میدان مغناطیسی و خواص آن میدان مغناطیسی چیست

معرفی

میدان مغناطیسی چیست؟ همه در مورد آن شنیده‌اند، همه دیده‌اند که چگونه سوزن قطب‌نمای مغناطیسی همیشه با یک سر به سمت قطب مغناطیسی شمال می‌چرخد و با انتهای دیگرش همیشه به سمت قطب مغناطیسی جنوب می‌چرخد. چیزی که یک فرد را از باهوش ترین حیوان متمایز می کند این است که او کنجکاو است و می خواهد بداند چرا این اتفاق می افتد، چگونه کار می کند، چه اتفاقی به این شکل می افتد. برای توضیح آنچه در اطراف او اتفاق می افتد مرد باستانیخدایان را اختراع کرد ارواح، خدایان در ذهن مردم عواملی بودند که هر چیزی را که یک شخص می دید، می شنید، توضیح می داد که چه کسی شانس در شکار و جنگ بستگی دارد، چه کسی خورشید را در آسمان حرکت داد، چه کسی رعد و برق کرد، باران بارید و برف ریخت. به طور کلی، هر چیزی که وجود دارد، هر چیزی که اتفاق می افتد. تصور کنید، نوه کوچکی نزد پدربزرگش می‌آید، به رعد و برق اشاره می‌کند و می‌پرسد: این چیست، چرا آتش از ابر به زمین می‌پرد، و چه کسی اینقدر بلند در ابرها می‌کوبد؟ اگر پدربزرگ پاسخ داد: نمی دانم، پس نوه با حسرت به او نگاه کرد و کمتر به او احترام گذاشت. اما وقتی پدربزرگ گفت که این خدای یاریلو بود که سوار ارابه ای از میان ابرها شد و تیرهای آتشین را به سمت مردم بد پرتاب کرد، نوه گوش داد و بیشتر به پدربزرگش احترام گذاشت. او شروع به ترس کمتر از رعد و برق کرد ، زیرا می دانست که او خوب است ، بنابراین یاریلو به او شلیک نمی کند.

در اوایل کودکی، وقتی شروع کردم به مسخره بازی، آنا مادربزرگ می گفت: "شورکا، ببین، شوخی نکن، وگرنه خدا با سنگریزه به تو می زند." و در همان زمان به نماد گوشه قرمز روی الهه قفسه اشاره کرد. مدتی ساکت شدم و با احتیاط به مرد خشن کشیده شده روی تخته نگاه کردم، اما یک روز به توانایی او در پرتاب سنگ شک کردم. چهارپایه ای روی نیمکت گذاشت، روی آن بالا رفت و به قفسه پشت نماد نگاه کرد. من آنجا سنگی ندیدم و وقتی مادربزرگ دوباره شروع به ترساندن من کرد، خندید و گفت: او سنگ ندارد و در کل کشیده است و نمی تواند پرتاب کند و نیازی به پرتاب نیست. من را بترسان، خدای عزیز، من دیگر کوچک نیستم.» به همین ترتیب، جد دور ما یک بار شک داشت که این یاریلو است که در آسمان سوار است و تیر می اندازد. در آن زمان بود که معرفت عقلانی پدید آمد، زمانی که مردم به قدرت مطلق خدایان شک کردند. اما آنها را با چه چیزی جایگزین کردند؟ و قوانین طبیعت را جایگزین خدایان کردند و به این قوانین اعتقاد راسخ داشتند. اما در جایی که انسان نمی تواند آنچه را که با قوانین طبیعت می گذرد توضیح دهد، جایی برای خدایان گذاشت. به همین دلیل است که دین و علم تا به امروز در جامعه وجود دارند.

یادم می آید که دوستان بزرگترم چگونه به ما بچه ها ترفندی نشان دادند. یک میخ آهنی که روی میز گذاشته شده بود به تنهایی در امتداد میز حرکت کرد و مرد شعبده باز زیر میز دستش را حرکت داد. میخ به دنبال دست رفت. ما با تعجب به آن خیره شدیم و نفهمیدیم که چرا میخ حرکت می کند. وقتی این ترفند را به مادرم گفتم، او توضیح داد که آن مرد آهنربایی در دست داشت که آهن را به سمت خود جذب می کرد، که مرد زیر میز فقط دستش را حرکت نمی داد، بلکه یک آهنربا در دست داشت. در آن لحظه، این توضیح کنجکاوی من را برآورده کرد، اما کمی بعد می خواستم بفهمم که چرا آهنربا در فاصله - از طریق یک تخته میز، از طریق یک لایه هوا - آهن را به سمت خود جذب می کند. نه مادرم و نه پدرم نتوانستند به این سوال پاسخ دهند. باید تا مدرسه صبر می کردم. در آنجا، در یک درس فیزیک، معلم توضیح داد که آهنربا از طریق میدان مغناطیسی که در اطراف خود ایجاد می کند، روی آهن اثر می گذارد، که آهنربا دو قطب دارد - شمال و جنوب، که برخی از خطوط مغناطیسی نامرئی نیرو از شمال خارج می شوند. که در یک قوس خم می شوند و وارد قطب جنوب می شوند.

سپس برای اولین بار فکر کردم: یعنی در جهان، علاوه بر ظاهر، شنیده و محسوس، چیزی نامرئی و نامحسوس وجود دارد. سپس فکر کردم: چه می شود اگر خدا نامرئی و نامحسوس باشد - مثل این میدان مغناطیسی. به نظر می رسد جایی نیست، اما هنوز وجود دارد. و روی آیکون ها از روی حماقت او را به عنوان یک دهقان به تصویر می کشند. در آن زمان نمی دانستم که فیلسوف اسپینوزا حتی قبل از من به این فکر کرده بود که طبیعت و خدا را یکی و جدایی ناپذیر، مرئی و نامرئی می دانست. طبیعت خداست!

یادم هست سعی کردم این میدان مغناطیسی را متشکل از خطوط نیرو تصور کنم و چیزی نفهمیدم. من این خطوط را ندیدم و نشنیدم. آن‌ها هیچ بویی نمی‌دادند، و در آن زمان برای من خیلی واضح نبود که باور کنم چیزی در اطراف ما وجود دارد که اصلاً نمی‌توانیم آن را حس کنیم. میخ ها و براده های آهنی میدان مغناطیسی را حس می کردند و جهت گیری می کردند و در آن حرکت می کردند، اما من با حواس ظریفم چیزی حس نکردم. صراحتاً این حقارت مرا افسرده کرد. اما نه فقط من. A. Einstein در مورد شگفتی بزرگ خود از خواص آهنربایی که دیده بود، نوشت که پدرش برای تولدش در کودکی به او هدیه داد، زیرا او نمی توانست بفهمد که چگونه و چرا این ویژگی های جذاب آهنربا رخ می دهد.

هنگامی که معلم مطالعات اجتماعی قبلاً در کلاس دهم ما را با تعریف ماده ارائه شده توسط V.I. لنین با عصبانیت از او پرسیدم: "ماده چیزی است که در اطراف ما وجود دارد و به صورت احساسات به ما داده می شود." بله، حواس به تنهایی برای درک همه اشکال ماده کافی نیست، ما همچنین به ذهنی نیاز داریم که به کمک آن، اگر چیزی را احساس نکردیم، آن را احساس نکردیم، آنگاه می فهمیم که وجود دارد. با درک این موضوع، تصمیم گرفتم به تحصیل علم بپردازم و ذهنم را توسعه دهم، به این امید که این به من اجازه دهد بسیاری از چیزها را درک کنم. اما وقتی فضای آنچه را برایم قابل درک بود گسترش دادم، نامفهوم ناپدید نشد، بلکه فقط دور شد و خط افق نامفهوم بلندتر و طولانی تر شد، زیرا دایره معلوم افزایش یافت و طول محیط آن افزایش یافت. جدا کردن آنچه توسط ذهن من درک می شود از ناشناخته و نامفهوم نیز افزایش یافت. این پارادوکس اصلی دانش است: هر چه بیشتر بیاموزیم و بفهمیم، هنوز نمی دانیم. نیکلاس کوزا نیز در مورد این جهل علمی نوشت که به دلایلی فیلسوفی مکتبی محسوب می شود، اگرچه حقیقتی که او کشف کرد بیشتر نشان می دهد که او یک دیالکتیک دان بوده است.

اولین ذکر سنگ هایی که قادر به جذب آهن هستند به دوران باستان باز می گردد. آهنربا با افسانه ای باستانی در مورد چوپان مگنوس مرتبط است، که زمانی متوجه شد که عصا و صندل های آهنی او که با میخ های آهنی پوشیده شده بودند، جذب سنگی ناشناخته شده اند. از آن زمان به این سنگ "سنگ مگنوس" یا آهنربا نامیده می شود.

