O campo magnético pode ser criado pela corrente de partículas carregadas e/ou pelos momentos magnéticos dos elétrons nos átomos (e pelos momentos magnéticos de outras partículas, embora em muito menor grau) (ímãs permanentes).
Além disso, aparece na presença de um campo elétrico variável no tempo.
A principal característica de energia campo magnéticoé vetor de indução magnética (vetor de indução de campo magnético). Do ponto de vista matemático, é um campo vetorial que define e especifica o conceito físico de um campo magnético. Freqüentemente, o vetor de indução magnética é chamado simplesmente de campo magnético por brevidade (embora esse provavelmente não seja o uso mais estrito do termo).
Outra característica fundamental do campo magnético (indução magnética alternativa e intimamente relacionada a ela, praticamente igual a ela em valor físico) é potencial vetorial .
Um campo magnético pode ser chamado de um tipo especial de matéria, através do qual a interação é realizada entre partículas ou corpos carregados em movimento que possuem um momento magnético.
Campos magnéticos são uma consequência necessária (no contexto) da existência de campos elétricos.
O campo magnético é criado (gerado) pela corrente de partículas carregadas, ou pelo campo elétrico variável no tempo, ou pelos momentos magnéticos intrínsecos das partículas (este último, por uma questão de uniformidade da imagem, pode ser formalmente reduzido a correntes elétricas).
Em casos simples, o campo magnético de um condutor condutor de corrente (incluindo o caso de uma corrente distribuída arbitrariamente sobre um volume ou espaço) pode ser encontrado a partir da lei de Biot-Savart-Laplace ou do teorema da circulação (também é a lei de Ampère). Em princípio, esse método é limitado ao caso (aproximação) da magnetostática - ou seja, ao caso de campos magnéticos e elétricos constantes (se estivermos falando de aplicabilidade estrita) ou, em vez disso, mudando lentamente (se estivermos falando de aplicação aproximada).
Em mais situações difíceisé procurada como uma solução para as equações de Maxwell.
O campo magnético se manifesta no efeito nos momentos magnéticos de partículas e corpos, em partículas carregadas em movimento (ou condutores de corrente). A força que age sobre uma partícula eletricamente carregada movendo-se em um campo magnético é chamada de força de Lorentz, que é sempre direcionada perpendicularmente aos vetores v e B. É proporcional à carga da partícula q, a componente de velocidade v, perpendicular à direção do vetor campo magnético B, e a magnitude da indução do campo magnético B. No sistema SI de unidades, a força de Lorentz é expressa da seguinte forma:
no sistema CGS de unidades:
onde colchetes denotam o produto vetorial.
Além disso (devido à ação da força de Lorentz nas partículas carregadas que se movem ao longo do condutor), o campo magnético atua no condutor com corrente. A força que age sobre um condutor condutor de corrente é chamada de força ampère. Essa força é a soma das forças que atuam sobre as cargas individuais que se movem dentro do condutor.
Um dos mais comuns em vida comum manifestações do campo magnético - a interação de dois ímãs: pólos idênticos se repelem, os opostos se atraem. Parece tentador descrever a interação entre ímãs como uma interação entre dois monopolos e, do ponto de vista formal, essa ideia é bastante realizável e muitas vezes muito conveniente e, portanto, útil na prática (em cálculos); no entanto, uma análise detalhada mostra que, na verdade, isso não é completamente descrição correta fenômeno (a questão mais óbvia que não pode ser explicada dentro da estrutura de tal modelo é a questão de por que os monopolos nunca podem ser separados, ou seja, por que o experimento mostra que nenhum corpo isolado realmente tem uma carga magnética; além disso, o A fraqueza do modelo é que ele é inaplicável a um campo magnético criado por uma corrente macroscópica e, portanto, se não for considerado como uma técnica puramente formal, apenas leva a uma complicação da teoria em um sentido fundamental).
