Что называют магнитными линиями магнитного поля: что называют магнитными линиями магнитного поля?Изобразите с помощью линий магнитной индукции

Содержание

Магнитное поле — определение, виды

Магнитное поле

Люди только и делают, что говорят про какие-то магнитные бури, привозят магнитики на холодильник, ходят в походы с компасом, который показывает, где север, а где юг. В основе всего этого лежит магнитное поле.

Магнитное поле — это материя, за счет которой осуществляется взаимодействие зарядов.

У нее есть несколько условий для существования:

  • магнитное поле материально, то есть существует независимо от наших знаний о нем;
  • порождается только движущимся электрическим зарядом;
  • обнаружить магнитное поле можно по действию на движущийся электрический заряд (или проводник с током) с некоторой силой;
  • магнитное поле распространяется в пространстве с конечной скоростью, равной скорости света в вакууме.

Магнитное поле создается только движущимся электрическим зарядом? А как же магниты?

Атом состоит из ядра и вращающихся вокруг него электронов. Электроны могут вращаться по разным орбитам. На каждой орбите может находиться по два электрона, которые вращаются в разных направлениях.

Но у некоторых веществ не все электроны парные, и несколько электронов крутятся в одном и том же направлении, такие вещества называются ферромагнетиками. А поскольку электрон — заряженная частица, вращающиеся вокруг атома в одну и ту же сторону электроны создают магнитное поле. Получается миниатюрный электромагнит.

Если атомы вещества расположены в произвольном порядке, поля этих крошечных магнитиков компенсируют друг друга. Но если эти магнитные поля направить в одну и ту же сторону, то они сложатся — и получится магнит.

У любого магнита есть два полюса — северный и южный.

Любое магнитное поле описывается магнитными линиями, которые выходят из северного поля и приходят в южный. Эти линии всегда замкнуты, даже если у них бесконечная длина. Вот так это выглядит:



Как запомнить, что выходят магнитные линии из северного полюса, а приходят в южный?

Все просто — на севере жить никто не хочет. Многие люди переезжают туда, где теплее, зимуют в теплых краях, в общем — стремятся на юг. Магнитные линии тоже.

Северный полюс обозначается латинской буквой N (от английского слова North). А южный — буквой S (от английского слова South).

Наша планета — это один большой магнит. У нее тоже есть северный и южный полюса. Но есть один нюанс — географические полюса отличаются от физических. Да-да, на северном полюсе, который наверху карты, находится южный физический полюс. Ну и наоборот, на южном географическом — северный физический.

Не паникуйте, компас показывает вам географический полюс. Да, компас — это магнитная стрелка, и должен по идее показывать физический полюс, но стрелка окрашена так, чтобы направившись на северный физический полюс, показать южный географический. Чтобы люди не путались.

Опыт Эрстеда

Самое главное экспериментальное доказательство того, что магнитное поле возникает из-за движения зарядов — это опыт Эрстеда. В1820 году Эр­стед опыт­ным пу­тём свя­зал элек­три­че­ст­во и маг­не­тизм с по­мо­щью экс­пе­ри­мен­та с от­кло­не­ни­ем стрел­ки ком­па­са.

Это явление использовали, когда создавали первые ам­пер­мет­ры, так как от­кло­не­ние стрел­ки про­пор­цио­наль­но ве­ли­чи­не то­ка. Оно ле­жит в ос­но­ве лю­бо­го элек­тро­маг­ни­та.

А вот и видео эксперимента:


Источник: YouTube-канал «ШКОЛА ОНЛАЙН»

Что называют линиями магнитного поля.

Теория магнитного поля и интересные факты о магнитном поле земли. Магнитное поле катушки с током

Давайте вместе разбираться в том, что такое магнитное поле. Ведь многие люди живут в этом поле всю жизнь и даже не задумываются о нем. Пора это исправить!

Магнитное поле

Магнитное поле – особый вид материи. Оно проявляется в действии на движущиеся электрические заряды и тела, которые обладают собственным магнитным моментом (постоянные магниты).

Важно: на неподвижные заряды магнитное поле не действует! Создается магнитное поле также движущимися электрическими зарядами, либо изменяющимся во времени электрическим полем, либо магнитными моментами электронов в атомах. То есть любой провод, по которому течет ток, становится также и магнитом!


Тело, обладающее собственным магнитным полем.

У магнита есть полюса, называемые северным и южным. Обозначения «северный» и «южный» даны лишь для удобства (как «плюс» и «минус» в электричестве).

Магнитное поле изображается посредством силовых магнитных линий . Силовые линии непрерывны и замкнуты, а их направление всегда совпадает с направлением действия сил поля. Если вокруг постоянного магнита рассыпать металлическую стружку, частицы металла покажут наглядную картину силовых линий магнитного поля, выходящих из северного и входящих в южный полюс. Графическая характеристика магнитного поля — силовые линии.


Характеристики магнитного поля

Основными характеристиками магнитного поля являются магнитная индукция , магнитный поток и магнитная проницаемость . Но давайте обо всем по порядку.

Сразу отметим, что все единицы измерения приводятся в системе СИ .

Магнитная индукция B – векторная физическая величина, являющаяся основной силовой характеристикой магнитного поля. Обозначается буквой B . Единица измерения магнитной индукции – Тесла (Тл ).

Магнитная индукция показывает, насколько сильно поле, определяя силу, с которой оно действует на заряд.

Данная сила называется силой Лоренца .

Здесь q — заряд, v — его скорость в магнитном поле, B — индукция, F — сила Лоренца, с которой поле действует на заряд.

Ф – физическая величина, равная произведению магнитной индукции на площадь контура и косинус между вектором индукции и нормалью к плоскости контура, через который проходит поток. Магнитный поток — скалярная характеристика магнитного поля.

Можно сказать, что магнитный поток характеризует количество линий магнитной индукции, пронизывающих единицу площади. Магнитный поток измеряется в

Веберах (Вб) .


Магнитная проницаемость – коэффициент, определяющий магнитные свойства среды. Одним из параметров, от которых зависит магнитная индукция поля, является магнитная проницаемость.

Наша планета на протяжении нескольких миллиардов лет является огромным магнитом. Индукция магнитного поля Земли изменяется в зависимости от координат. На экваторе она равна примерно 3,1 на 10 в минус пятой степени Тесла. К тому же существуют магнитные аномалии, где значение и направление поля существенно отличаются от соседних областей. Одни из самых крупных магнитных аномалий на планете —

Курская и Бразильская магнитные аномалии .

Происхождение магнитного поля Земли до сих пор остается загадкой для ученых. Предполагается, что источником поля является жидкое металлическое ядро Земли. Ядро движется, значит, движется расплавленный железо-никелевый сплав, а движение заряженных частиц – это и есть электрический ток, порождающий магнитное поле. Проблема в том, что эта теория (геодинамо ) не объясняет того, как поле сохраняется устойчивым.


Земля – огромный магнитный диполь. Магнитные полюса не совпадают с географическими, хотя и находятся в непосредственной близости. Более того, магнитные полюса Земли движутся. Их смещение регистрируется с 1885 года. Например, за последние сто лет магнитный полюс в Южном полушарии сместился почти на 900 километров и сейчас находится в Южном океане.

Полюс арктического полушария движется через Северный Ледовитый океан к Восточно-Сибирской магнитной аномалии, скорость его передвижения (по данным 2004 года) составила около 60 километров в год. Сейчас наблюдается ускорение движения полюсов — в среднем скорость растет на 3 километра в год.

Каково значение магнитного поля Земли для нас? В первую очередь магнитное поле Земли защищает планету от космических лучей и солнечного ветра. Заряженные частицы из далекого космоса не падают прямо на землю, а отклоняются гигантским магнитом и движутся вдоль его силовых линий. Таким образом, все живое оказывается защищенным от пагубной радиации.


За историю Земли происходило несколько инверсий (смен) магнитных полюсов. Инверсия полюсов – это когда они меняются местами. Последний раз это явление произошло около 800 тысяч лет назад, а всего геомагнитных инверсий в истории Земли было более 400. Некоторые ученые полагают, что с учетом наблюдающегося ускорения движения магнитных полюсов следующей инверсии полюсов следует ожидать в ближайшие пару тысяч лет.

К счастью, в нашем веке смены полюсов пока не ожидается. А значит, можно думать о приятном и наслаждаться жизнью в старом добром постоянном поле Земли, рассмотрев основные свойства и характеристики магнитного поля. А чтобы Вы могли это делать, существуют наши авторы, которым можно с уверенностью в успехе поручить часть учебных хлопот! и другие типы работ вы можете заказать по ссылке.

Каталог заданий.
Задания Д13. Магнитное поле. Электромагнитная индукция

Сортировка Основная Сначала простые Сначала сложные По популярности Сначала новые Сначала старые
Пройти тестирование по этим заданиям
Вернуться к каталогу заданий
Версия для печати и копирования в MS Word

По лёгкой проводящей рамке, расположенной между полюсами подковообразного магнита, пропустили электрический ток, направление которого указано на рисунке стрелками.

Решение.

Магнитное поле будет направлено от северного полюса магнита к южному (перпендикулярно стороне АБ рамки). На стороны рамки с током действует сила Ампера, направление которой определяется по правилу левой руки, а величина равна где — сила тока в рамке, — величина магнитной индукции поля магнита, — длина соответствующей стороны рамки, — синус угла между вектором магнитной индукции и направлением тока. Таким образом, на АБ сторону рамки и сторону параллельную ей будут действовать силы, равные по величине, но противоположные по направлению: на левую сторону «от нас», а на правую «на нас». На остальные стороны силы действовать не будут, поскольку ток в них течет параллельно силовым линиям поля. Таким образом рамка начнёт вращаться по часовой стрелке, если смотреть сверху.

По мере поворота направление силы будет меняться и в тот момент, когда рамка повернётся на 90° вращающий момент сменит направление, таким образом, рамка не будет проворачиваться дальше. Некоторое время рамка будет колебаться в таком положении, а затем окажется в положении, указанном на рисунке 4.

Ответ: 4

Источник: ГИА по физике. Основная волна. Вариант 1313.

По катушке идёт электрический ток, направление которого показано на рисунке. При этом на концах железного сердечника катушки

1) образуются магнитные полюса: на конце 1 — северный полюс; на конце 2 — южный

2) образуются магнитные полюса: на конце 1 — южный полюс; на конце 2 — северный

3) скапливаются электрические заряды: на конце 1 — отрицательный заряд; на конце 2 — положительный

4) скапливаются электрические заряды: на конце 1 — положительный заряд; на конце 2 — отрицательны

Решение.

При движении заряженных частиц всегда возникает магнитное поле. Воспользуемся правилом правой руки для определения направления вектора магнитной индукции: направим пальцы по линии тока, тогда отогнутый большой палец укажет направление вектора магнитной индукции. Таким образом, линии магнитной индукции направлены из конца 1 к концу 2. Линии магнитного поля входят в южный магнитный полюс и выходят из северного.

Правильный ответ указан под номером 2.

Примечание.

Внутри магнита (катушки) линии магнитного поля идут от южного полюса к северному.

Ответ: 2

Источник: ГИА по физике. Основная волна. Вариант 1326., ОГЭ-2019. Основная волна. Вариант 54416

На рисунке представлена картина линий магнитного поля от двух полосовых магнитов, полученная с помощью железных опилок. Каким полюсам полосовых магнитов, судя по расположению магнитной стрелки, соответствуют области 1 и 2?

1) 1 — северному полюсу; 2 — южному

2) 1 — южному; 2 — северному полюсу

3) и 1, и 2 — северному полюсу

4) и 1, и 2 — южному полюсу

Решение.

Поскольку магнитные линии замкнуты, полюса не могут быть одновременно южными или северными. Буква N (North) обозначает северный полюс, S (South) — южный. Северный полюс притягивается к южному. Следовательно, область 1 — южный полюс, область 2 — северный полюс.

На данном уроке, тема которого: «Магнитное поле постоянного электрического тока», мы узнаем, что такое магнит, как он взаимодействует с другими магнитами, запишем определения магнитного поля и вектора магнитной индукции, а также воспользуемся правилом буравчика для определения направления вектора магнитной индукции.

Каждый из вас держал в руках магнит и знает его удивительное свойство: он на расстоянии взаимодействует с другим магнитом или с куском железа. Что есть такого в магните, что придает ему эти удивительные свойства? Можно ли самому сделать магнит? Можно, и что для этого нужно — вы узнаете из нашего урока. Забежим наперед: если взять простой железный гвоздь, он не будет обладать магнитными свойствами, но, если обмотать его проволокой и подключить ее к батарейке, мы получим магнит (см. рис. 1).

Рис. 1. Гвоздь, обмотанный проволокой и подключенный к батарейке

Оказывается, чтобы получить магнит, нужен электрический ток — движение электрического заряда. С движением электрического заряда связаны и свойства постоянных магнитов, таких как магнитики на холодильнике. Некого магнитного заряда, подобно электрическому, в природе не существует. Он и не нужен, достаточно движущихся электрических зарядов.

Прежде чем исследовать магнитное поле постоянного электрического тока, нужно договориться, как количественно описывать магнитное поле. Для количественного описания магнитных явлений необходимо ввести силовую характеристику магнитного поля. Векторная величина, количественно характеризующая магнитное поле, называется магнитной индукцией. Обозначается она обычно большой латинской буквой B, измеряется в тесла.

Магнитная индукции — векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля в данной точке пространства. Направление магнитного поля определяется по аналогии с моделью электростатики, в которой поле характеризуется действием на пробный покоящийся заряд. Только здесь в качестве «пробного элемента» используется магнитная стрелка (продолговатый постоянный магнит). Такую стрелку вы видели в компасе. За направление магнитного поля в какой-либо точке принято направление, которое укажет северный полюс N магнитной стрелки после переориентации (см. рис. 2).

Полную и наглядную картину магнитного поля можно получить, если построить так называемые силовые линии магнитного поля (см. рис. 3).

Рис. 3. Силовые линии магнитного поля постоянного магнита

Это линии, показывающие направление вектора магнитной индукции (то есть направления полюса N магнитной стрелки) в каждой точке пространства. С помощью магнитной стрелки, таким образом, можно получить картину силовых линии различных магнитных полей. Вот, например, картина силовых линий магнитного поля постоянного магнита (см. рис. 4).

Рис. 4. Силовые линии магнитного поля постоянного магнита

Магнитное поле существует в каждой точке, но линии мы изображаем на некотором расстоянии друг от друга. Это просто способ изображения магнитного поля, аналогично мы поступали с напряженностью электрического поля (см. рис. 5).

Рис. 5. Линии напряженности электрического поля

Чем более плотно нарисованы линии — тем больше модуль магнитной индукции в данной области пространства. Как видите (см. рис. 4), силовые линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный полюс. Внутри магнита силовые линии поля также продолжаются. В отличие от силовых линий электрического поля, которые начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных, силовые линии магнитного поля замкнутые (см. рис. 6).

Рис. 6. Силовые линии магнитного поля замкнуты

Поле, силовые линии которого замкнуты, называется вихревым векторным полем. Электростатическое поле не является вихревым, оно потенциальное. Принципиальное различие вихревых и потенциальных полей в том, что работа потенциального поля на любом замкнутом пути равна нулю, для вихревого поля это не так. Земля тоже является огромным магнитом, она обладает магнитным полем, которое мы обнаруживаем с помощью стрелки компаса. Подробнее о магнитном поле Земли рассказано в ответвлении.

Наша планета Земля является большим магнитом, полюса которого находятся неподалеку от пересечения поверхности с осью вращения. Географически это Южный и Северный полюса. Именно поэтому стрелка в компасе, которая тоже является магнитом, взаимодействует с Землей. Она ориентируется таким образом, что один конец указывает на Северный полюс, а другой — на Южный (см. рис. 7).

Рис.7. Стрелка в компасе взаимодействует с Землей

Тот, который указывает на Северный полюс Земли, обозначили N, что означает North — в переводе с английского «Север». А тот, который указывает на Южный полюс Земли — S, что означает South — в переводе с английского «Юг». Так как притягиваются разноименные полюса магнитов, то северный полюс стрелки указывает на Южный магнитный полюс Земли (см. рис. 8).

Рис. 8. Взаимодействие компаса и магнитных полюсов Земли

Получается, что Южный магнитный полюс находится у Северного географического. И наоборот, Северный магнитный находится у Южного географического полюса Земли.

Теперь, познакомившись с моделью магнитного поля, исследуем поле проводника с постоянным током. Еще в XIX веке датский ученый Эрстед обнаружил, что магнитная стрелка взаимодействует с проводником, по которому течет электрический ток (см. рис. 9).

Рис. 9. Взаимодействие магнитной стрелки с проводником

Практика показывает, что в магнитном поле прямолинейного проводника с током магнитная стрелка в каждой точке будет устанавливаться по касательной к некоторой окружности. Плоскость этой окружности перпендикулярна проводнику с током, а ее центр лежит на оси проводника (см. рис. 10).

Рис. 10. Расположение магнитной стрелки в магнитном поле прямого проводника

Если изменить направление протекания тока по проводнику, то магнитная стрелка в каждой точке развернется в противоположную сторону (см. рис. 11).

Рис. 11. При изменении направления протекания электрического тока

То есть направление магнитного поля зависит от направления протекания тока по проводнику. Описать эту зависимость можно при помощи простого экспериментально установленного метода — правила буравчика:

если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения его ручки совпадает с направлением магнитного поля, создаваемого этим проводником (см. рис. 12).

Итак, магнитное поле проводника с током направлено в каждой точке по касательной к окружности, лежащей в плоскости, перпендикулярной проводнику. Центр окружности совпадает с осью проводника. Направление вектора магнитного поля в каждой точке связано с направлением тока в проводнике правилом буравчика. Опытным путем, при изменении силы тока и расстояния от проводника, установлено, что модуль вектора магнитной индукции пропорционален току и обратно пропорционален расстоянию от проводника . Модуль вектора магнитной индукции поля, создаваемого бесконечным проводником с током, равен:

где — коэффициент пропорциональности, который нередко встречается в магнетизме. Называется магнитной проницаемостью вакуума. Численно равен:

Для магнитных полей, как и для электрических, справедлив принцип суперпозиции. Магнитные поля, создаваемые разными источниками в одной точке пространства, складываются (см. рис. 13).

Рис. 13. Магнитные поля разных источников складываются

Суммарная силовая характеристика такого поля будет векторной суммой силовых характеристик полей каждого из источников. Величину магнитной индукции поля, создаваемого током в определенной точке, можно увеличить, если согнуть проводник в окружность. Это будет понятно, если рассмотреть магнитные поля небольших сегментов такого витка провода в точке, находящейся внутри этого витка. Например, в центре.

Сегмент, обозначенный , по правилу буравчика создает в ней поле, направленное вверх (см. рис. 14).

Рис. 14. Магнитное поле сегментов

Сегмент аналогично создает в этой точке магнитное поле, направленное туда же. Аналогично и для других сегментов. Тогда суммарная силовая характеристика (то есть вектор магнитной индукции B) в этой точке будет суперпозицией силовых характеристик магнитных полей всех малых сегментов в этой и будет направлено вверх (см. рис. 15).

Рис. 15. Суммарная силовая характеристика в центре витка

Для произвольного витка, не обязательно в форме окружности, например для квадратной рамки (см. рис. 16), величина вектора внутри витка будет, естественно, зависеть от формы, размеров витка и силы тока в нем, но направление вектора магнитной индукции всегда будет определяться таким же способом (как суперпозиция полей, создаваемых малыми сегментами).

Рис. 16. Магнитное поле сегментов квадратной рамки

Мы подробно описали определение направления поля внутри витка, но в общем случае его можно находить гораздо проще, по немного измененному правилу буравчика:

если вращать рукоятку буравчика в том направлении, куда течет ток в витке, то острие буравчика укажет направление вектора магнитной индукции внутри витка (см. рис. 17).

То есть теперь вращение рукоятки соответствует направлению тока, а перемещение буравчика — направлению поля. А не наоборот, как было в случае с прямым проводником. Если длинный проводник, по которому течет ток, свернуть в пружину, то это устройство будет представлять из себя множество витков. Магнитные поля каждого витка катушки по принципу суперпозиции будут складываться. Таким образом, поле, создаваемое катушкой в некоторой точке, будет суммой полей, создаваемых каждым из витков в этой точке. Картину силовых линий поля такой катушки вы видите на рис. 18.

Рис. 18. Силовые линии катушки

Такое устройство называется катушкой, соленоидом или электромагнитом. Нетрудно заметить, что магнитные свойства катушки будут такими же, как у постоянного магнита (см. рис. 19).

Рис. 19. Магнитные свойства катушки и постоянного магнита

Одна сторона катушки (которая на рисунке сверху) играет роль северного полюса магнита, а другая сторона — южного полюса. Такое устройство широко применяется в технике, потому что им можно управлять: оно становится магнитом только при включении тока в катушке. Обратите внимание, что линии магнитного поля внутри катушки почти параллельны, их плотность велика. Поле внутри соленоида очень сильное и однородное. Поле снаружи катушки неоднородно, оно намного слабее поля внутри и направлено в противоположную сторону. Направление магнитного поля внутри катушки определяется по правилу буравчика как для поля внутри одного витка. За направление вращения рукоятки мы принимаем направление тока, который течет по катушке, а перемещение буравчика указывает направление магнитного поля внутри нее (см. рис. 20).

Рис. 20. Правило буравчика для катушки

Если поместить виток с током в магнитное поле, он будет переориентироваться, подобно магнитной стрелке. Момент силы, вызывающий поворот, связан c модулем вектора магнитной индукции в данной точке, площадью витка и силой тока в нем следующим соотношением:

Теперь нам становится понятно, откуда берутся магнитные свойства постоянного магнита: электрон, движущийся в атоме по замкнутой траектории, подобен витку с током, и, как и виток, он обладает магнитным полем. А, как мы увидели на примере катушки, множество витков с током, упорядоченных определенным образом, обладают сильным магнитным полем.

Поле, создаваемое постоянными магнитами, — результат движения зарядов внутри них. И эти заряды — электроны в атомах (см. рис. 21).

Рис. 21. Движение электронов в атомах

Объясним механизм его возникновения на качественном уровне. Как известно, электроны в атоме находятся в движении. Так вот, каждый электрон, в каждом атоме создает свое магнитное поле, таким образом, получается огромное количество магнитов размером с атом. У большинства веществ эти магниты и их магнитные поля ориентированы хаотично. Поэтому суммарное магнитное поле, создаваемое телом, равно нулю. Но есть вещества, у которых магнитные поля, создаваемые отдельными электронами, ориентированы одинаково (см. рис. 22).

Рис. 22. Магнитные поля ориентированы одинаково

Поэтому магнитные поля, создаваемые каждым электроном, складываются. В итоге тело из такого вещества обладает магнитным полем и является постоянным магнитом. Во внешнем магнитном поле отдельные атомы или группы атомов, обладающие, как мы выяснили, собственным магнитным полем, поворачиваются как стрелка компаса (см. рис. 23).

Рис. 23. Поворачивание атомов во внешнем магнитном поле

Если они до этого не были ориентированы в одну сторону и не образовывали сильное суммарное магнитное поле, то после упорядочивания элементарных магнитов их магнитные поля сложатся. И если после действия внешнего поля упорядоченность сохранится, вещество останется магнитом. Описанный процесс называется намагничиванием.

Обозначьте полюса источника тока, питающего соленоид при указанном на рис. 24 взаимодействии. Порассуждаем: соленоид, в котором течет постоянный ток, ведет себя подобно магниту.

Рис. 24. Источник тока

По рис. 24 видно, что магнитная стрелка ориентирована южным полюсом в сторону соленоида. Одноименные полюса магнитов отталкиваются друг от друга, а разноименные притягиваются. Отсюда следует, что левый полюс самого соленоида — северный (см. рис. 25).

Рис. 25. Левый полюс соленоида северный

Линии магнитной индукции выходят из северного полюса и входят в южный. Значит, поле внутри соленоида направлено влево (см. рис. 26).

Рис. 26. Поле внутри соленоида направлено влево

Ну а направление поля внутри соленоида определяется по правилу буравчика. Мы знаем, что поле направлено влево — значит, представим, что буравчик вкручивается в этом направлении. Тогда его рукоятка будет указывать направление тока в соленоиде — справа налево (см. рис. 27).

Направление тока определяется направлением перемещения положительного заряда. А положительный заряд перемещается от точки с большим потенциалом (положительный полюс источника) в точку с меньшим (отрицательный полюс источника). Следовательно, полюс источника, расположенный справа, — положительный, а слева — отрицательный (см. рис. 28).

Рис. 28. Определение полюсов источника

Задача 2

Рамка площадью 400 помещена в однородное магнитное поле индукцией 0,1 Тл так, что нормаль рамки перпендикулярна линиям индукции. При какой силе тока на рамку будет действовать вращающий момент 20 (см. рис. 29)?

Рис. 29. Рисунок к задаче 2

Порассуждаем: момент силы, вызывающий поворот, связан c модулем вектора магнитной индукции в данной точке, площадью витка и силой тока в нем следующим соотношением:

В нашем случае все необходимые данные имеются. Остается выразить искомую силу тока и рассчитать ответ:

Задача решена.

Список литературы

  1. Соколович Ю.А., Богданова Г.С. Физика: Справочник с примерами решения задач. — 2-е издание передел. — X.: Веста: Издательство «Ранок», 2005. — 464 с.
  2. Мякишев Г.Я. Физика: Учеб. для 11 кл. общеобразоват. учреждений. — М.: Просвещение, 2010.
  1. Интернет портал «Гипермаркет знаний» ()
  2. Интернет портал «Единая коллекция ЦОР» ()

Домашнее задание

Все формулы взяты в строгом соответствии с Федеральным институтом педагогических измерений (ФИПИ)

3.3 МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

3.3.1 Механическое взаимодействие магнитов

Около электрического заряда образуется своеобразная форма материи — электрическое поле. Вокруг магнита существует подобная форма материи, но имеет другую природу происхождения (ведь руда электрически нейтральна), ее называют магнитным полем. Для изучения магнитного поля используют прямой или подковообразный магниты. Определенные места магнита обладают наибольшим притягивающим действием, их называют полюсами (северный и южный). Разноименные магнитные полюса притягиваются, а одноименные — отталкиваются.

Магнитное поле. Вектор магнитной индукции

Для силовой характеристики магнитного поля используют вектор индукции магнитного поля B. Магнитное поле графически изображают при помощи силовых линий (линии магнитной индукции). Линии являются замкнутыми, не имеют ни начала, ни конца. Место, из которого выходят магнитные линии — северный полюс (North), входят магнитные линии в южный полюс (South).

Магнитная индукция B [Тл] — векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля.

Принцип суперпозиции магнитных полей — если магнитное поле в данной точке пространства создается несколькими источниками поля, то магнитная индукция — векторная сумма индукций каждого из полей в отдельности:

Линии магнитного поля. Картина линий поля полосового и подковообразного постоянных магнитов

3.3.2 Опыт Эрстеда. Магнитное поле проводника с током. Картина линий поля длинного прямого проводника и замкнутого кольцевого проводника, катушки с током

Магнитное поле существует не только вокруг магнита, но и любого проводника с током. Опыт Эрстеда демонстрирует действие электрического тока на магнит. Если прямой проводник, по которому идёт ток, пропустить через отверстие в листе картона, на котором рассыпаны мелкие железные или стальные опилки, то они образуют концентрические окружности, центр которых располагается на оси проводника. Эти окружности представляют собой силовые линии магнитного поля проводника с током.

3.3.3 Сила Ампера, её направление и величина:

Сила Ампера — сила, действующая на проводник с током в магнитном поле. Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки: если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная составляющая вектора магнитной индукции В входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление силы, действующей на отрезок проводника с током, то есть силы Ампера.

где I — сила тока в проводнике;

B

L — длина проводника, находящегося в магнитном поле;

α — угол между вектором магнитного поля и направлением тока в проводнике.

3.3.4 Сила Лоренца, её направление и величина:

Так как электрический ток представляет собой упорядоченное движение зарядов, то действие магнитного поля на проводник с током есть результат его действия на отдельные движущиеся заряды. Силу, действующую со стороны магнитного поля на движущиеся в нем заряды, называют силой Лоренца. Сила Лоренца определяется соотношением:

где q — величина движущегося заряда;

V — модуль его скорости;

B — модуль вектора индукции магнитного поля;

α — угол между вектором скорости заряда и вектором магнитной индукции.

Обратите внимание, что сила Лоренца перпендикулярна скорости и поэтому она не совершает работы, не изменяет модуль скорости заряда и его кинетической энергии. Но направление скорости изменяется непрерывно.

Сила Лоренца перпендикулярна векторам В и v , и её направление определяется с помощью того же правила левой руки, что и направление силы Ампера: если левую руку расположить так, чтобы составляющая магнитной индукции В , перпендикулярная скорости заряда, входила в ладонь, а четыре пальца были направлены по движению положительного заряда (против движения отрицательного, например электрона), то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление действующей на заряд силы Лоренца .

Движение заряженной частицы в однородном магнитном поле

При движении заряженной частицы в магнитном поле сила Лоренца работы не совершает. Поэтому модуль вектора скорости при движении частицы не изменяется. Если заряженная частица движется в однородном магнитном поле под действием силы Лоренца, а ее скорость лежит в плоскости, перпендикулярной вектору то частица будет двигаться по окружности радиуса R.

«Определение магнитного поля» — По данным, полученным в ходе экспериментов, заполним таблицу. Ж. Верн. Когда мы подносим к магнитной стрелке магнит, она поворачивается. Графическое изображение магнитных полей. Ханс Кристиан Эрстед. Электрическое поле. Магнит имеет два полюса: северный и южный. Этап обобщения и систематизации знаний.

«Магнитное поле и его графическое изображение» — Неоднородное магнитное поле. Катушки с током. Магнитные линии. Гипотеза Ампера. Внутри полосового магнита. Разноименные магнитные полюса. Полярное сияние. Магнитное поле постоянного магнита. Магнитное поле. Земное магнитное поле. Магнитные полюсы. Биометрология. Концентрические окружности. Однородное магнитное поле.

«Энергия магнитного поля» — Скалярная величина. Расчёт индуктивности. Постоянные магнитные поля. Время релаксации. Определение индуктивности. Энергия катушки. Экстратоки в цепи с индуктивностью. Переходные процессы. Плотность энергии. Электродинамика. Колебательный контур. Импульсное магнитное поле. Самоиндукция. Плотность энергии магнитного поля.

«Характеристики магнитного поля» — Линии магнитной индукции. Правило Буравчика. Поворачиваются вдоль силовых линий. Компьютерная модель магнитного поля Земли. Магнитная постоянная. Магнитная индукция. Число носителей заряда. Три способа задать вектор магнитной индукции. Магнитное поле электрического тока. Ученый-физик Уильям Гильберт.

«Свойства магнитного поля» — Вид вещества. Магнитная индукция магнитного поля. Магнитная индукция. Постоянный магнит. Некоторые значения магнитной индукции. Магнитная стрелка. Громкоговоритель. Модуль вектора магнитной индукции. Линии магнитной индукции всегда замкнуты. Взаимодействие токов. Вращающий момент. Магнитные свойства вещества.

