Что такое постоянное магнитное поле
Перейти к содержимому

Что такое постоянное магнитное поле

  • автор:

2. Магнитное поле постоянных магнитов

Постоянный магнит — изделие из материала, сохраняющего состояние намагниченности в течение длительного времени.

Постоянные магниты являются источниками постоянного магнитного поля .

Полюсами магнита называют его противоположные концы, на которых магнитная сила притяжения или отталкивания наибольшая. По аналогии с географическими, магнитные полюса назвали северный магнитный полюс \(N\) и южный магнитный полюс \(S\).

Обозначения северного магнитного полюса происходит от английского слова North — Север, южного — South, что значит Юг. На рис.\(1\) северный полюс магнита обозначен красным цветов, а южный — синим. Раскрашивать магниты и стрелки могут и в другие цвета.

полюса.png

Рис. \(1\). Металлические опилки вокруг постоянного магнита

Более \(2500\) лет назад в окрестностях города Магнессия минерал, который притягивали железные предметы, назвали магнетитом .

Как взаимодействуют магниты?

Если учесть, что магнитная стрелка является маленьким постоянным магнитом, то и ориентироваться (поворачиваться) в магнитном поле она будет как постоянный магнит. Поэтому южный полюс одной магнитной стрелки притянется к северному полюсу другой стрелки (рис. \(2\)).

стрелки2.png

Рис. \(2\). Магнитные стрелки
Точно так же магнитная стрелка будет взаимодействовать и с магнитом.

Если поднести к магнитной стрелке магнит северным полюсом, то к нему притянется южный полюс магнитной стрелки. А если поднести к магнитной стрелке магнит южным полюсом, то притянется северный полюс магнитной стрелки (рис. \(3\)).

стрелкимагнит.png

Рис. \(3\). Воздействие постоянного магнита на магнитную стрелку

Таким образом можно доказать, что одноимённые магнитные полюсы отталкиваются, а разноимённые магнитные полюсы притягиваются.

Это правило распространяется и на электромагниты.
Почему же взаимодействуют магниты?

Вокруг магнита существует магнитное поле. Поля двух магнитов взаимодействуют между собой, и это взаимодействие проявляется как притяжение или отталкивание магнитов.

Для визуализации магнитного поля постоянного магнита используют железные опилки.

На лист прозрачного пластика насыплем железные опилки и разровняем их, встряхнув лист. Затем поместим под листом дугообразный магнит. Железные опилки придут в движение и расположатся вдоль линий магнитного поля магнита (рис. \(4\)).

подкова.png

Рис. \(4\). Железные опилки на листе прозрачного пластика

В физике для исследования магнитного поля с точки зрения математического описания его свойств, выведения закономерностей используется геометрическое понятие «линия». Магнитное поле описывается термином « силовая линия », исходя из экспериментального факта возникновения силы со стороны поля. По причине отсутствия в природе магнитных зарядов силовые линии магнитного поля являются замкнутыми, что определяет название магнитного поля как вихревого (рис. \(1\)).

Направление линий магнитного поля изображено на рисунках \(5\) и \(6\) для одноимённых и разноимённых полюсов постоянных магнитов.

Постоянное магнитное поле

Магнитное поле это одно из разновидностей (форм) электромагнитного поля, воздействующего на движимые поля с электрозарядом или намагниченные тела в любом состоянии.

Источники магнитного поля — это постоянные электротоки, движущиеся электрозаряды, намагниченные тела и переменные электрополя. Постоянное магнитное поле исходит от постоянных токов.

Свойства магнитного поля

В прошлом, когда еще только искали ответы на вопросы, чем создаётся магнитное поле и каковы его свойства, как образуется магнитное поле и в чем его особенности, исследователи заметили интересную закономерность: в намагниченных брусках есть полюса, в зоне которых свойства проявляются с наивысшей силой. Кроме того, было обнаружено, что два полюса совершенно разные, причем однотипные отталкиваются, а противоположные – притягиваются.

