Магнітне поле

Відео: Магнітне поле. досліди

На малюнку зображений провідник, навколо якого існує магнітне поле Магнітні силові лінії, утворені залізної стружкою на папері, до якого піднесений магніт Магнітне поле - особлива форма матерії, за допомогою якої здійснюється взаємодія між рухомими електрично зарядженими частинками.
Магнітне поле - складова електромагнітного поля, яке створюється змінним у часі електричним полем, рухомими електричними зарядами або спинами заряджених частинок. Магнітне поле викликає силову дію на рухомі електричні заряди. Нерухомі електричні заряди з магнітним полем не взаємодіють, але елементарні частинки з ненульовим спіном, які мають власний магнітний момент, є джерелом магнітного поля і магнітне поле робить на них силову дію, навіть якщо вони знаходяться в стані спокою.
Магнітне поле створюється, наприклад, в просторі навколо провідника, по якому тече струм або навколо постійного магніту.
Магнітне поле є векторним полем, тобто з кожною точкою простору пов`язаний вектор магнітної індукції характеризує величину і напрям магнітом поля в цій точці і може змінюватися з плином часу. Поряд з вектором електромагнітної індукції , Магнітне поле також описується вектором напруженості .
У вакуумі ці вектори пропорційні між собою: , Де k - константа, що залежить від вибору системи одиниць. В системі СІ, k =? 0 - так званої магнітної проникності вакууму. Деякі системи одиниць, наприклад СГСГ, побудовані так, щоб вектори індукції і напруженості магнітного поля тотожно дорівнюють один одному: .
Однак в середовищі ці вектори різні: вектор напруженості враховує також і вплив середовища:



де - Вектор намагніченості середовища.
На відміну від електричних зарядів, магнітних зарядів, які створювали б магнітне поле аналогічним чином, не спостерігається. Теоретично такі заряди, які отримали назву магнітних монополів, могли б існувати. В такому випадку електричне і магнітне поле були б повністю симетричними.
Таким чином, найменшою одиницею, яка може створювати магнітне поле, є магнітний диполь. Магнітний диполь відрізняється тим, що у нього завжди є два полюси, в яких починаються і закінчуються силові лінії поля. Мікроскопічні магнітні диполі пов`язані зі спіном елементарних частинок. Магнітний диполь мають як заряджені елементарні частинки, наприклад, електрони, так і нейтральні, наприклад, нейтрони. Елементарні частинки з відмінним від нуля спіном можна уявити собі як маленькі магнітики. Зазвичай частинки з протилежними значеннями спінів спарюються, що призводить до компенсації створених ними магнітних полів, але в окремих випадках можливе вирівнювання спинив багатьох частинок в одному напрямку, що призводить до утворення постійних магнітів.
Магнітне поле також створюється рухомими електричними зарядами, тобто електричним струмом.
Створення електричним зарядом поле залежить від системи відліку. Щодо спостерігача, що рухається з однаковою з зарядом швидкістю, заряд нерухомий, і такий спостерігач фіксуватиме лише створені ним електричне поле. Інший спостерігач, який рухається з іншою швидкістю, фіксувати як електричне, так і магнітне поле. Таким чином, електричне і магнітне поля пов`язані між собою, і є складовими частинами загального електромагнітного поля.
При протіканні електричного струму через провідник він залишається електрично нейтральним, проте носії заряду в ньому рухаються, тому навколо провідника виникає тільки магнітне поле. Величина цього поля визначається законом Біо-Савара, а напрямок можна визначити за допомогою правила Ампера або правила правої руки. Таке поле є вихровим, тобто його силові лінії замкнуті.
Магнітне поле створюється також змінним електричним полем. Згідно із законом електромагнітної індукції змінне магнітне поле породжує змінне електричне поле, що також є вихровим. Взаємне створення електричного і магнітного поля змінними магнітним і електричним полем призводить до можливості поширення в просторі електромагнітних хвиль.
Дія магнітного поля на рухомі заряди визначається силою Лоренца.
Сила, що діє на провідник зі струмом в магнітному полі називається силою Ампера. Сили взаємодії провідників зі струмом визначаються законом Ампера.
Нейтральні речовини без електричного струму можуть втягуватися в магнітне поле (парамагнетики) або виштовхувати з нього (діамагнетиком). Виштовхування діамагнетіков з магнітного поля можна використовувати для левітації.
Ферромагнетики намагнічуються в магнітом поле і зберігають магнітний момент при знятті прикладеного поля.
Енергія магнітного поля в просторі задається формулою

.

Відповідно, щільність енергії магнітного поля дорівнює

.

У зовнішньому магнітному полі, яке задається вектором магнітної індукції змінюються значення термодинамічних потенціалів термодинамічних систем. Так, наприклад, приріст внутрішньої енергії одиничного обсягу термодинамічної системи при зміні величини індукції магнітного поля на дорівнює

,

де S - ентропія, T - температура.
Відповідно, для вільної енергії



Таким чином, напруженість магнітного поля в термодинамічній системі визначається через приватну похідну від вільної енергії при постійній температурі



Магнітна індукція B вимірюється в Тесла в системі СІ, і в Гаусса в системі СГС. Напруженість магнітного поля H вимірюється в А / м в системі CI і в Ерстеда в системі СГС.
Магнітне поле вимірюється магнітометрами. Механічні магнітометри визначають величину поля по відхиленню котушки з струмом. Слабкі магнітні поля вимірюються магнітометрами на основі ефекту Джозефсона - СКВІД. Магнітне поле можна вимірювати на основі ефекту ядерного магнітного резонансу, ефекту Холла і іншими методами.
Магнітне поле широко використовується в техніці і для наукових цілей. Для його створення використовуються постійні магніти та електромагніти. Однорідне магнітне поле можна отримати за допомогою котушок Гельмгольца. Для створення потужних магнітних полів, необхідних для роботи прискорювачів або для утримання плазми в установках з ядерного синтезу, використовуються електромагніти на надпровідниках.

Що цікавіше: традиційна медицина або магнітотерапія? Читай про це на порталі lecheba.ru

Увага, тільки СЬОГОДНІ!