منشا و ماهیت میدان مغناطیسی زمین و همچنین میدان های مغناطیسی به طور کلی، تا به امروز یک راز باقی مانده است. فرضیه های زیادی وجود دارد - گزینه هایی برای توضیح این پدیده، اما حقیقت هنوز "آنجا" وجود دارد. به این ترتیب میدان مغناطیسی تعیین می شود فیزیکدانان: "یک میدان مغناطیسیمیدان نیرویی است که بر روی بارهای الکتریکی متحرک و اجسامی با گشتاور مغناطیسی، بدون توجه به وضعیت حرکت آنها، تأثیر می گذارد." و علاوه بر این: "میدان مغناطیسی می تواند توسط جریان ذرات باردار و/یا گشتاورهای مغناطیسی الکترون ها ایجاد شود. اتم ها (و گشتاورهای مغناطیسی سایر ذرات، اگرچه به میزان قابل توجهی کمتر). علاوه بر این، در حضور یک میدان الکتریکی متغیر با زمان ظاهر می شود." من نمی گویم که از نظر منطقی این یک تعریف درخشان است. اگر بگوییم میدان مغناطیسی یک میدان نیرو است، چیزی نگفتن هرچه باشد، یک میدان گرانشی - همچنین یک میدان نیرو، و میدان نیروهای هسته ای یک نیرو است! خواص میدان مغناطیسی اما مشخص نیست که آیا میدان مغناطیسی مستقیماً بر روی ذرات دارای بار الکتریکی تأثیر می گذارد یا بر روی میدان های مغناطیسی تشکیل شده توسط این ذرات تأثیر می گذارد و آن (میدان های تبدیل شده ذرات) به نوبه خود بر روی ذرات تأثیر می گذارد - آنها انگیزه دریافتی را به آنها منتقل می کنند.

پزشک و فیزیکدان انگلیسی ویلیام گیلبرت اولین کسی بود که پدیده های مغناطیسی را هنگام نوشتن کار "درباره آهنربا، اجسام مغناطیسی و آهنربای بزرگ - زمین" مطالعه کرد. در آن زمان اعتقاد بر این بود که الکتریسیته و مغناطیس هیچ وجه اشتراکی ندارند. ولی در اوایل XIX V. دانشمند دانمارکی G.H. ارستد در سال 1820 به طور تجربی ثابت کرد که مغناطیس یکی از اشکال نهفته الکتریسیته است و این را به طور تجربی تأیید کرد. این تجربه منجر به بهمنی از اکتشافات جدید شد که از اهمیت زیادی برخوردار بودند. میدانی در اطراف هادی های حامل جریان الکتریکی ظاهر می شود که نامیده می شود مغناطیسی. پرتوی از الکترون‌های متحرک روی سوزن مغناطیسی تأثیر می‌گذارد، شبیه به رسانایی با جریان (آزمایش آیوف). جریان های همرفتی ذرات باردار الکتریکی در اثر آنها بر سوزن مغناطیسی شبیه جریان های رسانایی است (آزمایش آیکنوالد).

میدان مغناطیسی فقط با حرکت بارهای الکتریکی ایجاد می شودیا اجسام دارای بار الکتریکی متحرک و همچنین آهنرباهای دائمی. این باعث می شود که میدان مغناطیسی با میدان الکتریکی که هم توسط بارهای الکتریکی متحرک و هم ثابت ایجاد می شود، متفاوت باشد.

خطوط بردار القای مغناطیسی (B) همیشه بسته هستند و یک هادی با جریان را در بر می گیرند و خطوط شدت میدان الکتریکی با بارهای مثبت شروع می شوند و به بارهای منفی ختم می شوند؛ آنها باز هستند. خطوط القای مغناطیسی یک آهنربای دائمی از یک قطب به نام شمال (N) خارج شده و وارد قطب دیگر به نام جنوب (S) می شود. در ابتدا به نظر می رسد که تشابه کاملی با خطوط شدت میدان الکتریکی (E) وجود دارد. قطب های آهنربا به عنوان بارهای مغناطیسی عمل می کنند. با این حال، اگر آهنربا را برش دهید، تصویر حفظ می شود، آهنرباهای کوچکتری به دست می آیند - اما هر کدام قطب شمال و جنوب خود را دارند. نمی توان قطب های مغناطیسی را طوری تقسیم کرد که یک قطعه دارای قطب شمال و دیگری دارای قطب جنوب باشد، زیرا بارهای مغناطیسی آزاد (گسسته) بر خلاف بارهای الکتریکی گسسته در طبیعت وجود ندارند.

میدان های مغناطیسی موجود در طبیعت از نظر مقیاس و تأثیراتی که ایجاد می کنند متفاوت است. میدان مغناطیسی زمین که مگنتوسفر زمین را تشکیل می دهد، در فاصله 70-80 هزار کیلومتری در جهت خورشید و میلیون ها کیلومتری در جهت مخالف گسترش می یابد. منشا میدان مغناطیسی زمین با حرکات مرتبط است ماده مایع، رسانای ذرات باردار الکتریکی در هسته زمین است. مشتری و زحل میدان مغناطیسی قدرتمندی دارند. میدان مغناطیسی خورشید در تمام فرآیندهایی که روی خورشید رخ می دهد - شراره ها، ظهور لکه ها و برجستگی ها، تولد پرتوهای کیهانی خورشیدی نقش اساسی دارد. میدان های مغناطیسی به طور گسترده در صنایع مختلف استفاده می شود: هنگام بارگیری ضایعات آهن، هنگام تمیز کردن آرد در نانوایی ها از ناخالصی های فلزی، و همچنین در پزشکی برای درمان بیماران.

میدان مغناطیسی چیست

مشخصه قدرت اصلی میدان مغناطیسی است بردار القای مغناطیسی. اغلب، برای اختصار، بردار القای مغناطیسی را به سادگی میدان مغناطیسی می نامند (اگرچه این احتمالا سخت ترین کاربرد این اصطلاح نیست). در واقع بردار کمیتی است که در فضا جهت دارد، بنابراین می توان در مورد جهت القای مغناطیسی و مقدار آن صحبت کرد. اما اینکه بگوییم میدان مغناطیسی فقط جهت القای مغناطیسی است توضیح زیادی نمی دهد. یک ویژگی دیگر از میدان مغناطیسی وجود دارد - پتانسیل برداریبه عنوان مشخصه اصلی میدان مغناطیسی در خلاء، این بردار القای مغناطیسی نیست که انتخاب می شود، بلکه بردار انتخاب می شود. قدرت میدان مغناطیسی. در خلاء این دو بردار بر هم منطبق هستند، اما در ماده اینطور نیست، اما از دیدگاه سیستماتیک باید آن را مشخصه اصلی میدان مغناطیسی در نظر گرفت. پتانسیل برداری.

میدان مغناطیسی را می توان نوع خاصی از ماده نامید که از طریق آن برهمکنش بین ذرات باردار یا اجسام متحرک با گشتاور مغناطیسی رخ می دهد. میدان های مغناطیسی یک پیامد ضروری (در زمینه نظریه نسبیت خاص) از وجود میدان های الکتریکی هستند. میدان های مغناطیسی و الکتریکی با هم یک میدان الکترومغناطیسی را تشکیل می دهند که مظاهر آن به ویژه نور و سایر امواج الکترومغناطیسی است. از نقطه نظر نظریه میدان کوانتومی، برهمکنش مغناطیسی - به عنوان یک مورد خاص از برهمکنش الکترومغناطیسی - توسط یک بوزون بدون جرم اساسی - یک فوتون (ذره ای که می تواند به عنوان یک تحریک کوانتومی نشان داده شود) حمل می شود. میدان الکترومغناطیسی، اغلب (مثلاً در تمام موارد فیلدهای ثابت) مجازی. یک میدان مغناطیسی توسط جریانی از ذرات باردار، یا یک میدان الکتریکی که در طول زمان تغییر می‌کند، یا گشتاورهای مغناطیسی خود ذرات ایجاد می‌شود (تولید می‌شود) ).

به نظر من این تعاریف بسیار مبهم هستند. واضح است که میدان مغناطیسی پوچی نیست، بلکه نوع خاصی از ماده است - بخشی از دنیای واقعی. واضح است که میدان مغناطیسی به طور جدایی ناپذیری با حرکت بارهای الکتریکی - جریان الکتریکی مرتبط است. اما اینکه چگونه یک میدان مغناطیسی و یک میدان الکتریکی یک میدان الکترومغناطیسی واحد را تشکیل می‌دهند، مشخص نیست. به احتمال زیاد، نوعی میدان یکپارچه وجود دارد که بسته به شرایط، خود را به صورت میدان مغناطیسی یا الکتریکی نشان می دهد. درست مانند نوعی هرمافرودیت که در شرایط خاص می تواند پسر باشد و در شرایط دیگر - دختر.