Гильберт озвучил идею о том, что существуют «магнитные заряды», а Кулон продолжил ее, проведя множество опытов и придя к заключению, что магнитное поле обладает силой, с которой поле и воздействует на заряд. Сила стала единицей измерения и основной характеристикой магнита.

Единица силы равняется усилиям, с которыми поле воздействует на заряд, принятый за единицу. Кулон высказался о различии между определенными явлениями в физике и магнетизме. Они отличаются тем, что электрические заряды поддаются разделению, в результате чего можно получить два тела с избыточным количеством положительных или отрицательных зарядов, а вот разделить полюса магнита так, чтобы в результате получились тела с разными полюсами, каждое из которых только с одним из зарядов — невозможно. Поскольку сам магнит разделить по зарядам не получается, Кулоном был сделан вывод о том, что, видимо, наличие противоположных зарядов заложено на уровне элементарных частиц.

Таким образом, было определено, что магнит – это тело, состоящее из однородного вещества, каждая частица которого — своего рода микромагнит с двумя противоположными полюсами.

Соответственно, процесс намагничивания тела — это переориентация его микромагнитов под влиянием магнитного поля извне. Под влиянием магнитных полей и с их помощью происходит взаимодействие токов.

Эрстед, ища ответ на вопрос, как обнаружить магнитное поле, определил, что оно создается только при наличии тока, активизируется током и играет роль ориентирующей силы для магнитной стрелки. Он расположил проводник с током над вращающейся магнитной стрелкой. Далее включался ток и стрелка начинала поворачиваться перпендикулярно проволоке, потом ток менялся на противоположный и стрелка переориентировалась противоположно.

Данный опыт продемонстрировал, что у магнитного поля есть направление. Поскольку направление является векторной величиной, числу направления магнитного поля дали название магнитная индукция и обозначили символом В со стрелкой над ним. Вектор магнитной индукции аналогичен вектору напряженности для электрополя. Аналогичным для вектора смещения для магнитного поля будет вектор напряженности магнитного поля.

Воздействие магнитного поля касается только движущегося электрического заряда. Собственно, магнитное поля и образуется движущимися электрозарядами.

Так и не нашли ответ на вопрос?
Просто напишите,с чем нужна помощь
Мне нужна помощь

Магнитное поле движимого заряда. Магнитная постоянная. Виток с током. Принцип суперпозиции

Каждый проводник, пропускающий ток, порождает вокруг себя магнитное поле. Электрический ток является организованное движением электрических зарядов. В связи со всем этим можно утверждать, что любой движущийся в вакууме или среде электрический заряд инициирует создание вокруг себя электрического поля. Учитывая полученные данные и обобщив их, был найден закон, позволяющий определить значение магнитного поля.

Магнитное поле электрозаряда, если заряд движется с неизменной скоростью, рассчитывается следующим образом:

Формула магнитной индукции элемента в системе СИ:

Магнитная постоянная получила еще название магнитная проницаемость вакуума. Чему равна магнитная постоянная? Ее численное значение обусловлено определением ампера, а также проистекает из единицы силы электротока – одной из ключевых единиц СИ.

Как узнать направление магнитного поля вокруг проводника с током, если его организовать в виде круглого витка? Если разбить виток на несколько небольших частей, то по каждой из них будет проходить ток, соответственно вокруг каждой возникнет магнитное поле, направление которого можно просчитать, исходя из того, что линии магнитного поля, окружающие каждую из получившихся частей витка, направляются изнутри витка наружу, а снаружи витка – внутрь.

Для магнитного поля работает принцип суперпозиции, который заключается в том, что если поле образуется сразу несколькими зарядами, то силы, действующие на тестовый заряд, будут равны сложению векторов, а исходя из этого напряженность системы зарядов в определенной точке поля будет равняться сумме векторов напряженности полей каждого отдельно взятого заряда.

Учитывая, что линии полей каждой отдельной зоны внутри витка направлены в одну сторону – внешнюю, то и общее магнитное поле всередине витка будет направляться в ту же сторону – внешнюю.