«Движение частиц в магнитном поле» — Спектрограф. Проявление действия силы Лоренца. Сила Лоренца. Циклотрон. Определение величины силы Лоренца. Контрольные вопросы. Направления силы Лоренца. Межзвёздное вещество. Задача эксперимента. Изменение параметров. Магнитное поле. Масс-спектрограф. Движение частиц в магнитном поле. Электронно-лучевая трубка.

Всего в теме 20 презентаций

«Вояджеры» добрались до границы магнитного поля Солнца

  • Джонатан Эймос
  • Би-би-си

Автор фото, NASA

Подпись к фото,

Размеры Солнечной системы до сих пор остаются неустановленными.

Американские космические зонды серии «Вояджер» обнаружили необычную структуру магнитного поля Солнечной системы на ее дальней границе.

Эти аппараты, запущенные в 1977 году, приближаются к самому краю магнитосферы Солнечной системы. Они являются самыми отдаленными искусственными космическими объектами, созданными человечеством. В настоящее время они находятся на расстоянии 14 млрд км от Земли. Самое удивительное то, что они до сих пор находятся на связи с центром управления НАСА.

Посылаемая ими информация помогает ученым понять, что происходит в той зоне, где магнитное поле Солнечной системы взаимодействует с межзвездным пространством. Эта зона называется гелиосферной мантией.

Компьютерные модели, основанные на данных, полученных с обоих аппаратов «Вояджер», указывают, что магнитосфера в этой зоне напоминает пену в кружке пива, а каждый пузырь в ней имеет диаметр около 150 млн км.

По словам профессора Юджина Паркера из университета Чикаго, линии магнитного поля, создаваемого Солнцем, в этой зоне складываются и перекрещиваются, в результате чего создается пенистая структура, которая взаимодействует с космическим излучением от далеких звезд и галактик.

Неожиданный результат

Исследователи признаются, что не ожидали увидеть ничего подобного — дальние окрестности Солнечной системы представлялись им гораздо более спокойным местом, где линии магнитного поля Солнца замыкаются на себя.

«Эти результаты интересны тем, что нам придется теперь изменить наши представления о том, как Солнце взаимодействует с заряженными частицами, магнитными полями и газами, источниками которых являются другие звезды», — говорит Арик Познер, один из сотрудников программы «Вояджер» в НАСА.

Автор фото, NASA

Подпись к фото,

В Лаборатории реактивного движения в Пасадене установлена рабочая копия аппарата «Вояджер»

Открытие в очередной раз продемонстрировало способности аппаратов «Вояджер», которые поставляют научную информацию, представляющую огромный интерес для ученых через тридцать с лишним лет после запуска.

«Вояджер-1» был выведен на орбиту 5 сентября 1977 года, а его копия аппарат «Вояджер-2» — 20 августа 1978 года.

Первоначальной целью этой программы НАСА было исследование газовых гигантов — планет Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Эта задача была выполнена к 1989 году.

Затем оба зонда были переведены на траекторию, которая должна в конечном итоге вывести их за пределы Солнечной системы, в общем направлении к центру нашей галактики — Млечного пути.

Энергия есть

Научные приборы обоих аппаратов до сих пор функционируют очень хорошо, а радиоизотопный источник энергии, работающий на плутонии, исправно снабжает их энергией. Правда, сигнал, посланный с борта аппарата, доходит до Земли, в случае «Вояджера-1» — за 16 часов, и это время постоянно увеличивается.

Основной задачей этих космических зондов сейчас является определение границ гелиосферы — то есть той зоны, в которой ощутимо воздействие центральной звезды, то есть Солнца.

Наша звезда излучает огромный объем заряженных частиц. Этот солнечный ветер, как называют его астрофизики, гонимый магнитным полем с его силовыми линиями, устремляется на огромной скорости к границам Солнечной системы, где сталкивается с гораздо более слабым межзвездным магнитным полем.

Именно в этой пограничной зоне, называемой также гелиопаузой, находятся сейчас аппараты «Вояджер».

Никто пока не знает точно, где заканчивается Солнечная система, однако ученые полагают, что уже в ближайшие три-четыре года космические зонды «Вояджер» выйдут за ее пределы.

Какие взаимодействия называют магнитными? Какие силы называются магнитными? Как взаимодействуют между собой полюсы магнитов?

1 1. Какие взаимодействия называют магнитными? Какие силы называются магнитными? Как взаимодействуют между собой полюсы магнитов? Взаимодействие движущихся зарядов называется магнитным. Магнитные силы — это силы, с которыми проводники с током действуют друг на друга. Как взаимодействуют между собой полюсы магнитов: они либо притягивают, либо отталкивают друг друга в зависимости от взаимного расположения их полюсов, причем это взаимодействие осуществляется без непосредственного соприкосновения магнитов друг с другом. 2. Чем обусловлено существование магнитного поля? Какими приспособлениями пользуются для исследования свойств магнитного поля? Магнитное поле создается только движущимися зарядами.???какими приспособлениями пользуются для исследования свойств магнитного поля 3. Как графически может быть изображено магнитное поле? Что называют линиями магнитной индукции? Как можно сделать линии магнитной индукции «видимыми»? Для графического изображения магнитных полей используются линии магнитной индукции. Линия магнитной индукции это линия, в каждой точке которой вектор магнитной индукции направлен по касательной к ней. Линии магнитной индукции — линии, касательные к которым направлены также как и вектор магнитной индукции в данной точке поля. Магнитные поля, так же как и электрические, можно изображать графически при помощи линий магнитной индукции. Наглядную картину магнитного поля можно получить, если построить так называемые линии магнитной индукции. Линиями магнитной индукции называют линии, касательные к которым в любой их точке совподают с вектором в данной точке поля (рис. 1.10). Линии вектора магнитной индукции аналогичны линиям вектора напряженности электростатического поля.

2 Для магнитного поля прямолинейного проводника с током из приведенных ранее опытов следует, что линии магнитной индукции концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной этому проводнику с током (см. рис. 1.9). Центр окружностей находится на оси проводника. Стрелки на линиях указывают, в какую сторону направлен вектор магнитной индукции, касательный к данной линии. 4. Как можно размагнитить магнит? Три способа размагнитить постоянный магнит: 1) Нагреть его до температуры Кюри и потом охладить в отсутствии внешних магнитных полей. 2) Поместить его в переменное магнитное поле убывающей амплитуды с частотой 50Гц. 3) Облучить магнит сильным ультразвуком. (Или просто бить по нему молотком сильно и долго, но полного размагничивания так можно не достигнуть. ) 5. О чем свидетельствует опят Эрстеда? Опыт Эрстеда свидетельствует о существовании вокруг проводника с током магнитного поля. 6. Как взаимодействуют проводники с токами одного (противоположного) направления? Как осуществляется это взаимодействие? Если близко один к другому расположены проводники с токами одного направления, то магнитные линии этих проводников, охватывающие оба проводника, обладая свойством продольного натяжения и стремясь сократиться, будут заставлять проводники притягиваться (рис. 90, а). Магнитные линии двух проводников с токами разных направлений в пространстве между проводниками направлены в одну сторону. Магнитные линии, имеющие одинаковое направление, будут взаимно отталкиваться. Поэтому проводники с токами противоположного направления отталкиваются один от другого (рис. 90, б).

3 7. Какое действие оказывает магнитное поле на помещенную в него рамку с током? Магнитную стрелку? Проведем опыт. Подключим к источнику тока проволочную рамку прямоугольной формы (рис. 69). Поместив слева и справа от нее магниты, замкнем цепь. Мы увидим, что рамка повернется. Это означает, чтомагнитное поле оказывает на рамку с током вращающее действие. Вращение рамки с током в магнитном поле объясняется действием на нее сил Ампера. Эти силы действуют как на левую, так и на правую сторону рамки, но в противоположных направлениях. Под действием этих сил и происходит вращение. Магнитная стрелка в МП повернется так, что из Севера будут выходить линии магнитной индукции. 8. Как устанавливается в магнитном поле рамка с током? Почему провода, подводящие ток к рамке, служащей индикатором магнитного поля, располагаются близко друг от друга или сплетаются вместе? Какие должны быть размеры этой рамки? Провода, проводящие ток к рамке, служащей индикатором магнитного поля, располагаются близко друг к другу или сплетаются вместе для того, чтобы результирующая со стороны магнитного поля на эти проводники, была равна нулю. Рамка с током в магнитном поле должна быть намного меньше размером, чем расстояние до токов, образующих магнитное поле. 9. Что называют положительной нормалью к плоскости рамки с током? В качестве положительного направления нормали принимается направление, связанное с током правилом правого винта (буравчика): головку винта проворачивают по направлению тока в контуре, поступательное движение острия винта указывает направление положительной нормали. 10. Какова картина линий магнитной индукции прямого тока? катушки с током? Как определяют их направление? От чего зависит модуль магнитной индукции?

4 Картина линий магнитного поля кругового витка с током: Линии магнитной индукции полей постоянного магнита и катушки с током. Индикаторные магнитные стрелки ориентируются по направлению касательных к линиям индукции: Определение направления линий магнитной индукции: Правило буравчика: «Если направление поступательного движения буравчика (винта) совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением вектора магнитной индукции». Определяет направление индукционного тока в проводнике, движущемся в магнитном поле Правило правой руки: «Если ладонь правой руки расположить так, чтобы в нее входили силовые линии магнитного поля, а отогнутый большой палец направить по движению проводника, то 4 вытянутых пальца укажут направление индукционного тока». Для соленоида оно формулируется так: «Если обхватить соленоид ладонью правой руки так, чтобы четыре пальца были направлены вдоль тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида». Магнитная индукция не зависит ни от силы тока, ни от длины проводника, она зависит только от магнитного поля. То есть, если мы, например, уменьшим силу тока в проводнике, не меняя больше ничего, то уменьшится не индукция, с которой сила тока связана прямо пропорционально, а сила воздействия магнитного поля на проводник. Величина же индукции останется постоянной. В связи с этим индукцию можно считать количественной характеристикой магнитного поля. 11. Какой характер имеет магнитное поле внутри и вне катушки с током? Как определяют полюсы такой катушки? Как влияет железный сердечник, вставленный в катушку с током, на магнитное поле, создаваемое катушкой?

5 Катушка вообще не выпускает поле наружу: вне катушки магнитное поле отсутствует. Внутри такой катушки поле всюду является однородным. Полярность конца катушки электромагнита можно определить, как и полярность постоянного магнита, при помощи магнитной стрелки. К северному полюсу она поворачивается южным концом. Железный сердечник, введенный внутрь катушки с током усиливает магнитное поле катушки. 12. В чем состоит принцип суперпозиции магнитных полей? Принцип суперпозиции магнитных полей: если магнитное поле создано несколькими проводниками с токами, то вектор магнитной индукции в какой-либо точке этого поля равен векторной сумме магнитных индукций, созданных в этой точке каждым током в отдельности:. 13. Как определяют направление силы, действующий на прямолинейный проводник с током в магнитном поле? От чего зависит модуль этой силы? Направление механической силы, действующей на помещенный в магнитное поле проводник с током, определяет правило левой руки: если расположить ладонь левой руки так, чтобы силовые линии магнитного поля входили в нее, а вытянутые пальцы указывали направление тока, то отставленный большой палец укажет направление силы, действующей на проводник. Модуль силы Лоренса зависит от направления тока в проводнике находящемся в магнитном поле и конечно же от вектора самого магнитного поля. меняя один из этих параметров на 180 градусов соответственно будет меняться на 180 градусов вектор силы Лоренса. 14. Есть ли различие между взаимодействиями двух электронных пучков и двух параллельных проводников с токами, проходящими в одном направлении? Два параллельных электронных пучка отталкиваются. Здесь электрическое взаимодействие. Электрон -отрицательная частица. Одноименно заряженные частицы взаимно отталкиваются. Оба электронных пучка это поток движущися отрицательных электронов. Два параллельных проводника, по которым текут токи в одном направлении, притягиваются. Здесь магнитное взаимодействие. Элетрический ток- это направленный поток движужихся заряженных частиц. Вокруг проводника с током существует магнитное поле. Магнитное поле первого проводника действует с силой Ампера на второй проводник с током, магнитное поле второго проводника действет с силой Ампера на первый проводник с током. Направление силы Ампера определяют по правилу «Левой руки».

6 15. Какое явление лежит в основе устройства электроизмерительного прибора магнитоэлектрической системы? Электроизмерительные приборы каких систем вы знаете? В магнитоэлектрическом приборе используется явление взаимодействия магнитного поля постоянного магнита и проводника, по которому проходит ток. ??? электроизмерительные приборы каких систем вы знаете 16. Какую силу называют силой Лоренца? От чего зависит ее направление и по какому правилу ее определяют? Сила Лоренца сила, с которой электромагнитное поле согласно классической электродинамике действует на точечную заряженную частицу. Иногда силой Лоренца называют силу, действующую на движущийся со скоростью заряд лишь со стороны магнитного поля, нередко же полную силу со стороны электромагнитного поля вообще, иначе говоря, со стороны электрического и магнитного полей. Направление силы Лоренца можно определить по правилу левой рука: «если левую руку расположить так, чтобы составляющая вектора магнитной индукции B, перпендикулярная скорости заряда, входила в ладонь, а четыре пальца были направлены по движению положительного заряда (против движения отрицательного), то отогнутый на 90 большой палец покажет направление действующей на заряд силы Лоренца. 17. Чему равна работа, совершаемая силой Лоренца? Изменяется ли кинетическая энергия заряженной частицы, движущейся в магнитном поле? Работа силы Лоренца будет равна нулю, поскольку векторы силы и скорости всегда ортогональны. Поскольку магнитная сила всегда направлена перпендикулярно к скорости заряженной частицы, она работы над частицей не совершает. Следовательно, действуя на заряженную частицу постоянным магнитным полем, изменить её энергию нельзя. Кинетическая энергия заряженной частицы, движущейся в магнитном поле остается неизменной. 18. По каким траекториям может двигаться заряженная частица в магнитном поле? Заряженная частица в магнитном поле может двигаться по спирали параметры которой зависят от заряда скорости частицы угла между вектором входа заряда и вектором магнитного поля а также величиной напряжённости магнитного поля. 19. Какой факт свидетельствует о существовании магнитного поля Земли? Где находятся магнитные полюсы Земли? Известно, что магнитная стрелка, подвешенная на нити (или укрепленная на острие), устанавливается в каждой точке вблизи земной поверхности определенным образом. Этот факт свидетельствует о том, что вокруг Земли существует магнитное поле

7 После открытия Америки, уже в XIX веке, исследователи земного магнетизма установили, что на севере Гудзонова залива, в точке, находящейся приблизительно на 73 северной широты и 96 западной долготы, северный полюс иглы для грубых определений наклонения оказался направлен точно вниз, указывая, что северный магнитный полюс Земли находится непосредственно в этой точке. Южный магнитный полюс Земли находится в Антарктиде на 72 южной широты и 155 восточной долготы. Через точки, расположенные на половине расстояния между магнитными полюсами, проходит магнитный экватор. Оба магнитных полюса связывает линия, опоясывающая глобус и называемая линией нулевого склонения, в точках которой концы стрелки компаса показывают на север и юг. Часть этой линии проходит в общем направлении с севера на юг через Канаду, США, пересекает западную границу штата Мичиган и выходит в Атлантический океан, на берегу штата Джорджиа. К востоку от этой линии компас показывает на северо-запад; к западу от нее стрелка компаса устанавливается в северо-восточном направлении. Угол, на который стрелка компаса отклоняется от направления на географический или истинный север и юг, называется магнитным склонением компаса, или вариацией. Если склонение происходит к западу от севера, оно называется западным склонением, если же к востоку от севера — то восточным склонением. 20. На чем основана возможность ориентации на местности с помощью компаса? В каком месте земного шара магнитная стрелка обоими концами показывает на юг? Ориентация на местности при помощи компаса основана на том, что магнитные линии выходят из северного полюса. Расположение северного магнитного полюса не совпадает с географическим северным полюсом. Примерно с начала XVII века полюс располагается под паковыми льдами в границах нынешней канадской Арктики. Это приводит к тому, что стрелка компаса показывает на север не точно, а лишь приблизительно. Каждый день полюс движется по эллиптической траектории, и, кроме того, смещается в северном и северо-западном направлении со скоростью около 10 км в год, поэтому любые его координаты являются временными и неточными. Противоположностью северного магнитного полюса является южный магнитный полюс, который расположен в Антарктике. Если провести условную линию от одного полюса до другого, то она не пройдёт точно через центр Земли. Это связано с тем, что магнитное поле Земли не совсем симметрично. Традиционно, конец магнита, указывающий направление на север называется северным полюсом магнита, а противоположный конец южным. Известно, что одинаковые полюса отталкиваются, а не притягиваются. Из этого следует, что северный магнитный полюс на самом деле физически является

