektorjem fizikalne količine, imenovane magnetna indukcija, ki je jakostna značilnost magnetnega polja.
3. Magnetno polje lahko vpliva le na magnete, prevodnike s tokom in gibljive naboje.
4. Magnetno polje je lahko konstantno ali izmenično
5. Magnetno polje se meri le s posebnimi instrumenti in ga človeški čuti ne morejo zaznati.
6. Magnetno polje je elektrodinamično, saj nastane samo z gibanjem nabitih delcev in vpliva samo na naboje, ki se gibljejo.
7. Nabiti delci se gibljejo po pravokotni poti.

Velikost magnetnega polja je odvisna od hitrosti spreminjanja magnetnega polja. Glede na to lastnost obstajata dve vrsti magnetnih polj: dinamično magnetno polje in gravitacijsko magnetno polje. Gravitacijsko magnetno polje se pojavi le v bližini elementarnih delcev in nastane glede na strukturne značilnosti teh delcev.

Magnetni moment nastane, ko magnetno polje deluje na prevodni okvir. Z drugimi besedami, magnetni moment je vektor, ki se nahaja na črti, ki poteka pravokotno na okvir.

Magnetno polje lahko predstavimo grafično z uporabo magnetnih silnic. Te črte so narisane v taki smeri, da smer silnic polja sovpada s smerjo same silnice polja. Magnetne silnice so neprekinjene in hkrati zaprte.

Smer magnetnega polja se določi z magnetno iglo. Silnice določajo tudi polariteto magneta, konec z izhodom silnic je severni pol, konec z vhodom teh linij pa južni pol.

Zelo priročno je vizualno oceniti magnetno polje z navadnimi železnimi opilki in kosom papirja.
Če na trajni magnet položimo list papirja in nanj potresemo žagovino, se bodo delci železa poravnali glede na magnetne silnice.

Smer električnih vodov za prevodnik je priročno določena s slavnim gimlet pravilo oz pravilo desne roke. Če z roko ovijemo vodnik tako, da bo palec kazal v smeri toka (od minusa proti plusu), nam bodo preostali 4 prsti kazali smer magnetnih silnic.

In smer Lorentzove sile je sila, s katero magnetno polje deluje na nabit delec ali prevodnik s tokom, glede na pravilo leve roke.
Če levo roko postavimo v magnetno polje tako, da 4 prsti gledajo v smeri toka v prevodniku in silnice prehajajo v dlan, bo palec pokazal smer Lorentzove sile, sile, ki deluje na prevodnik, postavljen v magnetno polje.

To je vse. Ne pozabite zastaviti morebitnih vprašanj v komentarjih.

KONSTANTNA MAGNETNA POLJA. Viri trajnih magnetnih polj (PMF) na delovnih mestih so trajni magneti, elektromagneti, visokotočni enosmerni sistemi (DC daljnovodi, elektrolitske kopeli in druge električne naprave). Trajni magneti in elektromagneti se pogosto uporabljajo v izdelavi instrumentov, v magnetnih podložkah žerjavov in drugih pritrdilnih napravah, v magnetnih separatorjih, napravah za magnetno obdelavo vode, magnetohidrodinamičnih generatorjih (MHD), jedrski magnetni resonanci (NMR) in elektronski paramagnetni resonanci (EPR). inštalacij, kot tudi v fizioterapevtski praksi.

Glavni fizični parametri, ki označujejo PMP:

2,0 T (kratkotrajna izpostavljenost telesu);

5,0 T (kratkotrajna izpostavljenost rokam);

za prebivalstvo -

0,01 T (neprekinjena izpostavljenost).

Nadzor PMP na delovnih mestih se izvaja v skladu s preventivnim in rednim sanitarnim nadzorom z merjenjem poljske jakosti in magnetne indukcije (gostota magnetnega pretoka). Meritve se izvajajo na stalnih delovnih mestih, kjer se lahko nahaja osebje. Če znotraj delovnega območja ni stalnega delovnega mesta, se izbere več točk, ki se nahajajo na različnih razdaljah od vira. Pri izvajanju ročnih del v območju, ki ga pokriva PMF, in pri delu z magnetiziranimi materiali (praški) in trajnimi magneti, ko je stik s PMF omejen na lokalni vpliv (roke, ramenski obroč), je treba meritve opraviti na ravni končne falange prstov, sredina podlakti, srednja rama

Meritve magnetne indukcije trajnih magnetov se izvajajo z neposrednim stikom senzorja naprave s površino magneta. V higienski praksi se uporabljajo naprave, ki temeljijo na zakonih indukcije in Hallovem učinku. Fluksmetri (Webermetri) ali balistični galvanometri neposredno merijo spremembe magnetnega pretoka, ki je povezan z umerjeno merilno tuljavo; Najpogosteje se uporabljajo balistični galvanometri tipa M-197/1 in M-197/2, fluksmetri tipa M-119 in M-119t ter teslametri.

