Источник магнитное поле: Источники магнитного поля - Санкт-Петербургское государственное бюджетное учреждение социального обслуживания населения

Содержание

Источники магнитного поля

Издревле человеку были известны вещества, способные притягивать железные предметы. Около древнего греческого города Магнесия подобные минералы встречались в изобилии, эти вещества получили название магниты в честь данного города. Речь идет о постоянных магнитах.

Характеристики магнитного поля

Экспериментально легко понять, что так же как электрические заряды окружены электрическим полем, так в пространстве, окружающем токи и постоянные магниты имеется силовое поле, которое названо магнитным полем.

Присутствие магнитного поля можно обнаружить по его воздействию на постоянный магнит или проводник с током.

Отличительными чертами магнитного поля являются:

Магнитные поля оказывают свое воздействие только на движущиеся в нем электрические заряды. Электрическое поле оказывает силовое действие на движущиеся в нем и неподвижные заряды.
Характер действия магнитного поля зависит от формы проводника с током, расположения этого проводника в магнитном поле и направления текущего в проводнике тока.
Для изучения магнитного поля применяют рамку с током, обладающую малыми размерами в сравнении с расстоянием до источника магнитного поля.

Замечание 1

Рамка с током – это замкнутый плоский контур, по которому течет ток. Ориентацию рамки с током характеризует нормаль к контуру. Положительным направлением нормали считают направление, которое связывает с током правило правого винта.

Определение 1

Силовое поле, которое создают постоянные магниты и постоянные токи, называют постоянным магнитным полем.

Эксперименты Эрстеда

В 1820 году Эрстед доказал, что магнитные поле, помимо магнитов могут создавать электрические токи.

История открытия магнитного поля Эрстедом не лишена интереса. Ученый на лекции проводил эксперименты, которые должны были продемонстрировать нагрев проводников, если сквозь него проходит электрический ток. Студент, присутствовавший на лекции, сказал преподавателю о том, что в то время, когда он замыкает цепь, стрелка компаса, лежащего на столе, отклоняется от положения равновесия. Эрстед с большим вниманием отнесся к этому явлению и детально его изучил. В итоге он понял, что вокруг электрических токов возникает силовое поле, которое в полной мере аналогично полям, которые создают вокруг себя постоянные магниты.

Постоянный электрический ток – источник постоянного магнитного поля

На сегодняшний день достоверно установлено, что источником постоянного магнитного поля служит постоянный электрический ток.

Может возникнуть вопрос, что служит источником магнитного поля у постоянных магнитов, и нет ли противоречия со сказанным выше?

Магнитное поле постоянных магнитов тоже создают токи. Это микроскопические замкнутые молекулярные токи и собственные магнитные моменты микрочастиц.

Магнитное поле стоит исследовать в отдельности от электрического поля, в том случае, если это поле создано постоянными во времени электрическими токами.

Замечание 2

В веществах, магнитное поле внешних электрических токов складывается с магнитными полями, которые создаются молекулярными токами.

Источники переменного магнитного поля

Переменные электрические токи порождают переменные магнитные поля. В этом случае магнитное поле невозможно рассматривать в отдельности от электрического поля. Изменяющиеся электрические токи являются источником переменного магнитного поля. Это поле в свою очередь становится источником переменного электрического поля. Вновь созданное переменное электрическое поле порождает новое переменное магнитное поле. Как результат, мы имеем электромагнитное поле, в котором электрическую и магнитную компоненты невозможно отделить друг от друга, исследование магнитного поля в таком случае становится принципиально невозможным от электрического.

Определение 2

Магнитным полем называют особую разновидность материи, при помощи которой реализуется силовое действие на перемещающиеся электрические заряды, находящиеся в нем, и другие тела имеющие магнитный момент. Магнитное поле – компонент электромагнитного поля.

Количественные и качественные характеристики магнитного поля

Поместим малую рамку с током в магнитное поле. Экспериментально установим, что в этом поле на рамку действует момент силы $M$, который зависит от ряда параметров, и от положения рамки в поле. Наибольшая величина момента силы ( $M_{max}$) связана с магнитным полем, в котором она локализована и от параметров самого контура (силы тока $I$, текущего в нем, его площади ($S$ )):

$M_{max}\sim IS=p_{m}\left( 1 \right)$

где $p_m$ – магнитный момент контура с током. Магнитный момент – это характеристика контура с током и большого числа элементарных частиц, который определяет их поведение в магнитном поле.

Силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции ($\vec{B})$. Магнитную индукцию поля в точке можно определить как отношение наибольшего вращающего момента, который оказывает воздействие на виток с током в магнитном поле, и магнитного момента рассматриваемого витка:

$B=\frac{M_{max}}{p_{m}}\left( 2 \right)$

Направление вектора магнитной индукции такое же, как у вектора магнитного момента ($\vec{p}_{m}$) при устойчивом положении равновесия контура.

Магнитное поле можно изображать при помощи линий магнитной индукции. Касательные к линиям магнитной индукции указывают направление B ⃗. Количество силовых линий поля, которые приходятся на единичную площадь, нормальную к линиям магнитной индукции, равно модулю $\vec{B}$. Линии магнитной индукции замкнуты (без конца и начала).

Магнитные поля являются вихревыми. Это означает, что циркуляция вектора $\vec{B}$ вдоль любой линии магнитной индукции отлична от нуля:

$\oint {B_{l}dl\ne 0\left( 3 \right).} $

Величина магнитной индукции поля при одном и том же токе и прочих равных условиях в разных веществах будет различаться.

Магнитное поле можно описывать при помощи вектора напряженности ($\vec{H}$). Если рассматриваемое вещество является однородным и магнитоизотропным, то

$\vec{B}=\mu \mu_{0}\vec{H}\left( 4 \right)$

где $\mu_{0}$ – магнитная постоянная; $\mu$ – магнитная проницаемость вещества.

Замечание 3

Магнитная проницаемость (μ) показывает, во сколько раз магнитное поле макротоков H увеличивается из-за наличия микротоков вещества.

Аналогии между характеристиками электрического и магнитного полей:

Аналогом вектора напряженности электрического поля ($\vec{E}$) служит вектор магнитной индукции соответствующего поля ($\vec{B}$).
Вектору диэлектрического смещения ($\vec{D}$) электрического поля соответствует вектор напряженности магнитного поля ($\vec{H}$).

Магнитные поля: опеределение, источники, СанПиН

Магнитное поле Земли

Магнитное поле — это силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения.

Источниками макроскопического магнитного поля являются намагниченные тела, проводники с током и движущиеся электрически заряженные тела. Природа этих источников едина: магнитное поле возникает в результате движения заряженных микрочастиц (электронов, протонов, ионов), а также благодаря наличию у микрочастиц собственного (спинового) магнитного момента.

Переменное магнитное поле возникает также при изменении во времени электрического поля. В свою очередь, при изменении во времени магнитного поля возникает электрическое поле. Полное описание электрического и магнитного полей в их взаимосвязи дают Максвелла уравнения. Для характеристики магнитного поля часто вводят понятие силовых линий поля (линий магнитной индукции).

Для измерения характеристик магнитного поля и магнитных свойств веществ применяют различного типа магнитометры. Единицей индукции магнитного поля в системе единиц СГС является Гаусс (Гс), в Международной системе единиц (СИ) — Тесла (Тл), 1 Тл = 104 Гс. Напряжённость измеряется, соответственно, в эрстедах (Э) и амперах на метр (А/м, 1 А/м = 0,01256 Э; энергия магнитного поля — в Эрг/см² или Дж/м², 1 Дж/м² = 10 эрг/см².

Компас реагирует
на магнитное поле Земли

Магнитные поля в природе чрезвычайно разнообразны как по своим масштабам, так и по вызываемым ими эффектам.

Магнитное поле Земли, образующее земную магнитосферу, простирается до расстояния в 70—80 тысяч км в направлении к Солнцу и на многие миллионы км в противоположном направлении. У поверхности Земли магнитное поле равно в среднем 50 мкТл, на границе магнитосферы ~ 10^-3 Гс. Геомагнитное поле экранирует поверхность Земли и биосферу от потока заряженных частиц солнечного ветра и частично космических лучей. Влияние самого геомагнитного поля на жизнедеятельность организмов изучает магнитобиология. В околоземном пространстве магнитное поле образует магнитную ловушку для заряженных частиц высоких энергий — радиационный пояс Земли. Содержащиеся в радиационном поясе частицы представляют значительную опасность при полётах в космос. Происхождение магнитного поля Земли связывают с конвективными движениями проводящего жидкого вещества в земном ядре.

Непосредственные измерения при помощи космических аппаратов показали, что ближайшие к Земле космические тела — Луна, планеты Венера и Марс не имеют собственного магнитного поля, подобного земному. Из других планет Солнечной системы лишь Юпитер и, по-видимому, Сатурн обладают собственными магнитными полями, достаточными для создания планетарных магнитных ловушек. На Юпитере обнаружены магнитные поля до 10 Гс и ряд характерных явлений (магнитные бури, синхротронное радиоизлучение и другие), указывающих на значительную роль магнитного поля в планетарных процессах.

Межпланетное магнитное поле — это главным образом поле солнечного ветра (непрерывно расширяющейся плазмы солнечной короны). Вблизи орбиты Земли межпланетное поле ~ 10^-4—10^-5 Гс. Регулярность межпланетного магнитного поля может нарушаться из-за развития различных видов плазменной неустойчивости, прохождения ударных волн и распространения потоков быстрых частиц, рожденных солнечными вспышками.

Во всех процессах на Солнце — вспышках, появлении пятен и протуберанцев, рождении солнечных космических лучей магнитное поле играет важнейшую роль. Измерения, основанные на эффекте Зеемана, показали, что магнитное поле солнечных пятен достигает нескольких тысяч Гс, протуберанцы удерживаются полями ~ 10—100 Гс (при среднем значении общего магнитного поля Солнца ~ 1 Гс).

Магнитные бури

Магнитные бури — сильные возмущения магнитного поля Земли, резко нарушающие плавный суточный ход элементов земного магнетизма. Магнитные бури длятся от нескольких часов до нескольких суток и наблюдаются одновременно на всей Земле.

Как правило, магнитные бури состоят из предварительной, начальной и главной фаз, а также фазы восстановления. В предварительной фазе наблюдаются незначительные изменения геомагнитного поля (в основном в высоких широтах), а также возбуждение характерных короткопериодических колебаний поля. Начальная фаза характеризуется внезапным изменением отдельных составляющих поля на всей Земле, а главная — большими колебаниями поля и сильным уменьшением горизонтальной составляющей. В фазе восстановления магнитной бури поле возвращается к своему нормальному значению.

Влияние солнечного ветра
на магнитосферу Земли

Магнитные бури вызываются потоками солнечной плазмы из активных областей Солнца, накладывающимися на спокойный солнечный ветер. Поэтому магнитные бури чаще наблюдаются вблизи максимумов 11-летнего цикла солнечной активности. Достигая Земли, потоки солнечной плазмы увеличивают сжатие магнитосферы, вызывая начальную фазу магнитной бури, и частично проникают внутрь магнитосферы Земли. Попадание частиц высоких энергий в верхнюю атмосферу Земли и их воздействие на магнитосферу приводят к генерации и усилению в ней электрических токов, достигающих наибольшей интенсивности в полярных областях ионосферы, с чем связано наличие высокоширотной зоны магнитной активности. Изменения магнитосферно-ионосферных токовых систем проявляются на поверхности Земли в виде иррегулярных магнитных возмущений.

В явлениях микромира роль магнитного поля столь же существенна, как и в космических масштабах. Это объясняется существованием у всех частиц — структурных элементов вещества (электронов, протонов, нейтронов), магнитного момента, а также действием магнитного поля на движущиеся электрические заряды.

Применение магнитных полей в науке и технике. Магнитные поля обычно подразделяют на слабые (до 500 Гс), средние (500 Гс — 40 кГс), сильные (40 кГс — 1 МГс) и сверхсильные (свыше 1 МГс). На использовании слабых и средних магнитных полей основана практически вся электротехника, радиотехника и электроника. Слабые и средние магнитные поля получают при помощи постоянных магнитов, электромагнитов, неохлаждаемых соленоидов, сверхпроводящих магнитов.

Источники магнитного поля

Все источники магнитных полей можно разделить на искусственные и естественные. Основными естественными источниками магнитного поля являются собственное магнитное поле планеты Земля и солнечный ветер. К искусственным источникам можно отнести все электромагнитные поля, которыми так изобилует наш современный мир, и наши дома в частности. Более подробно об электромагнитных полях, их влиянии на человека и способах оценки и экранинирования читайте на нашем сайте.

Транспорт на электроприводе является мощным источником магнитного поля в диапазоне от 0 до 1000 Гц. Железнодорожный транспорт использует переменный ток. Городской транспорт – постоянный. Максимальные значения индукции магнитного поля в пригородном электротранспорте достигают 75 мкТл, средние значения – около 20 мкТл. Средние значения на транспорте с приводом от постоянного тока зафиксированы на уровне 29 мкТл. У трамваев, где обратный провод – рельсы, магнитные поля компенсируют друг друга на гораздо большем расстоянии, чем у проводов троллейбуса, а внутри троллейбуса колебания магнитного поля невелики даже при разгоне. Но самые большие колебания магнитного поля – в метро. При отправлении состава величина магнитного поля на платформе составляет 50-100 мкТл и больше, превышая геомагнитное поле. Даже когда поезд давно исчез в туннеле, магнитное поле не возвращается к прежнему значению. Лишь после того, как состав минует следующую точку подключения к контактному рельсу, магнитное поле вернется к старому значению. Правда, иногда не успевает: к платформе уже приближается следующий поезд и при его торможении магнитное поле снова меняется. В самом вагоне магнитное поле еще сильнее – 150-200 мкТл, то есть в десять раз больше, чем в обычной электричке.

