UN CAMPO MAGNETICO
Il campo magnetico è tipo speciale materia, invisibile e intangibile all'uomo,
esistente indipendentemente dalla nostra coscienza.
Anche nei tempi antichi, gli scienziati-pensatori hanno intuito che esiste qualcosa attorno al magnete.
Ago magnetico.
Un ago magnetico è un dispositivo necessario per studiare l'azione magnetica di una corrente elettrica.
È un piccolo magnete montato sulla punta dell'ago, ha due poli: Nord e Sud. L'ago magnetico può ruotare liberamente sulla punta dell'ago.
L'estremità nord dell'ago magnetico punta sempre a nord.
La linea che collega i poli dell'ago magnetico è chiamata asse dell'ago magnetico.
Un ago magnetico simile si trova in qualsiasi bussola: un dispositivo per l'orientamento a terra.
Dove ha origine il campo magnetico?
L'esperimento di Oersted (1820) - mostra come interagiscono un conduttore con corrente e un ago magnetico.
Quando il circuito elettrico è chiuso, l'ago magnetico devia dalla sua posizione originale, quando il circuito è aperto, l'ago magnetico torna nella sua posizione originale.
Nello spazio attorno al conduttore con corrente (e in caso generale attorno a qualsiasi carica elettrica in movimento) c'è un campo magnetico.
Le forze magnetiche di questo campo agiscono sull'ago e lo ruotano.
In generale, si può dire
che un campo magnetico si forma attorno a cariche elettriche in movimento.
La corrente elettrica e il campo magnetico sono inseparabili l'uno dall'altro.
COSA INTERESSANTE...
Molti corpi celesti - pianeti e stelle - hanno i propri campi magnetici.
Tuttavia, i nostri vicini più prossimi - la Luna, Venere e Marte - non ce l'hanno campo magnetico,
simile alla terra.
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Gilbert ha scoperto che quando un pezzo di ferro viene avvicinato a un polo di un magnete, l'altro polo inizia ad attrarre più forte. Questa idea è stata brevettata solo 250 anni dopo la morte di Hilbert.
Nella prima metà degli anni '90, quando apparvero nuove monete georgiane - lari,
i borseggiatori locali hanno magneti,
perché il metallo con cui sono state fatte queste monete è stato ben attratto da una calamita!
Se prendi una banconota da un dollaro dietro l'angolo e la porti su un potente magnete
(ad esempio, ferro di cavallo), creando un campo magnetico non uniforme, un pezzo di carta
deviare verso uno dei poli. Si scopre che il colore della banconota da un dollaro contiene sali di ferro,
avendo proprietà magnetiche, quindi il dollaro è attratto da uno dei poli del magnete.
Se porti un grande magnete alla livella a bolla del falegname, la bolla si muoverà.
Il fatto è che la livella a bolla è riempita con un liquido diamagnetico. Quando un tale liquido viene posto in un campo magnetico, al suo interno viene creato un campo magnetico nella direzione opposta e viene espulso dal campo. Pertanto, la bolla nel liquido si avvicina al magnete.
DEVI CONOSCERLI!
L'organizzatore del business delle bussole magnetiche nella Marina russa era un noto scienziato deviatore,
capitano di 1° grado, autore articoli scientifici secondo la teoria della bussola I.P. Belavan.
Partecipante di un giro del mondo sulla fregata "Pallada" e un partecipante guerra di Crimea 1853-56 fu il primo al mondo a smagnetizzare una nave (1863)
e risolto il problema dell'installazione di bussole all'interno di un sottomarino di ferro.
Nel 1865 fu nominato capo del primo Osservatorio Compass del paese a Kronstadt.
Ricordiamo ancora il campo magnetico della scuola, è proprio quello che "spunta" nei ricordi non di tutti. Rinfreschiamo quello che abbiamo passato e magari vi raccontiamo qualcosa di nuovo, utile e interessante.