8 южным. Вот — где стрелка компаса обоими концами показывает на юг 21) В чем основное различие в действиях электрического и магнитного полей на заряженную частицу. Электрическое поле действует на неподвижные заряженные частицы Магнитное поле на движущиеся (на проводники, постоянные магниты)

9 22) Зависит ли период обращения заряженной частицы по окружности в магнитном поле от скорости частицы, от радиуса окружности? Где это используется? В случае, если заряженная частица движется в магнитном поле со скоростью v, которая перпендикулярна вектору В, то сила ЛоренцаF=Q[vB] постоянна по модулю и перпендикулярна к траектории частицы. По второму закону Ньютона, сила Лоренца создает центростремительное ускорение. Значит, что частица будет двигаться по окружности, радиус r которой находится из условия QvB=mv 2 /r, следовательно (1) Период вращения частицы, т. е. время Т, за которое она совершает один полный оборот, Подствавив (1), получим т. е. период вращения частицы в однородном магнитном поле задается только величиной, которая обратна удельному заряду (Q/m) частицы, и магнитной индукцией поля, но при этом не зависит от ее скорости (при v<<c). На этом соображении основано действие циклических ускорителей заряженных частиц(циклотрон, синхрофазатрон итд). 23) Как по движения заряженной частицы в магнитном поле можно определить ее удельный заряд. Принцип действия масс-спектрографа. Ионы образуются за счет ионизации молекул газа, происходящей в объеме, имеющем заметную протяженность. Возникая в разных местах этого объема, ионы проходят затем неодинаковую разность потенциалов, вследствие чего их скорости бывают различными. Таким образом, методы, которыми был определен удельный заряд электронов, к ионам неприменимы. В 1907 г. Томсоном был разработан «метод парабол», который позволил обойти отмеченное затруднение. В опыте Томсона тонкий пучок положительных ионов проходил через область, в которой на него одновременно воздействовали параллельные друг другу электрическое и магнитное поля (рис. 75.1). Оба поля были практически однородными и образовывали с первоначальным направлением пучка прямой угол. Они вызывали отклонения ионов: магнитное в направлении оси х, электрическое вдоль оси у. Согласно формулам (73.4) и (73.3) эти отклонения равны

10 где v скорость данного иона с удельным зарядом протяженность области, в которой поля действуют на пучок, h расстояние от границы этой области до фотопластинки, регистрировавшей попадавшие на нее ионы. Выражения (75.1) представляют собой координаты точки, в которую попадает на пластинку ион, имеющий данные значения удельного заряда и скорости v. Рис Рис Ионы с одинаковым удельным зарядом, но различными скоростями попадали в разные точки пластинки. Исключив из формул (75.1) скорость v, получим уравнение кривой, вдоль которой располагались следы ионов с одним и тем же значением Из (75.2) следует, что ионы с одинаковым удельным зарядом и различными v оставляли на пластинке след в виде параболы. Ионы с различными удельными зарядами располагались вдоль разных парабол. Зная параметры прибора (т. е. Е, В, l1,l2) и измеряя смещения х и у, можно было по формуле (75. 2) находить удельный заряд ионов, соответствующих каждой параболе.

11 При изменении направления одного из полей соответствующая координата изменяла знак на обратный, так что получались параболы, симметричные первоначальным. Деля пополам расстояние между аналогичными точками симметричных парабол, можно было находить х и у. След, оставляемый на пластинке пучком при выключенных полях, давал начало координат. На рис показаны первые параболы, полученные Томсоном. Произведя опыт с химически чистым неоном, Томсон обнаружил, что этот газ давал две параболы, соответствующие относительным атомным массам, равным 20 и 22. Этот результат послужил основанием для предположения о том, что существуют две химически неразличимые разновидности атомов неона (по современной терминологии два изотопа неона). Доказательство этого предположения было дано Астоном, усовершенствовавшим метод определения удельного заряда ионов. Прибор Астона, названный им масс-спектрографом, имел следующее устройство (рис. 75.3). Рис Пучок ионов, выделенный системой щелей, пропускался последовательно через электрическое и магнитное поля, направленные так, что они вызывали отклонения ионов в противоположные стороны. При прохождении электрического поля ионы с данным удельным зарядом отклонялись тем сильнее, чем с меньшей скоростью они двигались. Поэтому из электрического поля ионы выходили в виде расходящегося пучка. В магнитном поле траектории ионов также искривлялись тем сильнее, чем меньше была их скорость. Поскольку направления, в которых отклонялись ионы полями, были противоположны, после выхода из магнитного поля ионы образовывали пучок, сходящийся в одной точке. Ионы с другими значениями удельного заряда фокусировались в других точках (на рис показаны траектории ионов лишь для одного значения удельного заряда). Соответствующий расчет дает, что точки, в которых сходятся пучки, образованные ионами с различными удельными зарядами лежат приблизительно на одной прямой (на рисунке она показана штриховой линией). Располагая вдоль этой прямой фотопластинку, Астон получал на ней ряд штрихов, каждый из которых соответствовал определенному значению удельного заряда.

12 Сходство получающегося на пластинке изображения с фотографией оптического линейчатого спектра послужило причиной того, что Астон назвал его масс-спектрограммой, а свой прибор масс-спектрографом. 24) Изменяют ли вещества, помещаемые в магнитное поле, индукцию этого поля? Да, изменяют. Если же магнитное поле создается не в вакууме, а в какой-то другой среде, то магнитное поле изменяется. Это объясняется тем, что различные вещества, помещенные в магнитное поле, намагничиваются и сами становятся источниками магнитного поля. Вещества, способные намагничиваться в магнитном поле, называются магнетиками. Намагниченное вещество создает магнитное поле с индукцией, которое накладывается на магнитное поле с индукцией, обусловленное токами. Оба поля в сумме дают результирующее поле, магнитная индукция которого равна 25) Виды магнетиков. Их свойства.. Магнитные свойства различных веществ весьма разнообразны. Все магнетики принято делить на три класса: 1) парамагнетики вещества, которые слабо намагничиваются в магнитном поле, причем результирующее поле в парамагнетиках сильнее, чем в вакууме, магнитная проницаемость парамагнетиков > 1; Такими свойствами обладают алюминий, платина, кислород и др.; 2) диамагнетики вещества, которые слабо намагничиваются против поля, то есть поле в диамагнетиках слабее, чем в вакууме, магнитная проницаемость < 1. К диамагнетикам относятся медь, серебро, висмут и др.; 3) ферромагнетики вещества, способные сильно намагничиваться в магнитном поле,. Это железо, кобальт, никель и некоторые сплавы. Св-ва: наличие остаточной намагниченности, наличие температуры, выше которой вещество перестает быть ферромагнетиком(t точка Кюри), наличие магнитного гистерезиса 26) Чему равен магнитный момент атомов диамагнитного в-ва? Имеют ли магнитный момент атомы парамагнитного в-ва? В отсутствии внешнего магнитного поля, суммарный магнитный момент равен 0. Атомы парамагнитного в-ва всегда обладают магнитным моментом.

13 27)Чем обусловлены магнитные свойства ферромагнетиков? Что такое домены? Почему магнитная проницаемость ферромагнетиков очень велика? свойства ферромагнетиков определяются спиновыми магнитными моментами электронов (прямым экспериментальным указанием этого служит опыт Эйнштейна и де Гааза, см. 131). Согласно представлениям Вейсса, ферромагнетики при температурах ниже точки Кюри обладают спонтанной намагниченностью независимо от наличия внешнего намагничивающего поля. Спонтанное намагничивание, однако, находится в кажущемся противоречии с тем, что многие ферромагнитные материалы даже при температурах ниже точки Кюри не намагничены. Для устранения этого противоречия Вейсс ввел гипотезу, согласно которой ферромагнетик ниже точки Кюри разбивается на большое число малых макроскопических областей доменов, самопроизвольно намагниченных до насыщения. При отсутствии внешнего магнитного поля магнитные моменты отдельных доменов ориентированы хаотически и компенсируют друг друга, поэтому результирующий магнитный момент ферромагнетика равен пулю и ферромагнетик не намагничен. Внешнее магнитное поле ориентирует по полю магнитные моменты не отдельных атомов, как это имеет место в случае парамагнетиков, а целых областей спонтанной намагниченности. Поэтому с ростом Н намагниченность./ и магнитная индукции В уже в довольно слабых полях растут очень быстро. Этим объясняется также увеличение магнитной проницаемости ферромагнетиков до максимального значения в слабых полях. 28) 29) Как объяснить, что ферромагнетики сохраняют магнитное поле после устранения внешнего поля? При ослаблении внешнего магнитного поля до нуля ферромагнетики сохраняют остаточное намагничивание, так как тепловое движение не в состоянии быстро дезориентировать магнитные моменты столь крупных образований, какими являются домены. Поэтому и наблюдается явление магнитного гистерезиса. Для того чтобы ферромагнетик размагнитить, необходимо приложить коэрцитивную силу; размагничиванию способствуют также встряхивание и нагревание ферромагнетика. 30) Какие требования предъявляют к магнитным материалам, идущим на изготовление постоянных магнитов?

14 В последнее время большое значение приобрели полупроводниковые ферромагнетики ферриты, химические соединения типа Me Fe2O3, где Me ион двухвалентного металла (Мп, Со, Ni, Cu, Mg, Zn, Cd, Fe). Они отличаются заметными ферромагнитными свойствами и большим удельным электрическим сопротивлением (в миллиарды раз большим, чем у металлов). Ферриты применяются для изготовления постоянных магнитов, ферритовых антенн, сердечников радиочастотных контуров, элементов оперативной памяти в вычислительной технике, для покрытия пленок в магнитофонах и видеомагнитофонах и т.д.

Магнитное поле прямого тока. Магнитные линии

Существование магнитного поля вокруг проводника с электрическим током можно обнаружить различными способами. Один из таких способов заключается в использовании мелких железных опилок.

В магнитном поле опилки — маленькие кусочки железа — намагничиваются и становятся магнитными стрелочками. Ось каждой из этих стрелочек в магнитном поле устанавливается вдоль направления действия сил магнитного поля.

На рисунке 278 изображена картина магнитного поля прямого проводника с током. Для получения такой картины прямой проводник пропускают сквозь лист картона. На картон насыпают тонкий слой железных опилок, включают ток, и опилки слегка встряхивают. Под действием магнитного поля тока железные опилки располагаются вокруг проводника не беспорядочно, а по концентрическим окружностям.

Линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются оси маленьких магнитных стрелок, называют магнитными линиями магнитного поля. Цепочки, которые образуют в магнитном поле железные опилки, показывают форму магнитных линий магнитного поля. Магнитные линии магнитного поля тока представляют собой замкнутые кривые, охватывающие проводник.

С помощью магнитных линий удобно изображать магнитные поля графически. Так как магнитное поле существует во всех точках пространства, окружающего проводник с током, то через любую точку можно провести магнитную линию, но так, чтобы она охватывала проводник с током.

На рисунке 219, а показано расположение магнитных стрелок вокруг проводника с током. (Проводник расположен перпендикулярно плоскости чертежа, ток в нем направлен от нас, что условно обозначено кружком с крестиком.) Оси этих стрелок устанавливаются вдоль магнитных линий магнитного поля прямого тока. При изменении направления тока в проводнике все магнитные стрелки поворачиваются на 180° (рис. 279,6; в этом случае ток в проводнике направлен к нам, что условно обозначено кружком с точкой). Из этого опыта можно заключить, что направление магнитных линий магнитного поля тока связано с направлением тока в проводнике.

Вопросы. 1. Почему для изучения магнитного поля можно использовать железные опилки? 2. Как располагаются железные опилки в магнитном поле прямого тона? 3. Что называют магнитной линией магнитного поля? 4. Для чего вводят понятие магнитной линии поля? 5. Как на опыте показать, что направление магнитных линий связано с направлением тока?

Линии магнитной индукции. — Физика. Магнитное поле.


Наглядную картину магнитного поля можно получить, если построить линии магнитной индукции.

Определение.

Линиями магнитной индукции называют линии, касательные к которым направлены так же, как и вектор в данной точке поля.

Линии магнитной индукции представляют собой концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной этому проводнику с током. Центр окружностей находится на оси проводника. Стрелки на линиях указывают, в какую сторону направлен вектор магнитной индукции, касательный к данной линии.

Рассмотрим картину магнитного поля катушки с током (соленоида). Картина линий магнитной индукции, построенная с помощью магнитных стрелок или малых контуров с током, показана на рисунке (соленоид дан в разрезе). Если длина соленоида много больше его размеров, то магнитное поле внутри соленоида можно считать однородным. Линии магнитной индукции такого поля параллельны друг другу.

Картину линий магнитного поля можно сделать видимой, если воспользоваться мелкими железными опилками. В магнитном поле каждый кусочек железа, насыпанный на лист картона, намагничиваетсяи ведёт себя как маленькая магнитная стрелка. Большое количество таких стрелок позволяет в большем числе точек определить направление магнитного поля и, следовательно, более точно указать расположение линий магнитной индукции. 

                                      Вихревое поле.

Важной особенностью линий магнитного поля является то, что они не имеют ни начала, ни конца. Они всегда замкнуты. Вспомним, что с электростатическим полем дело обстоит иначе. Его силовые линии во всех случаях имеют источник: они начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных.

 

Определение.

Поля с замкнутыми силовыми линиями называют вихревыми. Магнитное поле — вихревое поле.

 

Замкнутость линий магнитного поля представляет собой фундаментальное свойство магнитного поля. Оно заключается в том, что магнитное поле не имеет источников. Магнитных зарядов, подобных электрическим, в природе нет.


Магнитное поле. Магнитное поле прямого тока. Магнитные линии

Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение

«Лицей № 7» г. Бердск

Магнитное поле. Магнитное поле прямого тока. Магнитные линии

Физика 8 класс

Учитель физики И.В.Торопчина

Лицей №7, г. Бердск

Магнитное поле

  • Силы взаимодействия, возникающие между проводниками с током называются магнитными силами.
  • Магнитная стрелка- устройство,

необходимое для изучения

магнитных явлений.

  • У магнитной стрелки имеется два полюса — северный и южный.
  • Линию, соединяющую

полюсы магнитной стрелки,

называют её осью.

Взаимодействие проводника с током и магнитной стрелки впервые обнаружил в 1820 г. датский учёный Ханс Кристиан Эрстед. Его опыт имел большое значение для развития учения об электромагнитных явлениях.

Эрстед Ханс Кристиан

(1777—1851)

Датский физик.

Внешний вид эксперимента,

демонстрирующего опыт Эрстеда

Опыт Эрстеда

Магнитное поле

  • Вокруг любого проводника с током, т.е. движущихся электрических зарядов, существует магнитное поле
  • Ток следует рассматривать как источник магнитного поля!
  • Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга.