Значения индукции магнитных полей, наиболее часто встречаемых нами в повседневной жизни приведены на диаграмме ниже. Глядя на эту диаграмму становится ясно, что мы подвергаемся воздействию магнитных полей постоянно и повсеместно. По мнению некоторых ученых, вредными считаются магнитные поля с индукцией свыше 0,2 мкТл. Ествественно, что следует предпринимать определенные меры предосторожности, чтобы обезопасить себя от пагубного воздействия окружающих нас полей. Просто выполняя несколько несложных правил Вы можете в значительной мере снизить воздействие магнитных полей на свой организм.

В действующих СанПиН 2.1.2.2801-10 «Изменения и дополнения №1 к СанПиН 2. 1.2.2645-10 «Санитарно-эпидемиологические требования к условиям проживания в жилых зданиях и помещениях» сказано следующее: “Предельно допустимый уровень ослабления геомагнитного поля в помещениях жилых зданий устанавливается равным 1,5”. Также установлены предельно допустимые значения интенсивности и напряжённости магнитного поля частотой 50 Гц:

в жилых помещениях — 5 мкТл или 4 А/м;
в нежилых помещениях жилых зданий, на селитебной территории, в том числе на территории садовых участков — 10 мкТл или 8 А/м.

Исходя из указанных нормативов каждый может рассчитать какое количество электрических приборов может находиться во включённом состоянии и в состоянии ожидания в каждом конкретном помещении или же заказать обследование помещений в нашей фирме, на основании которого будут выданы рекомендации по нормализации жилого пространства.

Видеоматериалы по теме

Небольшой научный фильм о магнитном поле Земли

Использованная литература

1. Большая Советская Энциклопедия.

способы наблюдения магнитного поля, опыты, существуют ли в природе

Содержание:

Что такое магнитное поле
Способы наблюдения магнитного поля
- Как проявляется магнитное поле, опыты
Существуют ли в природе источники магнитного поля

Содержание

Что такое магнитное поле
Способы наблюдения магнитного поля
- Как проявляется магнитное поле, опыты
Существуют ли в природе источники магнитного поля

Что такое магнитное поле

Определение

Магнитное поле — физическое поле, которое действует только на движущиеся заряженные частицы (токи) и тела, обладающие магнитным моментом.

В 1831 году Майкл Фарадей установил закон электромагнитной индукции, обнаружив, что меняющееся во времени магнитное поле создает электрическое. Выяснилось, что первично электромагнитное поле, а электрические и магнитные поля — различные его проявления. Электромагнитная волна — это электрическое и магнитное поля, взаимно превращающиеся друг в друга.

Джеймс Кларк Максвелл предположил, что возникновение магнитного поля происходит также и при изменении электрического поля. Математическое выражение для силы, с которой магнитное поле воздействует на проводник, названной силой Ампера, проще всего записать в виде векторной формулы:

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

$d\overrightarrow F\;=\;Id\overrightarrow l\;\times\;\overrightarrow B$

$I$ здесь — сила тока, протекающего через проводник; $l$ — вектор длины проводника; $В$ — характеристика поля. Величина В называется магнитной индукцией и является аналогом электрической напряженности.

Примечание

еременное поле имеет единственный источник — электрический ток. Источник постоянного магнитного поля — постоянные магниты, предметы, обладающие общим магнитным моментом заряженных частиц.

Способы наблюдения магнитного поля

Обнаружение того факта, что некоторые предметы, например, натертый тканью янтарь, способны притягивать другие предметы, произошло еще в античные времена, а возможно, и раньше.

Примечание

С магнитом связана, например, красивая легенда о волопасе Магнусе, которую упоминает Плиний Старший в своей 37-томной «Естественной истории». Бродя со стадом, Магнус неожиданно обнаружил, что его железный посох и сандалии, подбитые железными гвоздями, с трудом отрываются от земли. Как выяснилось впоследствии, большинство описанных явлений такого плана имели электрическое происхождение.

Долгое время электрические процессы пребывали «в тени» магнитных. Именно природные магниты интересовали естествоиспытателей в первую очередь: их действие стабильно, а электрические свойства натертого янтаря быстро пропадают. Итальянский математик, естествоиспытатель и врач Джероламо Кардано, живший в XIV веке, на опыте убедился, что электрические взаимодействия тел существенно отличаются от магнитных. Так, натертый янтарь может притягивать легкие тела из разных веществ, а магнит — только железо.

Как проявляется магнитное поле, опыты

Ханс Кристиан Эрстед в 1820 году провел эксперимент, который подтвердил взаимосвязь между электричеством и магнетизмом: магнитная стрелка, поднесенная к проводнику с током, отклоняется.

Но еще до Эрстеда, в XVIII веке, разные ученые наблюдали взаимодействие электричества и магнитов, например, Франсуа Жан Доминик Араго описывал разные факты о магнитном действии электрических разрядов.
Андре Мари Ампер предположил, что суть явления магнетизма — в движении заряда, и 24 сентября 1820 года подключил к вольтову столбу две проволочные спирали, которые повели себя, как магниты: одними концами отталкивались, а другими — притягивались. Приблизив к ним два обычных провода с током, ученый обнаружил, что они тоже взаимодействуют: притягиваются, если токи направлены одинаково, и отталкиваются, если токи направлены в противоположные стороны. Таким образом ученый открыл принцип работы электромагнита: железный предмет, находящийся внутри спирали с током, намагничивается и во много раз усиливает магнитное поле.

Приборы первого поколения

Первые индикаторы, измерявшие непосредственно магнитное поле, представляли собой намагниченную стрелку, подвешенную на упругой нити. Величину ее отклонения, прямо пропорциональную напряженности измеренного поля, определяли при помощи оптической системы. Приборы такого типа обеспечивают чувствительность до 4–5 $\gamma$.

Примечание

Единица напряженности магнитного поля — эрстед (Э) — названа по имени датского физика Х.К. Эрстеда. Гамма, $\gamma$ — стотысячная доля эрстеда.

Приборы второго поколения

Такие приборы называются феррозондовыми. Такое устройство представляет собой два стержня с обмотками, поверх которых надета измерительная катушка. Когда на обмотки подают ток, стержни намагничиваются, и в катушке возникает напряжение. Можно подобрать такую величину тока и его частоту, что поле катушки скомпенсируется геомагнитным полем в опорном пункте, и напряжение не появится. Если геомагнитное поле изменится при перемещении к другому пункту, изменится и намагниченность стержней, соответственно в катушке появится сигнал. Чувствительность феррозондовых магнитометров составляет 2–4 $\gamma$.

Приборы третьего поколения

Приборы третьего поколения, производство которых стало возможным в 60-х годах ХХ столетия, используют уже квантовый эффект — зависимость частоты электромагнитного излучения атомов вещества от внешнего магнитного поля.

Протонные магнитометры содержат сосуд с водой или керосином, в молекулах этих жидкостей много атомов водорода, ядра которых состоят из протонов. Сосуд помещен внутрь катушки. Когда на ее обмотки подают ток, жидкость намагничивается: протоны выстраиваются вдоль поля катушки. Затем ток быстро выключают, и протоны начинают вращаться, как волчки, вокруг линий магнитного поля Земли. Крутящиеся протоны представляют собой миниатюрные магниты. При их движении в обмотке возникает переменное напряжение, частота которого определяется величиной геомагнитного поля в данной точке. Абсолютная погрешность протонных магнитометров составляет около 1 $\gamma$. В квантовых оптических магнитометрах атомам газа энергию сообщают мощной световой вспышкой. Полученную энергию атомы отдают, излучая электромагнитные волны с частотой, прямо пропорциональной напряженности магнитного поля. Точность этих приборов еще выше — до 0,1 $\gamma$.

Кроме отклонения стрелки, есть и другой способ обнаружить магнитные силовые линии — достаточно насыпать на лист железные опилки и положить постоянный магнит рядом с ними, или пропустить сквозь центр листа, перпендикулярно его поверхности, провод под током. Опилки сами распределятся по листу, создав окружности вокруг магнита или провода. Графически магнитные силовые линии выглядят почти так же, как линии напряженности электростатического поля, но если первые всегда замкнуты, то вторые разомкнуты, так как идут от положительно заряженных частиц к отрицательно заряженным.

Существуют ли в природе источники магнитного поля

Самые ранние сведения об использовании природного магнита в качестве компаса содержатся в китайских летописях, составленных примерно в 1100 году до н. э. Так, император Хуанг Ти одержал решающую победу над врагом, напав на него в густом тумане с тыла. Ему помог простейший компас — установленная на повозке деревянная фигурка человека с вытянутой рукой, внутри которой был помещен магнетит. Рука всегда указывала на юг.

Определение

Магнетит, он же магнитный железняк — минерал, основная руда железа. В природе сильно намагничен полем Земли.

Геомагнитное, или естественное магнитное, поле Земли изучают магнитотеллурическими методами. Его величина зависит от размеров и глубины залегания намагниченных объектов, например залежей железных руд. Магнитометрами измеряют aбcoлютную величину магнитного поля либо его относительные значения, которые сравнивают с измерениями в опорных пунктах. Напряженность зeмного поля на магнитном полюсе равняется 5 эрстедам (Э), а на экваторе — 0,35 Э.

Электрические поля, которые возникают в атмосфере при разнице электрических напряжений, также связаны с магнитным полем Земли. Они возникают, например, при появлении в атмосфере заряженных частиц во время грозы. Вокруг движущихся зарядов возникают магнитные поля, которые возбуждают вихревое электрическое поле.

Определение

Магнитосфера — область околопланетного пространства, физические свойства которой определяются магнитным полем планеты и его взаимодействием с солнечным ветром.

Оболочка, наиболее удаленная от поверхности Земли: ее верхняя граница расположена на расстоянии 70–80 тысяч километров. С дневной стороны она распространяется на 8–14, с ночной — на несколько сотен земных радиусов, образуя так называемый «хвост».

Магнитное поле межзвездной среды, создаваемое солнечным ветром, примерно в 100 тысяч раз слабее магнитного поля нашей планеты и вытянуто вдоль спиральных рукавов. Магнитосфера всех тел в Солнечной системе определяется давлением солнечного ветра, а также собственными характеристиками конкретного небесного тела. Например, Юпитер быстро вращается, поэтому находящийся в его недрах хороший проводник — металлический водород — создает мощное магнитное поле, напряженность которого у поверхности планеты в двадцать раз больше, чем напряженность магнитного поля у поверхности Земли.

Насколько полезной была для вас статья?

Рейтинг: 5.00 (Голосов: 1)

Магнитное поле постояннoго электрического тока 11 класс онлайн-подготовка на Ростелеком Лицей

Введение

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.

Магнитное поле, вектор магнитной индукции, правило буравчика

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).

Рис. 2. Направление магнитного поля

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.

Компас. Магнитное поле земли

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).

Рис. 12. Направление магнитного поля

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).

Рис. 17. Направление вектора магнитной индукции в витке

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.

Постоянные магниты

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.

Задания

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).

Рис. 27. Направление тока в соленоиде

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

Соколович Ю. А., Богданова Г. С. Физика: Справочник с примерами решения задач. – 2-е издание передел. – X.: Веста: Издательство «Ранок», 2005. – 464 с.
Мякишев Г. Я. Физика: Учеб. для 11 кл. общеобразоват. учреждений. – М.: Просвещение, 2010.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

Интернет портал «Гипермаркет знаний» (Источник)
Интернет портал «Единая коллекция ЦОР» (Источник)

Домашнее задание

Дайте определение вектора магнитной индукции.
Каковы источники магнитного поля?
Какую величину обозначают и чему численно она равна?
Каким правилом можно описать зависимость направления магнитного поля от направления протекания тока по проводнику?

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СРЕДА НАШЕГО ОБИТАНИЯ | Наука и жизнь

Наука и жизнь // Иллюстрации

Излучение магнитного поля некоторыми электробытовыми приборами.

Таблица зоны риска некоторых электробытовых приборов (по данным Центра электромагнитной безопасности).

‹

›

Открыть в полном размере

Осенью минувшего года Международное агентство по исследованию рака включило в список “возможных канцерогенных факторов” магнитные поля низкой частоты (50-60 Гц). Теперь они оказались в одном ряду с выбросами труб металлургических заводов и выхлопными газами автомобилей.

Электромагнитные поля окружают нас буквально всюду: дома, на работе, в поезде метро, в салоне троллейбуса или трамвая. Тронулся за стеной лифт, загудел компрессор холодильника, щелкнуло реле обогревателя – все это означает, что по проводам побежал ток и вокруг него, следовательно, возникло электромагнитное поле. А его магнитная составляющая, как стало известно, хорошо проникает через любые преграды, в том числе и внутрь нашего тела.

Практически в каждой квартире имеются сегодня электробытовые приборы – телевизоры, холодильники, электроутюги и стиральные машины. Немало домов оборудовано уже и электроплитами, а во многих семьях появились компьютеры и микроволновые печи. Помимо этого – кофемолки, кофеварки, миксеры, электрочайники, электросоковыжималки, кухонные комбайны и т. д. и т. п. Все они работают на промышленной частоте и окружены соответствующим магнитным полем. Поэтому очень важно знать, на каком расстоянии от них безопасно находиться.