نیروی وارد بر یک ذره باردار الکتریکی که در میدان مغناطیسی حرکت می کند، نیروی لورنتس نامیده می شود. این نیرو همیشه عمود بر بردار است سرعت ذرات - vو پتانسیل برداری میدان مغناطیسی - ب. این نیرو متناسب با بار ذره است q، سرعت آن v، عمود بر جهت بردار میدان مغناطیسی بو متناسب با بزرگی القای میدان مغناطیسی است ب. بگذارید برای کسانی که فیزیک مدرسه را به کلی فراموش کرده اند توضیح دهم: نیرو دلیلی است که باعث تسریع حرکت اجسام می شود. در اینجا نیرو نه بر جرم ذره، بلکه بر بار آن تأثیر می گذارد. این تفاوت نیروی لورنتس با نیروی گرانشی است که بر جرم ذرات (اجرام) اثر می‌گذارد، زیرا جرم یک جسم بار گرانشی آن است.

میدان مغناطیسی همچنین بر روی یک هادی حامل جریان عمل می کند. نیروی وارد بر هادی حامل جریان را نیروی آمپر می نامند. این نیرو شامل نیروهایی است که بر روی بارهای الکتریکی منفرد که در داخل هادی حرکت می کنند، وارد می شود. این قدرت جریان است که در آمپر اندازه گیری می شود.

هنگامی که دو آهنربا برهم کنش می کنند، قطب های مشابه آنها دفع می شوند و قطب های مخالف آنها جذب می شوند. با این حال، تجزیه و تحلیل دقیق نشان می دهد که در واقع این به طور کامل نیست توضیحات درستپدیده ها. مشخص نیست چرا دوقطبی ها هرگز نمی توانند در این مدل از هم جدا شوند. این آزمایش نشان می دهد که هیچ جسم جدا شده ای در واقع دارای بار مغناطیسی با همان علامت نیست. هر جسم مغناطیسی دو قطب دارد - شمال و جنوب. یک دوقطبی مغناطیسی که در یک میدان مغناطیسی غیریکنواخت قرار می‌گیرد، تحت تأثیر نیرویی قرار می‌گیرد که می‌خواهد آن را بچرخاند، به طوری که گشتاور مغناطیسی دوقطبی با میدان مغناطیسی که این دوقطبی مغناطیسی در آن قرار گرفته است، هم جهت (مطابق با جهت) باشد.

در سال 1831، مایکل فارادی کشف کرد که یک هادی بسته، زمانی که در یک میدان مغناطیسی متغیر قرار می گیرد، جریان الکتریکی تولید می کند. این پدیده نامیده می شود القای الکترومغناطیسی

M. Faraday کشف کرد که نیروی الکتروموتور (EMF) ایجاد شده در یک مدار رسانای بسته متناسب با نرخ تغییر شار مغناطیسی است که از بخشی از مدار الکتریکی واقع در این میدان مغناطیسی عبور می کند. بزرگی (emf) به چیزی که باعث تغییر شار می شود بستگی ندارد - تغییر در خود میدان مغناطیسی یا حرکت بخشی از مدار در میدان مغناطیسی. جریان الکتریکی ناشی از EMF جریان القایی نامیده می شود. این کشف امکان ایجاد مولدهای جریان الکتریکی و در اصل ایجاد ما را فراهم کرد تمدن برق. چه کسی در دهه 30 فکر می کرد سال نوزدهمج) اینکه کشف M. Faraday یک کشف تمدنی دورانی بود که آینده بشر را تعیین کرد؟

به نوبه خود، میدان مغناطیسی می تواند توسط یک میدان الکتریکی متناوب ایجاد شده توسط جریان های الکتریکی به شکل جریان هایی از ذرات باردار ایجاد و تغییر کند (تضعیف یا تقویت شود). ساختار میکروسکوپی ماده ای که در یک میدان مغناطیسی متناوب قرار می گیرد بر قدرت جریان ایجاد شده در آن تأثیر می گذارد. برخی از ساختارها جریان الکتریکی حاصل را ضعیف می کنند، در حالی که برخی دیگر آن را به درجات مختلف افزایش می دهند. یکی از اولین مطالعات خواص مغناطیسی ماده توسط پیر کوری انجام شد. در این راستا، مواد از نظر خواص مغناطیسی به دو گروه اصلی تقسیم می شوند:

1. مواد فرومغناطیسی موادی هستند که در آنها در زیر یک دمای بحرانی معین (نقطه کوری)، یک مرتبه فرومغناطیسی دوربرد از گشتاورهای مغناطیسی ذرات ماده برقرار می شود.

2. ضد فرومغناطیس - موادی که در آنها نظم ضد فرومغناطیسی برای گشتاورهای مغناطیسی ذرات ماده - اتم ها یا یون ها برقرار شده است: گشتاورهای مغناطیسی ذرات ماده در جهت مخالف بوده و از نظر قدرت برابر هستند.

مواد دیامغناطیس و مواد پارامغناطیس نیز وجود دارد.

دیامغناطیس ها موادی هستند که در جهت میدان مغناطیسی خارجی مغناطیسی می شوند.

مواد پارامغناطیس موادی هستند که در یک میدان مغناطیسی خارجی در جهت میدان مغناطیسی خارجی مغناطیسی می شوند.

انواع ترتیب گشتاورهای مغناطیسی اتم ها در مواد پارامغناطیس (a)، فرومغناطیسی (b) و ضد فرومغناطیسی (c). شکل از سایت: http://encyclopaedia.biga.ru/enc/science_and_technology/ MAGNITI_I_MAGNITNIE_SVOSTVA_VESHCHESTVA.html

گروه های مواد ذکر شده در بالا عمدتاً شامل مواد معمولی جامد، مایع و گاز هستند. ابررساناها و پلاسماها در برهمکنششان با میدان مغناطیسی به طور قابل توجهی با آنها تفاوت دارند. میدان مغناطیسی فرومغناطیس ها (مثلاً آهن) در فواصل قابل توجه قابل توجه است. خواص مغناطیسی پارامغناطیس ها شبیه به خواص فرومغناطیس است، اما بسیار کمتر مشخص می شود - در فاصله کوتاه تر. دیامغناطیس‌ها جذب نمی‌شوند، اما توسط یک آهنربا دفع می‌شوند؛ نیرویی که بر دیامغناطیس‌ها وارد می‌شود برخلاف نیروی وارد بر فرومغناطیس‌ها و پارامغناطیس‌ها است. طبق قانون لنز، میدان مغناطیسی جریان الکتریکی القا شده در میدان مغناطیسی به گونه ای هدایت می شود که با تغییر شار مغناطیسی القا کننده این جریان مقابله کند. من می خواهم توجه داشته باشم که برهمکنش یک میدان مغناطیسی متناوب و جریان الکتریکی و میدان الکتریکی ناشی از آن با اصل Le Chatelier مطابقت دارد. این چیزی نیست جز مهار خودکار فرآیند، که ذاتی همه فرآیندهایی است که در دنیای واقعی اتفاق می‌افتند.

طبق اصل لو شاتلیه، هر فرآیندی که در جهان اتفاق می افتد، فرآیندی را به وجود می آورد که جهت مخالف دارد و روندی را که باعث آن می شود، مهار می کند. به نظر من این یکی از قوانین اصلی جهان هستی است که به دلایلی نه فیزیکدانان و نه فیلسوفان به آن توجه کافی نمی کنند.

همه مواد به میزان کم یا زیاد خاصیت مغناطیسی دارند. اگر دو هادی با جریان الکتریکی در هر محیطی قرار گیرند، قدرت برهمکنش مغناطیسی بین جریان ها تغییر می کند. القای میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان های الکتریکی در یک ماده با القای میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان های مشابه در خلاء متفاوت است. کمیت فیزیکی که نشان می دهد چند برابر القای میدان مغناطیسی در یک محیط همگن از نظر مقدار با القای میدان مغناطیسی در خلاء تفاوت دارد، نفوذپذیری مغناطیسی نامیده می شود. خلاء دارای حداکثر نفوذپذیری مغناطیسی است.

خواص مغناطیسی مواد توسط خواص مغناطیسی اتم ها - الکترون ها، پروتون ها و نوترون هایی که اتم ها را تشکیل می دهند - تعیین می شود. خواص مغناطیسی پروتون ها و نوترون ها تقریباً 1000 برابر ضعیف تر از خواص مغناطیسی الکترون ها است. از همین رو خواص مغناطیسییک ماده در درجه اول توسط الکترون هایی که اتم های آن را تشکیل می دهند تعیین می شود.

یکی از مهم ترین خواص الکترون وجود میدان مغناطیسی نه تنها الکتریکی است. میدان مغناطیسی خود الکترون، که ظاهراً هنگام چرخش حول محور خود ایجاد می شود، میدان اسپین (اسپین - چرخش) نامیده می شود. اما الکترون به دلیل حرکت در اطراف هسته اتم میدان مغناطیسی ایجاد می کند که می توان آن را به یک ریزجریان دایره ای تشبیه کرد. میدان های اسپین الکترون ها و میدان های مغناطیسی ناشی از حرکات مداری آنها طیف وسیعی از خواص مغناطیسی مواد را تعیین می کند.