Магнитные линии

Линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются оси маленьких магнитных стрелок, называют магнитными линиями магнитного поля.

Направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки в каждой точке поля, принято за направление магнитной линии магнитного поля.

Магнитные линии

Магнитные линии магнитного поля тока представляют собой замкнутые кривые, охватывающие проводник.

Магнитные линии

С помощью магнитных линий удобно изображать магнитные поля графически.

Направление магнитных линий магнитного поля тока связано с направлением тока в проводнике.

Магнитное поле катушки с током

Катушка с током, как и магнитная стрелка, имеет два полюса — северный и южный.

Притяжение железных

опилок катушкой с током

Магнитные линии катушки с током

Магнитные линии магнитного поля катушки с током являются замкнутыми кривыми. Вне катушки они направлены от северного полюса катушки к южному.

Действие магнитного поля катушки

  • Магнитное действие катушки с током тем сильнее, чем больше число витков в ней.
  • При увеличении силы тока

действие магнитного поля

катушки с током усиливается,

при уменьшении -ослабляется.

Железо, введённое внутрь катушки, усиливает магнитное действие катушки.

Электромагнит

Катушка с железным сердечником внутри называется электромагнитом .

Электромагнит — одна из основных деталей многих технических приборов .

Электромагнит

Обмотки электромагнитов изготовляют из изолированного алюминиевого или медного провода, хотя есть и сверхпроводящие электромагниты.

Магнитопровода изготовляют из магнитно-мягких материалов – обычно из электротехнической или качественной конструкционной стали, литой стали и чугуна, железоникелевых и железокобальтовых сплавов.

Электромагнит — устройство, магнитное поле которого создаётся только при протекании электрического тока.

Дугообразный электромагнит

Дугообразный

электромагнит, удерживает якорь (железную пластинку) с подвешенным грузом.

Применение электромагнитов

Электромагниты широко применяют в технике благодаря их замечательным свойствам. Они быстро размагничиваются при выключении тока, их можно изготавливать (в зависимости от назначения) самых различных размеров, во время работы электромагнита можно регулировать его магнитное действие, меняя силу тока в катушке.

Применение электромагнитов

Электромагниты, обладающие большой подъёмной силой, используют на заводах для переноски изделий из стали или чугуна, а также стальных и чугунных стружек, слитков.

Применение электромагнитов

Прямоугольные электромагниты предназначены для захвата и удержания при транспортировании листов, рельсов и других длинномерных грузов.

Применение электромагнитов

Магнитный сепаратор

В зерно подмешивают очень мелкие

железные опилки. Эти опилки не

прилипают к гладким зёрнам

полезных злаков, но прилипают к

зёрнам сорняков.

  • 1- Зёрна
  • 2- вращающийся барабан
  • 3 — сорняки
  • 4 — железные частицы
  • 5 — сильный электромагнит

Применение электромагнитов

Применяются электромагниты в телеграфном, телефонном аппарате, в электрическом звонке, электродвигателе, трансформаторе, электромагнитном реле и во многих других устройствах.

Применение электромагнитов

Схема простейшей телеграфной установки, позволяющей передавать телеграммы со станции А на станцию В.

1 — ключ, 2 — электромагнит, 3 — якорь,

4 — пружина, 5 — колесико, смазанное краской.

Применение электромагнитов

В составе различных механизмов электромагниты используются в качестве привода для осуществления необходимого поступательного перемещения (поворота) рабочих органов машин или для создания удерживающей силы.

Тормозные электромагниты

Применение электромагнитов

В медицине магнитно-резонансные томографы (МРТ) работают с помощью электромагнитов.

Применение электромагнитов

Поезд на магнитной дороге

Это интересно…

Магниты, прикрепляющиеся на холодильник, стали настолько популярны, что являются объектом коллекционирования. Так на текущий момент рекорд по числу собранных магнитов принадлежит Луизе Гринфарб (США). В настоящий момент в Книге рекордов Гиннеса за ней зарегистрирован рекорд в 35 000 магнитов.

Магнитная азбука на холодильнике

Это интересно…

Первые электромагниты В.Стержена

Вильям Стержен (1783-1850), английский инженер-электрик, создал первый подковообразный электромагнит, способный удерживать груз больше собственного веса (200-граммовый электромагнит был способен удерживать 4 кг железа).

Это интересно…

Джозеф Генри (1797-1878) – американский физик.

В 1827 г. исследовал различные методы намотки провода для получения электромагнита.

Создал 29-килограммовый магнит, удерживающий гигантский по тем временам вес – 936 кг.

Это интересно…

Генеральный директор компании Walker Magnetics, г-н Брайан Твейтс с гордостью представляет самый большой в мире подвесной электромагнит.

Его вес (88 т) примерно на 22 т превышает вес действующего победителя Книги рекордов Гиннеса из США. Его грузоподъемность составляет приблизительно 270 тонн.

Подумай и ответь

  • Можно ли намотанную на гвоздь проволоку назвать электромагнитом?

2. От чего зависят магнитные свойства электромагнита?

3. По электромагниту пустили ток, а затем уменьшили его в два раза. Как изменились магнитные свойства электромагнита?

Домашнее задание

§57,58,59

Упр. 39, стр.167,

упр. 40, стр.168

Спасибо за внимание!

20.1 Магнитные поля, силовые линии и сила

Магниты и намагничивание

Люди знали о магнитах и ​​магнетизме тысячи лет. Самые ранние записи относятся к древним временам, особенно в регионе Малой Азии под названием Магнезия — название этого региона является источником таких слов, как магнит . Магнитные породы, найденные в Магнезии, которая сейчас является частью западной Турции, вызвали интерес в древние времена. Когда люди впервые обнаружили магнитные породы, они, вероятно, обнаружили, что некоторые части этих пород притягивают куски железа или других магнитных пород сильнее, чем другие части.Эти области называются полюсами магнита. Магнитный полюс — это часть магнита, которая оказывает наибольшую силу на другие магниты или магнитный материал, например, железо. Например, полюса стержневого магнита, показанного на рисунке 20.2, являются местом сосредоточения скрепок.

Рис. 20.2 Стержневой магнит со скрепками, притянутыми к двум полюсам.

Если стержневой магнит подвешен так, что он свободно вращается, один полюс магнита всегда будет поворачиваться на север, а противоположный полюс — на юг.Это открытие привело к созданию компаса, который представляет собой просто небольшой удлиненный магнит, установленный так, чтобы он мог свободно вращаться. Пример компаса показан на рисунке 20.3. Полюс магнита, направленный на север, называется северным полюсом, а противоположный полюс магнита — южным.

Рис. 20.3 Компас — это удлиненный магнит, установленный в устройстве, которое позволяет магниту свободно вращаться.

Открытие того, что один полюс магнита ориентирован на север, а другой — на юг, позволило людям идентифицировать северный и южный полюса любого магнита.Затем было замечено, что северные полюса двух разных магнитов отталкиваются друг от друга, как и южные полюса. И наоборот, северный полюс одного магнита притягивает южный полюс других магнитов. Эта ситуация аналогична ситуации с электрическим зарядом, когда одинаковые заряды отталкиваются, а разные — притягиваются. В магнитах мы просто заменяем заряд на полюс : подобные полюса отталкиваются, а разные полюса притягиваются. Это показано на рисунке 20.4, на котором показано, как сила между магнитами зависит от их взаимной ориентации.

Рис. 20.4 В зависимости от их взаимной ориентации полюса магнита будут притягиваться друг к другу или отталкиваться.

Еще раз рассмотрим тот факт, что полюс магнита, направленный на север, называется северным полюсом магнита. Если противоположные полюса притягиваются, то магнитный полюс Земли, который находится близко к географическому Северному полюсу, должен быть магнитным южным полюсом! Точно так же магнитный полюс Земли, который находится близко к географическому Южному полюсу, должен быть магнитным северным полюсом.Эта ситуация изображена на рис. 20.5, на котором Земля представлена ​​как содержащая гигантский внутренний стержневой магнит с южным магнитным полюсом на географическом Северном полюсе и наоборот. Если бы мы каким-то образом подвесили гигантский стержневой магнит в космосе около Земли, то северный полюс космического магнита был бы притянут к южному полюсу внутреннего магнита Земли. По сути, именно это происходит со стрелкой компаса: ее северный магнитный полюс притягивается к южному полюсу внутреннего магнита Земли.

Рис. 20.5. Землю можно представить как содержащую гигантский магнит, проходящий через ее ядро. Южный магнитный полюс магнита Земли находится на географическом Северном полюсе, поэтому северный полюс магнитов притягивается к Северному полюсу, так северный полюс магнитов получил свое название. Точно так же южный полюс магнитов притягивается к географическому Южному полюсу Земли.

Что произойдет, если разрезать стержневой магнит пополам? Вы получаете один магнит с двумя южными полюсами и один магнит с двумя северными полюсами? Ответ отрицательный: каждая половина стержневого магнита имеет северный и южный полюсы.Вы даже можете продолжить разрезать каждую часть стержневого магнита пополам, и вы всегда получите новый, меньший магнит с двумя противоположными полюсами. Как показано на рисунке 20.6, вы можете продолжить этот процесс вплоть до атомного масштаба, и вы обнаружите, что даже самые маленькие частицы, которые ведут себя как магниты, имеют два противоположных полюса. Фактически, ни в одном эксперименте не было обнаружено никаких объектов с одним магнитным полюсом, от мельчайших субатомных частиц, таких как электроны, до самых больших объектов во Вселенной, таких как звезды.Поскольку магниты всегда имеют два полюса, их называют магнитными диполями — di означает два . Ниже мы увидим, что магнитные диполи обладают свойствами, аналогичными электрическим диполям.

Рис. 20.6. Все магниты имеют два противоположных полюса, от самых маленьких, таких как субатомные частицы, до самых больших, таких как звезды.

Смотреть Physics

Введение в магнетизм

Это видео представляет собой интересное введение в магнетизм и обсуждает, в частности, как электроны вокруг своих атомов вносят вклад в наблюдаемые нами магнитные эффекты.

Проверка захвата

К какому магнитному полюсу Земли притягивается северный полюс стрелки компаса?

  1. Северный полюс стрелки компаса притягивается к северному магнитному полюсу Земли, который расположен недалеко от географического Северного полюса Земли.
  2. Северный полюс стрелки компаса притягивается к южному магнитному полюсу Земли, который расположен недалеко от географического Северного полюса Земли.
  3. Северный полюс стрелки компаса притягивается к северному магнитному полюсу Земли, который расположен недалеко от географического Южного полюса Земли.
  4. Северный полюс стрелки компаса притягивается к южному магнитному полюсу Земли, который расположен недалеко от географического Южного полюса Земли.

Только определенные материалы, такие как железо, кобальт, никель и гадолиний, обладают сильными магнитными эффектами. Такие материалы называются ферромагнетиками, по латинскому слову ferrum , обозначающему железо. Другие материалы обладают слабыми магнитными эффектами, которые можно обнаружить только с помощью чувствительных инструментов. Ферромагнитные материалы не только сильно реагируют на магниты — так, как железо притягивается к магнитам, — но они также могут намагничиваться сами, то есть их можно сделать магнитными или превратить в постоянные магниты (рис. 7). Постоянный магнит — это просто материал, который сохраняет свои магнитные свойства в течение длительного времени даже при воздействии размагничивающих воздействий.

Рисунок 20.7 Немагниченный кусок железа помещается между двумя магнитами, нагревается, а затем охлаждается, или просто постукивается в холодном состоянии. Утюг становится постоянным магнитом с выровненными полюсами, как показано: его южный полюс примыкает к северному полюсу исходного магнита, а его северный полюс примыкает к южному полюсу исходного магнита. Обратите внимание, что силы притяжения создаются между центральным магнитом и внешними магнитами.

Когда магнит приближается к ранее не намагниченному ферромагнитному материалу, он вызывает локальное намагничивание материала с противоположными полюсами, расположенными ближе всего, как показано на правой стороне рисунка 20.7. Это вызывает силу притяжения, поэтому немагнитное железо притягивается к магниту.

То, что происходит в микроскопическом масштабе, показано на Рисунке 7 (а). Области внутри материала, называемые доменами, действуют как маленькие стержневые магниты. Внутри доменов выровнены магнитные полюса отдельных атомов.Каждый атом действует как крошечный стержневой магнит. В немагнитном ферромагнитном объекте домены имеют небольшие размеры и ориентированы случайным образом. В ответ на внешнее магнитное поле домены могут вырасти до миллиметра, выравниваясь, как показано на рисунке 7 (b). Это индуцированное намагничивание можно сделать постоянным, если материал нагреть, а затем охладить, или просто постучать в присутствии других магнитов.

Рис. 20.8 (a) Немагнитный кусок железа или другого ферромагнитного материала имеет произвольно ориентированные домены.(б) При намагничивании внешним магнитом домены демонстрируют большее выравнивание, и некоторые из них растут за счет других. Отдельные атомы выровнены внутри доменов; каждый атом действует как крошечный стержневой магнит.

И наоборот, постоянный магнит можно размагнитить сильными ударами или нагреванием в отсутствие другого магнита. Повышенное тепловое движение при более высокой температуре может нарушить и изменить ориентацию и размер доменов. Для ферромагнитных материалов существует четко определенная температура, называемая температурой Кюри, выше которой они не могут намагничиваться.Температура Кюри для железа составляет 1043 К (770 ° C ° C), что намного выше комнатной температуры. Есть несколько элементов и сплавов, которые имеют температуру Кюри намного ниже комнатной температуры и являются ферромагнитными только ниже этих температур.

Snap Lab

Магниты на холодильник

Мы знаем, что подобные магнитные полюса отталкиваются, а разные полюса притягиваются. Посмотрим, сможете ли вы показать это на примере двух магнитов на холодильник. Прилипнут ли магниты, если их перевернуть? Почему они вообще прилепляются к дверце холодильника? Что вы можете сказать о магнитных свойствах дверцы холодильника возле магнита? Магниты на холодильник прилипают к металлическим или пластиковым ложкам? Прилипают ли они ко всем типам металла?

Проверка захвата

У вас есть один магнит с обозначенными северным и южным полюсами.Как вы можете использовать этот магнит для определения северного и южного полюсов других магнитов?

  1. Если северный полюс известного магнита отталкивается полюсом неизвестного магнита при приближении их, этот полюс неизвестного магнита является его северным полюсом; в противном случае это его южный полюс.
  2. Если северный полюс известного магнита притягивается к полюсу неизвестного магнита при приближении их, этот полюс неизвестного магнита является его северным полюсом; в противном случае это его южный полюс.

Что такое магнетизм? | Магнитные поля и магнитная сила

Магнетизм — это один из аспектов комбинированной электромагнитной силы.Это относится к физическим явлениям, возникающим из-за силы, вызванной магнитами, объектами, которые создают поля, которые притягивают или отталкивают другие объекты.

Согласно веб-сайту HyperPhysics Университета штата Джорджия, магнитное поле воздействует на частицы в поле за счет силы Лоренца. Движение электрически заряженных частиц порождает магнетизм. Сила, действующая на электрически заряженную частицу в магнитном поле, зависит от величины заряда, скорости частицы и силы магнитного поля.

Все материалы обладают магнетизмом, некоторые сильнее, чем другие. Постоянные магниты, сделанные из таких материалов, как железо, испытывают сильнейшее воздействие, известное как ферромагнетизм. За редким исключением, это единственная форма магнетизма, достаточно сильная, чтобы ее могли почувствовать люди.