Надо сказать, что магнитное поле у большинства этих приборов невелико и измеряется в микротеслах (мкТл). А до недавних пор считалось, что столь слабые поля просто не могут причинять нам хоть какой-нибудь вред. Выяснилось, однако, что это не совсем так.

С конца 70-х годов в десятках стран мира велись исследования: ученые выявляли связь разных видов болезней с влиянием на организм электромагнитных полей. В Швеции, например, к 1992 году были закончены наблюдения за здоровьем 500 000 человек, проживавших в условиях повышенных значений магнитного поля промышленной частоты. Результаты оказались неутешительными.

Статистика показала, что увеличение индукции магнитного поля от 0,1 мкТл до 4 мкТл в несколько раз повышает риск развития лейкемии у детей. И что вообще там, где значение этой индукции составляет 0,3 мкТл и выше, онкологические заболевания встречаются в два раза чаще.

На основании этих данных шведы ввели в своей стране гигиенический норматив низкочастотного магнитного поля величиной в 0,2 мкТл. А поскольку аналогичные результаты получены в США, Канаде, Франции, Дании и Финляндии, то сегодня уже во многих странах принято считать безопасным уровнем низкочастот ного магнитного поля именно эту величину – 0,2 мкТл.

И именно ею следует отныне руководствоваться при проектировании городской застройки, при планировке квартир, а также при разработке бытовой техники. И хотя это уже достаточно широко известно, но у нас – увы! – пока вовсе не всегда применяется на практике.

Между тем магнитные поля способны, по словам ведущего научного сотрудника Центра электромагнит ной безопасности ГНЦ РФ – Института биофизики РАН профессора Ю. Григорьева, стать причиной не одних только онкологических заболеваний. В результате проведенных специалистами института клинических и экспериментальных исследований установлено, что следствием воздействия электромагнитных полей может, например, стать синдром раннего старения организма. Его признаками служат ухудшение памяти и работоспособности, снижение иммунитета, нарушение репродуктивной функции и развитие иной возрастной патологии в ранние годы.

Но каковы же основные источники опасных магнитных полей в наших квартирах? На диаграмме показаны уровни излучения магнитного поля различными бытовыми приборами на расстоянии от них в 30 сантиметров. Сразу видно, что максимально оно у приборов для приготовления пищи – электроплиты и микроволновой печи.

При этом главное значение имеет не столько величина магнитного поля прибора, сколько расстояние до него (пропорционально квадрату этого расстояния падает интенсивность магнитного поля), а также время работы с ним. Достаточно сильное магнитное поле, например, у телевизора, но ведь вряд ли придет кому-то в голову сидеть ближе, чем в метре от него. Но вот, казалось бы, практически безопасная настольная лампа может часами гореть буквально в нескольких сантиметрах от нашей головы. А это уже совсем не безопасно.

Понятно, что наибольший вред здоровью может нанести электроплита, возле которой некоторые активные хозяйки простаивают часами. Но ведь можно по крайней мере так расставить все в кухне, чтобы никто зря не находился в зоне риска.

А чтобы до минимума снизить воздействие магнитных полей в доме, стоит воспользоваться приведенной таблицей, а также советами специалистов все того же Центра электромагнитной безопасности.

1. Необходимо следить за тем, чтобы дети находились на достаточном расстоянии от работающих электробытовых приборов.

2. Не следует включать одновременно несколько мощных источников.

3. Нельзя делать из проводов “кольца” и “петли”.

4. По возможности желательно использовать принятую за рубежом трехпроводную схему домашней проводки с заземленным кожухом вокруг проводов.

Сегодня в магазинах, торгующих всякого рода “экологической” продукцией, встречаются приборы, способные, по утверждению их создателей, ограничивать опасное влияние магнитных полей на человека. На самом же деле таких приборов нет, и относиться к подобным поделкам следует, как к обычному шарлатанству.

А для ограничения вредного влияния этих полей надо всего лишь переставить мебель и бытовые приборы так, чтобы места сна и отдыха и места постоянного пребывания детей не попадали в зону повышенного магнитного поля электроприборов, то есть находились от них на расстоянии не менее 1,5 метра. Нельзя не заметить, кстати, что ни внутриквартирные перегородки, ни даже несущие стены не служат защитой от низкочастотного магнитного поля. Поэтому желательно учитывать и то, какие источники магнитного поля установлены у соседей за стеной.

Нередко источники могут располагаться и вне дома и притом действовать независимо от воли жильцов и круглосуточно. Замеры, проведенные в ряде домов специалистами Центра электромагнитной безопасности, показали, что уровень магнитного поля в некоторых комнатах превышает допустимый в 1,2-2 раза. В одном из случаев источником вредного воздействия оказался проложенный в подъезде по внешней стене комнаты силовой кабель лифта, в другом – расположенный в смежном нежилом помещении распределительный щит.

Так что же делать с такими квартирами? По мнению директора Центра электромагнитной безопасности О. Григорьева, надо либо переводить их в нежилой фонд, либо срочно ликвидировать источники магнитного поля по соседству. Ведь защититься от магнитного поля промышленной частоты чрезвычайно сложно.

Магнитное поле Земли онлайн – Наука – Коммерсантъ

5K 6 мин. . ..

Развитие наземных и космических систем глобального мониторинга, а также внедрение современной аппаратуры, обеспечивающей высокочастотную регистрацию геофизических параметров, привели к беспрецедентному росту объемов регистрируемых данных в науках о Земле. Эффективная передача, хранение и обработка геофизической информации требуют адекватных методов и алгоритмов. В Геофизическом центре РАН разработан аппаратно-программный комплекс, автоматизирующий сбор и обработку магнитограмм от российских обсерваторий.

Результаты оперативного анализа геомагнитной активности на примере данных обсерватории “Магадан” во время магнитной бури 20 декабря 2015 года. Момент внезапного начала магнитной бури отмечен черной стрелкой (предоставлено ГЦ РАН). График – исходная магнитограмма горизонтальной составляющей магнитного поля. На втором графике (ниже) показана оценка часовых амплитуд геомагнитных возмущений. Третий график характеризует меру аномальности поля, построенную на принципах нечеткой математики. На четвертом графике представлена почасовая оценка скорости изменения магнитного поля. На нижнем графике показаны результаты оперативного расчета K-индекса геомагнитной активности. На графиках перечисленных индикаторов геомагнитной активности красным цветом отмечены сильно аномальные значения, фиолетовым – аномальные значения, зеленым – слабо аномальные значения и синим – фоновые значения

Последние достижения в области и работы с “большими данными” позволяют решить проблему эффективной обработки значительных массивов геофизических измерений. Современные методы системного анализа и искусственного интеллекта позволяют реализовать автоматизированное многокритериальное распознавание экстремальных явлений различной природы. Комплексный анализ наземных и спутниковых данных позволяет оперативно и с высокой точностью моделировать элементы магнитного поля Земли, что крайне важно для решения многих фундаментальных и практических задач.

Геомагнитное поле, регистрируемое на поверхности Земли и в околоземном пространстве, можно разделить на внутреннее и внешнее. Источником внутреннего магнитного поля Земли являются процессы, протекающие в ее недрах (рис. 1а). Внутреннее поле меняется медленно – в течение десятков и сотен лет (вековые вариации). Внешнее же поле формируется сложной и крайне изменчивой пространственной структурой электрических токов в магнитосфере и ионосфере Земли, образующихся под воздействием Солнца (рис. 1б).

Геомагнитную активность формируют относительно короткопериодные вариации внешнего магнитного поля, обусловленные солнечной активностью. Эффект от магнитосферных и ионосферных токов наблюдается на

Источник магнитного поля Земли в жидком ядре (ось вращения вертикальна и центрирована) (предоставлено Scientific American)

Земле в виде отклонений параметров магнитного поля – на временных масштабах от секунд до десятков часов. Повышенный уровень геомагнитной активности и геомагнитные вариации экстремальной амплитуды могут представлять опасность для технологических систем (ЛЭП, трубопроводов, спутников и т. п.). Поэтому геомагнитный мониторинг в режиме реального времени весьма важен для обеспечения технологической безопасности. Продолжительные наблюдения за изменением внутреннего поля также важны для понимания причин его эволюции.

INTERMAGNET

Непрерывные измерения параметров геомагнитного поля выполняются на обсерваториях по всему миру. Современные магнитные обсерватории – это высокотехнологичные объекты, функционирующие продолжительное время и обеспечивающие высокоточную оперативную регистрацию магнитного поля, что позволяет определять как вековые, так и короткопериодические вариации. Наиболее развитой сетью магнитных наблюдений, предоставляющей данные высшего стандарта качества, является международная сеть ИНТЕРМАГНЕТ (INTERMAGNET – International Real-Time Magnetic Observatory Network). Она включает около 140 обсерваторий.

Визуализация результатов модельных расчетов магнитного поля Земли на сферическом экране

Фото: Геофизический центр (ГЦ) РАН

За последние годы значительные успехи были достигнуты в развитии наземных магнитных наблюдений в России. При поддержке ФГБУН “Геофизический центр РАН” (ГЦ РАН) – одной из ведущих научных организаций, выполняющих исследования в данной области, были проведены работы по модернизации обсерваторий для соответствия международным стандартам. Результатом явилось, в частности, официальное включение обсерватории “Санкт-Петербург” в сеть ИНТЕРМАГНЕТ в июне 2016 года. Также при участии ГЦ РАН в Архангельской области развернута новая обсерватория “Климовская”. На рис. 2 представлена карта российской сети магнитных наблюдений. Данные от 13 обсерваторий, 9 из которых включены в ИНТЕРМАГНЕТ, передаются в аналитический Центр геомагнитных данных в ГЦ РАН.

Данные предварительные, окончательные и квазиокончательные

Оперативные магнитограммы, передаваемые обсерваториями сети ИНТЕРМАГНЕТ, имеют статус предварительных данных. Они могут содержать техногенные помехи и пропуски, однако доступны пользователям с минимальной задержкой. Магнитограммам, которые прошли сложную и трудоемкую процедуру коррекции и очистки от помех, присваивается статус окончательных данных. Подготовка окончательных данных для конкретной обсерватории за один год выполняется в основном вручную и может занимать до двух лет. Для ускорения подготовки очищенных данных несколько лет назад был представлен новый тип магнитограмм – квазиокончательные данные. По характеристикам они близки к окончательным, но на их подготовку требуется значительно меньше времени. Квазиокончательные данные формируются непосредственно на магнитных обсерваториях. Их подготовка выполняется специалистами также преимущественно вручную.

Российский АПК объединяет и автоматизирует

Разработанный в ГЦ РАН аппаратно-программный комплекс (АПК) автоматизирует и ускоряет процедуру оперативного сбора магнитограмм от российских обсерваторий и подготовки квазиокончательных и окончательных данных. Это становится возможным благодаря использованию современных алгоритмов, включающих элементы искусственного интеллекта. Большинство операций выполняется в квазиреальном времени, что дает возможность оперативной оценки магнитной активности, необходимой для формирования точных прогнозов. Разработанный АПК представляет собой первую систему, выполняющую подготовку квазиокончательных магнитограмм, а также распознавание и многокритериальную классификацию экстремальных геомагнитных явлений в автоматизированном режиме. Внедрение подобных интеллектуальных систем качественно выделяет российскую сеть обсерваторий по сравнению с мировым уровнем. Ведь на многих обсерваториях ИНТЕРМАГНЕТ и сейчас магнитограммы анализируются вручную, что приводит к существенной задержке (до двух лет) в подготовке окончательных данных.

Другим важным достоинством разработанного АПК является возможность объединения геомагнитных данных из разных источников. Наряду с наземными обсерваториями, глобальное покрытие магнитными измерениями обеспечивается низкоорбитальными спутниками. Текущая спутниковая группировка Swarm, выполняющая исследования магнитного поля Земли, была запущена в ноябре 2013 года с космодрома Плесецк при помощи российской ракеты-носителя “Рокот”. Миссия Swarm состоит из трех идентичных аппаратов (рис. 3), разработанных Европейским космическим агентством. Основные цели миссии – измерение характеристик магнитного поля для исследования процессов в земном ядре, мантии, литосфере, океанах, ионосфере и магнитосфере.

Оборудование российских магнитных обсерваторий модернизируется для соответствия международным стандартам

Включение в разработанный АПК данных Swarm делает его инновационным инструментом для координированной обработки и совместного анализа наземных и спутниковых данных, тем самым существенно расширяя области его применения.

АПК является ядром аналитического Центра геомагнитных данных российского сегмента сети ИНТЕРМАГНЕТ. Комплекс базируется на последних достижениях в области мониторинга геофизических процессов и интеллектуального анализа данных. АПК построен по модульному принципу, обладает гибкостью и имеет большой потенциал для расширения функциональных возможностей. Технологические подходы, использованные при создании АПК, позволяют его легко тиражировать, превращая в стандартизированное решение.

Солнечный ветер и магнитосфера Земли (изображено не в масштабе) (предоставлено University of Waikato)

Основные функции АПК:

· автоматическая загрузка и систематизация исходных наземных и спутниковых магнитных измерений;

· автоматизированная фильтрация обсерваторских данных от искусственных помех и их верификация;

· распознавание, классификация и кодирование данных об экстремальных геомагнитных явлениях;

· модельные расчеты в режиме онлайн.

Схема функционирования АПК представлена на рис. 4.

