Источник магнитное поле: НПО Магнетон | Источники постоянного магнитного поля для дефектоскопов

Природа пустоты не терпит

Вселенная пронизана магнитными полями, и самые сильные из них создают магнетары, которые окружены полями величиной до 10¹¹ Тл. Для сравнения: рекордное поле, полученное людьми, было около 100 Тл, а магнитное поле Земли и вовсе составляет всего 5·10^-5 Тл, но даже это еще не рекорд скромности. Самыми слабыми магнитными полями в космосе обладают войды — гигантские беззвездные пустыни, лежащие между скоплениями галактик.
«Измерения и расчеты показывают, что у войдов есть магнитные поля, но только очень маленькие, — рассказывает первый автор исследования, сотрудник ГАИШ МГУ и ИЯИ РАН Максим Пширков. — Они точно сильнее, чем 10^-21 Тл, но не больше 3·10^-13 Тл». Российские ученые в своем исследовании уточнили верхнюю границу этой оценки.
Для этого астрофизики посмотрели на сигналы от 4000 радиоисточников, находящихся на разных расстояниях от Земли. Каждый из них излучает электромагнитные волны с определеннойполяризацией, которая меняется при прохождении волны через магнитное поле.

При этом интенсивность этого эффекта зависит не только от величины магнитного поля, но и от длины волны: чем она больше, тем больше у проходящей электромагнитной волны меняется поляризация.
Поэтому, фиксируя поляризацию приходящих на Землю радиоволн разных частот и зная примерное положение источника, можно оценить, через какие магнитные поля они проходили за свое долгое путешествие в космосе. Основной вклад в изменение поляризации радиоволн дает магнитное поле нашей Галактики, через которое излучение неминуемо проходят по пути к Земле. Оно гораздо больше полей всех встреченных войдов, а вероятность прохождения излучения через другие галактики, по словам ученых, минимальна.

Компьютерная модель распределения источников света во Вселенной. Пространство между светящимися галактиками и скоплениями галактик заполнено большими темными пустотами — войдами. Изображение: UCL Mathematical and physical sciences/Flickr

 

Поэтому ученые специально оценивали величину магнитного поля Млечного Пути с помощью обработки и усреднения сигналов от нескольких десятков ближайших источников и дальше вычитали эффект, связанный с нашей родной Галактикой из общего сигнала. «В результате даже в излучении источников, излучавших более 10 миллиардов лет назад, мы не увидели никакого эффекта, связанного с магнитным полем, — говорит Максим Пширков. — Никакой эволюции плоскости поляризации, и значит, радиоизлучение на своем пути не встречало полей значительной силы».

По отсутствию сигнала ученые оценили максимальное значение магнитного поля в войдах: «Да, мы не увидели никакого эффекта, но все физические наблюдения неминуемо обладают какими-то ошибками, и поэтому можно оценить, сколько магнитного поля добавить в войд, чтобы на выходе в пределах погрешностей получился нулевой эффект».

Из этих расчетов получилось, что поле в межгалактических пустотах не превышает 10^-13  Тл, что как минимум в миллиард раз слабее магнитного поля на Земле.

Одним словом, оно почти неуловимо и в довесок еще не до конца объяснимо. «В этом исследовании мы выступили в некотором смысле агностиками и просто ставили наблюдение без рассуждений о природе этого поля», — рассказывает Пширков. «По современным представлениям оно могло появиться только двумя способами: либо с помощью нетрадиционной физики родиться в самой ранней Вселенной, либо возникнуть чуть-чуть позже: примерно через 500—1000 миллионов лет в астрофизических объектах вроде галактик, откуда в межгалактическое пространство его вынес сверхмощный поток вещества — джеты активных ядер галактик или сверхсильные звездные ветры».

Работа ученых, выполненная при поддержке Российского научного фонда, опубликована в журнале Physical Review Letters и попала в рубрику Editor’s Suggestion — «Выбор редакции». Ее результаты должны очень обрадовать людей, занимающихся астрофизикой космических лучей. Раньше считалось, что эти потоки высокоэнергетичных частиц отклоняются магнитными полями войдов, и потому перспективы определения источников лучей были очень туманными. Новые результаты показывают, что этот неприятный эффект можно не учитывать — магнитные поля войдов очень малы.

Ученые: 2500 лет назад магнитное поле Земли было в 2,5 раза сильнее

2500 лет назад магнитное поле Земли было в 2,5 раза сильнее, выяснили ученые. По крайней мере, на территории Леванта. Однако потом оно буквально за несколько лет ослабело на треть. Это не повлекло за собой серьезных последствий, так что о том, что за последние 180 лет магнитное поле ослабло на 10%, сильно беспокоиться не стоит.

Ослабление магнитного поля Земли – отнюдь не новый процесс. Как выяснили ученые из Тель-Авивского университета в Израиле, 2500 лет назад оно было в 2,5 раза сильнее, чем сейчас. Узнать это удалось благодаря бюрократии на территории Иудейского царства — государства, находившегося рядом с современным Израилем.

На глиняных кувшинах, изготовленных в период с VIII по II век до н. э., сохранились административные печати, менявшиеся в зависимости от политической ситуации.

Результаты работы были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Гончарам, разумеется, не было известно, что обжиг глиняных изделий сохраняет внутри них информацию о геомагнитном поле Земли благодаря содержащимся в глине минералам. А с помощью печатей можно определить, к какому периоду относятся кувшины. Таким образом, ученым удалось получить детальную информацию о том, как менялось магнитное поле Земли на протяжении 600 лет.

«Временные периоды, в которые были изготовлены кувшины, позволили нам получить данные о магнитном поле Земли от железного века до периода эллинизма (30 лет до н. э.) в Иудее, — рассказывает археолог Эрец Бен-Йозеф. — Типология изображений на печатях, которые изменялись при смене правительства, позволила прекрасно разнести эти данные во времени».

Согласно общепринятой теории, магнитное поле Земли генерируется внутри самой планеты, токами в жидком металлическом ядре, находящемся на глубине 2900 км и раскаленном до 5960 °C.

Наблюдения за изменениями магнитного поля велись лишь последние 180 лет, рассказывает Бен-Йозеф. За это время оно ослабло на 10%. Некоторые исследователи считают, что это происходит из-за инверсии магнитного поля, при которой северный и южный магнитные полюса меняются местами. Последний раз это происходило около 700 тыс. лет назад, еще до появления человека разумного.

«Мы знаем, что магнитное поле позволяет существовать жизни на Земле, — комментирует Бен-Йозеф. — Оно защищает нас от космического излучения и солнечного ветра, его используют для навигации многие животные, и оно напрямую влияет на многие природные процессы, например на образование изотопов в атмосфере. И все же оно было и остается загадкой для ученых. Альберт Эйнштейн считал источник магнитного поля одной из пяти главных загадок физики».

Как рассказывают исследователи, пик интенсивности магнитного поля пришелся на конец VIII века до н. э., а затем оно резко стало слабеть и уже к 732 году до н. э. ослабло на 27%. Дальше, до II века н. э., оно было относительно стабильным, ослабев лишь слегка.

«Наше исследование показывает, что магнитное поле сильно колеблется, — говорит Бен-Йозеф. — Это происходит довольно быстро, так что беспокоиться не о чем».

Его слова, впрочем, не значат, что в ближайшее время не произойдет инверсии магнитных полюсов. В исследовании рассматривалась только сила магнитного поля, но не направление. Однако не нужно считать ослабление магнитного поля на 10% за период более века чем-то ненормальным, считает археолог.

«Мы узнали, что интенсивность магнитного поля упала почти на 30% за 30 лет, так что его ослабление на 10% за 180 лет не стоит особого внимания», — говорит он.

По крайней мере, с Левантом ничего не случилось. Все глиняные изделия в исследовании были найдены на территории этого региона, охватывающего Сирию, Иордан, Израиль, Палестину, Ливан и прилегающие области.

Глина, из которой были изготовлены сосуды, содержит ферромагнитные — содержащие железо — минералы. При обжиге электроны в этих минералах располагаются в зависимости от магнитного поля Земли. После охлаждения они остаются в том же положении. Такие же процессы происходят в вулканической лаве, что позволяет с ее помощью также изучать изменения магнитного поля.

Понимание того, каким магнитное поле было в древности, может быть использовано в различных областях исследований, рассказывает Бен-Йозеф.

Археологи смогут использовать данные о магнитном поле как один из инструментов датирования. Геологи, планетологи и прочие специалисты по наукам о Земле углубят понимание процессов, протекающих в земном ядре и создающих магнитное поле. Специалисты по наукам об атмосфере узнают больше о влиянии на магнитное поле космического излучения. Волнует космическое излучение и биологов — магнитное поле защищает от него планету и делает возможным существование жизни на ней.

Сейчас ученые собираются продолжать исследования магнитной активности в рассмотренном временном периоде, чтобы узнать — было ли такое изменение магнитного поля региональным явлением или затронуло и другие области.

Магнитное поле Земли онлайн – Наука – Коммерсантъ

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.

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

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.

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.

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.