Seria mais correto dizer que uma força atua sobre um dipolo magnético colocado em um campo não homogêneo, que tende a girá-lo de forma que o momento magnético do dipolo seja codirecionado com o campo magnético. Mas nenhum ímã experimenta uma força (total) de um campo magnético uniforme. Força atuando em um dipolo magnético com um momento magnético mé expressa pela fórmula:
A força que atua em um ímã (não sendo um dipolo de ponto único) de um campo magnético não homogêneo pode ser determinada pela soma de todas as forças (definidas por esta fórmula) que atuam nos dipolos elementares que compõem o ímã.
No entanto, é possível uma abordagem que reduza a interação dos ímãs à força de Ampère, e a própria fórmula acima para a força que atua em um dipolo magnético também pode ser obtida com base na força de Ampère.
campo vetorial H medida em amperes por metro (A/m) no sistema SI e em oersteds no CGS. Oersteds e gausses são quantidades idênticas, sua separação é puramente terminológica.
O incremento na densidade de energia do campo magnético é:
H- Força do campo magnético, B- indução magnéticaNa aproximação do tensor linear, a permeabilidade magnética é um tensor (nós o denotamos ) e a multiplicação de um vetor por ele é uma multiplicação do tensor (matriz):
ou em componentes.A densidade de energia nesta aproximação é igual a:
são os componentes do tensor de permeabilidade magnética , é o tensor representado pela matriz inversa da matriz do tensor permeabilidade magnética, - constante magnéticaQuando os eixos coordenados são escolhidos para coincidir com os eixos principais do tensor de permeabilidade magnética, as fórmulas nos componentes são simplificadas:
são as componentes diagonais do tensor de permeabilidade magnética em seus próprios eixos (as demais componentes nestas coordenadas especiais - e somente nelas! - são iguais a zero).Em um ímã linear isotrópico:
- permeabilidade magnética relativaNo vácuo e:
A energia do campo magnético no indutor pode ser encontrada pela fórmula:
Ф - fluxo magnético, I - corrente, L - indutância de uma bobina ou bobina com corrente.De um ponto de vista fundamental, como mencionado acima, um campo magnético pode ser criado (e portanto - no contexto deste parágrafo - e enfraquecido ou fortalecido) por um campo elétrico alternado, correntes elétricas na forma de fluxos de partículas carregadas ou momentos magnéticos das partículas.
Estrutura microscópica específica e propriedades de várias substâncias (bem como suas misturas, ligas, estados agregados, modificações cristalinas, etc.) levam ao fato de que no nível macroscópico eles podem se comportar de maneira bastante diferente sob a ação de um campo magnético externo (em particular, enfraquecendo-o ou fortalecendo-o em graus variados).
Nesse sentido, as substâncias (e os meios em geral) em relação às suas propriedades magnéticas são divididas nos seguintes grupos principais:
Correntes de Foucault (correntes parasitas) - correntes elétricas fechadas em um condutor maciço, decorrentes de uma mudança no fluxo magnético que o penetra. São correntes de indução formadas em um corpo condutor devido a uma mudança no tempo do campo magnético em que está localizado, ou como resultado do movimento do corpo em um campo magnético, levando a uma mudança no fluxo magnético através o corpo ou qualquer parte dele. De acordo com a regra de Lenz, o campo magnético das correntes de Foucault é direcionado de forma a se opor à mudança no fluxo magnético que induz essas correntes.
Embora os ímãs e o magnetismo fossem conhecidos muito antes, o estudo do campo magnético começou em 1269, quando o cientista francês Peter Peregrine (o cavaleiro Pierre de Méricourt) observou o campo magnético na superfície de um ímã esférico usando agulhas de aço e determinou que o linhas de campo magnético resultantes se cruzaram em dois pontos, que ele chamou de "pólos" por analogia com os pólos da Terra. Quase três séculos depois, William Gilbert Colchester usou o trabalho de Peter Peregrinus e pela primeira vez afirmou definitivamente que a própria Terra era um ímã. Publicado em 1600, o trabalho de Gilbert De Magnete, lançou as bases do magnetismo como ciência.