Исходные и обработанные обсерваторские магнитограммы, данные от спутников, результаты анализа и модельных расчетов хранятся в единой реляционной базе данных под управлением СУБД. Это предоставляет большую гибкость при формировании запросов и обеспечивает удобный и гибкий интерактивный доступ ко всему массиву данных, хранящихся в базе. Такой подход реализован впервые и не имеет аналогов в зарубежных центрах.

Разработанная система обладает широкими возможностями визуализации геомагнитных данных, включая использование современного проекционного оборудования со сферическим экраном.

Концепция, заложенная в основу системы, соответствует современной парадигме развития информационных технологий в части обращения с “большими данными”. АПК повышает скорость получения достоверных данных о магнитном поле Земли. Объединение информации, полученной из разных источников – наземных и спутниковых,- обеспечивает многообразие собираемых данных, а также увеличивает объем наших знаний о процессах, происходящих на планете. Функциональность АПК делает его исключительно востребованным инструментом для экспертов и представителей власти при оценке и снижении рисков, вызванных экстремальными геомагнитными явлениями.

АПК в 2014-2016 годах в рамках проекта “Разработка инновационной технологии и создание экспериментального образца аппаратно-программного комплекса для мониторинга экстремальных геомагнитных явлений с использованием наземных и спутниковых данных” (соглашение N14.607.21.0058) ФЦП Минобрнауки “Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы”.

Алексей Гвишиани, профессор, академик РАН, директор ФГБУН “Геофизический центр РАН”

Анатолий Александрович Соловьев, член-корреспондент РАН, заместитель директора ФГБУН “Геофизический центр РАН”

12: Источники магнитных полей

Последнее обновление
Сохранить как PDF

Идентификатор страницы: 4427

OpenStax
OpenStax

В этой главе мы исследуем, как магнитные поля создаются произвольным распределением электрического тока, используя закон Био-Савара. Затем мы рассмотрим, как провода с током создают магнитные поля, и выведем силы, возникающие между двумя проводами с током из-за этих магнитных полей. Мы также изучаем крутящие моменты, создаваемые магнитными полями токовых петель. Затем мы обобщаем эти результаты на важный закон электромагнетизма, называемый законом Ампера.

12.1: Прелюдия к источникам магнитных полей
В предыдущей главе мы видели, что движущаяся заряженная частица создает магнитное поле. Эта связь между электричеством и магнетизмом используется в электромагнитных устройствах, таких как жесткий диск компьютера. Фактически, это основной принцип, лежащий в основе большинства технологий современного общества, включая телефоны, телевидение, компьютеры и Интернет.
12.2: Закон Био-Савара
Мы видели, что масса создает гравитационное поле и также взаимодействует с этим полем. Заряд создает электрическое поле и также взаимодействует с этим полем. Поскольку движущийся заряд (то есть ток) взаимодействует с магнитным полем, можно было бы ожидать, что он также создает это поле — и так оно и есть.
12.3: Магнитное поле, создаваемое тонким прямым проводом
Как форма проводов, по которым течет ток, влияет на форму создаваемого магнитного поля? Мы знаем, что токовая петля создает магнитное поле, подобное магнитному стержню, но как насчет прямого провода? Мы можем использовать закон Био-Савара, чтобы ответить на все эти вопросы, включая определение магнитного поля длинного прямого провода.
12.4: Магнитная сила между двумя параллельными токами
Можно было бы ожидать, что между двумя проводниками с током возникают значительные силы, поскольку обычные токи создают магнитные поля, а эти поля воздействуют на обычные токи значительными силами. Но вы можете не ожидать, что сила между проводами используется для определения ампера. Вы также можете удивиться, узнав, что эта сила как-то связана с тем, почему большие автоматические выключатели сгорают, когда они пытаются отключить большие токи.
12.5: Магнитное поле токовой петли
Мы можем использовать закон Био-Савара, чтобы найти магнитное поле, создаваемое током. Сначала мы рассмотрим произвольные сегменты на противоположных сторонах петли, чтобы качественно показать векторными результатами, что чистое направление магнитного поля находится вдоль центральной оси петли. Отсюда мы можем использовать закон Био-Савара, чтобы получить выражение для магнитного поля.
12.6: Закон Ампера
Фундаментальное свойство статического магнитного поля заключается в том, что, в отличие от электростатического поля, оно не является консервативным. Консервативное поле — это такое поле, которое совершает одинаковую работу над частицей, перемещающейся между двумя разными точками, независимо от выбранного пути. Магнитные поля таким свойством не обладают. Вместо этого существует связь между магнитным полем и его источником, электрическим током. Он выражается через линейный интеграл B и известен как закон Ампера.
12.7: Соленоиды и тороиды
Два наиболее распространенных и полезных электромагнитных устройства называются соленоидами и тороидами. В том или ином виде они входят в состав многочисленных инструментов, как больших, так и малых. В этом разделе мы исследуем магнитное поле, характерное для этих устройств.
12.8: Магнетизм в материи
Почему одни материалы являются магнитными, а другие нет? И почему одни вещества намагничиваются полем, а другие не подвергаются воздействию? Чтобы ответить на такие вопросы, нам нужно понимание магнетизма на микроскопическом уровне. Внутри атома каждый электрон движется по орбите и вращается вокруг внутренней оси. Оба типа движения создают токовые петли и, следовательно, магнитные диполи. Для конкретного атома чистый магнитный дипольный момент представляет собой векторную сумму магнитных дипольных моментов.
12.A: Источники магнитных полей (Ответы)
12.E: Источники магнитных полей (упражнения)
12.S: Источники магнитных филдс. (Сводка)

Эта страница под названием 12: Источники магнитных полей распространяется под лицензией CC BY 4.0 и была создана, изменена и/или курирована OpenStax с помощью исходного контента, который был отредактирован в соответствии со стилем и стандартами. платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

Наверх

Была ли эта статья полезной?

Тип изделия
Глава
Автор
ОпенСтакс
Лицензия
СС BY
Версия лицензии
4,0
Программа OER или Publisher
ОпенСтакс
Показать оглавление
нет
Теги
1. source@https://openstax. org/details/books/university-physics-volume-2

геомагнитное поле | Определение, сила и факты

магнитное поле стержневого магнита

Посмотреть все СМИ

Ключевые люди:: Стэнли Кейт Ранкорн Эдвард Сабин Иоганн фон Ламонт Бальфур Стюарт Сидней Чепмен

Похожие темы:: магнитосфера полярное странствие геомагнитная буря электроструйный кольцевой ток

Просмотреть весь связанный контент →

Сводка

Прочтите краткий обзор этой темы

геомагнитное поле , магнитное поле, связанное с Землей. Он в основном диполярный (т. Е. У него два полюса, геомагнитный северный и южный полюса) на поверхности Земли. Вдали от поверхности диполь искажается.

Понять геомагнитное поле Земли с помощью принципа динамо-эффекта

Посмотреть все видео к этой статье

В 1830-х годах немецкий математик и астроном Карл Фридрих Гаусс изучал магнитное поле Земли и пришел к выводу, что основная дипольная составляющая возникла внутри Земли, а не снаружи. Он продемонстрировал, что дипольная составляющая представляет собой убывающую функцию, обратно пропорциональную квадрату радиуса Земли, вывод, который заставил ученых размышлять о происхождении магнитного поля Земли с точки зрения ферромагнетизма (как в гигантском стержневом магните), различных теорий вращения, и различные теории динамо. Ферромагнетизм и теории вращения, как правило, дискредитированы: ферромагнетизм, потому что точка Кюри (температура, при которой разрушается ферромагнетизм) достигается всего на 20 или около того километров (около 12 миль) под поверхностью, а теории вращения, потому что, по-видимому, не существует фундаментальной связи между массой в движение и связанное с ним магнитное поле. Большинство геомагнетиков занимаются различными теориями динамо, согласно которым источник энергии в ядре Земли вызывает самоподдерживающееся магнитное поле.

Устойчивое магнитное поле Земли создается многими источниками, как над, так и под поверхностью планеты. От ядра наружу к ним относятся геомагнитное динамо, намагниченность земной коры, ионосферное динамо, кольцевой ток, ток магнитопаузы, хвостовой ток, продольные токи и авроральные, или конвективные, электроджеты. Геомагнитное динамо является наиболее важным источником, потому что без поля, которое оно создает, другие источники не существовали бы. Недалеко от поверхности Земли влияние других источников становится таким же или более сильным, чем влияние геомагнитного динамо. В последующем обсуждении рассматривается каждый из этих источников и объясняются соответствующие причины.

Магнитное поле Земли подвержено изменениям во всех временных масштабах. Каждый из основных источников так называемого устойчивого поля претерпевает изменения, вызывающие переходные вариации или возмущения. Основное поле имеет два основных возмущения: квазипериодические инверсии и вековые вариации. Ионосферное динамо возмущается сезонными изменениями и изменениями солнечного цикла, а также солнечными и лунными приливными эффектами. Кольцевой ток реагирует на солнечный ветер (ионизированную атмосферу Солнца, которая расширяется в космос и несет с собой солнечное магнитное поле), усиливаясь при наличии соответствующих условий солнечного ветра. С ростом кольцевого тока связано второе явление — магнитосферная суббуря, наиболее отчетливо проявляющаяся в северном сиянии. Совершенно другой тип магнитного склонения вызывается магнитогидродинамическими (МГД) волнами. Эти волны представляют собой синусоидальные колебания электрического и магнитного полей, связанные с изменениями плотности частиц. Они являются средством передачи информации об изменениях электрических токов как внутри ядра Земли, так и в окружающей ее среде заряженных частиц. Каждый из этих источников вариации также обсуждается отдельно ниже.

Наблюдения за магнитным полем Земли

Представление поля

Электрические и магнитные поля создаются фундаментальным свойством материи — электрическим зарядом. Электрические поля создаются зарядами, покоящимися относительно наблюдателя, тогда как магнитные поля создаются движущимися зарядами. Эти два поля являются различными аспектами электромагнитного поля, силы, которая вызывает взаимодействие электрических зарядов. Электрическое поле Е в любой точке вокруг распределения заряда определяется как сила, приходящаяся на единицу заряда, когда в эту точку помещается положительный пробный заряд. Для точечных зарядов электрическое поле направлено радиально от положительного заряда к отрицательному заряду.

Магнитное поле создается движущимися зарядами, то есть электрическим током. Магнитная индукция B может быть определена аналогично E как пропорциональная силе на единицу силы полюса, когда тестовый магнитный полюс приближается к источнику намагничивания. Однако чаще его определяют уравнением силы Лоренца. Это уравнение утверждает, что сила, ощущаемая зарядом q , движущимся со скоростью v, равна F = q (vx B ).

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

В этом уравнении жирным шрифтом обозначены векторы (количества, которые имеют как величину, так и направление), а нежирным шрифтом обозначены скалярные величины, такие как B , длина вектора B. X обозначает векторное произведение (т. е. вектор под прямым углом к v и B, с длиной v B sin θ). Тета — это угол между векторами v и B. (B обычно называют магнитным полем, несмотря на то, что это название зарезервировано для величины H, которая также используется в исследованиях магнитных полей.) Для простого линейного тока поле имеет цилиндрическую форму вокруг тока. Направление поля зависит от направления тока, которое определяется как направление движения положительных зарядов. Правило правой руки определяет направление B, утверждая, что оно указывает в направлении пальцев правой руки, когда большой палец указывает в направлении тока.

В Международной системе единиц (СИ) электрическое поле измеряется скоростью изменения потенциала, вольт на метр (В/м). Магнитные поля измеряются в единицах тесла (Тл). Тесла является большой единицей для геофизических наблюдений, и обычно используется меньшая единица, нанотесла (нТл; один нанотесла равен 10 ^-9 тесла). Нанотесла эквивалентна одной гамме, единице, первоначально определенной как 10 ⁻⁵ гаусс, которая является единицей измерения магнитного поля в системе сантиметр-грамм-секунда. И гаусс, и гамма по-прежнему часто используются в литературе по геомагнетизму, хотя они больше не являются стандартными единицами.

Как электрические, так и магнитные поля описываются векторами, которые могут быть представлены в различных системах координат, таких как декартова, полярная и сферическая. В декартовой системе вектор разлагается на три компоненты, соответствующие проекциям вектора на три взаимно ортогональные оси, которые обычно обозначаются как x , y , z . В полярных координатах вектор обычно описывается длиной вектора в x – y , его азимутальный угол в этой плоскости относительно оси x и третья декартова компонента z . В сферических координатах поле описывается длиной вектора полного поля, полярным углом этого вектора от оси z и азимутальным углом проекции вектора на плоскость x – y . В исследованиях магнитного поля Земли широко используются все три системы.

Номенклатура, используемая при изучении геомагнетизма для различных компонент векторного поля, представлена на рисунке. B — вектор магнитного поля, F — величина или длина B. X , Y и Z — три декартовых компонента поля, обычно измеряемые относительно географической системы координат. X — на север, Y — на восток, и, завершая правую систему, Z — вертикально вниз к центру Земли. Величина поля в проекции на горизонтальную плоскость называется H . Эта проекция образует угол D (для склонения) измерен положительно с севера на восток. Угол наклона, I (для наклона), представляет собой угол, который вектор полного поля составляет по отношению к горизонтальной плоскости, и положителен для векторов ниже плоскости. Это дополнение обычного полярного угла сферических координат. (Географический и магнитный север совпадают вдоль «агонической линии»). 0031 Электромагнитные поля » Уровень 2 ” Вопрос 8

Предыдущий вопрос

Уровень 2 Вопросы

Следующий вопрос

Уровень 1: Резюме
Уровень 2: Подробная информация
Уровень 3: Источник
около
Связывание

. поля?

8.2 Какие возможные последствия для здоровья статических магнитных полей изучались?

8.1 Каковы источники статических магнитных полей?

МРТ сканеры используют статические магнитные поля
Касуга Хуан

Магнитное поле – это силовое поле, создаваемое магнитом или вследствие движение зарядов (поток электричества). Величина (интенсивность) магнитного поле обычно измеряется в Тесла (Т или мТл).

Статические магнитные поля делают не меняются во времени и, как таковые, не имеют частоты (0 Гц). Примеры поля, создаваемые постоянным магнитом или Магнитное поле Земли.

Искусственная статика магнитные поля вырабатывается везде, где электричество используется в виде постоянный ток (DC), такой как в некоторых железнодорожных системах и метро, в промышленных процессах, таких как как производство алюминия, хлорно-щелочной процесс и газовый сварка.

Количество искусственных источников таких полей ограничено, но есть быстрое развитие новых технологий, производящих статические поля. Количество людей с имплантированными металлическими устройства, такие как кардиостимуляторы, на которые может воздействовать статическое электричество. магнитные поля тоже растет.

Одно известное применение сильного статического электричества магнитные поля Магнитно-резонансная томография (МРТ), который обеспечивает трехмерные изображения мягкого тела ткани, такие как головной мозг и спинной мозг. Этот метод медицинской визуализации использует очень мощные постоянные магниты, которые могут привести к сильному облучению уровней как для пациентов, так и для операторов.

Предыдущие оценки состояния здоровья в основном рассматривали воздействие только статические поля, но многие приложения, особенно МРТ, может привести к облучению к сильным статическим полям в сочетании с радиочастотой и другие поля. Таким образом, недавние исследования начали рассматривать различные комбинации полей и их возможные эффекты. Подробнее…

<-- Назад на уровень 1

Дополнительная информация на уровне 3 –>

Вопросы уровня 2

Top

Уровень 1: Сводка
Уровень 2: Детали
Уровень 3: Источник
О
Ссылки

Следующий вопрос

8.

2 Какие возможные последствия статического электричества для здоровья были изучены?

Доступно несколько исследований на популяциях людей, посвященных влиянию статических полей и имеющихся данных недостаточно, чтобы делать какие-либо выводы о возможных последствиях воздействия на здоровье к статическому магнитные поля.

Большое количество экспериментальных исследований по клеточные культуры были проводится с целью обнаружения биологических эффектов статического магнитные поля. Экспериментальными данными установлено, что статические магнитные поля может привести к изменению направления приложенных сил на биологические молекулы и сотовые компоненты с магнитными свойствами, такие как гемоглобин, родопсин (визуальный пигмент), свободные радикалы и оксид азота. Такие изменения могут влияют на эти биологические молекулы.

Исследования на людях-добровольцах указывают на возможное мгновенное влияние на функционирование нейронов при движении через статическое магнитное поле или поле градиент, используемый в клинической практике. Эти исследования нуждаются подтверждение.

Недавние исследования на животных подтверждают ранее сделанные выводы о том, что статические магнитные поля в несколько миллитесла (мТл) могут оказывать прямое воздействие на нейроны. Исследования по клеточные культуры также показывают что воздействие статических магнитных полей в диапазоне миллитесла может изменить свойства мембраны. Эти изменения могут привести к изменения в функционировании нейронов, хотя эффекты, по-видимому, обратимый.

Исследования уменьшения боли у животных при воздействии статического электричества магнитные поля в Диапазон миллитесла интересен. Вопрос в том, грызуны являются адекватной моделью для человека в этом отношении, поскольку никакого уменьшения боли у людей не наблюдалось после воздействия статические магнитные поля, которые были в 10 раз сильнее.

Недавние эксперименты на животных показали влияние статических полей на кровоток, рост сосудов, а также на рост и развитие, но некоторые результаты противоречивы и не проясняют смешанные результаты предыдущих исследований.

Статические поля, по-видимому, влияют на выражение определенные гены в клетки человека и др. млекопитающих, и эти эффекты могут зависеть от продолжительности воздействия и градиенты поля. Повреждение генетический материал был сообщается, хотя кажется, что эти эффекты можно исправить и не являются постоянными.

Несмотря на то, что в 2007 г. было опубликовано немало исследований, 2008 г., по-прежнему не хватает адекватных данных для надлежащего оценка риска статических магнитные поля. Более необходимы исследования, особенно для выяснения многих смешанных и иногда противоречивые результаты.

Краткосрочные эффекты наблюдались в основном на сенсорных функции при остром воздействии. Однако нет последовательного доказательство устойчивого неблагоприятные последствия для здоровья от кратковременное воздействие до нескольких тесла. Подробнее…

<-- Назад на уровень 1

Дополнительная информация на уровне 3 –>

Предыдущий вопрос

Вопросы уровня 2

Следующий вопрос

Трехуровневая структура, используемая для передачи этого мнения SCENIHR, защищена авторским правом GreenFacts asbl/vzw.

3.

7.2 Источники рассеянных магнитных полей

Поля переменного тока обычно создаются двигателями переменного тока и трансформаторами. Линии электропередачи переменного тока не создают значительных внешних полей, пока проводники расположены близко друг к другу (что обычно и происходит). Поля постоянного тока излучаются постоянными магнитами. Вопреки некоторым опасениям, магнитное поле Земли слишком слабое, чтобы влиять на магнитные записи.

3.7.2.1 Типичные угрозы в аудиовизуальных архивах. Наиболее опасными источниками паразитных магнитных полей, обычно используемых в аудиовизуальных архивах, являются динамические микрофоны, динамические наушники, громкоговорители и приборы с подвижной катушкой (измерители уровня). Поскольку напряженность поля экспоненциально падает с расстоянием, даже самые сильные поля, создаваемые этими устройствами, на расстоянии 15 см от записанных лент значительно ниже упомянутого выше порога постоянного тока. Наконец, объемные ластики, которые используются для стирания аналоговых аудио- и видеокассет, имеют чрезвычайно сильные магнитные поля и не должны использоваться в местах, где хранятся записанные кассеты. При отделении таких устройств от зон обработки и хранения следует помнить, что обычные стены не экранируют магнитные поля. Риски, связанные с транспортировкой, см. в 4.8.

3.7.2.1.1 Размагничивание воспроизводящего оборудования («размагничивание»). Во избежание негативного воздействия на записанные ленты все металлические направляющие ленты и головки необходимо регулярно размагничивать (ежедневно или каждые 10 часов использования). Магнитные поля постоянного тока уменьшают отношение сигнал/шум и могут увеличивать нелинейные искажения. Во избежание непреднамеренного намагничивания магнитные отвертки и другие инструменты никогда не должны использоваться для обслуживания оборудования воспроизведения магнитной ленты. Кроме того, головные блоки следует заменять только после выключения станков.

3.7.2.2 Общие угрозы. Магнитные дверные жалюзи шкафов и магнитные наклейки на доски должны быть полностью исключены, так как их непреднамеренный непосредственный контакт с магнитной лентой будет вредным. Электромагнитные дверные держатели, используемые для противопожарных подразделений, должны быть проверены на напряженность поля. Должны быть проверены электрические двигатели, приводящие в движение передвижные полки и конвейерные ленты, а также двигатели пылесосов, используемых в складских помещениях. Электросварка не должна производиться в присутствии магнитных носителей: должно соблюдаться расстояние не менее одного метра. Также желательно проверить ближайшее окружение складских помещений, так как стены не защищают от рассеянных магнитных полей. Домашние трансформаторы или двигатели лифтов могут находиться в непосредственной близости от наружных стен и оставаться незамеченными, особенно если они находятся в соседних зданиях. Для транспортировки магнитной ленты см. 4.8.3.

3.7.2.3 Металлические штабели. В отличие от многих опасений 1950-х годов, металлические стопки обычно не опасны для хранения магнитных записей. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы не допустить непреднамеренного попадания труб в систему молниеотводов в случае удара молнии (3. 7.2.4.1). Поэтому заземление (заземление) металлических штабелей, как того требуют общие правила техники безопасности, следует критически обсуждать со специалистами. Маловероятно, что магнитные полки будут иметь постоянное магнитное поле. Если есть полка, то это, вероятно, происходит из-за использования магнитов захвата во время производства. ¹⁹

3.7.2.4 Электромагнитные импульсы (ЭМИ) представляют собой одиночные чрезвычайно короткие высокоэнергетические широкополосные всплески электромагнитного излучения. Хотя электромагнитное поле ЭМИ существует очень короткое время, оно может быть очень сильным, подвергая носители информации опасности двумя способами: магнитные носители могут быть переориентированы и, таким образом, их информация будет стерта, в то время как твердотельные носители могут быть разрушены высокой напряжения, которые могут индуцироваться сильными магнитными полями. Помимо носителей данных, сильные искусственные ЭМИ вызывают особую озабоченность из-за их разрушительного потенциала для электронного оборудования, электрических установок и, в случае пожара, для целых зданий. Поскольку электромагнитные поля распространяются со скоростью света, предупреждение невозможно.

Существует несколько форм естественных и искусственных ЭМИ, созданных человеком. В аудиовизуальной консервации особый интерес представляют только три формы: молния, другие электростатические разряды и ЭМИ в результате ядерного взрыва.

3.7.2.4.1 Молния. Хотя никогда не сообщалось о повреждениях молниеотводов в ходе удара, не исключено, что в некоторых случаях это происходило незамеченным. Магнитное поле, излучаемое молниеотводом в случае удара, зависит от тока, создаваемого ударом, и расстояния до молниеотвода. Удары в умеренных климатических зонах имеют средний ток около 25–30 кА. ²⁰ Однако в тропических районах зарегистрированы разряды до 400 кА. В то время как для 60 кА расстояния около 5 м достаточно, чтобы уменьшить поле до порога 25 Э, расстояние, необходимое для тропического удара 400 кА, составляет около 33 м. Однако в правильно спроектированной системе молниеотводов разряд отводится на несколько отдельных вертикальных молниеотводов, на каждый из которых приходится часть общего тока. Это на практике снижает требуемое безопасное расстояние между молниеотводом и магнитопроводами. Все должно быть сделано для того, чтобы металлические трубы или водопровод, центральное отопление и т. д. не стали частью системы отвода молнии в случае удара молнии (3.7.2.3). Конструкция молниезащиты должна соответствовать IEC 1024-1.

Эта потенциальная угроза обычно недооценивается при сохранении аудиовизуальных материалов, но ее следует тщательно учитывать при проверке безопасности архивов или при проектировании новых конструкций.

3.7.2.4.2 Другие электростатические разряды (ЭСР). Изоляционный материал может приобретать электростатический заряд под действием электричества трения. Например, человеческие тела могут быть заряжены до 30 кВ после ходьбы по ковру с хорошей изоляцией, в частности, при очень низкой относительной влажности. При прикосновении к любым токопроводящим предметам происходит разряд через маленькую искру, которая создает очень короткий и высокий ЭМИ, что может привести к повреждению или даже разрушению чувствительных электронных компонентов — еще одна причина, помимо защиты от пыли, запретить использование ковров в аудиовизуальных архивах.

Другой эффект возникает из-за электростатически заряженных дисков и магнитных лент, преимущественно изготовленных из ПВХ. При их воспроизведении электростатические разряды становятся слышимыми в виде щелчков как на выходе автомата, так и акустически в помещении. Такие разряды не повреждают носители, но следует избегать их раздражающего влияния на воспроизведение, разряжая носители до или во время воспроизведения.

3.7.2.4.3 Искусственный ЭМИ. Для аудиовизуального сохранения наиболее подходящим искусственным ЭМИ будет тот, который создается ядерным оружием (НЭМИ). Сила его магнитного поля будет зависеть от различных факторов (сила детонации, конструкция оружия, высота взрыва), возможно, достаточно сильного, чтобы стереть неэкранированные магнитные записи, но также косвенно опасного, поскольку разрушает электронное оборудование, электрические установки и конструкции из-за пожаров. вызванные высоким напряжением, наведенным в металлических проводниках.

3. 7.2.4.4 Защита от ЭМИ. Хотя теоретически аудиовизуальные архивы могут подвергаться значительной опасности из-за НЭМП, их вероятность, тем не менее, крайне мала. Защита от ЭМИ аппаратуры и магнитных носителей может быть обеспечена заключением их в клетку Фарадея и применением соответствующих схем защиты (гальваническая развязка, диверторы избыточного напряжения) на всех линиях электропередач. Здания и отдельные помещения можно защитить, полностью покрыв их заземленной металлической проволочной сеткой.

Как правило, чем выше частота электромагнитного излучения, тем мельче должны быть ячейки проволочной сетки. Поскольку спектр импульсов — теоретически — неограничен, для эффективного экранирования потребуется полностью герметичный металлический лист с высокой проводимостью, т.е. медь, которая хорошо заземлена.

3.7.2.5 Сквозная печать — это непреднамеренное копирование сигналов на соседние слои в пачке магнитной ленты. Проблема возникает из-за неравномерного распределения коэрцитивной силы по частицам данной ленты: в то время как частицы с высокой коэрцитивной силой сопротивляются переориентации, вызванной магнитными полями соседнего слоя, небольшой процент частиц с низкой коэрцитивной силой подвержен переориентации. Пропечатка возникает сразу после записи при первом контакте двух слоев на наматываемой катушке и увеличивается логарифмически со временем. ²¹ Помимо общей восприимчивости данного магнитного слоя, уровень сквозной печати также зависит от толщины ленты. ²² Крутизна подъема уровня увеличивается с температурой, а также этому способствует наличие слабых внешних магнитных полей.

В соответствии с международным стандартом обмотки «окись внутри» отпечаток на внешнем слое питательного сигнала сильнее, чем на внутреннем. Когда ленты хранятся на катушке, «неестественное» предварительное эхо сильнее, чем менее тревожное последующее эхо. Поэтому «хвостовое» хранение приобрело широкую популярность. С немецким стандартом хранения «без окиси» («B-wind») все наоборот.

Поскольку сквозная печать вызвана нестабильными частицами с низкой коэрцитивной силой, ее можно в значительной степени устранить, перемотав ленту в режиме быстрой перемотки несколько раз перед воспроизведением. При этом используется магнитострикционный эффект частиц с низкой коэрцитивной силой. ²³

Чтобы свести к минимуму сквозную печать для дальнейшего воспроизведения, воспроизведенные ленты необходимо довести до температуры хранения, а затем несколько раз перемотать, чтобы свести первоначальный уровень сквозной печати к минимуму.

Следует помнить, что если не минимизировать сквозную распечатку перед передачей, распечатанный сигнал станет частью новой записи.

Рисунок 28: Взаимная интерференция соседних магнитных слоев.

Рис. 29: Эхо-сигналы до и после.

19. Систематические измерения металлических полок показали постоянные постоянные поля порядка до 1 Э. Рекомендуется указать этот уровень как максимально допустимый при заказе стальных полок и измерить при поставке.

20. В Австрии, например, средняя сила удара молнии не превышает 30 кА. Поэтому молниеотводы должны выдерживать удар 60 кА.

21. Его увеличение в первую единицу времени такое же, как и в следующие десять, а затем в сто (или любой другой экспоненциальный ряд) единиц времени.

22. Из-за отношения длины волны к толщине ленты и из-за оптимального восприятия сигнала в низко-среднем диапазоне частот около 1000 Гц субъективное раздражение также зависит от скорости записи. Таким образом, сквозная печать значительно больше раздражает при записи со скоростью 38 см/с на стандартную кассету для воспроизведения, чем, например, при воспроизведении. на компакт-кассету с ее низкой скоростью записи 4,76 см/с.

23. Для большинства лент сквозной отпечаток, накопленный за 224 дня, можно уменьшить ниже 24-часового уровня, быстро перемотав ленту три раза (Schüller 1980).

Магнитное поле состоит из фотонов | Физика Фургон

Категория Выберите категориюО фургоне физикиЭлектричество и магнитыВсе остальноеСвет и звукДвижение вещейНовая и захватывающая физикаСостояния материи и энергииКосмосПод водой и в воздухе

Подкатегория

Поиск

Задайте вопрос

Последний ответ: 22.10.2007

Вопрос:

Мой вопрос: из чего состоит магнитное поле? Я много читал о магнитах и полях, которые они создают, и даже о том, что вокруг самих электронов есть магнитные поля, но я пока не встречал ничего, что говорило бы о том, из чего состоит само поле. Это материя, поэтому она должна быть сделана из чего-то. Есть ли название для этих «частиц»? Или они сами просто электроны?
– Дуглас (35 лет)
Луизиана США

Привет, Дуглас!

Электромагнитное взаимодействие опосредовано константой обмен фотонами от одного заряженного объекта к другому. Магнитный поле на самом деле просто классическое приближение к фотонному обмену картина. В движущейся системе отсчета вместо нее появляется магнитное поле как комбинация магнитного поля и электрического поля, поэтому электрическое а магнитные поля состоят из одного и того же «вещества» (фотонов).

В некоторых электромагнитных взаимодействиях участвуют «настоящие» фотоны с определенные частоты, энергии и импульсы. Электростатические и магнитные вместо этого поля включают обмен «виртуальными» фотонами. Очень близко к электрон представляет собой плотное облако виртуальных фотонов, которые постоянно испускается и вновь поглощается электроном. Некоторые из этих фотонов расщепляются на электрон-позитронные пары (или пары еще более тяжелых веществ), которые рекомбинируют в фотоны, которые повторно поглощаются исходным электрон. Эти виртуальные петли частиц экранируют заряд электрон так, что вдали от электрона кажется, что он имеет меньше зарядить чем рядом. 92 (в системе отсчета, в которой электрон не имеет импульс).

Том

(опубликовано 22.10.2007)

Дополнение №1: представление о магнетизме

Вопрос:

Можно ли четко ответить на вопрос, используя более элементарные термины для элементарных частиц? Или, может быть, схема частиц как каскада в различных энергетических состояниях, производящих взаимные силы или действия на другую материю?
– Дж. С. БЭРД (67 лет)
Davao City,Philippines

Похоже, то, что вы просите, это диаграмма Фейнмана для представления электромагнитных взаимодействий. Вы можете получить это в обсуждении в Википедии: https://en. wikipedia.org/wiki/Quantum_electrodynamics.

А пока я воспользуюсь случаем, чтобы немного изменить презентацию Тома. Мы обычно говорим что-то вроде «виртуальные фотоны… постоянно испускаются и повторно поглощаются электроном», но на самом деле мы имеем в виду не это. Две частицы, взаимодействующие электромагнитным образом, действительно окружены виртуальным фотонным облаком. Однако в известных случаях (например, атом водорода) это облако совершенно неизменно во времени. Вообще ничего не происходит. Слова о колеблющихся вокруг вещах — грубый способ передать одно из специфических свойств квантовых полей. Электрические и магнитные поля имеют не только средние значения, но и диапазоны возможных значений вокруг среднего. Вот что так отличается от классических полей. (Это похоже на положения квантовых частиц, которые имеют диапазон около среднего положения, в отличие от классических частиц.) Вы можете передать образ этого диапазона, притворившись, что поля прыгают между различными возможными значениями, точно так же, как вы можете представить что частица прыгает между различными положениями в своем облаке. Однако поля (включая их разброс значений) должны прыгать не больше, чем частицы в пространстве. Например, в хорошем стабильном атомном состоянии ничего не меняется во времени. Статический диапазон возможностей превращается в действительный диапазон результатов только тогда, когда система определенным образом взаимодействует с большим внешним миром.

Майк В.

(опубликовано 27.04.2011)

Дополнение №2: вернемся к механическим полям Максвелла

Вопрос:

Я действительно хочу знать, из чего состоит магнитное поле ? Пожалуйста, не используйте фотоны в своем ответе, поскольку все мы знаем, что магнитные поля не состоят из фотонов. На вопрос Дугласа так и не ответили. Дуглас не спрашивал об электромагнитном поле, которое наиболее тесно связано с фотоном. Предоставленные ответы были неполными и не относились к вопросу Дугласа. Из чего состоит магнитное поле? Вот что современная наука знает о магнитных полях. Честный ответ: мы не знаем, что такое магнитное поле. Что мы знаем, так это то, что поле Магнита генерируется движением электростатических зарядов внутри самого магнита. Электрические заряды – это электроны. Электроны движутся когерентно и синхронно, что вызывает выброс сильного магнитного поля из магнита. Чего мы не знаем, так это того, из чего состоит это поле. Некоторые люди говорили, что он состоит из магнитных монополей. Магнитные монополи никогда не открывались, так что есть большая вероятность, очень большая вероятность того, что теория неверна. Я считаю, что магнитное поле вообще не состоит из поля какой-либо частицы. Дуглас, думайте о магнитном поле как о прямой деформации физического пространства. Так должны работать все чистые поля. Это должны быть механические деформации пространства. Вы можете думать о пространстве как о твердой упругой ткани с низкой плотностью и высоким натяжением. Магнитное поле есть механическая деформация самого пространства. Я бы хотел, чтобы вы напечатали этот вопрос и ответили, но мы оба знаем, что вы этого не сделаете.
– Марк (58 лет)
Флорида

Когда Максвелл впервые придумал свои знаменитые уравнения электромагнетизма, он попытался создать механическую модель с маленькими шестернями, колесами и прочим. От него быстро отказались, поскольку он не добавлял ничего, кроме усложнения уравнений поля.

У вас есть различные словесные утверждения о том, что такое поле “на самом деле”. Вы говорите, что он сделан не из монополей, но я никогда не слышал, чтобы кто-то предполагал, что это так. Вы говорите, что это не имеет ничего общего с фотонами, то есть с квантовой механикой. Ваша картина звучит так, будто не соответствует специальной теории относительности.

Сочетание специальной теории относительности и квантовой механики позволяет производить расчеты вещей, которые можно измерить. Например, он дает предсказание гиромагнитного отношения электронов. Экспериментально значение равно 2,00231930462 с небольшой погрешностью в последнем десятичном разряде. “Предсказание КЭД согласуется с экспериментально измеренным значением более чем на 10 значащих цифр. ..”

Какое значение дает ваша модель?

Майк В.

шт. Я не могу удержаться от того, чтобы не привести первые две строчки из примерно 100-страничного интервью, которое Фонд химического наследия провел с ученым (мой отец), который работал с магнитами в течение ~ 9 лет.0 лет. «Ребенком я обнаружил, что могу заставить булавки в коробке стоять, и, перемещая магнит, я могу заставить их двигаться. Я понятия не имел, что такое магнитное поле, и подозреваю, что до сих пор понятия не имею, что такое магнитное поле. магнитное поле есть, за исключением некоторых вещей, которые оно делает».

(опубликовано 04.09.2013)

Дополнение №3: электрические поля как виртуальные фотонные облака

Вопрос:

Кажется, что виртуальное фотонное облако существует только очень близко к статическому заряду. Как мы примирим это с (а) тем фактом, что силовые линии электрического поля тянутся вечно и (б) тем фактом, что виртуальные фотоны обмениваются на расстояниях, превышающих расстояние виртуального фотонного облака? Я представляю себе виртуальное фотонное облако, окружающее изолированный электрон. сдача. Внезапно протон оказывается рядом с электроном. Прежде чем протон прибудет на сцену, виртуальное фотонное облако плотно упаковывается вокруг электрона. (Виртуальное фотонное облако представляет собой статическое квантовое состояние, но это не означает, что виртуальные фотоны не движутся — подобно электронному облаку вокруг атома водорода). виртуальное фотонное облако меняет форму? Например, «растягивается ли» виртуальное фотонное облако, чтобы достичь протона, представляя повышенное присутствие виртуальных фотонов на пути, где они обмениваются между двумя заряженными частицами?
– JD (возраст 29)
Луисвилл, Кентукки, США

Классическое выражение поля говорит вам, как распространяется виртуальное фотонное облако. Таким образом, эти виртуальные фотоны не более и не менее сконцентрированы на заряде, чем классические поля. Изменения формы, когда присутствуют два заряда, определяются суммированием классических векторных полей. Так что да, между зарядами существует особенно сильное поле, но далеко от них поля имеют тенденцию гаситься.

Майк В.

(опубликовано 11.04.2015)

Дополнение №4: фотоны и магнитные поля

Вопрос:

Магнитные поля нельзя объяснить, просто сказав, что они состоят из «фотонов». Какая дата их физического макияжа?
– Роберт Понсе (69 лет)
Port Hueneme

В одном смысле вы правы, что не должны думать, что магнитные поля состоят из фотонов. Если у вас есть определенное количество фотонов каждого типа, ожидаемое магнитное поле равно нулю. Чтобы получить что-то вроде классического четко определенного магнитного поля, вам нужен большой разброс возможных чисел фотонов.* Это сильно отличается от предположения, что каждый фотон вносит какое-то поле.

С другой стороны, возможно, вы думаете, что помимо фотонов есть еще какой-то ингредиент. Нет.

Майк В.

*Если вы посмотрите, например, на уравнение 21 в этой статье (https://www.phys.ksu.edu/personal/wysin/notes/quantumEM.pdf), вы найдете выражение для магнитное поле в терминах операторов рождения и уничтожения фотонов.

(опубликовано 13.12.2015)

Дополнение № 5: фотоны и магнетизм

Вопрос:

Майк В. поле равно нулю. Чтобы получить что-то вроде классического четко определенного магнитного поля, вам нужен большой разброс возможных чисел фотонов». механика. Эта тема сбивает меня с толку, потому что я думаю, что у меня есть базовое понимание «обычных» фотонов (например, видимого света), но такие фотоны имеют определенные энергии и длины волн, и они не движутся по замкнутому контуру, как магнитное поле. к. «Магнитный» фотон кажется другим, чем «обычный» фотон, и я хотел бы понять, почему, если это возможно без понимания математики. Спасибо!
– Джеймс (30 лет)

Я не смогу это объяснить, но могу прояснить некоторые моменты.

Фотоны, вносящие вклад в магнитные поля , ничем не отличаются от фотонов, вносящих вклад в электрические поля. Конкретный образец того, какие фазы присутствуют для разного количества фотонов, определяет, какие классические поля присутствуют.

Что касается отношения количества фотонов к классическим полям, я могу предложить аналогию, которую вы могли бы изучить, и которую было бы легче изобразить. Посмотрите на волновые функции, которые представляют состояния простого гармонического осциллятора (масса на пружине). (https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_harmonic_oscillator) Те, у кого определенная энергия, подобны состояниям фотонов с определенными числами и, следовательно, определенными энергиями. Одноэнергетические состояния SHO всегда равномерно распределены вокруг средней точки без среднего смещения и средней скорости. По точной аналогии, фотонные состояния с определенным числом не имеют среднего магнитного поля или электрического поля. Чтобы заставить SHO вращаться классически, вам нужно создать состояния, в которых интерференция между частями с разными энергиями вызывает отмену в одних частях и усиление в других. По мере того, как волна изменяется во времени, положения этих точек с низкой и высокой плотностью колеблются взад и вперед, что означает изменение положения и скорости. Аналогом для фотонов является изменение полей.

Майк В.

(опубликовано 16.01.2017)

Дополнение № 6: ингредиенты магнетизма?

Майк В. сказал: “С другой стороны, возможно, вы думаете, что помимо фотонов есть какой-то другой ингредиент. Это не” Мальчик! Это смелое заявление. Конечно, вы имеете в виду «мы не знаем ни о каком другом ингредиенте» — как мы ничего не знаем о темной энергии и очень мало о темной материи. Интересно, что бы он сказал до постулирования фотонов. Прочитав всю дискуссию, мне кажется, что единственный верный ответ: «Мы не знаем». Сколько атомов/см в межгалактическом пространстве? Не так уж и много, гарантирую, поэтому можно было бы ожидать, что будет меньше этих жизненно важных фотонов, входящих и выходящих из электронов в среде, где меньше электронов, в которые можно входить и выходить, — но каково будет притяжение между двумя магниты в этой среде? Это было бы то же самое, не так ли? Конечно, удивительно, что если два сильных магнита поместить в самую разреженную область пространства, они все равно будут оказывать мощное воздействие друг на друга (притягивающее или отталкивающее), даже если они могут быть неподвижны относительно друг друга. Между ними явно что-то есть. Кто-то выше сказал, что магнитное поле не может существовать само по себе — это составляющая электромагнитного поля, и меня это интересует, потому что я считаю, что это поле должно присутствовать, когда магниты нет. Я думаю, вполне вероятно, что то, что составляет это поле, также составляет то, в чем свет создает волну, а свет, как нам говорят, является электромагнитной волной, такой же, как высокочастотная радиоволна. Мне (полному дилетанту) кажется бессмысленным утверждение, что свет — это волна, проходящая сквозь ничто. Другие волны — это все волны в чем-то — в воздухе, в воде, в веревке и т. д. Свет распространяется в пространстве с очень точно определенной скоростью. Несомненно, если бы структура пространства была немного другой, свет двигался бы немного медленнее или немного быстрее, так что это поле должно быть удивительно постоянным во всем пространстве и не зависеть от плотности атомов. Это, безусловно, должна быть очень эффективная транспортная среда, потому что свет может путешествовать миллиарды лет и все же достигать нас, не рассеиваясь больше, чем на квадрат расстояния. Так через что он путешествует? Есть ли какая-нибудь подсказка в том, что электрические и магнитные компоненты радиопередачи находятся под прямым углом? (Я имею в виду угол поляризации). Я видел объяснения того, как свет проходит через стекло или воду (где его скорость отличается от скорости в космосе), но это зависит от того, что атомы возбуждаются светом и испускают в ответ протон — удивительно, всегда в одном и том же направлении. Это объяснение объясняет дифракцию, однако тот же механизм нельзя применить к пустому пространству. Есть ли какой-либо ответ, за который может ухватиться неспециалист, или это одна из тех вещей, как sqrt(-1), которые могут быть только понимаете в области математики? Даже там есть твердое понимание того, что это такое, а не каковы его свойства?
– Майк Коллинз (71 год)
Гвинед, Уэльс

Вы правы, что в целом мы не знаем всех ингредиентов мира. Мы, вероятно, даже не знаем основной формы теории, того, как пространство-время возникает из некоторых более глубоких форм и т. д. Тем не менее, в контексте того, что мы знаем, в магнетизме нет особой тайны. На самом деле магнетизм является частью электрослабой теории, которая является самой известной из имеющихся у нас теорий. Он предсказывает, например, магнетизм электрона с точностью более одной стомиллиардной.

Волны, которые вы упомянули, все можно описать как тип поведения нижележащих сред — воды, воздуха и т. д. Однако на более глубоком уровне ингредиенты Вселенной (фотоны, кварки, нейтрино, глюоны…) в настоящее время могут быть описаны только как чистые квантовые волны сами по себе. Фотоны такие же основные, как и любые другие ингредиенты, которые у нас есть.

Возможно, когда-нибудь будут найдены какие-то более глубокие ингредиенты, и все наши нынешние фундаментальные поля частиц будут рассматриваться как возникающие из поведения этой более глубокой теории. Не окажется ли тогда, что более глубокая теория возникнет из еще более глубокой? Будет ли этот паттерн продолжаться вечно или достигнет самого глубокого уровня? Мы не знаем. Пока есть оборванные концы (несоответствие между общей теорией относительности и квантовой теорией поля, темной энергией и темной материей…), мы знаем, что мы не в самом низу стека. Если какая-то точка будет достигнута без основных оборванных концов, то, возможно, мы окажемся на самом глубоком уровне.

Майк В.

(опубликовано 15.06.2017)

Дополнение №7: нужны ли магнитные поля?

Я хотел бы задать, казалось бы, глупый вопрос. Каковы экспериментальные доказательства традиционной идеи магнитных полей? Мы должны помнить, что идея вращающегося перпендикулярного потока была основана на игнорировании магнетизма — орбитальные и вращающиеся электроны были неизвестны 150 лет назад. Я тщетно просил доказательства этого потока. Кажется, это всего лишь догадка, которая превратилась в веру. Предположим, что магниты были неизвестны в то время. Тогда эксперименты с электричеством привели бы к простому закону: одинаковые токи притягиваются, а противоположные токи отталкиваются. Затем этот основной закон объясняет магнетизм, например, выравнивание железных опилок вокруг магнита. Используя принцип Оккама, усложнение циркулирующего перпендикулярного потока кажется неоправданным. (Таким образом, вместо того, чтобы использовать закон Био и Савара для предсказания плотности перпендикулярного потока, можно включить скалярное произведение векторов тока для предсказания силы). Следовательно, магнитные силы просто действуют вдоль прямых линий между движущимися зарядами. Это тот же простой принцип, который работает для электростатических сил между стационарными зарядами. Нам не нужно предполагать, что Вселенная использует два совершенно разных силовых механизма. Движение просто изменяет электростатические силы. Магнитные поля определяются как непрерывные. Таким образом, поле, исходящее от северного конца стержневого магнита, огибает внешнюю сторону магнита к южному полюсу и возвращается через тело магнита обратно к северному полюсу. Теперь представьте себе магнит, сделанный из очень вязкого материала, который позволяет свободно движущемуся северному полюсу дрейфовать внутри него. Этот внутренний северный полюс отталкивается южным полюсом магнита (?) и снова уходит через его северный полюс. Нас всех этому учат, но для меня это не имеет смысла. Мы не должны рассматривать магниты как вечные двигатели. Силы начинаются и заканчиваются в точках: они не вращаются по кругу. Линии потока показывают, как отклоняются магнитные компасы, но ничто не циркулирует, кроме зарядов. Представление о круговых полях, возможно, возникло, когда вокруг проводящего провода были замечены кольца из железных опилок, но это была очень странная идея. Круговое магнитное поле в любой точке определяется как вектор, перпендикулярный создаваемой им магнитной силе. Однако, если вектор представляет что-то, что явно существует, например. физической силы или скорости ветра, ее перпендикулярные составляющие равны нулю, т. е. она не действует в перпендикулярном направлении. Таким образом, мы можем сказать, что циркулирующего магнитного поля, оказывающего наибольшее влияние в перпендикулярном направлении, не существует. Магнитное поле не более загадочно, чем электрическое.
– Эндрю (67 лет)
Шропшир, Англия

Вы правы в том, что силы между классическими течениями с достаточно статичным расположением могут быть выражены непосредственно через течения и смещения между ними. Это не так просто, как электростатика, потому что направление смещения и направления токов входят в несколько сложнее. путь. Но все же в этом случае использование описаний магнитного поля является лишь дополнительным математическим удобством. Как только вы начнете говорить о ускоряет классических зарядов, однако в дело вступают полные уравнения электромагнитного поля. Было бы крайне неудобно описывать электромагнитные волны (например, радиоволны и свет) в обозначениях, основанных на зарядах и токах, потому что эти волны свободно распространяются вдали от любых зарядов и токов.

Как только вы захотите включить квантовые спины, описания, в которых не учитываются магнитные поля или даже более абстрактные объекты (векторные потенциалы,. ..), становятся бесполезными. Все практические магнитные материалы включают такие спины.

Майк В.

(опубликовано 26.07.2017)

Дополнение №8: квантовые флуктуации фотоны … постоянно испускаются и повторно поглощаются электроном», но на самом деле мы имеем в виду не это. Две электромагнитно взаимодействующие частицы действительно окружены виртуальным фотонным облаком. атом) это облако совершенно неизменно во времени. Вообще ничего не происходит. Слова о вещах, флуктуирующих вокруг, — грубый способ передать одно из специфических свойств квантовых полей». Как взаимодействие между двумя частицами может привести к состоянию, в котором «вообще ничего не происходит»? Разве физическое взаимодействие не обязательно приводит к каким-то изменениям? Даже в чистом вакууме многое происходит, то есть существуют флуктуации нулевой энергии. Не могли бы вы подробнее рассказать о том, что вы имеете в виду относительно взаимодействий между атомными частицами и виртуальными фотонами в этом смысле? Кроме того, почему используется язык, указывающий на интерактивное движение между частицами («флуктуация вокруг»), если в субатомных облаках, таких как виртуальные фотоны, нет движения, и не могли бы вы более четко объяснить, как физика движения нарушается на субатомном уровне? -атомных масштабах, если это действительно то, что происходит?

– Родри Орденс (33 года)
Дуглас, остров Мэн, Британские острова

Физическое взаимодействие не обязательно означает, что что-то происходит, по крайней мере, в обычном смысле этого слова. Например, представьте себе коробку, стоящую на полу. Коробка и пол, безусловно, взаимодействуют. Но мало что происходит. Ничего не меняется.

«Даже в чистом вакууме многое происходит, т. е. существуют флуктуации нулевой энергии». Это верно в следующем смысле: значения различных полей не фиксируются точно на нуле, а имеют распространяется вокруг этого, точно так же, как распространяется положение волны. Тем не менее, разброс поля не меняется во времени.

Я думаю, что небрежный язык используется, потому что мы инстинктивно пытаемся втиснуть квантовую реальность в классические картинки.

Mike W.

(опубликовано 30.09.2017)

Дополнение №9: предположения об электромагнитном поле

Прежде всего, существует большая разница между статическими полями и электромагнитной индукцией . Согласно официальной науке, магнетизм является «побочным эффектом» электрического тока, и обе силы (магнитная и электрическая) являются лишь двумя сторонами одной медали (электромагнетизм). Электростатическое и магнитостатическое поля — это два разных аспекта физической материи. Электростатическое поле не влияет на стрелку компаса, но оно влияет на металлы, такие как алюминий, на которые магнитостатическое поле не оказывает видимого действия, но явно влияет на другие магнитные поля. Электростатическое поле создается напряжением между противоположными электрическими зарядами. Электрическая сила «питается» разностью величин, которые стремятся обнулиться, достигнув нейтрального значения, подобно противоположным системам давления воздуха или уровня воды в соединенных емкостях. Вам нужен какой-то дисбаланс нейтральной материи, чтобы сделать ее электрически заряженной, что часто связано с дополнительной работой. Магнитное поле управляется противоположными ориентациями и может создаваться электрически нейтральной материей. Пернаментные магниты не требуют дополнительной работы для создания магнитных полей. Противоположные полярности притягиваются друг к другу, но они не нейтрализуют друг друга — если вы соедините 2 магнита, они будут работать как один магнит, и магнитное поле будет сильнее. Источником электрического поля является электрический заряд субатомной частицы, а источником магнитного поля – ее квантовый спин. это два разных внутренних свойства частицы, и оба одинаково важны … Согласно официальной науке, атомы могут генерировать магнитные поля из-за электронов, которые движутся вокруг ядра, создавая магнитное поле за счет индукции. Проблема в том, что концепция электрона, движущегося по орбите, как планета вокруг звезды, совершенно неверна. Электроны создают облака, в которых их положение, скорость и ориентация квантового спина остаются в постоянной суперпозиции и не определяются до тех пор, пока не будут измерены, поэтому у электронного облака нет абсолютно никакой возможности индуцировать определенное и однородное магнитное поле. И, наконец… Нет. на самом деле известно, что может быть физическим носителем для “виртуальных” силовых линий в пространстве – а статические поля могут взаимодействовать друг с другом на ОГРОМНОМ расстоянии (тысячи световых лет) – так что виртуальные фотоны работать не будут. Однако на “обычные” фотоны никаким видимым образом не влияют электростатические и магнитные поля – поэтому по логике они не могут нести их как отдельные силы. НО все электромагнитные волны включают в себя магнитные и электрические компоненты. Это не более, чем предположение, но МОЖЕТ быть, статические поля действительно могут изменить эти значения и поляризовать свет, что бы превратить его в носитель силовых линий???
– Астрал (возраст 33 года)
Польша

Здесь есть изъян в ваших рассуждениях: “”нормальные” фотоны никаким видимым образом не подвержены влиянию электростатических и магнитных полей – поэтому по логике они не могут их нести , как отдельные силы». Пока уравнения для поля линейны, как и классические электромагнитные уравнения, ни один компонент поля не влияет на поведение любого другого компонента. Таким образом, отсутствие взаимодействия между статическими полями и распространяющимися просто говорит о том, что уравнения линейны, а не о том, могут ли одни и те же фундаментальные типы полей демонстрировать такое различное поведение.

Ваш аргумент о том, что виртуальные фотоны не могут вызывать дальнодействующих (1/квадрат расстояния) статических взаимодействий, неверен. Именно такое поведение ожидается для виртуальной фотонной картины.

Mike W.

(опубликовано 01.11.2017)

Дополнение №10: поляризованный свет и компасы для птиц

магнитные или электростатические поля. На самом деле, есть недавнее исследование, которое показывает, что «внутренний компас» птиц сходит с ума, когда они подвергаются воздействию поляризованного света: http://physicsworld.com/cws/article/news/2016/feb/03/polarized -свет-сбрасывает-птиц-магнитный-компас-с курсаГоворят, что поляризованный свет позволяет птицам «воспринимать» местное магнитное поле. Это, вероятно, доказывает, что информация о поле «записывается» в поляризации световой волны…
– Астрал (возраст 33 года)
Польша

Это очень классный результат, убедительно подтверждающий теорию моего покойного коллеги Клауса Шультена об одном способе восприятия птицами магнитных полей. Механизм включает некоторые неравновесные скорости химических реакций, которые в необычайной степени зависят от магнитных полей. Поляризация света служит только для того, чтобы вызвать правильную химию в глазах птиц. Информация о поле вообще отсутствует в световой волне.

Майк В.

(опубликовано 10.11.2017)

Дополнение №11: магнитооптика

Вопрос:

Тогда как насчет магнитооптических датчиков, которые способны фактически визуализировать магнитные поля, используя поляризованные легкий: https://www.rdmag.com/content/new-sensors-optically-visualize-magnet-fields На линейно поляризованный свет воздействуют магнитные поля, и этот эффект можно наблюдать в режиме реального времени. Так что же является в данном случае наиболее очевидным носителем информации о магнитных полях? Фотоны – а точнее магнитная составляющая ЭМ волн. Свойства фотонов определяются источником излучения, как суперпозицией 3-х составляющих (ЭМ и распространения). Линейная поляризация света определяет его распространение — при этом воздействие внешнего поля влияет на электромагнитные составляющие — и этот эффект можно измерить.
– Астрал (возраст 33 года)
Польша

Многие материалы демонстрируют эффекты Фарадея и эффекты Керра – способы, в которых распространение или отражение поляризованного света зависит от магнитного поля на материале. Утверждение, что магнитное поле изменяет оптические свойства материалов, сильно отличается от утверждения, что сами световые волны уже несут информацию об этих статических полях даже в вакууме.

Майк В.

(опубликовано 16.11.2017)

Последующее наблюдение по этому ответу

Связанные вопросы

Magnetizing Magnets
Магниты с подписями
Огревший фермер.
Влияет ли тепло и холод на магнит?0003
магниты и гравитация
Земной магнетизм и гравитация

Все еще любопытно?

Вопросы и ответы по Expore в связанных категориях

Магниты

Каково происхождение магнитного поля Земли?

Париж Ученые прозвали его «земным щитом». Для многих наземных и водных мигрирующих животных он является ориентиром для дальних перемещений. Это заставляет компасы все время указывать одно и то же направление.

Вы, несомненно, узнали его, это магнитное поле Земли (СМТ).

ПРОДОЛЖИТЕ ЧИТАТЬ НИЖЕ

Земля уже имела магнитное поле 3,45 миллиарда лет назад. В то время его интенсивность составляла всего 50-70 процентов от нынешнего значения. Но еще 3,2 миллиарда лет назад магнитное поле Земли было таким же интенсивным, как и сегодня.

Однако в этой области очень сложно быть уверенным. Таким образом, в 2020 году работа Массачусетского технологического института противоречит опубликованным в 2014 году результатам, основанным на намагничивании древних кристаллов циркона и доказывающим, что магнитное поле Земли уже существовало 4,2 миллиарда лет назад.

Хотя магниты известны с древних времен, именно китайцы примерно в 1000-1100 годах впервые использовали их для ориентации: это было рождение компаса.

Связь между магнитами и магнитным полем Земли была затем открыта в 1600 году Уильямом Гилбертом, английским физиком и врачом королевы Елизаветы I, повторно опубликовавшим в 1600 году книгу Magno Magnete Tellurium («От великого магнита Земли»). Он продемонстрировал, как компас, помещенный на поверхность намагниченного шара (la terrella), всегда указывает на одну и ту же точку, как и на Земле.

Затем, в 1840 году, математик и физик Карл Гаусс выдвинул идею о том, что земной магнит находится в центре Земли.

ПРОДОЛЖИТЕ ЧИТАТЬ НИЖЕ

С тех пор научный прогресс пролил свет на функционирование магнитного поля Земли и его роль в электромагнитных явлениях. И все же происхождение магнитного поля Земли, вероятно, является одной из самых удивительных проблем современной физики. На вопрос «почему компас указывает на север?» «От ответа отказываются физики с XVI века.

Самая убедительная гипотеза, теория динамо с самовозбуждением, была впервые выдвинута сэром Джозефом Лармором в 1919 году. Она выдержала самую суровую критику, но до сих пор не могла быть применена в полевых условиях. случае земных параметров.

В век научных вычислений может показаться удивительным, что эта модель динамо с самовозбуждением еще не полностью смоделирована.

Современные численные модели, безусловно, позволяют изучать систему в целом, но в ряде режимов параметров, очень далеких от физической реальности, из-за ограничения вычислительной мощности, непосредственно связанного с математической сложностью терминов, связанных с вовлеченными физическими явлениями. в проблеме.

Поэтому исследователи работают над разработкой новых цифровых подходов, более эффективных или основанных на моделях действующих явлений.

ПРОДОЛЖИТЕ ЧИТАТЬ НИЖЕ

Магнитное поле Земли можно грубо сравнить с магнитным полем прямого магнита (магниты, прикрепленные к вашим холодильникам).

Центральная точка этого магнита находится не совсем в центре Земли, она находится в нескольких сотнях километров от геометрического центра. Кажется, что в CMT по-прежнему доминирует этот диполь (два полюса: северный и южный), который в среднем совпадает с осью вращения нашей планеты (осевой диполь).

Совокупность силовых линий магнитного поля Земли, расположенных над ионосферой на расстоянии более 1000 км, называется магнитосферой. Влияние магнитного поля Земли, со своей стороны, ощущается за несколько десятков тысяч километров.

Даже если мы заметим, что компас указывает на магнитный север (и, следовательно, южный полюс земного магнита…) на протяжении сотен миллионов лет, палеомагнетики также показали, что полюс магнитной стрелки, указывающий на магнитный север иногда север, как сегодня, иногда юг.

Магнитное поле Земли действительно инвертировалось более 100 раз за последние 50 миллионов лет, а последняя инверсия датируется 42 000 лет назад.

ПРОДОЛЖИТЕ ЧИТАТЬ НИЖЕ

Происхождение(я) магнитного поля: эффект динамо Магнитное поле Земли создается сложными движениями жидкости (называемыми конвекцией) во внешнем ядре нашей планеты. Упомянутое внешнее ядро на самом деле представляет собой настоящий океан расплавленного металла (в частности, железа и никеля), расположенный между твердым железным зародышем радиусом 1220 км и дном мантии радиусом 3500 км.

Конвекция, несомненно, солютальная (из-за различий по месту концентрации), а не тепловая (из-за различий по месту температуры), и тесно связана с ростом внутреннего ядра: твердый железо-никель менее богат растворенными элементами, чем жидкость, кристаллизация этой жидкости обогащает основу внешнего ядра растворенными элементами; поскольку эти элементы легче железа и никеля, глубинная металлическая жидкость стремится подняться под действием толчка Архимеда.

Внутреннее ядро, однако, слишком молодо (его возраст оценивается между 165 миллионами и 2,5 миллиардами лет, по недавним оценкам – 1,3 миллиарда лет), чтобы описанный выше механизм мог там работать. более 1,5 млрд лет.

Другим процессом растворенной конвекции было бы разделение (то есть разделение однородной составляющей на несколько отдельных составляющих без изменения общего состава смеси) оксида магния (MgO) вследствие постепенного охлаждения ядро (тогда полностью жидкое). Оксид магния действительно растворяется в жидком железе при очень высокой температуре.

Чтобы понять динамо Земли, необходимо также уметь определить, что связывает вращение Земли на себе и магнитное поле.

ПРОДОЛЖИТЕ ЧИТАТЬ НИЖЕ

Мы знаем, что в отсутствие магнитного поля сила Кориолиса (сила, отвечающая за тот нерешительный шаг, когда вы идете во вращающейся карусели) заставляет потоки (здесь жидкости) организовываться в циклоны и антициклоны – как в атмосфере – и противостоит любому изменению вдоль оси вращения, приводя к тому, что конвекция ядра организуется в огромные колонны, параллельные оси вращения.

Таким образом, сила Кориолиса создает обмотку материи в виде вихрей. Из-за преобладания силы Кориолиса эти вихри совпадают с осью вращения Земли. Вязкое трение между жидкостью внешнего ядра и твердой границей мантии вызывает локальное вторичное течение, которое дает «ощущение» увлечения вихрям.

Когда конвекционные движения достаточно сильны, срабатывает динамо-неустойчивость (самопроизвольное «увеличение» магнитного поля во времени), которая создает магнитное поле, геометрия которого естественным образом зависит от геометрии движений, которые его вызывают. Поле увеличивается до тех пор, пока силы Лапласа (силы магнитного происхождения) не начинают конкурировать с силой Кориолиса.

Только совсем недавно этот сценарий получил поддержку полного численного моделирования. В магнитном поле, создаваемом этими цифровыми динамо-машинами, преобладает диполь, выровненный с осью вращения. Моделирование создает магнитное поле, похожее на земное, и многие даже показывают спонтанные инверсии.

Однако возникает много вопросов: какую роль играют малые масштабы течения и магнитного поля, которые не поддаются моделированию? Разве они не преобладают в диссипации? Какая же тогда мощность необходима для работы земного динамо? Всегда ли Земля на протяжении своей истории обладала достаточной мощностью для поддержания динамо-машины? Еще до того, как начнется кристаллизация твердого семени, что сегодня обеспечивает большую часть архимедовых сил, питающих конвекцию? Почему на Венере нет динамо-машины?

ПРОДОЛЖИТЕ ЧИТАТЬ НИЖЕ

В любом случае, хотя 25-й солнечный цикл Солнца обещает быть очень интенсивным (этот 11-летний цикл, характеризующий солнечную активность, начался в декабре 2019 года), мы можем рассчитывать на то, что магнитное поле нашей дорогой Земли защитит нас.

И если когда-нибудь солнечные вспышки лишат нас наших спутников, чтобы найти нас, нам нужно будет полагаться только на эту старую добрую СМТ, чтобы вести нас. Надеюсь, что смена полюсов не смутит нас из-за всего этого! (Разговор)

Пэн Шуай рассказывает газете, о которой она никогда не писала, о нападении на нее

Манипур: Что на самом деле произошло в Нунгбе, где AR предположительно заложила бомбу?
Shillong Morning Teer Результат сегодня: Проверка победителей Shillong Teer за 28 сентября
Аруначал: петиция Change.org призывает Рито Рибу вернуться в Indian Idol
Нагаленд: Учителя усиливают волнения, объявляют бессрочную голодовку
Ассам: Ходжаи, округ Колумбия, адъютант отстранен от должности за нападение на байкера с палкой
Уголь из Джаркханда для доставки в Бангладеш через Мегхалая, Ассам

Последние новости

Shillong Morning Teer Результат сегодня: Проверка победителей Shillong Teer за 30 сентября 30 сентября 2022 г.

Источники магнитного поля

Характеристики магнитного поля

Эксперименты Эрстеда

Постоянный электрический ток – источник постоянного магнитного поля

Источники переменного магнитного поля

Количественные и качественные характеристики магнитного поля

Магнитные поля: опеределение, источники, СанПиН

Магнитные бури

Источники магнитного поля

Видеоматериалы по теме

способы наблюдения магнитного поля, опыты, существуют ли в природе

Что такое магнитное поле

Способы наблюдения магнитного поля

Как проявляется магнитное поле, опыты

Приборы первого поколения

Приборы второго поколения

Приборы третьего поколения

Существуют ли в природе источники магнитного поля

Магнитное поле постояннoго электрического тока 11 класс онлайн-подготовка на Ростелеком Лицей

Введение

Магнитное поле, вектор магнитной индукции, правило буравчика

Задания

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СРЕДА НАШЕГО ОБИТАНИЯ | Наука и жизнь

Магнитное поле Земли онлайн – Наука – Коммерсантъ

INTERMAGNET

Данные предварительные, окончательные и квазиокончательные

Российский АПК объединяет и автоматизирует

Основные функции АПК:

12: Источники магнитных полей

геомагнитное поле | Определение, сила и факты

Прочтите краткий обзор этой темы

Наблюдения за магнитным полем Земли

Представление поля

8.1 Каковы источники статических магнитных полей?

8.

3.

Магнитное поле состоит из фотонов | Физика Фургон

Дополнение №1: представление о магнетизме

Дополнение №2: вернемся к механическим полям Максвелла

Дополнение №3: электрические поля как виртуальные фотонные облака

Дополнение №4: фотоны и магнитные поля

Дополнение № 5: фотоны и магнетизм

Дополнение № 6: ингредиенты магнетизма?

Дополнение №7: нужны ли магнитные поля?

Дополнение №9: предположения об электромагнитном поле

Дополнение №10: поляризованный свет и компасы для птиц

Дополнение №11: магнитооптика

Связанные вопросы

Все еще любопытно?

Каково происхождение магнитного поля Земли?

Оставить комментарий Отменить ответ