رفتار یک پارامغناطیس (1) و یک دیامغناطیس (2) در یک میدان مغناطیسی غیر یکنواخت. شکل از سایت: http://physics.ru/courses/op25part2/content/chapter1/section/paragraph19/theory.html

مواد از نظر خواص مغناطیسی بسیار متنوع هستند. به عنوان مثال، پلاتین، هوا، آلومینیوم، کلرید آهن پارامغناطیس هستند و مس، بیسموت، آب دیامغناطیس هستند. نمونه های پارامغناطیس و دیامغناطیسی که در یک میدان مغناطیسی غیریکنواخت بین قطب های یک آهنربا الکترومغناطیسی قرار می گیرند، رفتار متفاوتی دارند - مواد پارامغناطیس به منطقه یک میدان قوی کشیده می شوند و برعکس، مواد دیامغناطیسی از آن بیرون رانده می شوند. پارا و دیا مغناطیس با رفتار مدارهای الکترون در یک میدان مغناطیسی خارجی توضیح داده می شود. در غیاب میدان خارجی، اتم‌های مواد دیامغناطیس دارای میدان‌های مغناطیسی الکترون‌های خاص خود هستند و میدان‌های ایجاد شده توسط حرکت مداری آنها کاملاً جبران می‌شود. وقوع دیامغناطیس با عمل نیروی لورنتس بر مدارهای الکترون همراه است. تحت تأثیر این نیرو، ماهیت حرکت مداری الکترون ها تغییر می کند و جبران میدان های مغناطیسی مختل می شود. معلوم می شود که میدان مغناطیسی خود اتم بر خلاف جهت القای میدان خارجی است.

در اتم های مواد پارامغناطیس، میدان های مغناطیسی الکترون ها به طور کامل جبران نمی شود و اتم شبیه یک جریان دایره ای کوچک است. در غیاب میدان خارجی، این ریزجریان های دایره ای به طور تصادفی جهت دهی می شوند، به طوری که القای مغناطیسی کل صفر می شود. یک میدان مغناطیسی خارجی یک اثر جهت‌دهنده دارد - ریزجریان‌ها تمایل دارند خود را طوری جهت دهند که میدان‌های مغناطیسی خودشان در جهت القای میدان خارجی هدایت شوند. به دلیل حرکت حرارتی اتم ها، جهت گیری ریز جریان ها هرگز کامل نمی شود. با افزایش میدان خارجی، اثر جهت گیری افزایش می یابد، به طوری که القای میدان مغناطیسی خود نمونه پارامغناطیس به نسبت مستقیم با القای میدان مغناطیسی خارجی افزایش می یابد. القای کل میدان مغناطیسی در نمونه شامل القای میدان مغناطیسی خارجی و القای میدان مغناطیسی خود است که در طی فرآیند مغناطیسی به وجود آمده است.

اتم های هر ماده خاصیت دیامغناطیس دارند، اما در بسیاری از موارد دیامغناطیس آنها با یک اثر پارامغناطیس قوی پوشانده می شود. پدیده دیامغناطیس توسط M. Faraday در سال 1845 کشف شد.

فرومغناطیس ها را می توان به شدت در میدان مغناطیسی مغناطیسی کرد؛ نفوذپذیری مغناطیسی آنها بسیار بالاست. گروه مورد نظر شامل چهار نفر است عنصر شیمیایی: آهن، نیکل، کبالت، گادولینیوم. از این میان، آهن بیشترین نفوذپذیری مغناطیسی را دارد. مواد فرومغناطیسی می توانند آلیاژهای مختلفی از این عناصر باشند، به عنوان مثال، مواد فرومغناطیسی سرامیکی - فریت ها.

برای هر فرومغناطیس دمای خاصی وجود دارد (به اصطلاح دما یا نقطه کوری) که در بالای آن خواص فرومغناطیسی از بین می رود و ماده پارامغناطیس می شود. به عنوان مثال، برای آهن، دمای کوری 770 درجه سانتی گراد، برای کبالت 1130 درجه سانتی گراد و برای نیکل 360 درجه سانتی گراد است.

مواد فرومغناطیسی یا از نظر مغناطیسی نرم هستند یا از نظر مغناطیسی سخت. هنگامی که میدان مغناطیسی خارجی صفر شود، مواد فرومغناطیسی مغناطیسی نرم تقریباً به طور کامل مغناطیسی زدایی می شوند. مواد مغناطیسی نرم عبارتند از، به عنوان مثال، آهن خالص، فولاد الکتریکی و برخی از آلیاژها. این مواد در دستگاه های جریان متناوب استفاده می شود که در آنها معکوس مغناطیسی مداوم رخ می دهد، یعنی تغییر جهت میدان مغناطیسی (ترانسفورماتورها، موتورهای الکتریکی و غیره).

مواد مغناطیسی سخت حتی پس از حذف شدن از میدان مغناطیسی تا حد زیادی خاصیت مغناطیسی خود را حفظ می کنند. نمونه هایی از مواد سخت مغناطیسی عبارتند از فولاد کربنی و تعدادی آلیاژ خاص. مواد مغناطیسی سخت عمدتا برای ساخت آهنرباهای دائمی استفاده می شود.

ویژگی مشخصهفرآیند مغناطیسی فرومغناطیس ها پسماند است، یعنی وابستگی مغناطیسی به تاریخچه نمونه. منحنی مغناطیسی B (B0) یک نمونه فرومغناطیسی حلقه ای با شکل پیچیده است که به آن حلقه پسماند می گویند.

وابستگی نفوذپذیری مغناطیسی فرومغناطیس به القای میدان مغناطیسی خارجی. فرومغناطیس در ابتدا به سرعت مغناطیسی می شود، اما پس از رسیدن به حداکثر، بیشتر و آهسته تر مغناطیسی می شود. شکل از سایت: http://physics.ru/courses/op25part2/content/chapter1/section/paragraph19/theory.html

یک حلقه هیسترزیس معمولی برای یک ماده فرومغناطیسی سخت مغناطیسی. در نقطه 2، اشباع مغناطیسی حاصل می شود. بخش 1-3 القای مغناطیسی باقیمانده را تعیین می کند و بخش 1-4 نیروی اجباری را تعیین می کند که مشخص کننده توانایی نمونه برای مقاومت در برابر مغناطیس زدایی است. شکل از سایت: http://encyclopaedia.biga.ru/enc/science_and_technology/ MAGNITI_I_MAGNITNIE_SVOSTVA_VESHCHESTVA.html

ماهیت فرومغناطیس را می توان بر اساس مفاهیم کوانتومی درک کرد. فرومغناطیس با حضور میدان های مغناطیسی (اسپینی) خود الکترون ها توضیح داده می شود. در بلورهای مواد فرومغناطیسی، شرایطی به وجود می آید که در آن، به دلیل برهم کنش قوی میدان های مغناطیسی اسپین الکترون های همسایه، جهت گیری موازی آنها از نظر انرژی مطلوب می شود. در نتیجه چنین برهمکنشی، نواحی مغناطیسی خود به خود در داخل کریستال فرومغناطیسی ظاهر می شوند. به این مناطق دامنه می گویند. هر دامنه یک آهنربای دائمی کوچک است.

تصویری از فرآیند مغناطیسی یک نمونه فرومغناطیسی: الف - یک ماده در غیاب میدان مغناطیسی خارجی: اتم های منفرد آن، که آهنربای کوچک هستند، به طور آشفته قرار دارند. ب - ماده مغناطیسی شده: اتمها تحت تأثیر میدان خارجی نسبت به یکدیگر به ترتیب خاصی مطابق با جهت میدان خارجی جهت گیری می کنند. برنج. از سایت: http://encyclopaedia.biga.ru/enc/science_and_technology/ MAGNITI_I_MAGNITNIE_SVOSTVA_VESHCHESTVA.html

دامنه ها در تئوری مغناطیس، نواحی مغناطیسی کوچکی از یک ماده هستند که در آن گشتاورهای میدان مغناطیسی اتم ها به موازات یکدیگر جهت گیری می کنند. دامنه ها توسط لایه های انتقالی به نام دیواره بلوخ از یکدیگر جدا می شوند. در شکل دو حوزه با جهت مغناطیسی مخالف و یک دیوار بلوخ بین آنها با جهت متوسط ​​نشان داده شده است. شکل از سایت: http://encyclopaedia.biga.ru/enc/science_and_technology/ MAGNITI_I_MAGNITNIE_SVOSTVA_VESHCHESTVA.html در غیاب میدان مغناطیسی خارجی، جهت بردارهای القایی میدان های مغناطیسی در حوزه های مختلف به طور تصادفی در یک کریستال بزرگ جهت گیری می شود. معلوم می شود که چنین کریستالی مغناطیسی نشده است. هنگامی که یک میدان مغناطیسی خارجی اعمال می شود، مرزهای دامنه تغییر می کند به طوری که حجم دامنه های جهت دار در امتداد میدان خارجی افزایش می یابد. با افزایش القای میدان خارجی، القای مغناطیسی ماده مغناطیسی افزایش می یابد. در یک میدان مغناطیسی خارجی بسیار قوی، حوزه هایی که در آنها میدان مغناطیسی خود در جهت با میدان خارجی منطبق است، همه حوزه های دیگر را جذب می کنند و اشباع مغناطیسی رخ می دهد.

با این حال، باید به خاطر داشت که همه این نقشه ها و حوزه ها و اتم های نشان داده شده روی آنها فقط نمودارها یا مدل هایی از پدیده های واقعی مغناطیس هستند، اما نه خود پدیده ها. آنها تا زمانی استفاده می شوند که با واقعیت های مشاهده شده مغایرت نداشته باشند.

یک آهنربای الکتریکی ساده که برای گرفتن بارها طراحی شده است. منبع انرژی یک باتری DC است. خطوط میدان مغناطیس الکتریکی نیز نشان داده شده است که می توان آنها را شناسایی کرد روش معمولبراده های آهن. شکل از سایت: http://encyclopaedia.biga.ru/enc/science_and_technology/ MAGNITI_I_MAGNITNIE_SVOSTVA_VESHCHESTVA.htmll

ظاهر یک میدان مغناطیسی در مجاورت رسانایی که جریان الکتریکی مستقیم از آن عبور می کند توسط یک آهنربای الکتریکی نشان داده شده است. جریان از سیمی می گذرد که به دور یک میله فرومغناطیسی پیچیده شده است. نیروی مغناطیسی در این حالت برابر است با حاصل ضرب مقدار جریان الکتریکی در سیم پیچ و تعداد دورهای آن. این توان با آمپر اندازه گیری می شود. قدرت میدان مغناطیسی نبرابر با نیروی مغناطیسی در واحد طول سیم پیچ است. بنابراین، ارزش نبر حسب آمپر بر متر اندازه گیری می شود. مغناطش به دست آمده توسط مواد داخل سیم پیچ را تعیین می کند. در یک القای مغناطیسی خلاء بمتناسب با شدت میدان مغناطیسی ن. القای میدان مغناطیسی است کمیت برداری، که مشخصه قدرت میدان مغناطیسی است. جهت القای مغناطیسی با جهت نشان داده شده توسط سوزن مغناطیسی در یک میدان مغناطیسی منطبق است و مدول این بردار برابر با نسبت مدول نیروی مغناطیسی است که بر روی ذره باردار که عمود بر مدول حرکت می کند عمل می کند. سرعت و بار این ذره القای مغناطیسی مطابق با SI با تسلا (T) اندازه گیری می شود. در سیستم GHS، القای مغناطیسی با گاوس (G) اندازه گیری می شود. در این مورد، 1 T = 104 Gs.

الکترومغناطیس های بزرگ با هسته های آهنی و بسیار تعداد زیادیپیچ هایی که در حالت پیوسته کار می کنند نیروی مغناطیسی زیادی دارند. آنها یک القای مغناطیسی در شکاف بین قطب های تا 6 تسلا (T) ایجاد می کنند. مقدار القاء محدود است استرس مکانیکی، گرم کردن کویل ها و اشباع مغناطیسی هسته.

تعدادی مغناطیس الکتریکی غول پیکر خنک شونده با آب (بدون هسته) و تاسیسات برای ایجاد میدان های مغناطیسی پالسی توسط P.L. کاپیتسا در کمبریج و در مؤسسه مشکلات فیزیکی آکادمی علوم اتحاد جماهیر شوروی، و همچنین F. Bitter در مؤسسه فناوری ماساچوست. با چنین آهنربایی می توان به القایی تا 50 تسلا دست یافت. یک آهن‌ربای الکتریکی نسبتاً کوچک که میدان‌هایی تا 6.2 تسلا تولید می‌کند، 15 کیلووات انرژی الکتریکی مصرف می‌کند و توسط هیدروژن مایع خنک می‌شود، در آزمایشگاه ملی لوسالاموس ساخته شد. چنین میدان های مغناطیسی در دماهای بسیار پایین به دست می آیند.

بردار القای مغناطیسی یکی از کمیت‌های فیزیکی است که در نظریه الکترومغناطیس اساسی است؛ آن را می‌توان در معادلات مختلف، در برخی موارد مستقیماً و گاهی از طریق شدت میدان مغناطیسی مرتبط با آن، یافت. تنها منطقه در نظریه کلاسیکالکترومغناطیس، که در آن هیچ بردار القای مغناطیسی وجود ندارد، شاید فقط الکترواستاتیک خالص باشد.

آمپر در سال 1825 پیشنهاد کرد که ریزجریان الکتریکی در هر اتم آهنربا در گردش است. اما الکترون تنها در سال 1897 کشف شد، و مدل ساختار داخلی اتم - در سال 1913، تقریبا 100 سال پس از حدس درخشان آمپر. در سال 1852، دبلیو وبر پیشنهاد کرد که هر اتم یک ماده مغناطیسی یک دوقطبی مغناطیسی کوچک است. حداکثر یا کامل مغناطیسی یک ماده زمانی حاصل می شود که تمام آهنرباهای اتمی منفرد به ترتیب خاصی چیده شوند. وبر معتقد بود که "اصطکاک" مولکولی یا اتمی به این آهنرباهای اولیه کمک می کند نظم خود را حفظ کنند. نظریه او مغناطیسی شدن اجسام را در تماس با آهنربا و مغناطیس زدایی آنها را در هنگام ضربه یا گرم شدن توضیح داد. "بازتولید" آهنرباها هنگام برش یک قطعه مغناطیسی یا میله مغناطیسی به قطعات نیز توضیح داده شد، زمانی که هر قسمت همیشه دو قطب داشت. با این حال، این نظریه نه منشاء خود آهنرباهای ابتدایی و نه پدیده هیسترزیس را توضیح نداد. در سال 1890، نظریه وبر توسط جی. یوینگ، که فرضیه اصطکاک اتمی را با ایده نیروهای محدود کننده بین اتمی که به حفظ نظم دوقطبی های ابتدایی که آهنربای دائمی را تشکیل می دهند، جایگزین کرد، بهبود یافت.

در سال 1905، P. Langevin رفتار مواد پارامغناطیس را با نسبت دادن به هر اتم یک جریان الکترونی جبران نشده داخلی توضیح داد. به گفته لانگوین، این جریان‌ها هستند که آهن‌رباهای کوچکی را تشکیل می‌دهند که وقتی میدان مغناطیسی خارجی وجود ندارد، به‌طور تصادفی جهت‌گیری می‌کنند، اما زمانی که میدان مغناطیسی خارجی وجود ندارد، جهت گیری منظمی پیدا می‌کنند. در این مورد، رویکرد به نظم کامل با اشباع مغناطیسی مطابقت دارد. لانگوین مفهوم گشتاور مغناطیسی یک آهنربای اتمی را معرفی کرد که برابر با حاصلضرب "بار مغناطیسی" و فاصله بین قطب ها است. طبق این نظریه، مغناطیس ضعیف مواد پارامغناطیس با گشتاور مغناطیسی کل ضعیف ایجاد شده توسط جریان های الکترونی جبران نشده توضیح داده می شود.

در سال 1907، پی ویس مفهوم "دامنه" را معرفی کرد که سهم مهمی در نظریه مدرن مغناطیس شد. یک دامنه منفرد می تواند ابعاد خطی در حد 0.01 میلی متر داشته باشد. دامنه ها توسط دیوارهای به اصطلاح بلوخ از یکدیگر جدا می شوند که ضخامت آنها از 1000 اندازه اتمی تجاوز نمی کند. چنین دیوارهایی نشان دهنده "لایه های انتقال" یا ریز گرادیان ها در نانوساختار مغناطیسی یک ماده هستند که در آن تغییر جهت مغناطیسی حوزه ها رخ می دهد. دو تایید تجربی قانع کننده در مورد وجود دامنه ها وجود دارد. در سال 1919، G. Barkhausen ثابت کرد که وقتی یک میدان خارجی به نمونه‌ای از مواد فرومغناطیسی اعمال می‌شود، مغناطش آن در بخش‌های گسسته کوچک تغییر می‌کند. برای شناسایی ساختار دامنه آهنربا با استفاده از روش شکل پودری، یک قطره از یک سوسپانسیون کلوئیدی پودر فرومغناطیسی (اکسید آهن) روی یک سطح خوب صیقل خورده از یک ماده مغناطیسی اعمال می شود. ذرات پودر عمدتاً در مکان های حداکثر ناهمگنی میدان مغناطیسی - در مرزهای دامنه ها - می نشینند. این ساختار را می توان زیر میکروسکوپ بررسی کرد. روشی برای مطالعه میدان مغناطیسی بر اساس عبور نور قطبی شده از یک ماده فرومغناطیسی شفاف ایجاد شده است.