Если в центре витка разместить магнитную стрелку, она сможет указать направление линий магнитного поля по оси витка. Изменение тока влечет за собой изменение направления магнитных линий.

Постоянное магнитное поле

Магнитное поле — одна из форм электромагнитного поля, которое действует только на движущиеся тела, которые имеют электрический заряд или намагниченные тела не зависимо от их движения.

Источниками этого поля являются постоянные электрические токи, движущиеся электрические заряды (телами и частицами), намагниченные тела, переменные электрические поля. Источниками постоянного магнитного поля являются постоянные токи.

Свойства магнитного поля

Во времена, когда изучение магнитных явлений только началось, исследователи особенное внимание уделяли тому, что существуют полюса в намагниченных брусках. В них магнитные свойства проявлялись особенно ярко. При этом четко было видно, что полюса магнита различны. Разноименные полюса притягивались, а одноименные отталкивались. Гильберт высказал идею о существовании «магнитных зарядов». Эти представление подержал и развил Кулон. На основе опытов Кулона силовой характеристикой магнитного поля стала сила, с которой магнитное поле действует на магнитный заряд, равный единице. Кулон же обратил внимание на существенные различия между явлениями в электричестве и магнетизме. Различие проявляется уже в том, что электрические заряды можно разделить и получить тела с избытком положительного или отрицательного заряда, тогда как невозможно разделить северный и южный полюса магнита и получить тело только с одним полюсом. Из невозможности деления магнита на исключительно «северный» или «южный» Кулон решил, что два эти вида зарядов неразрывны в каждой элементарной частице намагничивающего вещества. Так, было признано, что каждая частица вещества — атом, молекула или их группа — есть нечто вроде микро магнита с двумя полюсами. Намагничивание тела при этом — процесс ориентации его элементарных магнитов под влиянием внешнего магнитного поля (аналог поляризации диэлектриков).

Взаимодействие токов реализуется посредством магнитных полей. Эрстед обнаружил, что магнитное поле возбуждается током и оказывает ориентирующее действие на магнитную стрелку. У Эрстеда проводник с током был расположен над магнитной стрелкой, которая могла вращаться. Когда ток шел в проводнике, стрелка поворачивалась перпендикулярно проволоке. Смена направления тока вызывало переориентацию стрелки. Из опыта Эрстеда следовало, что магнитное поле имеет направление и должно характеризоваться векторной величиной. Эту величину назвали магнитной индукцией и обозначили: $\overrightarrow.$ $\overrightarrow$ аналогичен вектору напряженности для электрического поля ($\overrightarrow$). Аналогом вектора смещения $\overrightarrow\ $для магнитного поля стал вектор $\overrightarrow$- называемый вектором напряжённости магнитного поля.

Магнитное поле воздействует только на движущийся электрический заряд. Магнитное поле рождается движущимися электрическими зарядами.

Магнитное поле движущегося заряда. Магнитное поле витка с током. Принцип суперпозиции

Магнитное поле электрического заряда, который движется с постоянной скоростью, имеет вид:

где $<\mu >_0=4\pi \cdot ^\frac(в\ СИ)$ — магнитная постоянная, $\overrightarrow$ — скорость движения заряда, $\overrightarrow$ — радиус вектор, определяющий местоположение заряда, q — величина заряда, $\left[\overrightarrow\overrightarrow\right]$- векторное произведение.

Магнитная индукция элемента с током в системе СИ:

где$\ \overrightarrow$- радиус-вектор, проведенный из элемента тока в рассматриваемую точку, $\overrightarrow$- элемент проводника с током (направление задано направление тока), $\vartheta$ — угол между $\overrightarrow$ и $\overrightarrow$. Направление вектора $\overrightarrow$ — перпендикулярно к плоскости, в которой лежат $\overrightarrow$ и $\overrightarrow$. Определяется правилом правого винта.

Для магнитного поля выполняется принцип суперпозиции:

где $<\overrightarrow>_i$ — отдельные поля, которые порождаются движущимися зарядами, $\overrightarrow$ — суммарная индукция магнитного поля.