Противоположности притягиваются

Магнитные поля генерируются вращающимися электрическими зарядами, согласно HyperPhysics. Все электроны обладают свойством углового момента или спина. Большинство электронов имеют тенденцию образовывать пары, в которых один из них имеет «спин вверх», а другой — «спин вниз», в соответствии с принципом исключения Паули, который гласит, что два электрона не могут находиться в одном и том же энергетическом состоянии одновременно.В этом случае их магнитные поля направлены в противоположные стороны, поэтому они компенсируют друг друга. Однако некоторые атомы содержат один или несколько неспаренных электронов, спин которых может создавать направленное магнитное поле. По данным Ресурсного центра неразрушающего контроля (NDT), направление их вращения определяет направление магнитного поля. Когда значительное большинство неспаренных электронов выровнены своими спинами в одном направлении, они объединяются, чтобы создать магнитное поле, достаточно сильное, чтобы его можно было почувствовать в макроскопическом масштабе.

Источники магнитного поля дипольные, с северным и южным магнитными полюсами. По словам Джозефа Беккера из Университета Сан-Хосе, противоположные полюса (северный и южный) притягиваются, а подобные полюса (северный и северный или южный и южный) отталкиваются. Это создает тороидальное поле или поле в форме пончика, поскольку направление поля распространяется наружу от северного полюса и входит через южный полюс.

Земля сама по себе является гигантским магнитом. Согласно HyperPhysics, планета получает свое магнитное поле от циркулирующих электрических токов внутри расплавленного металлического ядра.Компас указывает на север, потому что маленькая магнитная стрелка в нем подвешена, так что он может свободно вращаться внутри корпуса, выравниваясь с магнитным полем планеты. Как ни парадоксально, то, что мы называем Северным магнитным полюсом, на самом деле является южным магнитным полюсом, потому что он притягивает северные магнитные полюса стрелок компаса.

Ферромагнетизм

Если выравнивание неспаренных электронов сохраняется без приложения внешнего магнитного поля или электрического тока, образуется постоянный магнит.Постоянные магниты — результат ферромагнетизма. Приставка «ферро» относится к железу, потому что постоянный магнетизм впервые наблюдался в форме естественной железной руды, называемой магнетитом, Fe 3 O 4 . Кусочки магнетита можно найти разбросанными на поверхности земли или вблизи нее, и иногда они намагничиваются. Эти встречающиеся в природе магниты называются магнитными камнями. «Мы до сих пор не уверены в их происхождении, но большинство ученых считают, что магнитный камень — это магнетит, в который попала молния», — говорится в сообщении Университета Аризоны.

Вскоре люди узнали, что можно намагнитить железную иглу, поглаживая ее магнитом, в результате чего большинство неспаренных электронов в игле выстраиваются в одном направлении. По данным НАСА, примерно в 1000 году нашей эры китайцы обнаружили, что магнит, плавающий в чаше с водой, всегда выстраивался в направлении север-юг. Таким образом, магнитный компас стал огромным помощником в навигации, особенно днем ​​и ночью, когда звезды были скрыты облаками.

Было обнаружено, что другие металлы, помимо железа, обладают ферромагнитными свойствами.К ним относятся никель, кобальт и некоторые редкоземельные металлы, такие как самарий или неодим, которые используются для создания сверхпрочных постоянных магнитов.

Другие формы магнетизма

Магнетизм принимает множество других форм, но, за исключением ферромагнетизма, они обычно слишком слабы, чтобы их можно было наблюдать за исключением чувствительных лабораторных приборов или при очень низких температурах. Диамагнетизм был впервые открыт в 1778 году Антоном Бругнамсом, который использовал постоянные магниты в поисках материалов, содержащих железо.По словам Джеральда Кюстлера, широко публикуемого независимого немецкого исследователя и изобретателя, в его статье «Диамагнитная левитация — исторические вехи», опубликованной в Румынском журнале технических наук, Бругнамс заметил: «Только темный и почти фиолетовый висмут проявлял конкретное явление в исследовании; потому что, когда я положил его кусок на круглый лист бумаги, плавающий на воде, он оттолкнулся обоими полюсами магнита ».

Было установлено, что висмут обладает самым сильным диамагнетизмом из всех элементов, но, как обнаружил Майкл Фарадей в 1845 году, это свойство всей материи отталкиваться магнитным полем.

Диамагнетизм вызван орбитальным движением электронов, создающих крошечные токовые петли, которые создают слабые магнитные поля, согласно HyperPhysics. Когда к материалу прикладывается внешнее магнитное поле, эти токовые петли имеют тенденцию выравниваться таким образом, чтобы противостоять приложенному полю. Это заставляет все материалы отталкиваться постоянным магнитом; однако результирующая сила обычно слишком мала, чтобы быть заметной. Однако есть некоторые заметные исключения.

Пиролитический углерод, вещество, похожее на графит, демонстрирует даже более сильный диамагнетизм, чем висмут, хотя и только вдоль одной оси, и фактически может подниматься над сверхсильным редкоземельным магнитом.Некоторые сверхпроводящие материалы демонстрируют еще более сильный диамагнетизм ниже своей критической температуры, поэтому над ними можно левитировать редкоземельные магниты. (Теоретически из-за их взаимного отталкивания один может левитировать над другим.)

Парамагнетизм возникает, когда материал временно становится магнитным при помещении в магнитное поле и возвращается в свое немагнитное состояние, как только внешнее поле удаляется. При приложении магнитного поля некоторые из неспаренных электронных спинов выравниваются с полем и преодолевают противоположную силу, создаваемую диамагнетизмом.Однако, по словам Дэниела Марша, профессора физики Южного государственного университета Миссури, эффект заметен только при очень низких температурах.

Другие, более сложные формы включают антиферромагнетизм, при котором магнитные поля атомов или молекул выстраиваются рядом друг с другом; и поведение спинового стекла, которое включает как ферромагнитные, так и антиферромагнитные взаимодействия. Кроме того, ферримагнетизм можно рассматривать как комбинацию ферромагнетизма и антиферромагнетизма из-за многих общих черт между ними, но, по данным Калифорнийского университета в Дэвисе, он все же имеет свою уникальность.

Электромагнетизм

Когда провод перемещается в магнитном поле, поле индуцирует в проводе ток. И наоборот, магнитное поле создается движущимся электрическим зарядом. Это соответствует закону индукции Фарадея, который лежит в основе электромагнитов, электродвигателей и генераторов. Заряд, движущийся по прямой линии, как по прямому проводу, создает магнитное поле, которое вращается вокруг провода по спирали. Когда этот провод превращается в петлю, поле приобретает форму пончика или тора.Согласно Руководству по магнитной записи (Springer, 1998) Marvin Cameras, это магнитное поле можно значительно усилить, поместив ферромагнитный металлический сердечник внутрь катушки.

В некоторых приложениях постоянный ток используется для создания постоянного поля в одном направлении, которое можно включать и выключать вместе с током. Это поле может затем отклонить подвижный железный рычаг, вызывая слышимый щелчок. Это основа телеграфа, изобретенного в 1830-х годах Сэмюэлем Ф. Б. Морсом, который позволял осуществлять связь на большие расстояния по проводам с использованием двоичного кода, основанного на импульсах большой и малой длительности.Импульсы посылались опытными операторами, которые быстро включали и выключали ток с помощью подпружиненного переключателя с мгновенным контактом или ключа. Другой оператор на принимающей стороне затем переводил слышимые щелчки обратно в буквы и слова.

Катушку вокруг магнита также можно заставить двигаться по шаблону с изменяющейся частотой и амплитудой, чтобы индуцировать ток в катушке. Это основа для ряда устройств, в первую очередь для микрофона. Звук заставляет диафрагму двигаться внутрь и наружу с волнами переменного давления.Если диафрагма соединена с подвижной магнитной катушкой вокруг магнитопровода, она будет производить переменный ток, аналогичный падающим звуковым волнам. Затем этот электрический сигнал может быть усилен, записан или передан по желанию. Крошечные сверхсильные магниты из редкоземельных металлов теперь используются для изготовления миниатюрных микрофонов для сотовых телефонов, сообщил Марш Live Science.

Когда этот модулированный электрический сигнал подается на катушку, он создает колеблющееся магнитное поле, которое заставляет катушку входить и выходить по магнитному сердечнику по той же схеме.Затем катушка прикрепляется к подвижному диффузору динамика, чтобы он мог воспроизводить слышимые звуковые волны в воздухе. Первым практическим применением микрофона и динамика был телефон, запатентованный Александром Грэмом Беллом в 1876 году. Хотя эта технология была улучшена и усовершенствована, она все еще является основой для записи и воспроизведения звука.

Применения электромагнитов почти бесчисленны. Закон индукции Фарадея составляет основу многих аспектов нашего современного общества, включая не только электродвигатели и генераторы, но и электромагниты всех размеров.Тот же принцип, который используется гигантским краном для подъема старых автомобилей на свалку металлолома, также используется для выравнивания микроскопических магнитных частиц на жестком диске компьютера для хранения двоичных данных, и каждый день разрабатываются новые приложения.

Штатный писатель Таня Льюис внесла свой вклад в этот отчет.

Дополнительные ресурсы

КОНВЕКЦИОННАЯ ЗОНА

КОНВЕКЦИОННАЯ ЗОНА
Что такое магнитные поля?

Проще говоря, магнитное поле — это область вокруг магнита.Магниты сделаны из минерала, называемого магнетидом (или магнитом), который обладает свойством притягивать железо. Ученые используют линий магнитного поля , чтобы представить эти магнитные поля. Силовые линии магнитного поля простого магнита показаны на рисунке ниже. от северного полюса до южного полюса. Однако силовые линии магнитного поля не заканчиваются только на кончике магнита. Они проходят насквозь, так что внутри магнита магнитное поле направлено от южного полюса к северному полюсу.Таким образом, силовые линии магнитного поля образуют замкнутую петлю и не имеют концов. Поэтому магнитный поле в этом случае тоже не имеет концов.
Это правда всегда. Магнитные поля, какими бы сложными они ни были, не имеют конца.

Эти магнитные поля очень важны, поскольку они оказывают влияние на другие объекты. Как мы уже говорили, магниты всегда притягивают предметы, сделанные из железа. Чтобы увидеть это, поднести магнит к гвоздю (сделанному из железа) и посмотреть, как магнит притягивает гвоздь к себе? Обратите внимание, что по мере того, как вы приближаете магнит к гвоздю, притяжение между гвоздь и магнит становится сильнее.Если вы отодвинете магнит дальше от гвоздя, притяжение станет слабее до того момента, когда гвоздь перестанет притягиваться. все вместе. Это потому, что в какой-то момент гвоздь вошел в магнитное поле магнита и был притянут к магниту магнитной силой . Мы говорим, что магнитное поле оказывает на гвоздь магнитную силу. Сила этой силы зависит от расстояния между магнитом и гвоздем.

Линии магнитного поля. В отличие от полюсов, полюса притягивают друг друга. Как поляки отталкивают друг друга. >

Однако магнитные поля одного магнита также оказывают магнитное воздействие на другие магниты. Возьмите два магнита и поместите их рядом друг с другом. Когда в отличие от полюсов, то есть на севере а южные полюса двух магнитов расположены близко друг к другу, силовые линии магнитного поля соединяются, заставляя магниты притягиваться друг к другу. Если, с другой стороны, подобное полюса, то есть северный и северный полюсы (или южный и южный полюсы) расположены близко друг к другу, магниты не соединяются, а магниты отталкиваются друг от друга.
Вот почему стрелка компаса всегда указывает на север / юг. Северный магнитный полюс Земли притягивает южный магнитный полюс стрелки компаса. Следовательно Южный магнитный полюс стрелки компаса указывает на северный полюс Земли. Если вы поместите сильный магнит рядом со стрелкой компаса, стрелка повернется и укажет к северному полюсу магнита. Если вы удалите магнит, игла вернется в исходное положение.

Однако вам не обязательно нужен магнит для создания магнитного поля.Магнитные поля также могут создаваться движущимися зарядами (электронами или положительно / отрицательно заряженными атомов). Таким образом, электрические токи, которые в основном представляют собой просто движущиеся электроны, протекающие по проводу, создают магнитное поле. Это открыл французский физик. Андре Мари Ампер (1775-1836). Этот эффект можно проиллюстрировать на очень простом примере.

Электрический ток создает магнитное поле

Все, что вам нужно для проведения этого эксперимента, — это два куска провода, батарея, катушка с проводом и компас.Подключите провод и катушку к батарее, как показано выше. Как только при этом через провод и катушку начинает течь электрический ток. Этот электрический ток создает магнитное поле в катушке, как показано на рисунке. В магнитное поле заставляет стрелку компаса поворачиваться к катушке. Как только вы отсоедините один из проводов от аккумулятора, стрелка компаса вернется на свое место. исходное положение.

Создание карты магнитного поля Земли · Границы для молодых умов

Абстрактные

Земля имеет твердое внутреннее ядро ​​и жидкое внешнее ядро, оба из которых сделаны из железа и никеля.По металлу проходит электрический ток, который питается от движения жидкости. Электрический ток создает магнитное поле, которое распространяется от ядра на поверхность Земли и за ее пределы. Ожидается, что магнитное поле, сформированное ядром Земли, будет выровнено с осью вращения, но оно немного отклоняется по причинам, которые не совсем понятны. Стрелка компаса обычно указывает не на истинный север (ось вращения Земли), а на магнитный северный полюс. Угол между истинным севером и магнитным севером в любом конкретном месте на Земле называется углом склонения.Карты угла склонения очень сложны, и из-за потока внешнего ядра положение магнитного севера со временем перемещается.

Введение

Внешнее ядро ​​Земли

Планету Земля можно разделить на четыре слоя: твердое внутреннее ядро ​​в центре, жидкое внешнее ядро ​​, , каменистая мантия и кора на поверхности, на которой мы живем. Ядро Земли имеет ширину около 6800 км и начинается примерно на полпути к центру планеты (рис. 1b).Он на девять десятых состоит из железа и никеля [1]. Внутреннее ядро ​​размером с Луну. Он очень горячий (> 5000 ° C) и твердый из-за чрезвычайно высокого давления, создаваемого весом материала над ним.

  • Рис. 1 — (a) Иллюстрация силовых линий магнитного поля от простого стержневого магнита, аналогичного магнитному полю Земли.
  • Как и Земля, южный полюс (обозначенный буквой «S») на самом деле находится в северном полушарии. (b) Ядро Земли видно в центре планеты.Скалистая мантия и кора на этом снимке прозрачны. Внешнее ядро ​​показано оранжевым цветом, а внутреннее ядро ​​показано более темной сферой в центре. Магнитное поле (синие линии) создается во внешнем сердечнике. Справа — вид художника на магнитный спутник Swarm, который чувствует изменение направления компаса, когда он летит через магнитное поле Земли по своей орбите (серая линия). © ESA / ATG Medialab. Рисунок 1a, https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Earth’s_mintage_field_pole.svg

Еще дальше от центра Земли находится жидкое внешнее ядро ​​размером с Марс. Металл все еще очень горячий (> 3000 ° C), но, несмотря на высокое давление, внешнее ядро ​​на самом деле очень жидкое, поскольку тепло преодолевает влияние давления. Внешнее ядро ​​течет так же легко, как вода на поверхности Земли. Это означает, что металл постоянно движется и течет, как океаны. Подобно тому, что происходит, когда вы быстро размешиваете чашку чая, быстрое вращение Земли один раз в день заставляет жидкость во внешнем ядре тоже вращаться.

Ядро пытается остыть. Однако каменистая мантия между ядром и поверхностью действует как покров, не позволяя ядру остыть слишком быстро. Ядро пытается найти другие способы избавиться от избыточного тепла и энергии. Один из способов сделать это — создать магнитное поле. Магнитное поле может проходить до поверхности Земли, позволяя ядру выделять небольшое количество энергии.