Un campo magnetico è un campo di forza che agisce sulle cariche elettriche in movimento (particelle). A causa di questo campo di forza, gli oggetti sono attratti l'uno dall'altro. Esistono due tipi di campi magnetici:
Per la prima volta, la designazione del campo magnetico fu introdotta da M. Faraday nel 1845, sebbene il suo significato fosse un po' errato, poiché si credeva che sia gli effetti elettrici che magnetici e l'interazione fossero basati sullo stesso campo materiale. Più tardi, nel 1873, D. Maxwell "presentò" teoria dei quanti, in cui questi concetti iniziarono a essere separati e il campo di forza precedentemente derivato fu chiamato campo elettromagnetico.
I campi magnetici non sono percepiti dall'occhio umano oggetti diversi e solo sensori speciali possono risolverlo. La fonte della comparsa di un campo di forza magnetico su scala microscopica è il movimento di microparticelle magnetizzate (caricate), che sono:
Il loro movimento avviene a causa del momento magnetico di rotazione, presente in ogni microparticella.
Non importa quanto strano possa sembrare, ma quasi tutti gli oggetti intorno a noi hanno il proprio campo magnetico. Sebbene nel concetto di molti, solo un sassolino chiamato magnete abbia un campo magnetico, che attira su di sé oggetti di ferro. In effetti, la forza di attrazione è in tutti gli oggetti, si manifesta solo in una valenza inferiore.
Va inoltre chiarito che il campo di forza, detto magnetico, compare solo a condizione che si muovano cariche elettriche o corpi.
Le cariche immobili hanno un campo di forza elettrico (può essere presente anche nelle cariche in movimento). Si scopre che le sorgenti del campo magnetico sono:
Buon giorno, oggi lo scoprirai cos'è un campo magnetico e da dove viene.
Ogni persona sul pianeta almeno una volta, ma ha mantenuto magnete in mano. A partire da magneti da frigo souvenir, o magneti funzionanti per la raccolta del polline di ferro e molto altro ancora. Da bambino era un giocattolo divertente che si attaccava al metallo nero, ma non ad altri metalli. Allora qual è il segreto del magnete e dei suoi campo magnetico.
A che punto una calamita inizia ad attrarsi verso se stessa? Intorno a ciascun magnete c'è un campo magnetico, in cui cade, gli oggetti iniziano ad essere attratti da esso. La dimensione di tale campo può variare a seconda della dimensione del magnete e delle sue proprietà.
Termine di Wikipedia:
Campo magnetico: un campo di forza che agisce su cariche elettriche in movimento e su corpi con un momento magnetico, indipendentemente dallo stato del loro movimento, la componente magnetica del campo elettromagnetico.
Il campo magnetico può essere creato dalla corrente di particelle cariche o dai momenti magnetici degli elettroni negli atomi, nonché dai momenti magnetici di altre particelle, sebbene in misura molto minore.
Il campo magnetico si manifesta nell'effetto sui momenti magnetici di particelle e corpi, su particelle cariche in movimento o conduttori con . La forza che agisce su una particella elettricamente carica che si muove in un campo magnetico è chiamata forza di Lorentz, che è sempre diretta perpendicolarmente ai vettori v e B. È proporzionale alla carica della particella q, alla componente della velocità v, perpendicolare alla direzione del vettore del campo magnetico B, e all'entità dell'induzione del campo magnetico B.
Spesso non ci pensiamo, ma molti (se non tutti) gli oggetti che ci circondano sono magneti. Siamo abituati al fatto che un magnete sia un sasso con una forza di attrazione verso se stesso pronunciata, ma in realtà quasi tutto ha una forza di attrazione, è solo molto più bassa. Prendiamo almeno il nostro pianeta: non voliamo nello spazio, anche se non ci aggrappiamo alla superficie con nulla. Il campo della Terra è molto più debole del campo di un magnete di ciottoli, quindi ci trattiene solo per le sue enormi dimensioni - se hai mai visto persone camminare sulla Luna (che ha un diametro quattro volte più piccolo), lo vedrai chiaramente capire di cosa stiamo parlando. L'attrazione della Terra si basa in gran parte sui componenti metallici, la sua crosta e il suo nucleo, che hanno un potente campo magnetico. Potresti aver sentito che vicino a grandi depositi di minerale di ferro, le bussole smettono di mostrare la giusta direzione verso nord - questo perché il principio della bussola si basa sull'interazione dei campi magnetici e minerale di ferro attira la sua freccia.