یک اتم آهن آزاد دو پوسته دارد ( کو Lنزدیکترین آنها به هسته با الکترون پر می شوند که اولی شامل دو و دومی حاوی هشت الکترون است. که در کپوسته، اسپین یکی از الکترون ها مثبت و دیگری منفی است. که در Lپوسته (به طور دقیق تر، در دو لایه فرعی آن)، چهار الکترون از هشت الکترون دارای اسپین مثبت و چهار الکترون دیگر دارای اسپین منفی هستند. در هر دو مورد، اسپین های الکترون در یک پوسته کاملاً جبران می شوند، به طوری که گشتاور مغناطیسی کل اتم صفر می شود. که در م-شل، وضعیت متفاوت است، زیرا از شش الکترون واقع در لایه فرعی سوم، پنج الکترون دارای اسپین، جهت هستند.

هنگام اتصال دو هادی موازی به جریان الکتریکی، بسته به جهت (قطبی) جریان متصل، جذب یا دفع می شوند. این با پدیده ظهور نوع خاصی از ماده در اطراف این هادی ها توضیح داده می شود. به این ماده میدان مغناطیسی (MF) می گویند. نیروی مغناطیسی نیرویی است که رساناها بر روی یکدیگر اثر می کنند.

نظریه مغناطیس در دوران باستان، در تمدن باستانی آسیا مطرح شد. در کوه‌های مگنزیا صخره‌ای خاص پیدا کردند که تکه‌های آن می‌توانستند جذب یکدیگر شوند. بر اساس نام محل به این سنگ «مغناطیسی» می گفتند. آهنربای میله ای شامل دو قطب است. خواص مغناطیسی آن به ویژه در قطب ها مشخص است.

آهنربایی که روی نخ آویزان است، کناره های افق را با قطب های خود نشان می دهد. قطب های آن به سمت شمال و جنوب خواهد رفت. دستگاه قطب نما بر اساس این اصل عمل می کند. قطب های مخالف دو آهنربا جذب می شوند و قطب های مشابه دفع می کنند.

دانشمندان کشف کرده اند که یک سوزن مغناطیسی که در نزدیکی یک هادی قرار دارد، وقتی جریان الکتریکی از آن عبور می کند، منحرف می شود. این نشان می دهد که یک MP در اطراف آن تشکیل شده است.

میدان مغناطیسی بر:

بارهای الکتریکی متحرک
موادی به نام فرومغناطیس: آهن، چدن، آلیاژهای آنها.

آهنرباهای دائمی اجسامی هستند که دارای گشتاور مغناطیسی مشترک ذرات باردار (الکترون) هستند.

1 - قطب جنوب آهنربا
2 - قطب شمال آهنربا
3 - MP با استفاده از نمونه براده های فلزی
4 - جهت میدان مغناطیسی

خطوط نیرو زمانی ظاهر می شوند که آهنربای دائمی به ورق کاغذی نزدیک می شود که لایه ای از براده های آهن روی آن ریخته می شود. شکل به وضوح مکان قطب ها را با خطوط نیروی جهت دار نشان می دهد.

منابع میدان مغناطیسی

• میدان الکتریکی در طول زمان تغییر می کند.
• هزینه های موبایل
• آهنرباهای دائمی

ما از کودکی با آهنرباهای دائمی آشنا بودیم. از آنها به عنوان اسباب بازی هایی استفاده می شد که قطعات فلزی مختلفی را به خود جذب می کردند. آنها به یخچال وصل شده بودند، آنها را در اسباب بازی های مختلف ساخته بودند.

بارهای الکتریکی که در حال حرکت هستند اغلب در مقایسه با آهنرباهای دائمی انرژی مغناطیسی بیشتری دارند.

خواص

• اصلی انگو خاصیت میدان مغناطیسی نسبیت است. اگر یک جسم باردار را در یک چارچوب مشخص بی حرکت رها کنید و یک سوزن مغناطیسی در نزدیکی آن قرار دهید، آنگاه به سمت شمال اشاره می کند و در عین حال یک میدان خارجی را به جز میدان زمین احساس نمی کند. . و اگر حرکت یک جسم باردار را در نزدیکی فلش شروع کنید، یک MP در اطراف بدن ظاهر می شود. در نتیجه، مشخص می شود که MF تنها زمانی تشکیل می شود که یک بار خاص حرکت می کند.
• یک میدان مغناطیسی می تواند بر جریان الکتریکی تأثیر بگذارد و بر آن تأثیر بگذارد. با نظارت بر حرکت الکترون های باردار می توان آن را تشخیص داد. در یک میدان مغناطیسی، ذرات دارای بار منحرف می شوند، هادی هایی با جریان جریان حرکت می کنند. قاب با منبع جریان وصل شده شروع به چرخش می کند و مواد مغناطیسی شده در فاصله مشخصی حرکت می کنند. سوزن قطب نما اغلب رنگی است رنگ ابی. این یک نوار از فولاد مغناطیسی است. قطب نما همیشه به سمت شمال می رود، زیرا زمین دارای میدان مغناطیسی است. کل سیاره مانند یک آهنربای بزرگ با قطب های خود است.

میدان مغناطیسی توسط اندام های انسان درک نمی شود و تنها توسط دستگاه ها و حسگرهای خاص قابل تشخیص است. در انواع متغیر و دائمی موجود است. میدان متناوب معمولاً توسط سلف های خاصی ایجاد می شود که با جریان متناوب کار می کنند. یک میدان ثابت از یک میدان الکتریکی ثابت تشکیل می شود.

قوانین

بیایید قوانین اساسی برای به تصویر کشیدن میدان مغناطیسی برای هادی های مختلف را در نظر بگیریم.

قانون گیملت

خط نیرو در صفحه ای به تصویر کشیده می شود که در زاویه 90 0 نسبت به مسیر جریان جریان قرار دارد به طوری که در هر نقطه نیرو به صورت مماس بر خط هدایت می شود.

برای تعیین جهت نیروهای مغناطیسی، باید قاعده گیملت با نخ سمت راست را به خاطر بسپارید.

گیملت باید در امتداد همان محور با بردار جریان قرار گیرد، دسته باید به گونه‌ای بچرخد که گیره در جهت خود حرکت کند. در این حالت جهت خطوط با چرخاندن دسته گیملت تعیین می شود.

قاعده حلقه حلقه

حرکت انتقالی گیملت در یک هادی ساخته شده به شکل حلقه نشان می دهد که القاء چگونه جهت گیری می کند؛ چرخش با جریان جریان منطبق است.

خطوط نیرو در داخل آهنربا ادامه دارند و نمی توانند باز شوند.

یک میدان مغناطیسی منابع مختلفبا یکدیگر خلاصه می شوند. با این کار میدان مشترکی ایجاد می کنند.

آهنرباهایی با قطب های یکسان دفع می کنند و آهنرباهای با قطب های متفاوت جذب می شوند. مقدار قدرت اندرکنش به فاصله بین آنها بستگی دارد. با نزدیک شدن به قطب ها، نیرو افزایش می یابد.

پارامترهای میدان مغناطیسی

• کوپلینگ جریان ( Ψ ).
• بردار القای مغناطیسی ( که در).
• شار مغناطیسی ( اف).

شدت میدان مغناطیسی با اندازه بردار القای مغناطیسی محاسبه می شود که به نیروی F بستگی دارد و توسط جریان I در امتداد رسانایی با طول تشکیل می شود. l: B = F / (I * l).

القای مغناطیسی در تسلا (T)، به افتخار دانشمندی که پدیده های مغناطیس را مطالعه کرده و روی روش های محاسبه آنها کار کرده است، اندازه گیری می شود. 1 T برابر با نیروی القای شار مغناطیسی است 1 Nدر طول 1 مترهادی مستقیم در زاویه 90 0 به جهت میدان، با جریان یک آمپر:

1 T = 1 x H / (A x m).

قانون دست چپ

این قانون جهت بردار القای مغناطیسی را پیدا می کند.

اگر کف دست چپ در میدان قرار گیرد به طوری که خطوط میدان مغناطیسی از قطب شمال در 90 0 وارد کف دست شود و 4 انگشت در امتداد جریان جریان قرار گیرند. شستجهت نیروی مغناطیسی را نشان خواهد داد.

اگر هادی در یک زاویه متفاوت باشد، نیرو مستقیماً به جریان و برآمدگی هادی بر روی صفحه در زاویه قائم بستگی دارد.

نیرو به نوع ماده هادی و سطح مقطع آن بستگی ندارد. اگر هادی وجود نداشته باشد و بارها در یک محیط متفاوت حرکت کنند، آنگاه نیرو تغییر نخواهد کرد.

هنگامی که بردار میدان مغناطیسی در یک جهت یک قدر باشد، میدان یکنواخت نامیده می شود. محیط های مختلف بر اندازه بردار القایی تأثیر می گذارد.

شار مغناطیسی

القای مغناطیسی که از ناحیه معینی S می گذرد و با این ناحیه محدود می شود، یک شار مغناطیسی است.

