МАГНИТНОЕ ПОЛЕ
• Магнитное поле — это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом. • Основной характеристикой магнитного поля является его сила, определяемая вектором магнитной индукции B (вектор индукции магнитного поля). В СИ магнитная индукция измеряется в теслах (Тл).
Картина силовых линий магнитного поля, созданного постоянным подковообразным магнитом (а), прямым проводом с током (б) и проволочным кольцом (в), по которому течет ток.
Картина силовых линий магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом в форме стержня. Железные опилки на листе бумаги.
Электрический ток(I) проходя через проводник — производит магнитное поле (B) вокруг проводника.
Магнитное поле соленоида
Магнитное поле проявляется в воздействии на магнитные моменты частиц и тел, на движущиеся заряженные частицы (или проводники с током). Сила, действующая на движущуюся в магнитном поле электрически заряженную частицу, называется силой Лоренца : q – величина заряда – скорость частицы B – величина магнитной индукции α – угол между векторами B и
Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, называется силой Ампера: I – сила тока l – длина проводника B – величина магнитной индукции α – угол между B и l
Магнитные свойства веществ • Относительная магнитная проницаемость вещества (μ) – величина, показывающая во сколько раз индукция магнитного поля в веществе (В) отличается от магнитной индукции в вакууме (В 0):
Магнитные свойства вещества Магнитный момент (магнитный дипольный момент) — основная величина, характеризующая магнитные свойства вещества. Источником магнетизма, согласно классической теории электромагнитных явлений, являются электрические макро- и микротоки. Элементарным источником магнетизма считают замкнутый ток. Магнитный момент измеряется в А⋅м 2 или Дж/Тл (СИ)
Магнитным моментом обладают элементарные частицы, атомные ядра, электронные оболочки атомов и молекул. Магнитный момент элементарных частиц (электронов, протонов, нейтронов и других), как показала квантовая механика, обусловлен существованием у них собственного механического момента — спина. орбитальный магнитный момент движение электронов вокруг ядра по замкнутым орбитам спиновой магнитный момент собственное вращение (спин) электрона
Слева: элементарные электрические диполи, создающие суммарный электрический дипольный момент тела. Справа: магнитные диполи, являющиеся причиной ненулевой намагниченности тела.
• Диамагнетики (молекулы не обладают собственным магнитным полем) — вещества, намагничивающиеся против направления внешнего магнитного поля (μ < 1). • В отсутствие внешнего магнитного поля диамагнетики немагнитны. • К диамагнетикам относятся инертные газы, азот, водород, кремний, фосфор, висмут, цинк, медь, золото, серебро, а также многие другие, как органические, так и неорганические, соединения. Человек в магнитном поле ведет себя как диамагнетик.
Парамагнетики (молекулы обладают собственным магнитным полем) — вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении внешнего магнитного поля. Парамагнетики относятся к слабомагнитным веществам, магнитная проницаемость незначительно отличается от единицы μ>1. К парамагнетикам относятся алюминий (Al), платина (Pt), многие другие металлы (щелочные и щелочно-земельные металлы, а также сплавы этих металлов), кислород (О 2), оксид азота (NO), оксид марганца (Mn. O), хлорное железо (Fe. Cl 2) и др. Парамагнетик в отсутствие магнитного поля. Парамагнетик в присутствии слабого магнитного поля Парамагнетик в присутствии сильного магнитного поля
Ферромагнетики — вещества (как правило, в твёрдом кристаллическом или аморфном состоянии), в которых ниже определённой критической температуры (точки Кюри) устанавливается дальний ферромагнитный порядок. Значение магнитной восприимчивости вещества может составлять десятки и сотни тысяч. Среди химических элементов ферромагнитными свойствами обладают переходные элементы Fe, Со и Ni (3 d-металлы) и редкоземельные металлы Gd, Tb, Dy, Ho, Er.
Свойства ферромагнетиков 1. Ферромагнитные свойства вещества проявляются только тогда, когда соответствующее вещество находится в кристаллическом состоянии. 2. Магнитные свойства ферромагнетиков сильно зависят от температуры, так как ориентации магнитных полей доменов препятствует тепловое движение. Для каждого ферромагнетика существует определенная температура, при котором доменная структура полностью разрушается, и ферромагнетик превращается в парамагнетик. Это значение температуры называется точкой Кюри. Так для чистого железа значение температуры Кюри приблизительно равно 900°C;
3. Ферромагнетики намагничиваются до насыщения в слабых магнитных полях. На рисунке показано, как изменяется модуль индукции магнитного поля B в стали с изменением внешнего поля B 0
4. Магнитная проницаемость ферромагнетика зависит от внешнего магнитного поля.
5. У ферромагнетиков наблюдается остаточная намагниченность. Гистерезис (греч. ὑστέρησις — «отстающий» ) — свойство систем, которые не сразу следуют за приложенными силам.
Магнитный поток • Магнитный поток (Ф) – поток индукции В через какуюлибо поверхность (измеряется в Веберах [Вб]). S – площадь поверхности B – величина магнитной индукции α – угол между B и S
Электромагнитная индукция • Электромагнитная индукция. В замкнутом контуре, находящемся в изменяемом магнитном потоке, возникает электрический ток. Это явление было названо электромагнитной индукцией ( «индукция» означает «наведение» ). • Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея (в системе СИ): ε – электродвижущая сила, действующая вдоль произвольно выбранного контура, Ф – магнитный поток через поверхность, натянутую на этот контур. t – время
Русский физик Эмилий Ленц в 1833 г. сформулировал правило (правило Ленца), которое позволяет установить направление индукционного тока в контуре: индукционный ток имеет такое направление, что препятствует причине его вызывающей. При увеличении магнитного потока (ΔΦ > 0), ЭДС отрицательная, т. е. индукционный ток имеет такое направление, что вектор магнитной индукции индукционного магнитного поля направлен против вектора магнитной индукции внешнего (изменяющегося) магнитного поля (рис. слева). При уменьшении магнитного потока (ΔΦ < 0), ЭДС положительная (рис. справа).
Токи Фуко • Вихревые токи, токи Фуко (в честь Жан Бернар Леона Фуко, ) — вихревые индукционные токи, возникающие в массивных проводниках при изменении пронизывающего их магнитного потока.
ЭДС индукции в движущемся проводнике При движении проводника длиной l со скоростью в постоянном магнитном поле с вектором индукции B в нем возникает ЭДС индукции: Причиной появления этой ЭДС является сила Лоренца, действующая на свободные заряды в движущемся проводнике. Поэтому направление индукционного тока в проводнике будет совпадать с направлением составляющей силы Лоренца на этот проводник. Если проводник движется вдоль вектора магнитной индукции, то индукционного тока не будет (сила Лоренца равна нулю).