Campo magnetico e sue caratteristiche
Piano di lezione:
Campo magnetico, sue proprietà e caratteristiche.
Un campo magnetico- la forma di esistenza della materia che circonda le cariche elettriche in movimento (conduttori con corrente, magneti permanenti).
Questo nome è dovuto al fatto che, come scoprì il fisico danese Hans Oersted nel 1820, ha un effetto orientante sull'ago magnetico. L'esperimento di Oersted: un ago magnetico è stato posto sotto un filo con corrente, ruotando su un ago. Quando la corrente è stata attivata, è stata installata perpendicolarmente al filo; quando si cambia la direzione della corrente, ruota nella direzione opposta.
Le principali proprietà del campo magnetico:
generato da cariche elettriche in movimento, conduttori con corrente, magneti permanenti e un campo elettrico alternato;
agisce con forza su cariche elettriche in movimento, conduttori con corrente, corpi magnetizzati;
un campo magnetico alternato genera un campo elettrico alternato.
Dall'esperienza di Oersted deriva che il campo magnetico è direzionale e deve avere una caratteristica di forza vettoriale. È designato e chiamato induzione magnetica.
Il campo magnetico è rappresentato graficamente utilizzando linee di forza magnetiche o linee di induzione magnetica. forza magnetica linee sono chiamate linee lungo le quali si trovano limature di ferro o assi di piccole frecce magnetiche in un campo magnetico. In ogni punto di tale linea, il vettore è diretto tangenzialmente.
Le linee di induzione magnetica sono sempre chiuse, il che indica l'assenza di cariche magnetiche in natura e la natura vorticosa del campo magnetico.
Condizionalmente escono Polo Nord calamita ed entrare in quella meridionale. La densità delle linee è scelta in modo che il numero di linee per unità di area perpendicolare al campo magnetico sia proporzionale all'entità dell'induzione magnetica.
H 
Solenoide magnetico con corrente
La direzione delle linee è determinata dalla regola della vite destra. Solenoide: una bobina con corrente, le cui spire si trovano vicine l'una all'altra e il diametro della spira è molto inferiore alla lunghezza della bobina.
Il campo magnetico all'interno del solenoide è uniforme. Un campo magnetico si dice omogeneo se il vettore è costante in un punto qualsiasi.
Il campo magnetico di un solenoide è simile al campo magnetico di una barra magnetica.
DA 
L'olenoide con corrente è un elettromagnete.
L'esperienza mostra che per un campo magnetico, così come per un campo elettrico, principio di sovrapposizione: l'induzione del campo magnetico creato da più correnti o cariche in movimento è uguale alla somma vettoriale delle induzioni dei campi magnetici creati da ciascuna corrente o carica:
Il vettore viene inserito in uno dei 3 modi seguenti:
a) dalla legge di Ampère;
b) dall'azione di un campo magnetico su una spira con corrente;
c) dall'espressione per la forza di Lorentz.
MA 
mper stabilì sperimentalmente che la forza con cui il campo magnetico agisce sull'elemento del conduttore con corrente I, posto in un campo magnetico, è direttamente proporzionale alla forza
la corrente I e il prodotto vettoriale dell'elemento di lunghezza per l'induzione magnetica:
- La legge di Ampère
H 
la direzione del vettore può essere trovata secondo le regole generali del prodotto vettoriale, da cui segue la regola della mano sinistra: se il palmo della mano sinistra è posizionato in modo che le linee di forza magnetiche vi entrino, e 4 tese le dita sono dirette lungo la corrente, quindi piegate pollice mostrerà la direzione della forza.
La forza che agisce su un filo di lunghezza finita può essere trovata integrando sull'intera lunghezza.
Per I = cost, B = cost, F = BIlsin
Se =90 0 , F = BIl
Induzione del campo magnetico- una grandezza fisica vettoriale numericamente uguale alla forza agente in un campo magnetico uniforme su un conduttore di lunghezza unitaria con corrente unitaria, posto perpendicolare alle linee del campo magnetico.
1Tl è l'induzione di un campo magnetico uniforme, in cui un conduttore lungo 1 m con una corrente di 1A, posto perpendicolare alle linee del campo magnetico, è agito da una forza di 1N.
Finora abbiamo considerato le macrocorrenti che scorrono nei conduttori. Tuttavia, secondo l'ipotesi di Ampere, in ogni corpo ci sono correnti microscopiche dovute al movimento degli elettroni negli atomi. Queste correnti molecolari microscopiche creano il proprio campo magnetico e possono trasformarsi nei campi delle macrocorrenti, creando un campo magnetico aggiuntivo nel corpo. Il vettore caratterizza il campo magnetico risultante creato da tutte le macro e microcorrenti, ad es. per la stessa macrocorrente, il vettore in mezzi diversi ha valori diversi.
Il campo magnetico delle macrocorrenti è descritto dal vettore dell'intensità magnetica.
Per un mezzo isotropo omogeneo
,
0 \u003d 410 -7 H / m - costante magnetica, 0 \u003d 410 -7 N / A 2,
- permeabilità magnetica del mezzo, che mostra quante volte il campo magnetico delle macrocorrenti cambia a causa del campo delle microcorrenti del mezzo.
flusso magnetico. Teorema di Gauss per il flusso magnetico.
flusso vettoriale(flusso magnetico) attraverso il pad dSè chiamato valore scalare uguale a
dov'è la proiezione nella direzione della normale al sito;
- angolo tra vettori e .
elemento di superficie direzionale,
Il flusso vettoriale è una quantità algebrica,
Se 
- quando si lascia la superficie;
Se 
- all'ingresso della superficie.
Il flusso del vettore di induzione magnetica attraverso una superficie arbitraria S è uguale a
Per un campo magnetico uniforme = cost,
1 Wb - flusso magnetico che passa attraverso una superficie piana di 1 m 2 situata perpendicolarmente a un campo magnetico uniforme, la cui induzione è uguale a 1 T.
Il flusso magnetico attraverso la superficie S è numericamente uguale al numero di linee di forza magnetiche che attraversano la superficie data.
Poiché le linee di induzione magnetica sono sempre chiuse, per una superficie chiusa il numero di linee che entrano nella superficie (Ф 0), quindi, il flusso totale di induzione magnetica attraverso una superficie chiusa è zero.
- Teorema di Gauss: il flusso del vettore di induzione magnetica attraverso qualsiasi superficie chiusa è zero.
Questo teorema è un'espressione matematica del fatto che in natura non esistono cariche magnetiche su cui inizierebbero o finirebbero le linee di induzione magnetica.
Legge di Biot-Savart-Laplace e sua applicazione al calcolo dei campi magnetici.
Un campo magnetico correnti continue varie forme sono state studiate in dettaglio da fr. scienziati Biot e Savart. Hanno scoperto che in tutti i casi l'induzione magnetica in un punto arbitrario è proporzionale alla forza della corrente, dipende dalla forma, dalle dimensioni del conduttore, dalla posizione di questo punto rispetto al conduttore e dal mezzo.
I risultati di questi esperimenti sono stati riassunti da fr. il matematico Laplace, che ha tenuto conto della natura vettoriale dell'induzione magnetica e ha ipotizzato che l'induzione in ogni punto sia, secondo il principio di sovrapposizione, la somma vettoriale delle induzioni dei campi magnetici elementari creati da ciascuna sezione di questo conduttore.
Laplace nel 1820 formulò una legge, che fu chiamata legge di Biot-Savart-Laplace: ogni elemento di un conduttore con la corrente crea un campo magnetico, il cui vettore di induzione in un punto arbitrario K è determinato dalla formula:
- Legge di Biot-Savart-Laplace.