Электричество создает магнитное поле

Магнетизм и электричество физически связаны — вы обычно получаете одно, когда создается другое, и это также происходит внутри ядра.Жидкий металл сердечника слишком горячий, чтобы быть постоянным магнитом, таким как магнит на холодильник, но это электропроводящий материал , как медная проволока. Подобно проводам в вашем доме, жидкое ядро ​​пропускает очень большой электрический ток, который, в свою очередь, создает сильное магнитное поле.

Электричество создается за счет движения жидкого металла, аналогично ветряной турбине, которая создает электричество из движения лопастей. Электричество течет вокруг экватора планеты по очень большой петле и создает сильное магнитное поле, выходящее за пределы внешнего ядра.Магнитное поле проходит до поверхности Земли и выходит в космос.

Он создает магнитное поле в форме стержневого магнита (рис. 1а). Магнитное поле распространяется в космос, образуя «пузырь», в котором находится Земля. Этот магнитный пузырь защищает атмосферу планеты от магнитного поля Солнца, которое в противном случае лишило бы атмосферу Земли за миллиарды лет.

Способ создания магнитного поля Земли очень сложен и не совсем понятен сегодняшним ученым.Считается, что контур электрического тока в сердечнике не образует идеального круга, проходящего вокруг экватора, поэтому магнитное поле на самом деле несколько «наклонено», примерно на 11 °, от оси вращения Земли. Сила электрического тока также изменяется со временем, что приводит к изменению магнитного поля на поверхности Земли. Наконец, поток жидкого металла «увлекает» магнитное поле на запад. Все эти различные процессы в совокупности делают магнитное поле очень сложным, и трудно предсказать, как оно изменяется с течением времени.Примерно четыре раза каждые миллион лет магнитное поле меняется на противоположное, когда полюса «переворачиваются», хотя для этого требуются тысячи лет.

Магнитное поле на поверхности Земли

Хотя общая форма магнитного поля Земли похожа на простой стержневой магнит, когда вы смотрите на магнитное поле в деталях, все становится намного сложнее. Обычно стрелка компаса указывает приблизительно на север, но не на истинный север (точку, вокруг которой вращается Земля).Угол между истинным севером и направлением стрелки компаса называется , склонением . Стрелка компаса указывает на точку, называемую магнитным северным полюсом .

Магнитное поле очень полезно для навигации. Китайцы использовали базовые компасы еще в 1100-х годах, чтобы определять направление. Первую карту сделал Эдмунд Галлей, прославившийся кометой Галлея, для использования кораблями, плывущими по Атлантическому океану в 1699 году. Он понял, что магнитное поле постоянно меняется, и предположил, что в центре Земли есть слой жидкости.Северный магнитный полюс был открыт Джеймсом Клерком Россом в 1831 году в Канаде. Однако, что еще больше усложняет ситуацию, магнитный северный полюс не остается на том же месте, а вместо этого все время перемещается из-за потока внешнего ядра.

В настоящее время (в 2019 году) северный магнитный полюс все еще находится на севере Канады, но он движется со скоростью около 50 км в год и пересечет север России где-то в следующем десятилетии. На рисунке 2 показано расположение Северного и Южного магнитных полюсов с 1900 по 2020 годы.Обратите внимание, как быстро двигался Северный полюс с 2000 года, в то время как Южный полюс не сильно сдвинулся по сравнению с этим.

  • Рисунок 2 — Расположение магнитных полюсов показано каждые пять лет (красные точки) с 1900 по 2020 год для северного магнитного полюса (a) и южного магнитного полюса (b) .
  • Обратите внимание, что с 1900 года северный магнитный полюс переместился намного дальше и быстрее, чем южный магнитный полюс.

Создание карты

Теоретически составить карту магнитного поля достаточно просто.Все, что вам нужно, это устройство GPS (например, смартфон), чтобы определить ваше точное местоположение и помочь вам определить направление на истинный север. Вам также понадобится компас. Во-первых, используйте GPS, чтобы определить направление на истинный север. Это можно сделать, поместив две палки в землю вдоль линии постоянной долготы. Встаньте между палками и определите угол между стрелкой компаса и истинной линией севера, которую вы провели с помощью двух палок. Поздравляем, вы измерили склонение! Чтобы составить карту, повторите это измерение в другом месте и в другом.Сделайте это несколько миллионов раз по всему миру, включая океаны и пустыни, и ваша работа будет завершена… по крайней мере, на несколько лет, пока магнитный Север не сдвинется. Очевидно, что это невозможно для человека, но для спутника это возможно.

С 1999 года было три европейских спутника для очень точных измерений магнитного поля Земли. На рисунке 1b показано, как спутник воспринимает магнитное поле, исходящее от внешнего ядра. Нынешнее трио спутников, получившее название Swarm, летает на высоте от 450 до 500 км над поверхностью Земли и движется со скоростью 8 км в секунду.Им требуется около 90 минут, чтобы облететь Землю, и они совершают 15 оборотов в день. Через 4 месяца они производят достаточно измерений по всему миру, чтобы создать карту [2].

Измерения спутников собираются в компьютер, где математический процесс, называемый инверсией, используется для создания карты (или снимка) магнитного поля в фиксированный момент времени. На рисунке 3 показана карта угла склонения на январь 2019 года, показывающая, насколько сложным является магнитное поле на самом деле.

  • Рисунок 3 — Угол склонения для 2019 года (в градусах) по модели Международного опорного геомагнитного поля (IGRF-12).
  • Цвета показывают угол между Магнитным Севером и Истинным Севером. Белые области — это места, где компас указывает почти точно на север. Синие цвета показывают регионы, где компас указывает к западу от истинного севера, а красные цвета показывают, где компас указывает к востоку от истинного севера. Вы можете увидеть очень сложную картину углов склонения по всему миру [3].

Поскольку изменение магнитного поля не предсказуемо дольше 10 лет, эти карты магнитного поля регулярно обновляются каждые 5 лет.Некоторые карты создаются бесплатно группой ученых со всего мира и известны как Международное опорное геомагнитное поле или IGRF [3]. Создание хорошей карты требует больших усилий и требует нескольких месяцев работы. Последняя версия была выпущена в 2015 году, а следующая будет готова к 2020 году.

Магнитная карта на вашем смартфоне

Вероятно, вы больше всего знакомы с использованием магнитного поля Земли для навигации — подумайте о кораблях, плывущих по океану, или о людях, идущих по горам.Однако, если вы когда-либо использовали карту на смартфоне, чтобы найти, куда хотите отправиться, то вы также использовали карту магнитного поля Земли.

Когда вы открываете приложение карты, ваше местоположение обычно отображается в виде маленькой точки со стрелкой или треугольником, указывающим направление, в котором вы смотрите. Смартфоны используют встроенный цифровой компас для определения направления магнитного севера. Однако, поскольку карты выровнены по истинному северу, программное обеспечение телефона должно корректировать разницу склонения.Телефон использует ваше местоположение по GPS для определения правильного угла по карте склонений, например IGRF. Из рисунка 3 видно, что в некоторых частях света этот угол может достигать 45 °.

Заключение

Создание карт магнитного поля Земли — сложный процесс, который необходимо повторять не реже одного раза в 5 лет, чтобы карты оставались актуальными. Карты могут рассказать нам о внешнем ядре Земли, и они также полезны для многих практических приложений, которые вы, вероятно, испытали, например, для навигации по городу с помощью смартфона.

Глоссарий

Внешнее ядро ​​: Слой жидкого металла внутри Земли, начинающийся примерно на полпути к центру.

Электропроводящий материал : Материал, который позволяет электричеству легко проходить через него.

Склонение : Угол между магнитным севером и истинным севером.

Магнитный север : Точка на поверхности Земли, где магнитное поле направлено прямо к центру Земли.

Заявление о конфликте интересов

Автор заявляет, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.


Список литературы

[1] Lowrie, W. 2007. Основы геофизики, 2-е изд. . Кембридж: Издательство Кембриджского университета.

[2] Олсен, Н., Юло, Г., Лесур, В., Финли, К. К., Бегган, К., Чуллиат А. и др. 2015. Модель начального поля Swarm для геомагнитного поля 2014 года. Geophys. Res. Lett . 42: 1092–8. DOI: 10.1002 / 2014GL062659

[3] Thébault, E., Finlay, C. C., Beggan, C. D., Alken, P., Aubert, J., Barrois, O., et al. 2015. Международное опорное геомагнитное поле (IGRF): 12-е поколение. Земля Планеты Космос 67:79. DOI: 10.1186 / s40623-015-0228-9

магнетизм | Национальное географическое общество

Магнетизм — это сила, проявляемая магнитами, когда они притягиваются или отталкиваются друг от друга.Магнетизм вызывается движением электрических зарядов.

Каждое вещество состоит из крошечных единиц, называемых атомами. В каждом атоме есть электроны, частицы, несущие электрические заряды. Вращаясь, как волчки, электроны вращаются вокруг ядра или остова атома. Их движение генерирует электрический ток и заставляет каждый электрон действовать как микроскопический магнит.

В большинстве веществ равное количество электронов вращается в противоположных направлениях, что нейтрализует их магнетизм. Вот почему такие материалы, как ткань или бумага, считаются слабомагнитными.В таких веществах, как железо, кобальт и никель, большинство электронов вращаются в одном направлении. Это делает атомы в этих веществах сильно магнитными, но они еще не магниты.

Чтобы стать намагниченным, другое сильно магнитное вещество должно войти в магнитное поле существующего магнита. Магнитное поле — это область вокруг магнита, обладающая магнитной силой.

Все магниты имеют северный и южный полюса. Противоположные полюса притягиваются друг к другу, а одни и те же полюса отталкиваются.Когда вы протираете кусок железа по магниту, северные полюса атомов в железе выстраиваются в одном направлении. Сила, создаваемая выровненными атомами, создает магнитное поле. Железка стала магнитом.

Некоторые вещества могут намагничиваться электрическим током. Когда электричество проходит через катушку с проволокой, создается магнитное поле. Однако поле вокруг катушки исчезнет, ​​как только отключится электрический ток.

Геомагнитные полюса

Земля — ​​это магнит.Ученые не до конца понимают, почему, но они думают, что движение расплавленного металла во внешнем ядре Земли порождает электрические токи. Токи создают магнитное поле с невидимыми силовыми линиями, протекающими между магнитными полюсами Земли.

Геомагнитные полюса не совпадают с Северным и Южным полюсами. Магнитные полюса Земли часто перемещаются из-за активности далеко под поверхностью Земли. Смещение геомагнитных полюсов фиксируется в породах, которые образуются, когда расплавленный материал, называемый магмой, проникает сквозь земную кору и изливается в виде лавы.Когда лава остывает и превращается в твердую породу, сильно магнитные частицы внутри породы намагничиваются магнитным полем Земли. Частицы выстраиваются вдоль силовых линий в поле Земли. Таким образом, камни фиксируют положение геомагнитных полюсов Земли в то время.

Как ни странно, магнитные записи горных пород, образовавшихся в одно и то же время, похоже, указывают на разные местоположения полюсов. Согласно теории тектоники плит, скальные плиты, составляющие твердую оболочку Земли, постоянно перемещаются.Таким образом, плиты, на которых застывала порода, переместились с тех пор, как породы зафиксировали положение геомагнитных полюсов. Эти магнитные записи также показывают, что геомагнитные полюса менялись на противоположный вид — сотни раз с момента образования Земли.

Магнитное поле Земли не движется быстро и часто не меняется. Следовательно, это может быть полезным инструментом, помогающим людям сориентироваться. Сотни лет люди использовали магнитные компасы для навигации по магнитному полю Земли.Магнитная стрелка компаса совпадает с магнитными полюсами Земли. Северный конец магнита указывает на северный магнитный полюс.

Магнитное поле Земли доминирует в области, называемой магнитосферой, которая охватывает планету и ее атмосферу. Солнечный ветер, заряженные частицы от Солнца, прижимает магнитосферу к Земле на стороне, обращенной к Солнцу, и растягивает ее в форме капли на теневой стороне.

Магнитосфера защищает Землю от большинства частиц, но некоторые из них просачиваются сквозь нее и попадают в ловушку.Когда частицы солнечного ветра сталкиваются с атомами газа в верхних слоях атмосферы вокруг геомагнитных полюсов, они создают световые эффекты, называемые полярными сияниями. Эти полярные сияния появляются над такими местами, как Аляска, Канада и Скандинавия, где их иногда называют «Северным сиянием». «Южное сияние» можно увидеть в Антарктиде и Новой Зеландии.

Что такое магнитное поле?

Что такое магнитное поле? Как мы можем измерить его и увидеть его силы?

«Магнитное поле — это область вокруг магнита, магнитного объекта или электрического заряда, в которой действует магнитная сила.”

А?

Скажем так. Невидимая область вокруг магнитного объекта, которая может притягивать к себе другой магнитный объект или отталкивать другой магнитный объект от него, называется магнитным полем . Это что-то вроде тех невидимых «силовых полей», которые окружают объект невидимой силой в научно-фантастических фильмах и книгах.

Звучит как волшебство, правда? Итак, как это работает? Ниже приведены пять вопросов (и ответов!), Которые вы всегда хотели задать о магнитных полях:

  1. Что создает магнитное поле?

Магнитные поля создаются движущимся электрическим зарядом.Когда электроны с отрицательным зарядом движутся определенным образом, может создаваться магнитное поле. Эти поля могут создаваться внутри атомов магнитных объектов или внутри проводов (электромагнетизм).

  1. Как измерить магнитное поле?

Мы измеряем магнитное поле по его силе и по направлению, которое оно указывает.

Каждое магнитное поле немного отличается. Некоторые магнитные поля большие, некоторые сильные, некоторые маленькие, а некоторые слабые.Например, магнитное поле Земли большое, но слабое.

Физическая близость (насколько близко или далеко) действительно имеет значение для магнетизма. Чем ближе вы стоите к магниту, тем сильнее будет магнитное поле. Чем дальше вы находитесь от магнита, тем слабее становится магнитное поле. (Магнитное поле никогда не заканчивается — оно просто становится все слабее и слабее, чем дальше вы уходите, в принципе, даже до бесконечности!)

Предположим, вы положили скрепку на стол. Если вы возьмете магнит и встанете с другой стороны комнаты от стола, скрепка отреагирует на магнитное поле вокруг магнита (хотя, вероятно, незаметно), но реакция будет очень и очень слабой.Однако, если вы подойдете ближе, поместите магнит на стол и сдвинете его к скрепке, будет точка, в которой скрепка соскочит со стола и полетит по воздуху к магниту! В этот момент магнитное поле будет достаточно сильным, чтобы преодолеть силы тяжести и трения, которые раньше препятствовали перемещению скрепки. (Это также отличный пример того, как магнитные силы могут вызывать движение!)

Гигантский магнит-подкова, притягивающий скрепку

3. Какие единицы мы используем для измерения напряженности магнитного поля?

Сила магнитного поля, называемая плотностью магнитного потока , измеряется в единицах Тесла (Международная система измерений или СИ). Есть также много других единиц и терминов, используемых в области электромагнетизма, включая Вебера, Максвелла, Гаусса и даже 10 9 гамма!

4. Как мы можем «увидеть» силы в магнитном поле?

Иногда мы рисуем силовых линий , чтобы показать направление сил в разных точках магнитного поля.Силовые линии выходят из магнита на его северном полюсе, перемещаются по воздуху и снова входят в магнит через его южный полюс. Полевые линии не начинаются в одном месте и не заканчиваются в другом; магниты движутся по «замкнутым путям», что означает, что они будут продолжать двигаться по одному и тому же пути снова и снова.

Силовые линии магнитного поля вокруг стержневого магнита

Помните, что магнитное поле присутствует повсюду вокруг магнита, не только вдоль линий поля, которые мы проводим, но даже между линиями поля.Линии просто помогают нам визуализировать направление потока поля в различных местах вокруг магнита и даже внутри магнита.