Três descobertas consecutivas desafiaram essa "base do magnetismo". Primeiro, em 1819, Hans Christian Oersted descobriu que uma corrente elétrica cria um campo magnético ao seu redor. Então, em 1820, André-Marie Ampère mostrou que fios paralelos transportando corrente na mesma direção se atraem. Finalmente, Jean-Baptiste Biot e Félix Savard descobriram uma lei em 1820 chamada lei de Biot-Savart-Laplace, que previu corretamente o campo magnético em torno de qualquer fio energizado.
Expandindo essas experiências, Ampère publicou seu próprio modelo bem-sucedido de magnetismo em 1825. Nele, ele mostrou a equivalência da corrente elétrica em ímãs e, em vez dos dipolos das cargas magnéticas no modelo de Poisson, propôs a ideia de que o magnetismo está associado a loops de corrente que fluem constantemente. Essa ideia explicava por que a carga magnética não podia ser isolada. Além disso, Ampère deduziu a lei que leva seu nome, que, como a lei de Biot-Savart-Laplace, descrevia corretamente o campo magnético criado por corrente direta, e o teorema da circulação do campo magnético também foi introduzido. Também neste trabalho, Ampère cunhou o termo "eletrodinâmica" para descrever a relação entre eletricidade e magnetismo.
Embora a força do campo magnético de uma carga elétrica em movimento implícita na lei de Ampère não tenha sido explicitamente declarada, em 1892 Hendrik Lorentz a derivou das equações de Maxwell. Ao mesmo tempo, a teoria clássica da eletrodinâmica foi basicamente concluída.
O século XX ampliou as visões sobre a eletrodinâmica, graças ao surgimento da teoria da relatividade e da mecânica quântica. Albert Einstein, em seu artigo de 1905, onde sua teoria da relatividade foi fundamentada, mostrou que os campos elétrico e magnético fazem parte do mesmo fenômeno, considerados em diferentes referenciais. (Veja O ímã em movimento e o problema do condutor - o experimento mental que eventualmente ajudou Einstein a desenvolver a relatividade especial). Finalmente, a mecânica quântica foi combinada com a eletrodinâmica para formar a eletrodinâmica quântica (QED).
Ainda nos lembramos do campo magnético da escola, é isso mesmo, "aparece" na memória de nem todos. Vamos atualizar o que passamos e talvez contar algo novo, útil e interessante.
Um campo magnético é um campo de força que atua sobre cargas elétricas em movimento (partículas). Devido a este campo de força, os objetos são atraídos uns pelos outros. Existem dois tipos de campos magnéticos:
Pela primeira vez, a designação de campo magnético foi introduzida por M. Faraday em 1845, embora seu significado fosse um pouco errôneo, pois se acreditava que tanto os efeitos elétricos quanto os magnéticos e a interação são baseados no mesmo campo material. Mais tarde, em 1873, D. Maxwell “apresentou” teoria quântica, em que esses conceitos começaram a ser separados, e o campo de força anteriormente derivado foi chamado de campo eletromagnético.
Campos magnéticos não são percebidos pelo olho humano vários itens, e apenas sensores especiais podem corrigi-lo. A fonte do aparecimento de um campo de força magnética em escala microscópica é o movimento de micropartículas magnetizadas (carregadas), que são:
Seu movimento ocorre devido ao momento magnético de spin, que está presente em cada micropartícula.
Não importa o quão estranho possa parecer, mas quase todos os objetos ao nosso redor têm seu próprio campo magnético. Embora no conceito de muitos, apenas uma pedrinha chamada ímã possui um campo magnético, que atrai objetos de ferro para si. Na verdade, a força de atração está em todos os objetos, ela só se manifesta em uma valência inferior.
Também deve ser esclarecido que o campo de força, chamado magnético, aparece apenas sob a condição de que cargas ou corpos elétricos estejam em movimento.