Oerstedove merilnike lahko uporabimo za merjenje intenzivnosti PMF glede na stopnjo odklona magnetizirane igle, to je glede na velikost momenta sil, ki obračajo iglo na določeni točki v prostoru.

Območja proizvodnega območja, kjer je raven nad najvišjo dovoljeno mejo, morajo biti označena s posebnimi opozorilnimi tablami z dodatnim pojasnjevalnim napisom »Pozor! Magnetno polje!". Treba je zmanjšati vpliv PMF na delavce z izbiro racionalnega načina dela in počitka, zmanjšanjem časa, porabljenega v pogojih PMF, in določitvijo poti, ki omejuje stik s PMF na delovnem območju.

Preprečevanje izpostavljenosti PMP. Pri izvajanju popravil na zbiralnih sistemih je treba zagotoviti ranžiranje. Osebe, ki servisirajo enosmerne tehnološke instalacije, zbiralke ali so v stiku z viri PMP, morajo opraviti predhodne in občasne preizkuse na predpisan način.

V podjetjih elektronske industrije se pri sestavljanju polprevodniških naprav uporabljajo tehnološke kasete od konca do konca, ki omejujejo stik rok s PMP. V podjetjih, ki proizvajajo trajne magnete, je postopek merjenja magnetnih parametrov izdelkov avtomatiziran z napravami, ki izključujejo stik s PMP. Priporočljiva je uporaba daljinskih pripomočkov (klešče iz nemagnetnih materialov, pincete, prijemala), ki preprečujejo možnost lokalnega delovanja PMP na delavca. Uporabiti je treba blokirne naprave, ki izklopijo elektromagnetno napeljavo, ko roke vstopijo v območje pokritosti PMP.

Kaj je trajni magnet? Trajni magnet je telo, ki lahko dolgo časa ohranja magnetizacijo. Kot rezultat večkratnih raziskav in številnih poskusov lahko trdimo, da so samo tri snovi na Zemlji lahko trajni magneti (slika 1).

riž. 1. Trajni magneti. ()

Samo te tri snovi in njihove zlitine so lahko trajni magneti, le te se lahko magnetizirajo in ohranijo to stanje dolgo časa.

Trajni magneti se uporabljajo že zelo dolgo, predvsem pa so naprave za orientacijo v prostoru - prvi kompas so izumili na Kitajskem za navigacijo v puščavi. Danes se nihče ne prepira o magnetnih iglah ali trajnih magnetih; uporabljajo se povsod v telefonih in radijskih oddajnikih in preprosto v različnih električnih izdelkih. Lahko so različni: obstajajo trakovi magneti (slika 2)

riž. 2. Trak magnet ()

In obstajajo magneti, ki se imenujejo ločni ali podkvasti (slika 3)

riž. 3. Obločni magnet ()

Preučevanje trajnih magnetov je izključno povezano z njihovo interakcijo. Magnetno polje lahko ustvarita električni tok in trajni magnet, zato so bile prve raziskave z magnetnimi iglami. Če magnet približamo puščici, bomo videli interakcijo – enakopolni se bodo odbijali, nasprotni pa privlačili. To interakcijo opazimo pri vseh magnetih.

Postavimo majhne magnetne puščice vzdolž magnetnega traku (slika 4), južni pol bo deloval s severnim, severni pa bo pritegnil južni. Magnetne igle bodo nameščene vzdolž črte magnetnega polja. Splošno sprejeto je, da so magnetne črte usmerjene zunaj trajnega magneta od severnega pola proti jugu, znotraj magneta pa od južnega pola proti severu. Tako so magnetne črte sklenjene na popolnoma enak način kot tiste električnega toka, to so koncentrični krogi, sklenjeni so znotraj samega magneta. Izkazalo se je, da je zunaj magneta magnetno polje usmerjeno od severa proti jugu, znotraj magneta pa od juga proti severu.

riž. 4. Linije magnetnega polja tračnega magneta ()

Za opazovanje oblike magnetnega polja trakastega magneta, oblike magnetnega polja magneta v obliki loka, bomo uporabili naslednje naprave ali dele. Vzemimo prozorno ploščo, železne opilke in izvedimo poskus. Na ploščico, ki se nahaja na magnetnem traku (slika 5), natresemo železne opilke:

riž. 5. Oblika magnetnega polja tračnega magneta ()

Vidimo, da črte magnetnega polja zapustijo severni pol in vstopijo v južni pol; po gostoti črt lahko presodimo, kje so črte debelejše, tam se nahajajo magnetni poli (slika 6).

riž. 6. Oblika magnetnega polja magneta v obliki loka ()

Podoben poskus bomo izvedli z magnetom v obliki loka. Vidimo, da se magnetne črte začnejo na severnem in končajo na južnem polu skozi ves magnet.