Железные опилки, насыпанные на лист бумаги поверх стержневого магнита

Отличный способ увидеть силовые линии в магнитном поле — использовать железные опилки. Положите стержневой магнит на стол и накройте его листом бумаги. Затем насыпьте опилки на бумагу и наблюдайте, как они образуют узоры из линий, которые близко друг к другу на одном полюсе, более расходятся, когда они покидают этот полюс, и снова сближаются на другом полюсе магнита.Опилки выстраиваются вдоль силовых линий магнитного стержня!

5. Магнитные силы проникают не только в воздух?

Да! В эксперименте с железными опилками магнитные силы стержневого магнита воздействовали на опилки через лист бумаги. Магниты на холодильник делают то же самое, когда используются для отображения листа бумаги. Поднятие цепочки скрепок с помощью магнита показывает нам, что магнитные поля могут распространяться даже через сталь, от скрепки до скрепки!

Магнитные силы могут проникать в бумагу.Показаны магниты героев.

Угадайте, что? Силы магнитного поля могут проникать также через воду и многие другие вещества… даже через вашу руку!

(Показан магнитный жезл. Активность из набора массивных магнитов.)

Магнитные силы могут проникать через воду… и многие другие вещества!

Магнитные силы, пронизывающие руку! (Показаны магнитная палочка и стержневой магнит Север-Юг.Активность из набора Chunky Magnet Set.)

Теги: стержневой магнит, Dowling Magnets, подковообразный магнит, магнитное поле, силовые линии магнитного поля, Магнитное силовое поле, магнитные объекты, измерение магнитного поля

Поделиться:

Магнитное поле Земли

Магнитосфера защищает поверхность Земли от заряженных частиц солнечного ветра и генерируется электрическими токами, расположенными во многих различных частях Земли.Он сжимается на дневной (солнечной) стороне за счет силы приходящих частиц и расширяется на ночной стороне. (Изображение не в масштабе.) Разница между магнитным севером и «истинным» севером.

Магнитное поле Земли (и поверхностное магнитное поле ) приблизительно представляет собой магнитный диполь с S-полюсом магнитного поля около северного географического полюса Земли (см. Северный магнитный полюс) и северным полюсом другого магнитного поля рядом с географическим географическим полюсом Земли. южный полюс (см. Южный магнитный полюс).Благодаря этому компас можно использовать для навигации. Причину возникновения поля можно объяснить теорией динамо. Магнитное поле распространяется бесконечно, но ослабевает по мере удаления от источника. Магнитное поле Земли, также называемое геомагнитным полем , которое эффективно распространяется на несколько десятков тысяч километров в космос, формирует магнитосферу Земли. Палеомагнитное исследование австралийского красного дацита и подушечного базальта оценило возраст магнитного поля как минимум 3,5 миллиарда лет. [1] [2]

Важность

Моделирование взаимодействия между магнитным полем Земли и межпланетным магнитным полем.

Земля в значительной степени защищена от солнечного ветра, потока энергичных заряженных частиц, исходящих от Солнца, своим магнитным полем, которое отклоняет большинство заряженных частиц. Некоторые из заряженных частиц солнечного ветра захвачены в радиационном поясе Ван Аллена.Меньшему количеству частиц солнечного ветра удается перемещаться, как по линии передачи электромагнитной энергии, в верхние слои атмосферы и ионосферу Земли в зонах полярных сияний. Единственный раз, когда солнечный ветер наблюдается на Земле, — это когда он достаточно силен, чтобы вызывать такие явления, как полярное сияние и геомагнитные бури. Яркие полярные сияния сильно нагревают ионосферу, заставляя ее плазму расширяться в магнитосферу, увеличивая размер плазменной геосферы и вызывая утечку атмосферного вещества в солнечный ветер.Геомагнитные бури возникают, когда давление плазмы, содержащейся внутри магнитосферы, достаточно велико, чтобы раздуваться и тем самым искажать геомагнитное поле.

Солнечный ветер отвечает за общую форму магнитосферы Земли, и колебания ее скорости, плотности, направления и увлекаемого магнитного поля сильно влияют на локальную космическую среду Земли. Например, уровни ионизирующего излучения и радиопомех могут варьироваться от сотен до тысяч раз; а форма и расположение магнитопаузы и головной ударной волны перед ней могут изменяться на несколько радиусов Земли, подвергая геосинхронные спутники прямому солнечному ветру.Эти явления собирательно называются космической погодой. Механизм атмосферного разрыва вызван захватом газа пузырьками магнитного поля, которые срываются солнечными ветрами. [3] Изменения напряженности магнитного поля коррелировали с изменением количества осадков в тропиках. [4]

Магнитные полюса и магнитный диполь

Основные статьи: Северный магнитный полюс и Южный магнитный полюс Магнитное склонение от истинного севера в 1700 г.

Положение магнитных полюсов можно определить как минимум двумя способами [5] .

Часто магнитный (наклонный) полюс рассматривается как точка на поверхности Земли, где магнитное поле полностью вертикально. Другими словами, угол наклона поля Земли составляет 90 ° на северном магнитном полюсе и -90 ° на южном магнитном полюсе. На магнитном полюсе компас, удерживаемый в горизонтальной плоскости, указывает случайным образом, в то время как в противном случае он указывает почти на северный магнитный полюс или от Южного магнитного полюса, хотя существуют местные отклонения. Два полюса перемещаются независимо друг от друга и не находятся в прямо противоположных положениях на земном шаре.Магнитный полюс падения может быстро перемещаться, для Северного магнитного полюса [6] проводились наблюдения до 40 км в год.

Магнитное поле Земли можно точно описать полем магнитного диполя, расположенного рядом с центром Земли. Ориентация диполя определяется осью. Два положения, в которых ось диполя, которая лучше всего соответствует геомагнитному полю, пересекает поверхность Земли, называются Северным и Южным геомагнитными полюсами. Для наилучшего соответствия диполь, представляющий геомагнитное поле, должен быть размещен примерно в 500 км от центра Земли.Это приводит к тому, что внутренний радиационный пояс опускается ниже в южной части Атлантического океана, где поверхностное поле является самым слабым, создавая так называемую Южно-Атлантическую аномалию.

Если бы магнитное поле Земли было идеально дипольным, геомагнитный и магнитный полюса падения совпадали. Однако важные недиполярные члены в точном описании геомагнитного поля приводят к тому, что положения двух типов полюсов находятся в разных местах.

Характеристики поля

Напряженность поля у поверхности Земли составляет менее 30 микротеслов (0.3 гаусса) на территории, включающей большую часть Южной Америки и Южной Африки, до более чем 60 микротеслов (0,6 гаусса) вокруг магнитных полюсов в северной Канаде и на юге Австралии, а также в части Сибири. Средняя напряженность магнитного поля во внешнем ядре Земли составила 25 Гаусс, что в 50 раз сильнее, чем магнитное поле на поверхности. [9] [10]

Поле аналогично полю стержневого магнита. Магнитное поле Земли в основном вызвано электрическими токами в жидком внешнем ядре.Ядро Земли горячее, чем 1043 К, температура точки Кюри, выше которой ориентация спинов в железе становится случайной. Такая рандомизация приводит к потере намагниченности вещества.

Конвекция расплавленного железа во внешнем жидком ядре, наряду с эффектом Кориолиса, вызванным общим вращением планеты, имеет тенденцию организовывать эти «электрические токи» в валки, выровненные вдоль полярной оси север-юг. Когда проводящая жидкость течет через существующее магнитное поле, индуцируются электрические токи, которые, в свою очередь, создают другое магнитное поле.Когда это магнитное поле усиливает исходное магнитное поле, создается динамо-машина, которая поддерживает себя. Это называется теорией динамо, и она объясняет, как поддерживается магнитное поле Земли.

Еще одна особенность, которая магнитно отличает Землю от стержневого магнита, — это ее магнитосфера. На больших расстояниях от планеты преобладает поверхностное магнитное поле. Электрические токи, индуцированные в ионосфере, также создают магнитные поля. Такое поле всегда создается вблизи того места, где атмосфера находится ближе всего к Солнцу, вызывая ежедневные изменения, которые могут отклонять поверхностные магнитные поля на величину до одного градуса.Типичные суточные колебания напряженности поля составляют около 25 нанотесла (нТл) (т.е. ~ 1: 2 000), с вариациями в течение нескольких секунд, как правило, около 1 нТл (т.е. ~ 1: 50 000). [11]

Вариации магнитного поля

Геомагнитные вариации с момента последнего обращения.

Токи в ядре Земли, создающие ее магнитное поле, возникли по крайней мере 3 450 миллионов лет назад. [12] [13]

Магнитометры в археологической геофизике обнаруживают мельчайшие отклонения в магнитном поле Земли, вызванные железными артефактами, печами, некоторыми типами каменных построек и даже канавами и мусором.С помощью магнитных инструментов, адаптированных на основе бортовых детекторов магнитных аномалий, разработанных во время Второй мировой войны для обнаружения подводных лодок, были нанесены на карту магнитные вариации на дне океана. Базальт — богатая железом вулканическая порода, составляющая дно океана — содержит сильно магнитный минерал (магнетит) и может локально искажать показания компаса. Искажение было признано исландскими мореплавателями еще в конце 18 века. Что еще более важно, поскольку присутствие магнетита придает базальту измеримые магнитные свойства, эти магнитные вариации предоставили еще один способ изучения глубоководного дна океана.Когда вновь образованная порода охлаждается, такие магнитные материалы регистрируют магнитное поле Земли.

Часто магнитосфера Земли поражается солнечными вспышками, вызывающими геомагнитные бури, вызывающие проявления полярных сияний. Кратковременная нестабильность магнитного поля измеряется с помощью K-индекса.

Недавно в магнитном поле были обнаружены утечки, которые взаимодействуют с солнечным ветром Солнца способом, противоположным первоначальной гипотезе. Во время солнечных бурь это может привести к крупномасштабным отключениям электроэнергии и сбоям в работе искусственных спутников. [14]

См. Также Магнитная аномалия

Инверсия магнитного поля

Основная статья: Геомагнитная инверсия

Основываясь на изучении лавовых потоков базальта во всем мире, было высказано предположение, что магнитное поле Земли меняет направление на противоположное. с интервалами от десятков тысяч до многих миллионов лет, со средним интервалом примерно 300 000 лет. [15] Однако последнее подобное событие, названное инверсией Брюнес – Матуяма, произошло примерно 780 000 лет назад.

Нет четкой теории относительно того, как могли произойти геомагнитные инверсии. Некоторые ученые создали модели ядра Земли, в которых магнитное поле лишь квазистабильно, а полюса могут спонтанно перемещаться из одной ориентации в другую в течение от нескольких сотен до нескольких тысяч лет. Другие ученые предполагают, что геодинамо сначала отключается самопроизвольно или из-за какого-то внешнего воздействия, такого как удар кометы, а затем перезапускается с магнитным «северным» полюсом, указывающим либо на север, либо на юг.Внешние события вряд ли будут обычными причинами инверсий магнитного поля из-за отсутствия корреляции между возрастом ударных кратеров и временем инверсий. Независимо от причины, когда магнитный полюс переключается из одного полушария в другое, это называется инверсией, тогда как временные изменения наклона диполя, которые перемещают ось диполя через экватор, а затем возвращаются к исходной полярности, известны как отклонения.

Исследования потоков лавы на горе Стинс, штат Орегон, показывают, что магнитное поле могло смещаться со скоростью до 6 градусов в день в какой-то момент истории Земли, что значительно бросает вызов популярному пониманию того, как работает магнитное поле Земли. . [16]

Палеомагнитные исследования, подобные этим, обычно состоят из измерений остаточной намагниченности вулканических пород. Осадки, отложенные на дне океана, ориентируются в соответствии с местным магнитным полем, сигнал, который может быть записан по мере их затвердевания. Хотя залежи магматических пород в основном парамагнитны, они действительно содержат следы ферри- и антиферромагнитных материалов в виде оксидов железа, что дает им способность обладать остаточной намагниченностью.Фактически, эта характеристика довольно часто встречается во многих других типах горных пород и отложений, обнаруженных по всему миру. Одним из наиболее распространенных оксидов, обнаруживаемых в природных отложениях горных пород, является магнетит.

В качестве примера того, как это свойство магматических пород позволяет нам определить, что поле Земли в прошлом менялось, рассмотрим измерения магнетизма на океанских хребтах. Прежде чем магма выйдет из мантии через трещину, она имеет чрезвычайно высокую температуру, превышающую температуру Кюри любого оксида железа, который она может содержать.Лава начинает остывать и затвердевать, когда попадает в океан, позволяя этим оксидам железа в конечном итоге восстановить свои магнитные свойства, в частности, способность удерживать остаточную намагниченность. Если предположить, что единственное магнитное поле, присутствующее в этих местах, связано с самой Землей, эта затвердевшая порода становится намагниченной в направлении геомагнитного поля. Несмотря на то, что напряженность поля довольно мала, а содержание железа в типичных образцах горных пород невелико, относительно небольшая остаточная намагниченность образцов находится в пределах разрешающей способности современных магнитометров.Затем можно измерить возраст и намагниченность застывших образцов лавы, чтобы определить ориентацию геомагнитного поля в древние эпохи.

Обнаружение магнитного поля

Отклонения модели магнитного поля от данных измерений, данных, созданных спутниками с чувствительными магнитометрами

Напряженность магнитного поля Земли была измерена Карлом Фридрихом Гауссом в 1835 году и с тех пор неоднократно измерялась, показывая относительное ослабление около 10% за последние 150 лет. [17] Спутник Magsat и более поздние спутники использовали 3-осевые векторные магнитометры для исследования трехмерной структуры магнитного поля Земли. Более поздний спутник Эрстеда позволил провести сравнение, показывающее динамическое геодинамо в действии, которое, по-видимому, порождает альтернативный полюс под Атлантическим океаном к западу от Южной Африки. [18]

Правительства иногда используют подразделения, специализирующиеся на измерении магнитного поля Земли. Это геомагнитные обсерватории, обычно входящие в состав национальной геологической службы, например, обсерватория Эскдалемуир Британской геологической службы.Такие обсерватории могут измерять и прогнозировать магнитные условия, которые иногда влияют на связь, электроэнергию и другую деятельность человека. (См. Магнитную бурю.)

Международная сеть магнитных обсерваторий в реальном времени с более чем 100 взаимосвязанными геомагнитными обсерваториями по всему миру с 1991 года регистрирует магнитное поле Земли.

Военные определяют местные характеристики геомагнитного поля по порядку для обнаружения аномалий на естественном фоне, которые могут быть вызваны значительным металлическим объектом, например, затопленной подводной лодкой.Как правило, эти детекторы магнитных аномалий используются в самолетах, таких как британский Nimrod, или буксируются в качестве инструмента или набора инструментов с надводных кораблей.

В коммерческих целях геофизические разведочные компании также используют магнитные детекторы для выявления естественных аномалий рудных тел, таких как Курская магнитная аномалия.

Животные, включая птиц и черепах, могут обнаруживать магнитное поле Земли и использовать это поле для навигации во время миграции. [19] Коровы и дикие олени склонны выстраивать свои тела с севера на юг во время отдыха, но не тогда, когда животные находятся под высоковольтными линиями электропередач, что заставляет исследователей полагать, что это связано с магнетизмом. Дайсон, П.Дж. (2009). «Биология: электрические коровы». Природа 458 (7237): 389. DOI: 10.1038 / 458389a. PMID 19325587.

Внешние ссылки


  • Уильям Дж. Брод, Будет ли компас указывать на юг? . New York Times, 13 июля 2004 г.
  • Джон Роуч, Почему магнитное поле Земли меняется? . National Geographic, 27 сентября 2004 г.
  • Когда север идет на юг .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.