اگر ناحیه در زاویه ای معین α نسبت به خط القاء متمایل باشد، شار مغناطیسی به اندازه کسینوس این زاویه کاهش می یابد. بیشترین مقدار آن زمانی تشکیل می شود که ناحیه در زاویه قائمه با القای مغناطیسی باشد:

F = B * S.

شار مغناطیسی در یک واحد اندازه گیری می شود مانند "وبر"، که برابر است با جریان القای قدر 1 تبر اساس منطقه در 1 متر مربع.

شار

این مفهوم برای ایجاد استفاده می شود معنی کلیشار مغناطیسی که از تعداد معینی هادی که بین قطب های مغناطیسی قرار دارند ایجاد می شود.

در موردی که همان جریان مناز طریق سیم پیچی با تعدادی پیچ n جریان می یابد، کل شار مغناطیسی تشکیل شده توسط همه پیچ ها، پیوند شار است.

شار Ψ با وبر اندازه گیری می شود و برابر است: Ψ = n * Ф.

خواص مغناطیسی

نفوذپذیری مغناطیسی تعیین می کند که چقدر میدان مغناطیسی در یک محیط خاص کمتر یا بیشتر از القای میدان در خلاء است. ماده ای مغناطیسی نامیده می شود که میدان مغناطیسی خود را تولید کند. هنگامی که یک ماده در میدان مغناطیسی قرار می گیرد، مغناطیسی می شود.

دانشمندان دلیل به دست آوردن خواص مغناطیسی اجسام را مشخص کرده اند. بر اساس فرضیه دانشمندان، موادی در داخل آن وجود دارد جریان های الکتریکیاندازه میکروسکوپی یک الکترون دارای گشتاور مغناطیسی خاص خود است که ماهیت کوانتومی دارد و در امتداد مدار خاصی در اتم ها حرکت می کند. این جریان های کوچک هستند که خواص مغناطیسی را تعیین می کنند.

اگر جریان ها به طور تصادفی حرکت کنند، میدان های مغناطیسی ناشی از آنها خود جبران می شوند. میدان خارجی جریان ها را مرتب می کند، بنابراین یک میدان مغناطیسی تشکیل می شود. این مغناطیس شدن ماده است.

مواد مختلف را می توان بر اساس خواص برهمکنش آنها با میدان های مغناطیسی تقسیم کرد.

آنها به گروه های زیر تقسیم می شوند:

پارامغناطیس- موادی که خاصیت مغناطیسی در جهت میدان خارجی دارند و پتانسیل کمی برای مغناطیس دارند. آنها قدرت میدانی مثبتی دارند. از جمله این مواد می توان به کلرید آهن، منگنز، پلاتین و غیره اشاره کرد.
آهنربای فری- موادی با گشتاورهای مغناطیسی نامتعادل در جهت و ارزش. آنها با وجود آنتی فرومغناطیس جبران نشده مشخص می شوند. قدرت میدان و دما بر حساسیت مغناطیسی آنها (اکسیدهای مختلف) تأثیر می گذارد.
فرومغناطیس ها- مواد با افزایش حساسیت مثبت، بسته به کشش و دما (کریستال های کبالت، نیکل و غیره).
دیامغناطیس ها- دارای خاصیت مغناطیسی در جهت مخالف میدان خارجی، یعنی معنی منفیحساسیت مغناطیسی، مستقل از کشش. در صورت عدم وجود میدان، این ماده خاصیت مغناطیسی نخواهد داشت. این مواد عبارتند از: نقره، بیسموت، نیتروژن، روی، هیدروژن و سایر مواد.
ضد فرومغناطیس - دارای یک گشتاور مغناطیسی متعادل و در نتیجه درجه مغناطیسی کم ماده است. هنگامی که گرم می شود، یک انتقال فاز ماده رخ می دهد که در طی آن خواص پارامغناطیس ظاهر می شود. هنگامی که دما به زیر یک حد معین کاهش می یابد، چنین خواصی ظاهر نمی شود (کروم، منگنز).

آهنرباهای در نظر گرفته شده نیز به دو دسته دیگر طبقه بندی می شوند:

مواد مغناطیسی نرم . اجبار کم دارند. در میدان های مغناطیسی کم توان آنها می توانند اشباع شوند. در طول فرآیند برگشت مغناطیسی، آنها تلفات جزئی را تجربه می کنند. در نتیجه، چنین موادی برای تولید هسته های دستگاه های الکتریکی که بر روی ولتاژ متناوب کار می کنند (، ژنراتور،) استفاده می شود.
مغناطیسی سختمواد. آنها نیروی اجباری فزاینده ای دارند. برای مغناطیس مجدد آنها، یک میدان مغناطیسی قوی لازم است. از چنین موادی در تولید آهنرباهای دائمی استفاده می شود.

خواص مغناطیسی مواد مختلفاستفاده از آنها در پروژه های فنی و اختراعات.

مدارهای مغناطیسی

ترکیبی از چندین ماده مغناطیسی را مدار مغناطیسی می گویند. آنها مشابه هستند و توسط قوانین مشابه ریاضی تعیین می شوند.

روی پایه مدارهای مغناطیسیدستگاه های الکتریکی، اندوکتانس ها و غیره کار می کنند. در یک الکترومغناطیس فعال، شار از طریق یک مدار مغناطیسی ساخته شده از مواد فرومغناطیسی و هوا جریان می یابد که فرومغناطیسی نیست. ترکیب این اجزا یک مدار مغناطیسی است. بسیاری از دستگاه های الکتریکی دارای مدارهای مغناطیسی در طراحی خود هستند.

میدان های مغناطیسی در طبیعت رخ می دهند و می توانند به صورت مصنوعی ایجاد شوند. مرد متوجه ویژگی های مفید آنها شد که یاد گرفت از آنها استفاده کند زندگی روزمره. منبع میدان مغناطیسی چیست؟

چگونه دکترین میدان مغناطیسی توسعه یافت

خواص مغناطیسی برخی از مواد در زمان های قدیم مورد توجه قرار گرفته بود، اما مطالعه آنها واقعاً در ابتدا شروع شد اروپای قرون وسطی. پرگرین، دانشمند فرانسوی، با استفاده از سوزن های فولادی کوچک، تقاطع نیرو را کشف کرد خطوط مغناطیسیدر نقاط خاص - قطب. تنها سه قرن بعد، با هدایت این کشف، گیلبرت به مطالعه آن ادامه داد و متعاقبا از فرضیه خود مبنی بر اینکه زمین میدان مغناطیسی خاص خود را دارد، دفاع کرد.

توسعه سریع تئوری مغناطیس در آغاز قرن نوزدهم آغاز شد، زمانی که آمپر تأثیر میدان الکتریکی را بر ظهور میدان مغناطیسی کشف و توصیف کرد، و کشف القای الکترومغناطیسی توسط فارادی یک رابطه معکوس ایجاد کرد.

میدان مغناطیسی چیست

میدان مغناطیسی خود را در اثر نیرو بر بارهای الکتریکی در حال حرکت یا اجسامی که دارای گشتاور مغناطیسی هستند نشان می دهد.

1. هادی هایی که جریان الکتریکی از آنها عبور می کند.
2. آهنرباهای دائمی؛
3. تغییر میدان الکتریکی

علت اصلی ظهور میدان مغناطیسی برای همه منابع یکسان است: ریزشارژهای الکتریکی - الکترون ها، یون ها یا پروتون ها - دارای گشتاور مغناطیسی خاص خود هستند یا در حرکت جهت دار هستند.

مهم!میدان های الکتریکی و مغناطیسی به طور متقابل یکدیگر را تولید می کنند و در طول زمان تغییر می کنند. این رابطه توسط معادلات ماکسول تعیین می شود.

ویژگی های میدان مغناطیسی

ویژگی های میدان مغناطیسی عبارتند از:

1. شار مغناطیسی، کمیت اسکالر، که تعیین می کند چند خط میدان مغناطیسی از یک مقطع معین عبور می کند. با حرف F نشان داده شده است. با استفاده از فرمول محاسبه می شود:

F = B x S x cos α،

که در آن B بردار القای مغناطیسی، S مقطع، α زاویه میل بردار نسبت به عمود کشیده شده بر صفحه مقطع است. واحد اندازه گیری - وبر (Wb)؛

1. بردار القای مغناطیسی (B) نیروی وارد بر حامل های بار را نشان می دهد. به سمت قطب شمال، جایی که سوزن مغناطیسی معمولی در آن قرار دارد، هدایت می شود. القای مغناطیسی به صورت کمی در تسلا (T) اندازه گیری می شود.
2. کشش MF (N). با نفوذپذیری مغناطیسی رسانه های مختلف تعیین می شود. در خلاء، نفوذپذیری به عنوان وحدت در نظر گرفته می شود. جهت بردار کشش با جهت القای مغناطیسی منطبق است. واحد اندازه گیری - A/m.

نحوه نمایش میدان مغناطیسی

مشاهده مظاهر میدان مغناطیسی با استفاده از مثال آهنربای دائمی آسان است. دارای دو قطب است و بسته به جهت آن دو آهنربا جذب یا دفع می شوند. میدان مغناطیسی فرآیندهایی را که در طی این اتفاق می‌افتند مشخص می‌کند:

1. MP از نظر ریاضی به عنوان یک میدان برداری توصیف می شود. می توان آن را با استفاده از بردارهای بسیاری از القای مغناطیسی B، که هر یک به سمت قطب شمال سوزن قطب نما هدایت می شوند و بسته به نیروی مغناطیسی طول دارند، ساخت.
2. یک راه جایگزین برای نشان دادن این، استفاده از خطوط میدان است. این خطوط هرگز قطع نمی شوند، شروع یا متوقف نمی شوند و حلقه های بسته را تشکیل می دهند. خطوط MF در مناطقی با مکان‌های فراوان‌تر ترکیب می‌شوند، جایی که میدان مغناطیسی قوی‌ترین است.

مهم!چگالی خطوط میدان نشان دهنده قدرت میدان مغناطیسی است.

اگرچه MP در واقعیت قابل مشاهده نیست، خطوط میدان را می توان به راحتی در دنیای واقعی با قرار دادن براده های آهن در MP مشاهده کرد. هر ذره مانند یک آهنربای کوچک با شمال و قطب جنوب. نتیجه الگویی شبیه به خطوط نیرو است. انسان نمی تواند تاثیر MP را احساس کند.

اندازه گیری میدان مغناطیسی

از آنجایی که این یک کمیت برداری است، دو پارامتر برای اندازه گیری MF وجود دارد: نیرو و جهت. جهت را می توان به راحتی با استفاده از قطب نما متصل به میدان اندازه گیری کرد. به عنوان مثال یک قطب نما در میدان مغناطیسی زمین قرار داده شده است.

اندازه گیری سایر ویژگی ها بسیار دشوارتر است. مغناطیس سنج های عملی تا قرن نوزدهم ظاهر نشدند. اکثر آنها با استفاده از نیرویی که الکترون هنگام حرکت در امتداد MP احساس می کند، کار می کنند.

اندازه گیری بسیار دقیق میدان های مغناطیسی کوچک از زمان کشف مقاومت مغناطیسی غول پیکر در مواد لایه ای در سال 1988 عملاً امکان پذیر شده است. این کشف در فیزیک بنیادی به سرعت در فناوری هارد دیسک مغناطیسی برای ذخیره سازی داده ها در رایانه ها اعمال شد که منجر به افزایش هزار برابری ظرفیت ذخیره سازی تنها در چند سال شد.

در سیستم های اندازه گیری به طور کلی پذیرفته شده، MP در آزمون (T) یا گاوس (G) اندازه گیری می شود. 1 T = 10000 Gs. گاوس اغلب استفاده می شود زیرا تسلا میدان بسیار بزرگی است.

جالب هست.یک آهنربای کوچک در یخچال میدان مغناطیسی برابر با 0.001 تسلا ایجاد می کند و میدان مغناطیسی زمین به طور متوسط ​​0.00005 تسلا است.

ماهیت میدان مغناطیسی

مغناطیس و میدان های مغناطیسی مظاهر نیروی الکترومغناطیسی هستند. دو راه ممکن برای سازماندهی بار انرژی در حرکت و بنابراین میدان مغناطیسی وجود دارد.

اولین مورد اتصال سیم به منبع جریان است، یک MF در اطراف آن تشکیل می شود.

مهم!با افزایش جریان (تعداد بارهای در حال حرکت)، MP به نسبت افزایش می یابد. با دور شدن از سیم، میدان بسته به فاصله کاهش می یابد. این توسط قانون آمپر توضیح داده شده است.

برخی از موادی که دارای نفوذپذیری مغناطیسی بالاتری هستند، قادر به تمرکز میدان های مغناطیسی هستند.

از آنجایی که میدان مغناطیسی یک بردار است، تعیین جهت آن ضروری است. برای جریان معمولی که از یک سیم مستقیم عبور می کند، جهت را می توان با استفاده از قانون دست راست پیدا کرد.

برای استفاده از قانون، باید تصور کنید که سیم با دست راست شما گرفته می شود و شست شما جهت جریان را نشان می دهد. سپس چهار انگشت باقیمانده جهت بردار القای مغناطیسی را در اطراف هادی نشان خواهند داد.

راه دوم برای ایجاد میدان مغناطیسی استفاده از این واقعیت است که در برخی از مواد الکترون هایی ظاهر می شوند که دارای گشتاور مغناطیسی خاص خود هستند. آهنرباهای دائمی به این ترتیب کار می کنند:

1. اگرچه اتم‌ها اغلب الکترون‌های زیادی دارند، اما عمدتاً به‌گونه‌ای پیوند می‌خورند که میدان مغناطیسی کل جفت از بین می‌رود. گفته می شود دو الکترون که به این ترتیب جفت می شوند دارای اسپین مخالف هستند. بنابراین، برای مغناطیسی کردن چیزی، به اتم هایی نیاز دارید که دارای یک یا چند الکترون با اسپین یکسان باشند. به عنوان مثال، آهن دارای چهار الکترون است و برای ساخت آهنربا مناسب است.
2. میلیاردها الکترون موجود در اتم‌ها را می‌توان به‌طور تصادفی جهت‌گیری کرد، و مهم نیست که این ماده چند الکترون جفت‌نشده داشته باشد، MF کلی وجود نخواهد داشت. این باید در دماهای پایین پایدار باشد تا جهت گیری ترجیحی کلی الکترون ها را فراهم کند. نفوذپذیری مغناطیسی بالا باعث مغناطیسی شدن چنین موادی در شرایط خاصی خارج از تأثیر میدان های مغناطیسی می شود. اینها فرومغناطیسی هستند.
3. سایر مواد ممکن است در حضور میدان مغناطیسی خارجی خواص مغناطیسی از خود نشان دهند. میدان خارجی برای تراز کردن تمام اسپین های الکترون عمل می کند که پس از حذف MF ناپدید می شود. این مواد پارامغناطیس هستند. فلز درب یخچال نمونه ای از مواد پارامغناطیس است.

زمین را می توان به شکل صفحات خازنی نشان داد که بار آن علامت مخالف دارد: "منهای" در سطح زمین و "به علاوه" در یونوسفر. بین آنها هوای اتمسفر به عنوان یک فاصله دهنده عایق وجود دارد. خازن غول پیکر به دلیل تأثیر MF زمین بار ثابتی را حفظ می کند. با استفاده از این دانش می توانید طرحی برای به دست آوردن انرژی الکتریکی از میدان مغناطیسی زمین ایجاد کنید. درست است، نتیجه مقادیر ولتاژ پایین خواهد بود.

مجبور بودن برای برداشتن:

• دستگاه اتصال به زمین؛
• سیم؛
• ترانسفورماتور تسلا قادر به ایجاد نوسانات با فرکانس بالا و ایجاد تخلیه تاج و یونیزه کردن هوا است.

سیم پیچ تسلا به عنوان یک ساطع کننده الکترون عمل خواهد کرد. کل سازه به هم متصل است و برای اطمینان از اختلاف پتانسیل کافی، ترانسفورماتور باید تا ارتفاع قابل توجهی بالا رود. بنابراین، یک مدار الکتریکی ایجاد خواهد شد که جریان کمی از آن عبور می کند. با استفاده از این دستگاه نمی توان مقدار زیادی برق به دست آورد.

الکتریسیته و مغناطیس بر بسیاری از جهان های اطراف ما، از اساسی ترین فرآیندهای موجود در طبیعت تا دستگاه های الکترونیکی پیشرفته، تسلط دارند.

ویدئو

میدان مغناطیسی ناحیه‌ای از فضا است که در آن پیکربندی بیون‌ها، فرستنده‌های همه برهمکنش‌ها، نشان‌دهنده یک چرخش متقابل و پویا 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. هرچه سرعت چرخش بیشتر باشد، میدان قوی تر است. 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 است که میدان های مغناطیسی و الکتریکی یکپارچه 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، یک میدان مغناطیسی با یک بردار کمیت فیزیکی به نام القای مغناطیسی مشخص 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 تنها 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.

میدان مغناطیسی را می توان به صورت گرافیکی با استفاده از خطوط میدان مغناطیسی نشان داد. این خطوط به گونه ای ترسیم می شوند که جهت نیروهای میدان با جهت خود خط میدان منطبق باشد. خطوط مغناطیسی نیرو پیوسته و در عین حال بسته هستند. جهت میدان مغناطیسی با استفاده از یک سوزن مغناطیسی تعیین می شود. خطوط نیرو نیز قطبیت آهنربا را تعیین می کنند، انتهای خروجی خطوط نیرو قطب شمال و انتهای ورودی این خطوط قطب جنوب است.