Vemo že, da se magnetno polje tvori le okoli magnetov in električnega toka. Kako lahko določimo zemeljsko magnetno polje? Vsaka igla, vsak kompas v zemeljskem magnetnem polju je strogo usmerjen. Ker je magnetna igla strogo usmerjena v vesolje, torej nanjo vpliva magnetno polje, in to je magnetno polje Zemlje. Lahko sklepamo, da je naša Zemlja velik magnet (slika 7) in temu primerno ta magnet ustvarja v vesolju precej močno magnetno polje. Ko pogledamo iglo magnetnega kompasa, vemo, da rdeča puščica kaže proti jugu, modra pa proti severu. Kako se nahajajo zemeljski magnetni poli? V tem primeru je treba zapomniti, da se južni magnetni pol nahaja na severnem geografskem polu Zemlje, severni magnetni pol Zemlje pa na južnem geografskem polu. Če Zemljo obravnavamo kot telo, ki se nahaja v vesolju, potem lahko rečemo, da ko gremo po kompasu proti severu, bomo prišli do južnega magnetnega pola, ko gremo proti jugu, pa bomo končali na severnem magnetnem polu. Na ekvatorju bo igla kompasa nameščena skoraj vodoravno glede na površino Zemlje in bližje kot smo poloma, bolj navpična bo igla. Zemljino magnetno polje se je lahko spremenilo; bili so časi, ko so se poli spreminjali drug glede na drugega, to je, da je bil jug tam, kjer je bil sever, in obratno. Po mnenju znanstvenikov je bil to znanilec velikih katastrof na Zemlji. Tega zadnjih nekaj deset tisočletij ni bilo opaziti.

riž. 7. Zemljino magnetno polje ()

Magnetni in geografski poli ne sovpadajo. V sami Zemlji je tudi magnetno polje, ki je tako kot pri trajnem magnetu usmerjeno od južnega magnetnega pola proti severu.

Od kod izvira magnetno polje v trajnih magnetih? Odgovor na to vprašanje je podal francoski znanstvenik Andre-Marie Ampère. Izrazil je idejo, da je magnetno polje trajnih magnetov razloženo z elementarnimi, najpreprostejšimi tokovi, ki tečejo znotraj trajnih magnetov. Ti najpreprostejši osnovni tokovi se na določen način krepijo in ustvarjajo magnetno polje. Negativno nabit delec - elektron - se giblje okoli jedra atoma; to gibanje se lahko šteje za usmerjeno, zato se okoli takega gibajočega se naboja ustvari magnetno polje. Znotraj katerega koli telesa je število atomov in elektronov preprosto ogromno, zato vsi ti elementarni tokovi prevzamejo urejeno smer in dobimo precej pomembno magnetno polje. Enako lahko rečemo za Zemljo, to je, da je Zemljino magnetno polje zelo podobno magnetnemu polju trajnega magneta. Trajni magnet je dokaj svetla značilnost katere koli manifestacije magnetnega polja.

Poleg obstoja magnetnih neviht obstajajo tudi magnetne anomalije. Povezani so s sončnim magnetnim poljem. Ko na Soncu pride do dovolj močnih eksplozij ali izmetov, se ne zgodijo brez pomoči manifestacije Sončevega magnetnega polja. Ta odmev doseže Zemljo in vpliva na njeno magnetno polje, posledično opazujemo magnetne nevihte. Magnetne anomalije so povezane z nahajališči železove rude na Zemlji, velika nahajališča so dolgo časa magnetizirana z zemeljskim magnetnim poljem in vsa telesa naokoli bodo izkusila magnetno polje te anomalije, puščice kompasa bodo pokazale napačno smer.

V naslednji lekciji si bomo ogledali še druge pojave, povezane z magnetnimi dejanji.

Reference

Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. Fizika 8 / ur. Orlova V.A., Roizena I.I. - M.: Mnemozina.
Periškin A.V. Fizika 8. - M.: Bustard, 2010.
Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fizika 8. - M.: Razsvetljenje.

Class-fizika.narod.ru ().
Class-fizika.narod.ru ().
Files.school-collection.edu.ru ().

domača naloga

Kateri konec igle kompasa privlači severni pol Zemlje?
Kje na Zemlji ne morete zaupati magnetni igli?
Kaj kaže gostota črt na magnetu?