Dalla legge di Biot-Sovar-Laplace segue che la direzione del vettore coincide con la direzione del prodotto incrociato. La stessa direzione è data dalla regola della vite destra (succhiello).
Dato che ,
Elemento conduttore codirezionale con la corrente;
Vettore di raggio che si collega al punto K;
La legge di Biot-Savart-Laplace è di importanza pratica, perché permette di trovare in un dato punto dello spazio l'induzione del campo magnetico della corrente che scorre attraverso il conduttore di dimensione finita e forma arbitraria.
Per una corrente arbitraria, un tale calcolo è un problema matematico complesso. Tuttavia, se la distribuzione di corrente ha una certa simmetria, l'applicazione del principio di sovrapposizione insieme alla legge di Biot-Savart-Laplace rende possibile calcolare campi magnetici specifici in modo relativamente semplice.
Diamo un'occhiata ad alcuni esempi.
A. Campo magnetico di un conduttore rettilineo con corrente.
per un conduttore di lunghezza finita:
per un conduttore di lunghezza infinita: 1 = 0, 2 =
B. Campo magnetico al centro della corrente circolare:
=90 0 , peccato=1,
Oersted nel 1820 scoprì sperimentalmente che la circolazione in un circuito chiuso che circonda un sistema di macrocorrenti è proporzionale alla somma algebrica di queste correnti. Il coefficiente di proporzionalità dipende dalla scelta del sistema di unità e in SI è uguale a 1.
C 
la circolazione di un vettore è chiamata integrale ad anello chiuso.
Questa formula è chiamata teorema di circolazione o legge totale attuale:
la circolazione del vettore di intensità del campo magnetico lungo un circuito chiuso arbitrario è uguale alla somma algebrica delle macrocorrenti (o correnti totali) coperte da tale circuito. il suo caratteristiche Nello spazio che circonda correnti e magneti permanenti, c'è una forza campo chiamato magnetico. Disponibilità magnetico campi si presenta...
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I campi magnetici si verificano naturalmente e possono essere creati artificialmente. L'uomo li ha notati funzioni utili che hanno imparato ad applicarsi Vita di ogni giorno. Qual è la sorgente del campo magnetico?
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Il campo magnetico terrestre
Le proprietà magnetiche di alcune sostanze furono notate nell'antichità, ma il loro vero studio iniziò nel Europa medievale. Utilizzando piccoli aghi d'acciaio, uno scienziato francese, Peregrine, ha scoperto l'intersezione di linee di forza magnetiche in determinati punti: i poli. Solo tre secoli dopo, guidato da questa scoperta, Gilbert ha continuato a studiarla e successivamente ha difeso la sua ipotesi che la Terra abbia un proprio campo magnetico.
Il rapido sviluppo della teoria del magnetismo iniziò all'inizio del XIX secolo, quando Ampère scoprì e descrisse l'influenza di un campo elettrico sul verificarsi di un campo magnetico e la scoperta di Faraday dell'induzione elettromagnetica stabilì una relazione inversa.
Il campo magnetico si manifesta nell'effetto della forza sulle cariche elettriche in movimento, o sui corpi che hanno un momento magnetico.
Sorgenti di campo magnetico:
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Sorgenti di campo magnetico
La causa principale del campo magnetico è identica per tutte le sorgenti: le microcariche elettriche - elettroni, ioni o protoni - hanno un proprio momento magnetico o sono in movimento direzionale.
Importante! Si generano reciprocamente campi elettrici e magnetici che cambiano nel tempo. Questa relazione è determinata dalle equazioni di Maxwell.
Le caratteristiche del campo magnetico sono:
F = B x S x cos α,
dove B è il vettore di induzione magnetica, S è la sezione, α è l'angolo di inclinazione del vettore rispetto alla perpendicolare tracciata al piano della sezione. Unità di misura - weber (Wb);
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flusso magnetico
È facile vedere le manifestazioni del campo magnetico nell'esempio magnete permanente. Ha due poli e, a seconda dell'orientamento, i due magneti si attraggono o si respingono. Il campo magnetico caratterizza i processi che si verificano in questo caso:
Importante! La densità delle linee di campo indica l'intensità del campo magnetico.
Sebbene l'MF non possa essere visto nella realtà, le linee di forza possono essere facilmente visualizzate nel mondo reale posizionando la limatura di ferro nell'MF. Ogni particella si comporta come un minuscolo magnete con il nord e Polo Sud. Il risultato è un modello simile alle linee di forza. Una persona non è in grado di sentire l'impatto di MP.
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Linee di campo magnetico
Poiché si tratta di una grandezza vettoriale, ci sono due parametri per misurare MF: forza e direzione. La direzione è facile da misurare con una bussola collegata al campo. Un esempio è una bussola posta nel campo magnetico terrestre.
La misurazione di altre caratteristiche è molto più difficile. I magnetometri pratici sono apparsi solo nel XIX secolo. La maggior parte di loro funziona usando la forza che l'elettrone sente quando si muove attraverso il campo magnetico.
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Magnetometro
La misurazione molto accurata di piccoli campi magnetici è diventata pratica dalla scoperta nel 1988 della magnetoresistenza gigante nei materiali stratificati. Questa scoperta della fisica fondamentale è stata rapidamente applicata alla tecnologia dei dischi rigidi magnetici per l'archiviazione dei dati nei computer, determinando un aumento di mille volte della capacità di archiviazione in pochi anni.
Nei sistemi di misura generalmente accettati, MF viene misurato in test (T) o in gauss (G). 1 T = 10000 gauss. Gauss è spesso usato perché la Tesla è un campo troppo grande.
Interessante. Un piccolo magnete da frigo crea un MF pari a 0,001 T e il campo magnetico terrestre, in media, è di 0,00005 T.
Magnetismo e campi magnetici sono manifestazioni della forza elettromagnetica. Ci sono due modi possibili come organizzare una carica di energia in movimento e, di conseguenza, un campo magnetico.
Il primo è collegare il filo a una fonte di corrente, attorno ad esso si forma un MF.
Importante! All'aumentare della corrente (il numero di cariche in movimento), l'MP aumenta proporzionalmente. Allontanandosi dal filo, il campo diminuisce con la distanza. Questo è descritto dalla legge di Ampère.
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Legge di Ampère
Alcuni materiali con maggiore permeabilità magnetica sono in grado di concentrare i campi magnetici.
Poiché il campo magnetico è un vettore, è necessario determinarne la direzione. Per una corrente normale che scorre attraverso un filo rettilineo, la direzione può essere trovata dalla regola della mano destra.
Per usare la regola, devi immaginare che il filo sia avvolto mano destra e il pollice indica la direzione della corrente. Quindi le altre quattro dita mostreranno la direzione del vettore di induzione magnetica attorno al conduttore.
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Regola della mano destra
Il secondo modo per creare un MF è utilizzare il fatto che gli elettroni compaiono in alcune sostanze che hanno un proprio momento magnetico. Ecco come funzionano i magneti permanenti:
La terra può essere rappresentata sotto forma di piastre di condensatori, la cui carica ha segno opposto: "meno" - a superficie terrestre e "più" - nella ionosfera. Tra di loro c'è aria atmosferica come tampone isolante. Il condensatore gigante mantiene una carica costante a causa dell'influenza del campo magnetico terrestre. Utilizzando questa conoscenza, è possibile creare uno schema per ottenere energia elettrica dal campo magnetico terrestre. Vero, il risultato saranno valori di bassa tensione.
Dover prendere:
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Bobina di Tesla
La bobina di Tesla fungerà da emettitore di elettroni. L'intera struttura è collegata tra loro e, per garantire una sufficiente differenza di potenziale, il trasformatore deve essere sollevato ad un'altezza considerevole. Pertanto, verrà creato un circuito elettrico, attraverso il quale scorrerà una piccola corrente. Ottenere un gran numero di elettricità utilizzando questo dispositivo non è possibile.
Elettricità e magnetismo dominano molti dei mondi che circondano l'uomo: dai processi più fondamentali in natura ai dispositivi elettronici all'avanguardia.