Получи помощь с рефератом от ИИ-шки
ИИ ответит за 2 минуты

Задание: Найдите отношение сил магнитного и кулоновского взаимодействия двух электронов, которые движутся с одинаковыми скоростями $v$ параллельно. Расстояние между частицами постоянно.

Будем считать, что один электрон поле создает (и магнитное и электрическое), а другой в нем движется. Тогда на электрон, который движется в поле, действует со стороны магнитного поля сила равная (система СИ):

Поле, которое создает второй движущийся электрон равно:

Модуль силы Кулона, которая действует на электрон, в поле равна:

Найдем отношение сил $\frac$:

«Постоянное магнитное поле» ��
Помощь эксперта по теме работы
Решение задач от ИИ за 2 минуты
Помощь с рефератом от нейросети

Задание: По витку с током в виде окружности радиуса R циркулирует постоянный ток силы I. Найдите магнитную индукцию в центре окружности.

Постоянное магнитное поле

Выберем на проводнике с током элементарный участок (рис.1), в качестве основы для решения задачи используем формулу индукции элемента витка с током:

где$\ \overrightarrow$- радиус-вектор, проведенный из элемента тока в рассматриваемую точку, $\overrightarrow$- элемент проводника с током (направление задано направление тока), $\vartheta$ — угол между $\overrightarrow$ и $\overrightarrow$. Исходя из рис. 1 $\vartheta=90<>^\circ $, следовательно (2.1) упростится, кроме того расстояние от центра окружности (точки, где мы ищем магнитное поле) элемента проводника с током постоянно и равно радиусу витка (R), следовательно имеем:

От всех элементов тока будет образовываться магнитные поля, которые направлены по оси x. Это значит, что результирующий вектор индукции магнитного поля можно найти как сумму проекций отдельных векторов$\ \ \overrightarrow.$ Тогда по принципу суперпозиции полную индукцию магнитного поля можно получить, если перейти к интегралу:

Подставим (2.2) в (2.3), получим:

Терапия постоянным магнитным полем

Постоянное магнитное поле

Магнитотерапия — это одно из направлений физиотерапии, которое подразумевает воздействие постоянным или переменным магнитным полем на организм человека. Известно, что в нормальном функционировании живого организма участвуют биотоки — электрические токи, регистрируемые вследствие функционирования клеток [1]. Однако при патологии происходит нарушение работы биотоков и, как итог, заболевание может приобретать системный характер, затрагивая тем самым другие физиологические системы организма, например, сердечно-сосудистую.

По отношению к магнитному полю вещества можно разделить на две категории: пара- и ферромагнетики [2]. У первых нет внутреннего магнитного поля, а у вторых — есть. Так, содержащий железо гемоглобин эритроцитов, связанный с кислородом, является ферромагнетиком. Поэтому при воздействии на него постоянным магнитным полем кровь лучше снабжает кислородом ткани, что способствует регенеративному эффекту при различных локальных поражениях ткани и за счет ферромагнитных свойств крови, такая терапия способствует улучшению кровообращения.

Следует упомянуть, что магнитное поле изменяет активность и концентрацию ионов в организме, тем самым улучшая их поступление через АТФ-зависимые ионные каналы клеток, а также регулирует активность различных химических веществ, влияет на мышцы и способствует ослаблению воспалительных процессов за счет увеличения диаметра кровеносных сосудов и как следствие улучшения локального кровенаполнения [3]. Постоянное магнитное поле способствует нормализации регенеративной функции клеток, приводя к уменьшению болевого синдрома и нормализации передачи нервных импульсов, что на практике приводит к купированию хронической боли в суставах и мышцах, улучшению физического состояния при хронических артритах [4].

Это интересно

Физиотерапевтический аппарат РИКТА помимо магнитотерапии обладает еще 4 факторами воздействия: лазеротерапия, инфракрасное излучение, светотерапия красным и синим светом, электростимуляция.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *