Что может являться источником магнитного поля – Не ядром единым: учёные рассказали о необычном источнике, который подпитывает магнитное поле Земли

Магнитные поля: опеределение, источники, СанПиН


Магнитное поле Земли

Магнитное поле — это силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения.

Источниками макроскопического магнитного поля являются намагниченные тела, проводники с током и движущиеся электрически заряженные тела. Природа этих источников едина: магнитное поле возникает в результате движения заряженных микрочастиц (электронов, протонов, ионов), а также благодаря наличию у микрочастиц собственного (спинового) магнитного момента.

Переменное магнитное поле возникает также при изменении во времени электрического поля. В свою очередь, при изменении во времени магнитного поля возникает электрическое поле. Полное описание электрического и магнитного полей в их взаимосвязи дают Максвелла уравнения. Для характеристики магнитного поля часто вводят понятие силовых линий поля (линий магнитной индукции).

Для измерения характеристик магнитного поля и магнитных свойств веществ применяют различного типа магнитометры. Единицей индукции магнитного поля в системе единиц СГС является Гаусс (Гс), в Международной системе единиц (СИ) — Тесла (Тл), 1 Тл = 104 Гс. Напряжённость измеряется, соответственно, в эрстедах (Э) и амперах на метр (А/м, 1 А/м = 0,01256 Э; энергия магнитного поля — в Эрг/см

2 или Дж/м2, 1 Дж/м2 = 10 эрг/см2.


Компас реагирует
на магнитное поле Земли

Магнитные поля в природе чрезвычайно разнообразны как по своим масштабам, так и по вызываемым ими эффектам. Магнитное поле Земли, образующее земную магнитосферу, простирается до расстояния в 70—80 тысяч км в направлении к Солнцу и на многие миллионы км в противоположном направлении. У поверхности Земли магнитное поле равно в среднем 50 мкТл, на границе магнитосферы ~ 10-3 Гс. Геомагнитное поле экранирует поверхность Земли и биосферу от потока заряженных частиц солнечного ветра и частично космических лучей. Влияние самого геомагнитного поля на жизнедеятельность организмов изучает магнитобиология. В околоземном пространстве магнитное поле образует магнитную ловушку для заряженных частиц высоких энергий — радиационный пояс Земли. Содержащиеся в радиационном поясе частицы представляют значительную опасность при полётах в космос. Происхождение магнитного поля Земли связывают с конвективными движениями проводящего жидкого вещества в земном ядре.

Непосредственные измерения при помощи космических аппаратов показали, что ближайшие к Земле космические тела — Луна, планеты Венера и Марс не имеют собственного магнитного поля, подобного земному. Из других планет Солнечной системы лишь Юпитер и, по-видимому, Сатурн обладают собственными магнитными полями, достаточными для создания планетарных магнитных ловушек. На Юпитере обнаружены магнитные поля до 10 Гс и ряд характерных явлений (магнитные бури, синхротронное радиоизлучение и другие), указывающих на значительную роль магнитного поля в планетарных процессах.


© Фото: http://www.tesis.lebedev.ru
Фотография Солнца
в узком спектре

Межпланетное магнитное поле — это главным образом поле солнечного ветра (непрерывно расширяющейся плазмы солнечной короны). Вблизи орбиты Земли межпланетное поле ~ 10-4—10-5 Гс. Регулярность межпланетного магнитного поля может нарушаться из-за развития различных видов плазменной неустойчивости, прохождения ударных волн и распространения потоков быстрых частиц, рожденных солнечными вспышками.

Во всех процессах на Солнце — вспышках, появлении пятен и протуберанцев, рождении солнечных космических лучей магнитное поле играет важнейшую роль. Измерения, основанные на эффекте Зеемана, показали, что магнитное поле солнечных пятен достигает нескольких тысяч Гс, протуберанцы удерживаются полями ~ 10—100 Гс (при среднем значении общего магнитного поля Солнца ~ 1 Гс).

Магнитные бури

Магнитные бури — сильные возмущения магнитного поля Земли, резко нарушающие плавный суточный ход элементов земного магнетизма. Магнитные бури длятся от нескольких часов до нескольких суток и наблюдаются одновременно на всей Земле.

Как правило, магнитные бури состоят из предварительной, начальной и главной фаз, а также фазы восстановления. В предварительной фазе наблюдаются незначительные изменения геомагнитного поля (в основном в высоких широтах), а также возбуждение характерных короткопериодических колебаний поля. Начальная фаза характеризуется внезапным изменением отдельных составляющих поля на всей Земле, а главная — большими колебаниями поля и сильным уменьшением горизонтальной составляющей. В фазе восстановления магнитной бури поле возвращается к своему нормальному значению.


Влияние солнечного ветра
на магнитосферу Земли

Магнитные бури вызываются потоками солнечной плазмы из активных областей Солнца, накладывающимися на спокойный солнечный ветер. Поэтому магнитные бури чаще наблюдаются вблизи максимумов 11-летнего цикла солнечной активности. Достигая Земли, потоки солнечной плазмы увеличивают сжатие магнитосферы, вызывая начальную фазу магнитной бури, и частично проникают внутрь магнитосферы Земли. Попадание частиц высоких энергий в верхнюю атмосферу Земли и их воздействие на магнитосферу приводят к генерации и усилению в ней электрических токов, достигающих наибольшей интенсивности в полярных областях ионосферы, с чем связано наличие высокоширотной зоны магнитной активности. Изменения магнитосферно-ионосферных токовых систем проявляются на поверхности Земли в виде иррегулярных магнитных возмущений.

В явлениях микромира роль магнитного поля столь же существенна, как и в космических масштабах. Это объясняется существованием у всех частиц — структурных элементов вещества (электронов, протонов, нейтронов), магнитного момента, а также действием магнитного поля на движущиеся электрические заряды.

Применение магнитных полей в науке и технике. Магнитные поля обычно подразделяют на слабые (до 500 Гс), средние (500 Гс — 40 кГс), сильные (40 кГс — 1 МГс) и сверхсильные (свыше 1 МГс). На использовании слабых и средних магнитных полей основана практически вся электротехника, радиотехника и электроника. Слабые и средние магнитные поля получают при помощи постоянных магнитов, электромагнитов, неохлаждаемых соленоидов, сверхпроводящих магнитов.

Источники магнитного поля

Все источники магнитных полей можно разделить на искусственные и естественные. Основными естественными источниками магнитного поля являются собственное магнитное поле планеты Земля и солнечный ветер. К искусственным источникам можно отнести все электромагнитные поля, которыми так изобилует наш современный мир, и наши дома в частности. Более подробно об электромагнитных полях, их влиянии на человека и способах оценки и экранинирования читайте на нашем сайте.

Транспорт на электроприводе является мощным источником магнитного поля в диапазоне от 0 до 1000 Гц. Железнодорожный транспорт использует переменный ток. Городской транспорт - постоянный. Максимальные значения индукции магнитного поля в пригородном электротранспорте достигают 75 мкТл, средние значения - около 20 мкТл. Средние значения на транспорте с приводом от постоянного тока зафиксированы на уровне 29 мкТл. У трамваев, где обратный провод - рельсы, магнитные поля компенсируют друг друга на гораздо большем расстоянии, чем у проводов троллейбуса, а внутри троллейбуса колебания магнитного поля невелики даже при разгоне. Но самые большие колебания магнитного поля - в метро. При отправлении состава величина магнитного поля на платформе составляет 50-100 мкТл и больше, превышая геомагнитное поле. Даже когда поезд давно исчез в туннеле, магнитное поле не возвращается к прежнему значению. Лишь после того, как состав минует следующую точку подключения к контактному рельсу, магнитное поле вернется к старому значению. Правда, иногда не успевает: к платформе уже приближается следующий поезд и при его торможении магнитное поле снова меняется. В самом вагоне магнитное поле еще сильнее - 150-200 мкТл, то есть в десять раз больше, чем в обычной электричке.

Значения индукции магнитных полей, наиболее часто встречаемых нами в повседневной жизни приведены на диаграмме ниже. Глядя на эту диаграмму становится ясно, что мы подвергаемся воздействию магнитных полей постоянно и повсеместно. По мнению некоторых ученых, вредными считаются магнитные поля с индукцией свыше 0,2 мкТл. Ествественно, что следует предпринимать определенные меры предосторожности, чтобы обезопасить себя от пагубного воздействия окружающих нас полей. Просто выполняя несколько несложных правил Вы можете в значительной мере снизить воздействие магнитных полей на свой организм.

В действующих СанПиН 2.1.2.2801-10 «Изменения и дополнения №1 к СанПиН 2.1.2.2645-10 «Санитарно-эпидемиологические требования к условиям проживания в жилых зданиях и помещениях» сказано следующее: "Предельно допустимый уровень ослабления геомагнитного поля в помещениях жилых зданий устанавливается равным 1,5". Также установлены предельно допустимые значения интенсивности и напряжённости магнитного поля частотой 50 Гц:

  • в жилых помещениях — 5 мкТл или 4 А/м;
  • в нежилых помещениях жилых зданий, на селитебной территории, в том числе на территории садовых участков — 10 мкТл или 8 А/м.

Исходя из указанных нормативов каждый может рассчитать какое количество электрических приборов может находиться во включённом состоянии и в состоянии ожидания в каждом конкретном помещении или же заказать обследование помещений в нашей фирме, на основании которого будут выданы рекомендации по нормализации жилого пространства.


Видеоматериалы по теме



Небольшой научный фильм о магнитном поле Земли

Использованная литература

1. Большая Советская Энциклопедия.

www.avdspb.ru

Источники магнитного поля

Издревле человеку были известны вещества, способные притягивать железные предметы. Около древнего греческого города Магнесия подобные минералы встречались в изобилии, эти вещества получили название магниты в честь данного города. Речь идет о постоянных магнитах.

Характеристики магнитного поля

Экспериментально легко понять, что так же как электрические заряды окружены электрическим полем, так в пространстве, окружающем токи и постоянные магниты имеется силовое поле, которое названо магнитным полем.

Присутствие магнитного поля можно обнаружить по его воздействию на постоянный магнит или проводник с током.

Отличительными чертами магнитного поля являются:

  1. Магнитные поля оказывают свое воздействие только на движущиеся в нем электрические заряды. Электрическое поле оказывает силовое действие на движущиеся в нем и неподвижные заряды.
  2. Характер действия магнитного поля зависит от формы проводника с током, расположения этого проводника в магнитном поле и направления текущего в проводнике тока.
  3. Для изучения магнитного поля применяют рамку с током, обладающую малыми размерами в сравнении с расстоянием до источника магнитного поля.

Замечание 1

Рамка с током – это замкнутый плоский контур, по которому течет ток. Ориентацию рамки с током характеризует нормаль к контуру. Положительным направлением нормали считают направление, которое связывает с током правило правого винта.

Определение 1

Силовое поле, которое создают постоянные магниты и постоянные токи, называют постоянным магнитным полем.

Эксперименты Эрстеда

В 1820 году Эрстед доказал, что магнитные поле, помимо магнитов могут создавать электрические токи.

История открытия магнитного поля Эрстедом не лишена интереса. Ученый на лекции проводил эксперименты, которые должны были продемонстрировать нагрев проводников, если сквозь него проходит электрический ток. Студент, присутствовавший на лекции, сказал преподавателю о том, что в то время, когда он замыкает цепь, стрелка компаса, лежащего на столе, отклоняется от положения равновесия. Эрстед с большим вниманием отнесся к этому явлению и детально его изучил. В итоге он понял, что вокруг электрических токов возникает силовое поле, которое в полной мере аналогично полям, которые создают вокруг себя постоянные магниты.

Постоянный электрический ток – источник постоянного магнитного поля

На сегодняшний день достоверно установлено, что источником постоянного магнитного поля служит постоянный электрический ток.

Может возникнуть вопрос, что служит источником магнитного поля у постоянных магнитов, и нет ли противоречия со сказанным выше?

Магнитное поле постоянных магнитов тоже создают токи. Это микроскопические замкнутые молекулярные токи и собственные магнитные моменты микрочастиц.

Магнитное поле стоит исследовать в отдельности от электрического поля, в том случае, если это поле создано постоянными во времени электрическими токами.

Замечание 2

В веществах, магнитное поле внешних электрических токов складывается с магнитными полями, которые создаются молекулярными токами.

Источники переменного магнитного поля

Переменные электрические токи порождают переменные магнитные поля. В этом случае магнитное поле невозможно рассматривать в отдельности от электрического поля. Изменяющиеся электрические токи являются источником переменного магнитного поля. Это поле в свою очередь становится источником переменного электрического поля. Вновь созданное переменное электрическое поле порождает новое переменное магнитное поле. Как результат, мы имеем электромагнитное поле, в котором электрическую и магнитную компоненты невозможно отделить друг от друга, исследование магнитного поля в таком случае становится принципиально невозможным от электрического.

Определение 2

Магнитным полем называют особую разновидность материи, при помощи которой реализуется силовое действие на перемещающиеся электрические заряды, находящиеся в нем, и другие тела имеющие магнитный момент. Магнитное поле – компонент электромагнитного поля.

Количественные и качественные характеристики магнитного поля

Поместим малую рамку с током в магнитное поле. Экспериментально установим, что в этом поле на рамку действует момент силы $M$, который зависит от ряда параметров, и от положения рамки в поле. Наибольшая величина момента силы ( $M_{max}$) связана с магнитным полем, в котором она локализована и от параметров самого контура (силы тока $I$, текущего в нем, его площади ($S$ )):

$M_{max}\sim IS=p_{m}\left( 1 \right)$

где $p_m$ – магнитный момент контура с током. Магнитный момент - это характеристика контура с током и большого числа элементарных частиц, который определяет их поведение в магнитном поле.

Силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции ($\vec{B})$. Магнитную индукцию поля в точке можно определить как отношение наибольшего вращающего момента, который оказывает воздействие на виток с током в магнитном поле, и магнитного момента рассматриваемого витка:

$B=\frac{M_{max}}{p_{m}}\left( 2 \right)$

Направление вектора магнитной индукции такое же, как у вектора магнитного момента ($\vec{p}_{m}$) при устойчивом положении равновесия контура.

Магнитное поле можно изображать при помощи линий магнитной индукции. Касательные к линиям магнитной индукции указывают направление B ⃗. Количество силовых линий поля, которые приходятся на единичную площадь, нормальную к линиям магнитной индукции, равно модулю $\vec{B}$. Линии магнитной индукции замкнуты (без конца и начала).

Магнитные поля являются вихревыми. Это означает, что циркуляция вектора $\vec{B}$ вдоль любой линии магнитной индукции отлична от нуля:

$\oint {B_{l}dl\ne 0\left( 3 \right).} $

Величина магнитной индукции поля при одном и том же токе и прочих равных условиях в разных веществах будет различаться.

Магнитное поле можно описывать при помощи вектора напряженности ($\vec{H}$). Если рассматриваемое вещество является однородным и магнитоизотропным, то

$\vec{B}=\mu \mu_{0}\vec{H}\left( 4 \right)$

где $\mu_{0}$ – магнитная постоянная; $\mu$ – магнитная проницаемость вещества.

Замечание 3

Магнитная проницаемость (μ) показывает, во сколько раз магнитное поле макротоков H увеличивается из-за наличия микротоков вещества.

Аналогии между характеристиками электрического и магнитного полей:

  • Аналогом вектора напряженности электрического поля ($\vec{E}$) служит вектор магнитной индукции соответствующего поля ($\vec{B}$).
  • Вектору диэлектрического смещения ($\vec{D}$) электрического поля соответствует вектор напряженности магнитного поля ($\vec{H}$).

spravochnick.ru

Что является источником магнитного поля? Источник магнитного поля Земли

Магнитное поле - очень интересное явление. В настоящее время его свойства нашли применение во многих областях. А знаете ли вы, что является источником магнитного поля? Прочитав статью, вы узнаете об этом. Кроме того, мы расскажем о некоторых фактах, связанных с магнетизмом. Для начала обратимся к истории.

Немного истории

Магнетизм и электричество - это отнюдь не два разных явления, как ошибочно считалось долгое время. Их взаимосвязь стала понятной лишь в 1820 г., когда датский ученый Ханс Кристиан Эрстед (1777-1851 гг.) показал, что текущий по проводу электрический ток отклоняет стрелку компаса. Ток всегда создает магнитное поле. При этом не важно, где он протекает - между облаком и землей в виде молнии или в мышце нашего тела.

источник возникновения магнитного поля

Еще в древние времена люди пытались выяснить, что является источником магнитного поля. Более того, сделанные открытия применялись на практике. Магнетизм наблюдали и использовали (особенно для целей навигации) за тысячи лет до того, как была выяснена природа электричества, и оно нашло практическое применение. Лишь когда стало известно, что вещество состоит из атомов, было, наконец, установлено, что магнетизм и электричество взаимосвязаны. Где бы ни наблюдался магнетизм, там всегда должен присутствовать и какой-то электрический ток. Однако это открытие было лишь началом новых исследований.

Чем же определяется проявление магнитных свойств материалов в отсутствие какого-либо внешнего источника тока? Движением электронов, создающих электрические токи внутри атомов. Этот тип магнетизма мы и будем здесь рассматривать. Источник вихревого магнитного поля (переменный ток) мы вкратце охарактеризовали.

источником возникновения магнитного поля является

Магнетит и другие материалы

Свойство притягивать железо и железосодержащие материалы наблюдается в природе у одного интересного минерала. Речь идет о магнетите, одном из химических соединений железа. Вероятно, какая-то его разновидность применялась в первых компасах, изобретенных китайцами. Источником возникновения магнитного поля является не только этот минерал. Некоторым материалам также относительно просто преднамеренно сообщить необходимые свойства. Среди них наиболее известны железо и сталь. И тот, и другой материал легко становится источником магнитного поля.

Постоянные магниты

Вещества, притягивающие железо, образуют особый класс. Их называют постоянными магнитами. Несмотря на название, они способны сохранять необходимые свойства только в течение ограниченного времени. Постоянный магнит в форме бруска демонстрирует силу земного магнетизма. Если он может свободно двигаться, то один его конец всегда поворачивается в направлении Северного полюса Земли, а другой - в направлении Южного. Два конца магнита называются северным и южным полюсами соответственно.

Магниты могут иметь практически любую форму: бруска, подковы, кольца или более сложную. Они используются в электроизмерительных приборах. Полюсы магнитов обозначают так: N (северный) и S (южный). Поговорим о том, как они взаимодействуют.

что является источником магнитного поля

Притяжение и отталкивание

Разноименные магнитные полюсы притягиваются. Это нам известно еще со школы. Притягивая какой-то другой материал, магнит сначала превращает его в слабый магнит. Одноименные полюсы отталкиваются (хотя это не столь очевидно, как притяжение). Испытывая воздействие магнита, железо и сталь сами становятся магнитами, приобретая противоположную полярность. Именно поэтому они притягиваются к нему. Но если два одинаковых магнита с равными «зарядами» установить близко друг к другу одноименными полюсами, что же произойдет? Наблюдаемая сила отталкивания будет равна силе притяжения, которая действует между двумя разноименными полюсами, установленными на том же расстоянии друг от друга.

источник магнитного поля земли

Влиянию магнетизма подвержены не только железосодержащие материалы. Однако магнитные явления легче всего наблюдать в чистых металлах. Это, например, железо, никель, кобальт.

Домены

Металлы, которые могут стать источником магнитного поля, состоят из маленьких магнитиков, расположенных случайным образом внутри вещества. Они одинаково ориентированы лишь на малых участках, называемых доменами, которые можно увидеть через электронный микроскоп. В ненамагниченном веществе - поскольку сами домены также ориентированы там в различных направлениях - магнитное поле равно нулю. Следовательно, никакие магнитные свойства в этом случае не наблюдаются. Таким образом, вещество приобретает необходимые свойства лишь при определенных условиях.

Процесс намагничивания состоит в том, что все домены заставляют выстраиваться в одном направлении. Когда они повернуты должным образом, их действия складываются. Вещество в целом становится источником магнитного поля. Если все домены выстроились точно в одном направлении, материал достигает предела своих магнитных способностей. Следует отметить одну важную закономерность. Намагниченность материала в конечном счете зависит от намагниченности доменов. А она, в свою очередь, определяется тем, как расположены внутри доменов отдельные атомы.

источником магнитного поля

Магнитное поле Земли

Магнитное поле Земли уже давно точно измерено и описано, однако до сих пор его не удалось полностью объяснить. Очень упрощенно его можно представить так, как будто между Северным и Южным географическими полюсами расположен некий простой плоский магнит. Это и вызывает некоторые из наблюдаемых эффектов. Но это не объясняет ни весьма необычных изменений интенсивности и даже направления магнитных силовых линий над земной поверхностью, ни того, почему миллионы лет назад расположение магнитных полюсов было противоположно нынешнему, ни того, почему они, хотя и медленно, постоянно движутся. Таким образом, все несколько сложнее.

источник вихревого магнитного поля

Модель магнитного поля Земли

Опишем несколько подробнее ее упрощенный вариант. Представим в центре Земли длинный плоский магнит, который будет источником магнитного поля. Что еще необходимо учесть? Магнитные вещества на поверхности земного шара должны быть расположены так, чтобы их полюс, указывающий на север, повернулся в ту сторону, которую мы называем северной (в действительности к южному полюсу воображаемого магнита), а другой полюс - на юг (северный полюс магнита).

Понимание сложных физических процессов вызывает некоторые трудности. И земной магнетизм, и магнетизм маленьких кусочков железа легче объяснить, предполагая, что магнитные силовые линии (часто именуемые линиями магнитного потока) исходят из северного конца магнита, а входят в южный. Это весьма произвольное представление, применяемое только ради удобства, подобно тому, как используются линии широты и долготы, нарисованные на карте. Однако оно помогает нам понять, каков источник магнитного поля Земли.

Силовые линии простого плоского магнита, проходя от одного полюса к другому и охватывая весь магнит, образуют нечто вроде цилиндра. Силовые линии одинакового направления как бы отталкиваются. Они всегда начинаются в полюсе одного типа и оканчиваются в полюсе другого типа и никогда не пересекаются.

В заключение

Итак, мы раскрыли тему "Источник возникновения магнитного поля". Как вы видите, она достаточно обширна. Мы рассмотрели лишь основные понятия, касающиеся этой темы.

fb.ru

Магнитное поле

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

   Классическая электродинамика

Электричество · Магнетизм

[показать]Электростатика

[показать]Магнитостатика

[показать]Электродинамика

[показать]Электрическая цепь

[показать]Ковариантная формулировка

[показать]Известные учёные

См. также: Портал:Физика

Картина силовых линий магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом в форме стержня. Железные опилки на листе бумаги.

См. также: Электромагнитное поле

См. также: Магнетизм

Магни́тное по́ле — силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения[1]; магнитная составляющая электромагнитного поля[2].

Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц и/или магнитными моментами электронов в атомах (и магнитными моментами других частиц, хотя в заметно меньшей степени) (постоянные магниты).

Кроме этого, оно появляется при наличии изменяющегося во времени электрического поля.

Основной силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции (вектор индукции магнитного поля)[3][4]. С математической точки зрения  — векторное поле, определяющее и конкретизирующее физическое понятие магнитного поля. Нередко вектор магнитной индукции называется для краткости просто магнитным полем (хотя, наверное, это не самое строгое употребление термина).

Ещё одной фундаментальной характеристикой магнитного поля (альтернативной магнитной индукции и тесно с ней взаимосвязанной, практически равной ей по физическому значению) является векторный потенциал.

  • Нередко в литературе в качестве основной характеристики магнитного поля в вакууме (то есть в отсутствие магнитной среды) выбирают не вектор магнитной индукции а вектор напряжённости магнитного поля , что формально можно сделать, так как в вакууме эти два вектора совпадают[5]; однако в магнитной среде вектор не несет уже того же физического смысла[6], являясь важной, но всё же вспомогательной величиной. Поэтому при формальной эквивалентности обоих подходов для вакуума, с систематической точки зрения следует считать основной характеристикой магнитного поля именно

Магнитное поле можно назвать особым видом материи[7], посредством которого осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом.

Магнитные поля являются необходимым (в контексте специальной теории относительности) следствием существования электрических полей.

Вместе, магнитное и электрическое поля образуют электромагнитное поле, проявлениями которого являются, в частности, свет и все другие электромагнитные волны.

Электрический ток(I), проходя по проводнику, создаёт магнитное поле (B) вокруг проводника.

  • С точки зрения квантовой теории поля магнитное взаимодействие — как частный случай электромагнитного взаимодействия переносится фундаментальным безмассовым бозоном — фотоном (частицей, которую можно представить как квантовое возбуждение электромагнитного поля), часто (например, во всех случаях статических полей) — виртуальным.

Содержание

  • 1 Источники магнитного поля

  • 2 Вычисление

  • 3 Проявление магнитного поля

  • 4 Математическое представление

  • 5 Энергия магнитного поля

  • 6 Магнитные свойства веществ

  • 7 Токи Фуко

  • 8 История развития представлений о магнитном поле

  • 9 См. также

  • 10 Примечания

  • 11 Ссылки

Источники магнитного поля

Магнитное поле создаётся (порождается) током заряженных частиц, или изменяющимся во времени электрическим полем, или собственными магнитными моментами частиц (последние для единообразия картины могут быть формальным образом сведены к электрическим токам).

Вычисление

В простых случаях магнитное поле проводника с током (в том числе и для случая тока, распределённого произвольным образом по объёму или пространству) может быть найдено из закона Био — Савара — Лапласа или теоремы о циркуляции (она же — закон Ампера). В принципе, этот способ ограничивается случаем (приближением) магнитостатики — то есть случаем постоянных (если речь идёт о строгой применимости) или достаточно медленно меняющихся (если речь идёт о приближенном применении) магнитных и электрических полей.

В более сложных ситуациях ищется как решение уравнений Максвелла.

Проявление магнитного поля

Магнитное поле проявляется в воздействии на магнитные моменты частиц и тел, на движущиеся заряженные частицы (или проводники с током). Сила, действующая на движущуюся в магнитном поле электрически заряженную частицу, называется силой Лоренца, которая всегда направлена перпендикулярно к векторам v и B[3]. Она пропорциональна заряду частицы q, составляющей скорости v, перпендикулярной направлению вектора магнитного поля B, и величине индукции магнитного поля B. В Международной системе единиц (СИ) сила Лоренца выражается так:

в системе единиц СГС:

где квадратными скобками обозначено векторное произведение.

Также (вследствие действия силы Лоренца на движущиеся по проводнику заряженные частицы) магнитное поле действует на проводник с током. Сила, действующая на проводник с током называется силой Ампера. Эта сила складывается из сил, действующих на отдельные движущиеся внутри проводника заряды.

studfile.net

Не ядром единым: учёные рассказали о необычном источнике, который подпитывает магнитное поле Земли

Новое открытие заставляет пересмотреть механизмы возникновения геомагнитного поля и усомниться в истории смены магнитных полюсов Земли. Речь идёт о том, что в формировании магнитного щита нашей планеты участвует её мантия. Такой вывод сделан в научной статье, опубликованной в журнале Nature.

Напомним, что магнитное поле Земли защищает всё живое от губительного потока космической радиации, а атмосферу – от "сдувания" солнечным ветром. Между тем время от времени магнитные полюса Земли меняются местами, и во время этого "переворота" магнитный щит слабеет.

Когда это случится в следующий раз? Как долго продлится период уязвимости? Насколько ослабеет защита? Чтобы обоснованно ответить на эти вопросы, нужно как можно точнее представлять себе все факторы, определяющие существование геомагнитного поля и влияющие на него.

Первую скрипку здесь играет, разумеется, земное ядро и кольцевые токи в нём (с XIX века известно, что электрический ток порождает магнитное поле). Свою лепту вносят также токи в верхних слоях атмосферы (ионосфере). Но не следует сбрасывать со счетов и ферромагнитные породы в составе нашей планеты.

Напомним, что ферромагнетики – это особый класс материалов. Они значительно усиливают магнитное поле, в которое погружены. Поэтому, например, в электромагнитах присутствуют железные сердечники (железо – классический ферромагнетик). Кроме того, эти вещества сохраняют намагниченность, даже если вызвавшее её поле уже исчезло. Из материалов с особенно хорошей "памятью" делают постоянные магниты.

В земной коре ферромагнетики, безусловно, есть. А вот есть ли они в мантии?

Ещё недавно геофизики считали, что нет. Дело в том, что у каждого ферромагнетика есть критическая температура, выше которой он теряет свои ферромагнитные свойства. Эксперты предполагали, что вещество мантии слишком сильно разогрето, чтобы работать магнитом. Слой, составляющий почти 70% массы Земли, объявлялся "магнитно мёртвым".

Однако прямых экспериментальных данных о том, сохраняют ли те или иные породы ферромагнитные свойства, получено не было. Это связано с тем, что условия мантии не так-то легко воссоздать.

Учёные имитировали условия мантии и выяснили, что гематит при этом сохраняет магнитные свойства.

Авторы нового исследования решили закрыть этот пробел. Их интересовало, сохраняются ли ферромагнетики в литосферных плитах, которые погружаются в глубины Земли в океанических жёлобах (мы рассказывали об этом процессе).

Из теоретических соображений исследователей следовало, что единственными материалами, с которыми имеет смысл экспериментировать, являются оксиды железа. Для всех остальных ферромагнитных компонентов земной коры в мантии заведомо слишком жарко.

Самая распространённая форма оксида железа в литосферных плитах, погрузившаяся на глубины 300–600 километров (верхняя мантия и переходная зона между верхней и нижней мантией), – это гематит. Основу этого минерала составляет соединение Fe2O3. К слову, он также известен как красный железняк, и это одна из главных железных руд.

Именно этот минерал исследовали геофизики. Они сжимали его в алмазных наковальнях, подвергая давлению до 900 тысяч атмосфер. Одновременно сквозь прозрачные наковальни материал нагревали лазерным лучом, доводя его температуру до отметки выше 1000 °C. Одновременно измерялись магнитные свойства вещества.

К удивлению учёных, оказалось, что гематит остаётся ферромагнетиком вплоть до температуры 925° C. Именно такие условия царят в "утонувших" плитах под западной частью Тихого океана.

"Эти новые знания о мантии Земли и регионе сильного магнетизма в западной части Тихого океана могут пролить новый свет на любые наблюдения магнитного поля Земли", – говорит первый автор статьи Илья Купенко (Ilya Kupenko) из Мюнстерского университета в Германии.

Дело в том, что именно в этой части земного шара геофизики наблюдают магнитные аномалии. Ранее они интерпретировались как маршрут одной из былых миграций магнитного полюса Земли.

Теперь выяснилось, что его путешествие может быть ни при чём. Магнитный след могли оставить гематиты литосферных плит, погрузившихся в мантию. Если это предположение подтвердится, историю инверсий (переворотов) магнитного поля планеты придётся пересматривать.

"Теперь мы знаем, что в мантии Земли есть магнитоупорядоченные материалы, и это должно учитываться при любом будущем изучении магнитного поля Земли и движения [его] полюсов", – резюмирует соавтор статьи Леонид Дубровинский (Leonid Dubrovinsky) из Байройтского университета, также в Германии.

Эти знания пригодятся и планетологам, изучающим, например, магнитное поле Марса, а также планирующим сделать его более пригодным для жизни землян.

Напомним, что ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о возрасте геомагнитного поля, а также о том, что "невозможные" вещества могут усиливать магнитные поля суперземель.

nauka.vesti.ru

Что является источником электромагнитного поля?

Среди основных источников электро-магнитного излучения можно перечислить: •электропередач (городского освещения, высоковольтные,…) ; •электротранспорт (трамваи, троллейбусы, поезда,…) ; •электропроводка (внутри зданий, телекоммуникации,…) ; •теле- и радиостанции (транслирующие антенны) ; •спутниковая и сотовая связь (транслирующие антенны) ; •бытовые электроприборы; •радары; •персональные компьютеры.

Характеристики электромагнитного излучения Основными характеристиками электромагнитного излучения принято считать частоту, длину волны и поляризацию. Длина волны прямо связана с частотой через (групповую) скорость распространения излучения. Групповая скорость распространения электромагнитного излучения в вакууме равна скорости света, в других средах эта скорость меньше. Фазовая скорость электромагнитного излучения в вакууме также равна скорости света, в различных средах она может быть как меньше, так и больше скорости света [1]. В большинстве случаев (обычно) скорость — и групповая, и фазовая — распространения электромагнитного излучения в веществе отличается от таковых в вакууме очень незначительно (на доли процента) — см. Показатель преломления. Описанием свойств и параметров электромагнитного излучения в целом занимается электродинамика, хотя свойствами излучения отдельных областей спектра занимаются определенные более специализированные разделы физики (отчасти так сложилось исторически, отчасти обусловлено существенной конкретной спецификой, особенно в отношении взаимодействия излучения разных диапазонов с веществом, отчасти также спецификой прикладных задач) . К таким более специализированным разделам относятся оптика (и ее разделы) и радиофизика. Жестким электромагнитным излучением коротковолнового конца спектра занимается физика высоких энергий [2]; в соответствии с современными представлениями (Стандартная модель) при высоких энергиях электродинамика перестает быть самостоятельной, объединяясь в одной теории со слабыми взаимодействиями, а затем — при еще более высоких энергиях — как ожидается — со всеми остальными калибровочными полями. Существуют различающиеся в деталях и степени общности теории, позволяющие смоделировать и исследовать свойства и проявления электромагнитного излучения. Наиболее фундаментальной [3] из завершенных и проверенных теорий такого рода является квантовая электродинамика, из которой путём тех или иных упрощений можно в принципе получить все перечисленные ниже теории, имеющие широкое применение в своих областях. Для описания относительно низкочастотного электромагнитного излучения в макроскопической области используют, как правило, классическую электродинамику, основанную на уравнениях Максвелла, причём существуют упрощения в прикладных применениях. Для оптического излучения (вплоть до рентгеновского диапазона) применяют оптику (в частности, волновую оптику, когда размеры некоторых частей оптической системы близки к длинам волн; квантовую оптику, когда существенны процессы поглощения, излучения и рассеяния фотонов; геометрическую оптику — предельный случай волновой оптики, когда длиной волны излучения можно пренебречь) . Гамма-излучение чаще всего является предметом ядерной физики, с других — медицинских и биологических — позиций изучается воздействие электромагнитного излучения в радиологии. Существует также ряд областей — фундаментальных и прикладных — таких, как астрофизика, фотохимия, биология фотосинтеза и зрительного восприятия, ряд областей спектрального анализа, для которых электромагнитное излучение (чаще всего — определенного диапазона) и его взаимодействие с веществом играют ключевую роль. Все эти области граничат и даже пересекаются с описанными выше разделами физики. Некоторые особенности электромагнитных волн c точки зрения теории колебаний и понятий электродинамики: наличие трёх взаимно перпендикулярных (в вакууме) векторов: волнового вектора, вектора напряжённости электрического поля E и вектора напряжённости магнитного поля H. Электромагнитные волны — это поперечные волны, в которых вектора напряжённостей электрического и магнитного полей колеблются перпендикулярно направлению распространения волны, но они существенно отличаются от волн на воде и от звука тем, что их можно передать от источника к приёмнику в том числе и через вакуум.

touch.otvet.mail.ru

Магнитное поле и его свойства

Магнитное поле это материя, которая возникает вокруг источников электрического тока, а также вокруг постоянных магнитов. В пространстве магнитное поле отображается как совокупление сил, которые способны оказать воздействие на намагниченные тела. Это действие объясняется наличием движущих разрядов на молекулярном уровне.
магнитное поле и его свойства
Магнитное поле формируется только вокруг электрических зарядов, которые находятся в движении. Именно поэтому магнитное и электрическое поле являются, неотъемлемыми и вместе формируют электромагнитное поле. Компоненты магнитного поля взаимосвязаны и воздействуют друг на друга, изменяя свои свойства.

Свойства магнитного поля:
1. Магнитное поле возникает под воздействие движущих зарядов электрического тока.
2. В любой своей точке магнитное поле характеризуется вектором физической величины под названием магнитная индукция, которая является силовой характеристикой магнитного поля.
3. Магнитное поле может воздействовать только на магниты, на токопроводящие проводники и движущиеся заряды.
4. Магнитное поле может быть постоянного и переменного типа
5. Магнитное поле измеряется только специальными приборами и не может быть воспринятым органами чувств человека.
6. Магнитное поля является электродинамическим, так как порождается только при движении заряженных частиц и оказывает влияние только на заряды, которые находятся в движении.
7. Заряженные частицы двигаются по перпендикулярной траектории.

Размер магнитного поля зависит от скорости изменения магнитного поля. Соответственно этому признаку существуют два вида магнитного поля: динамичное магнитное поле и гравитационное магнитное поле. Гравитационное магнитное поле возникает только вблизи элементарных частиц и формируется в зависимости от особенностей строения этих частиц.

Магнитный момент
возникает в том случае, когда магнитное поле воздействует на токопроводящую раму. Другими словами, магнитный момент это вектор, который расположен на ту линию, которая идет перпендикулярно раме.

Магнитное поле можно изобразить графически с помощью магнитных силовых линий. Эти линии проводятся в таком направлении, так чтобы направление сил поля совпало с направлением самой силовой линии. Магнитные силовые линии являются непрерывными и замкнутыми одновременно.

Направление магнитного поля определяется с помощью магнитной стрелки. Силовые линии определяют также полярность магнита, конец с выходом силовых линий это северный полюс, а конец, с входом этих линий, это южный полюс.

Очень удобно наглядно оценить магнитное поле с помощью обычных железных опилок и листка бумаги.
Если мы на постоянный магнит положим лист бумаги, а сверху насыпим опилок, то частички железа выстроятся соответственно силовым линиям магнитного поля.

Направление силовых линий для проводника удобно определять по знаменитому правилу буравчика или правилу правой руки. Если мы обхватим проводник рукой так, чтобы большой палец смотрел по направлению тока(от плюса к минусу), то 4 оставшиеся пальцы покажут нам направление силовых линий магнитного поля.
правило правой руки для магнитного поля
А направление силы Лоренца - силы, с которой действует магнитное поле на заряженную частицу или проводник с током, по правилу левой руки.
Если мы расположим левую руку в магнитном поле так, что 4 пальца смотрели по направлению тока в проводнике , а силовые линии входили в ладонь, то большой палец укажет направление силы Лоренца, силы действующей на проводник помещенный в магнитное поле.
правило левой руки для магнитного поля

На этом собственно всё. Появившиеся вопросы обязательно задавайте в комментариях.

Заметка: учите инглиш? - рейтинг школ английского языка (http://www.schoolrate.ru/) будет вам полезен при выборе.


Если материал был полезен, вы можете отправить донат или поделиться данным материалом в социальных сетях:

reshit.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о