Cargas imóveis têm um campo de força elétrica (também pode estar presente em cargas em movimento). Acontece que as fontes do campo magnético são:
UM CAMPO MAGNÉTICO
O campo magnético é tipo especial matéria, invisível e intangível ao homem,
existindo independentemente de nossa consciência.
Mesmo nos tempos antigos, os pensadores-cientistas imaginaram que algo existe ao redor do ímã.
Agulha magnética.
Uma agulha magnética é um dispositivo necessário para estudar a ação magnética de uma corrente elétrica.
É um pequeno ímã montado na ponta da agulha, tem dois pólos: norte e sul.A agulha magnética pode girar livremente na ponta da agulha.
A extremidade norte da agulha magnética sempre aponta para o norte.
A linha que conecta os pólos da agulha magnética é chamada de eixo da agulha magnética.
Uma agulha magnética semelhante está em qualquer bússola - um dispositivo para orientação no solo.
Onde se origina o campo magnético?
O experimento de Oersted (1820) - mostra como um condutor com corrente e uma agulha magnética interagem.
Quando o circuito elétrico é fechado, a agulha magnética se desvia de sua posição original, quando o circuito é aberto, a agulha magnética retorna à sua posição original.
No espaço ao redor do condutor com corrente (e em caso Geral em torno de qualquer carga elétrica em movimento) existe um campo magnético.
As forças magnéticas desse campo atuam sobre a agulha e a giram.
Em geral, pode-se dizer
que um campo magnético surge em torno de cargas elétricas em movimento.
A corrente elétrica e o campo magnético são inseparáveis.
INTERESSANTE O QUE...
Muitos corpos celestes - planetas e estrelas - têm seus próprios campos magnéticos.
No entanto, nossos vizinhos mais próximos - a Lua, Vênus e Marte - não possuem campo magnético,
semelhante à terra.
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Gilbert descobriu que quando um pedaço de ferro é aproximado de um polo de um ímã, o outro polo começa a atrair com mais força. Essa ideia foi patenteada apenas 250 anos após a morte de Hilbert.
Na primeira metade dos anos 90, quando surgiram novas moedas georgianas - lari,
batedores de carteira locais têm ímãs,
Porque o metal do qual essas moedas foram feitas foi bem atraído por um ímã!
Se você pegar uma nota de um dólar na esquina e levá-la a um ímã poderoso
(por exemplo, ferradura), criando um campo magnético não uniforme, um pedaço de papel
desviar para um dos pólos. Acontece que a cor da nota de dólar contém sais de ferro,
tendo propriedades magnéticas, então o dólar é atraído para um dos pólos do ímã.
Se você trouxer um ímã grande para o nível de bolha do carpinteiro, a bolha se moverá.
O fato é que o nível de bolha é preenchido com um líquido diamagnético. Quando tal líquido é colocado em um campo magnético, um campo magnético de direção oposta é criado dentro dele e é empurrado para fora do campo. Portanto, a bolha no líquido se aproxima do ímã.
VOCÊ PRECISA SABER SOBRE ELES!
O organizador do negócio da bússola magnética na Marinha Russa era um conhecido cientista desviador,
capitão do 1º escalão, autor papéis científicos de acordo com a teoria da bússola I.P. Belavan.
Participante de uma volta ao mundo na fragata "Pallada" e participante Guerra da Crimeia 1853-56 ele foi o primeiro no mundo a desmagnetizar um navio (1863)
e resolveu o problema de instalar bússolas dentro de um submarino de ferro.
Em 1865, foi nomeado chefe do primeiro Observatório Compass do país em Kronstadt.
Provavelmente, não há pessoa que pelo menos uma vez não tenha pensado na questão do que é um campo magnético. Ao longo da história, eles tentaram explicá-lo com redemoinhos etéreos, peculiaridades, monopólios magnéticos e muitos outros.
Todos nós sabemos que ímãs com pólos iguais voltados um para o outro se repelem e ímãs opostos se atraem. Este poder vai
Varia dependendo da distância entre as duas partes. Acontece que o objeto descrito cria um halo magnético ao seu redor. Ao mesmo tempo, quando dois campos alternados com a mesma frequência são sobrepostos, quando um é deslocado no espaço em relação ao outro, obtém-se um efeito que é comumente chamado de "campo magnético rotativo".
O tamanho do objeto em estudo é determinado pela força com que o ímã é atraído por outro ou pelo ferro. Assim, quanto maior a atração, maior o campo. A força pode ser medida usando a usual, um pequeno pedaço de ferro é colocado de um lado e pesos são colocados do outro, projetados para equilibrar o metal com o ímã.
Para uma compreensão mais precisa do assunto do tópico, você deve estudar os campos:
Respondendo à pergunta sobre o que é um campo magnético, vale dizer que uma pessoa também o possui. No final de 1960, graças ao intenso desenvolvimento da física, foi criado o dispositivo de medição SQUID. Sua ação é explicada pelas leis dos fenômenos quânticos. É um elemento sensível de magnetômetros usados para estudar o campo magnético e tal
valores, como
"SQUID" rapidamente começou a ser usado para medir os campos gerados por organismos vivos e, claro, por humanos. Isso deu impulso ao desenvolvimento de novas áreas de pesquisa baseadas na interpretação das informações fornecidas por tal instrumento. Essa direção é chamada de "biomagnetismo".
Por que, antes, ao determinar o que é um campo magnético, nenhuma pesquisa foi realizada nessa área? Descobriu-se que é muito fraco em organismos e sua medição é uma tarefa física difícil. Isso se deve à presença de uma grande quantidade de ruído magnético no espaço circundante. Portanto, simplesmente não é possível responder à pergunta sobre o que é um campo magnético humano e estudá-lo sem o uso de medidas de proteção especializadas.
Em torno de um organismo vivo, esse "halo" ocorre por três razões principais. Em primeiro lugar, devido aos pontos iônicos que aparecem como resultado da atividade elétrica das membranas celulares. Em segundo lugar, devido à presença de ferromagnético menores partículas acidentalmente ingerido ou introduzido no organismo. Em terceiro lugar, quando os campos magnéticos externos são sobrepostos, há uma suscetibilidade não uniforme de vários órgãos, o que distorce as esferas sobrepostas.
Os campos magnéticos ocorrem naturalmente e podem ser criados artificialmente. O homem os notou recursos úteis que aprenderam a aplicar em Vida cotidiana. Qual é a origem do campo magnético?
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Campo magnético da Terra
As propriedades magnéticas de algumas substâncias foram observadas na antiguidade, mas seu verdadeiro estudo começou em Europa medieval. Usando pequenas agulhas de aço, um cientista da França, Peregrine, descobriu a interseção de linhas de força magnética em determinados pontos - os pólos. Apenas três séculos depois, guiado por essa descoberta, Gilbert continuou a estudá-la e posteriormente defendeu sua hipótese de que a Terra possui seu próprio campo magnético.
O rápido desenvolvimento da teoria do magnetismo começou no início do século XIX, quando Ampère descobriu e descreveu a influência de um campo elétrico na ocorrência de um campo magnético, e a descoberta de Faraday da indução eletromagnética estabeleceu uma relação inversa.
O campo magnético se manifesta no efeito de força sobre cargas elétricas em movimento, ou sobre corpos que possuem momento magnético.
Fontes de campo magnético:
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Fontes de campo magnético
A causa raiz do campo magnético é idêntica para todas as fontes: microcargas elétricas - elétrons, íons ou prótons - têm seu próprio momento magnético ou estão em movimento direcional.
Importante! Geram mutuamente campos elétricos e magnéticos que mudam com o tempo. Esta relação é determinada pelas equações de Maxwell.
As características do campo magnético são:
F = B x S x cos α,
onde B é o vetor de indução magnética, S é a seção, α é o ângulo de inclinação do vetor para a perpendicular desenhada ao plano da seção. Unidade de medida - weber (Wb);
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fluxo magnético
É fácil ver as manifestações do campo magnético no exemplo de um ímã permanente. Tem dois pólos e, dependendo da orientação, os dois ímãs se atraem ou se repelem. O campo magnético caracteriza os processos que ocorrem neste caso:
Importante! A densidade das linhas de campo indica a intensidade do campo magnético.
Embora o MF não possa ser visto na realidade, as linhas de força podem ser facilmente visualizadas no mundo real colocando limalha de ferro no MF. Cada partícula se comporta como um pequeno imã com norte e pólo Sul. O resultado é um padrão semelhante a linhas de força. Uma pessoa não é capaz de sentir o impacto do MP.
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Linhas de campo magnético
Como esta é uma quantidade vetorial, existem dois parâmetros para medir MF: força e direção. A direção é fácil de medir com uma bússola conectada ao campo. Um exemplo é uma bússola colocada no campo magnético da Terra.
A medição de outras características é muito mais difícil. Magnetômetros práticos só apareceram no século XIX. A maioria deles trabalha com a força que o elétron sente ao se mover pelo campo magnético.
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Magnetômetro
A medição muito precisa de pequenos campos magnéticos tornou-se prática desde a descoberta em 1988 da magnetorresistência gigante em materiais em camadas. Essa descoberta da física fundamental foi rapidamente aplicada à tecnologia de discos rígidos magnéticos para armazenamento de dados em computadores, resultando em um aumento de mil vezes na capacidade de armazenamento em apenas alguns anos.
Em sistemas de medição geralmente aceitos, MF é medido em testes (T) ou em gauss (G). 1 T = 10000 gauss. Gauss é frequentemente usado porque o Tesla é um campo muito grande.
Interessante. Um pequeno imã de geladeira cria um MF igual a 0,001 T, e o campo magnético da Terra, em média, é de 0,00005 T.
Magnetismo e campos magnéticos são manifestações da força eletromagnética. existem dois maneiras possíveis como organizar uma carga de energia em movimento e, conseqüentemente, um campo magnético.
A primeira é conectar o fio a uma fonte de corrente, um MF é formado em torno dele.
Importante!À medida que a corrente (o número de cargas em movimento) aumenta, o MP aumenta proporcionalmente. Conforme você se afasta do fio, o campo diminui com a distância. Isso é descrito pela lei de Ampère.
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lei de Ampère
Alguns materiais com maior permeabilidade magnética são capazes de concentrar campos magnéticos.
Como o campo magnético é um vetor, é necessário determinar sua direção. Para uma corrente comum fluindo através de um fio reto, a direção pode ser encontrada pela regra da mão direita.
Para usar a regra, você deve imaginar que o fio está enrolado mão direita, uma dedão indica a direção da corrente. Em seguida, os outros quatro dedos mostrarão a direção do vetor de indução magnética ao redor do condutor.
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regra da mão direita
A segunda maneira de criar um MF é usar o fato de que os elétrons aparecem em algumas substâncias que possuem seu próprio momento magnético. É assim que os ímãs permanentes funcionam:
A terra pode ser representada na forma de placas de capacitores, cuja carga tem sinal oposto: "menos" - em superfície da Terra e "mais" - na ionosfera. Entre eles está ar atmosférico como almofada isolante. O capacitor gigante mantém uma carga constante devido à influência do campo magnético da Terra. Com esse conhecimento, é possível criar um esquema de obtenção de energia elétrica do campo magnético da Terra. É verdade que o resultado serão valores de baixa tensão.
Tem que levar:
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Bobina de Tesla
A bobina de Tesla atuará como um emissor de elétrons. Toda a estrutura está conectada entre si e, para garantir uma diferença de potencial suficiente, o transformador deve ser elevado a uma altura considerável. Assim, será criado um circuito elétrico, por onde passará uma pequena corrente. Pegue um grande número de eletricidade usando este dispositivo não é possível.
A eletricidade e o magnetismo dominam muitos dos mundos que cercam o homem: desde os processos mais fundamentais da natureza até os dispositivos eletrônicos de ponta.