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

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Без заголовков

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)

  0

• 12.e: Источники магнитных полей (упражнение)

• 12.S: Источники магнитных полей (Сводка)

Источники магнитного поля литосферы по магнитным данным, полученным на разных высотах | Земля, планеты и космос

Интерпретация глубин магнитных источников методами спектрального анализа (описанными выше) показывает средние значения глубин по профилю.Поэтому на втором этапе интерпретации данные по маршруту полета аэростата локализовались путем оценки особых точек путем комплексного применения различных методов (Березкин, 1988; Блох, 1998; Страхов, 1984; Трошков, Грознова, 1985). Особые точки тесно связаны с типами и положением источников поля. Результаты рассматриваются в совокупности, что позволяет получить наиболее точную интерпретационную модель, коррелированную по всем методам.

Теорема Лоуиля утверждает, что если функция аналитическая на всей плоскости и ограничена, она постоянна. Если такая функция непостоянна, она должна иметь особые точки. Поэтому, если потенциальное поле отличается от тождественной константы, т. е. содержит аномалии, функция, описывающая такое поле, должна иметь особые точки. В особой точке функция теряет аналитичность. Особые точки функций, описывающих магнитные аномалии, связаны с вызывающими их объектами и могут нести информацию о положении и форме объекта.Для локализации особых точек можно продолжить поле для ее производных на ряд уровней в вертикальной плоскости и экстраполировать их вниз до их пересечения.

Последовательное дифференцирование функции приводит к регулярной смене ее особых точек, тогда как их положение остается постоянным. В процессе дифференцирования особые точки изменяются в следующем порядке: экспоненциально-логарифмическая точка ветвления, логарифмическая точка ветвления, полюс первого порядка, полюс второго порядка, полюс третьего порядка и т. д.Логарифмические точки ветвления магнитного поля характеризуют положение верхних краев объекта. Полюса магнитного поля первого порядка характеризуют края эквивалентной пластины на уровне центра магнитных масс. Полюс второго порядка магнитного поля связан с центром масс. Верхние особые точки устойчиво локализованы в аномальном поле. Для локализации более глубоких точек (центр масс и края эквивалентной пластины) необходимо продолжить поле в верхнее полупространство, что уменьшает влияние верхних особых точек.

Согласно методу Страхова (Страхов, 1984) геомагнитное поле и первая вертикальная производная приближенно продолжаются в горизонтальный слой. Поля и их преобразования продолжаются в верхнее и нижнее полупространства в спектральной форме путем перехода от самих функций к спектрам Фурье. Этот метод позволяет определить верхнюю особую точку путем экстраполяции изолиний непрерывного поля или его производной вниз, до их пересечения.

В соответствии с методом Березкина (Березкин, 1988) особенности локализуются продолжением магнитного поля. Для магнитного поля модуль (скаляр) вычисляется на нескольких уровнях. Затем для каждой точки полученная функция делится на ее среднее значение на рассматриваемом уровне. Для определения положения особых точек необходимо построить «псевдосечение», представляющее собой карту изолиний нормированной функции в вертикальной плоскости.Этот метод позволяет локализовать верхние особенности без определения их типов.

В соответствии с методом Трошкова (Трошков, Грознова, 1985) положения и типы особых точек определяются из соотношений трех последовательных производных разного порядка, вычисляемых в некоторых опорных точках верхнего полупространства (над поверхностью наблюдения ), т. е. в местах, где потенциал геомагнитного поля и его элементы являются гармоническими функциями, удовлетворяющими уравнению Лапласа.В этом случае особые точки становятся полюсами разного порядка. Порядок полюсов несет информацию об особой точке начального поля. Первый порядок полюса (+) соответствует вершине многоугольника. Второй порядок (×) соответствует краю тонкой пластины, слоя. Третий порядок (ο) соответствует центру магнитных масс объекта. Символы в скобках означают порядки особых точек, как они представлены на рисунках. Полученные результаты хорошо коррелируют с методом продолжения поля в горизонтальный слой, что дает дополнительную информацию о глубинах залегания источников магнитных аномалий.

Результаты комплексного применения описанных выше методов представлены в виде модели, состоящей из карты изолиний (метод Страхова) и положений полюсов разного порядка (метод Трошкова), и приведены на рис. 5 и 6.

Рис. 5

Результаты определения особых точек на маршрутах аэростатов 2013 г. по аномальному магнитному полю, взятому с карты (ВСЕГЕИ 2004)

Рис. 6

Результаты определения особых точек по аэростатным маршрутам 2013 г. по аэромагнитным данным

Глубины, показанные на рис.5 и 6 менее стабильны, чем полученные при интерпретации методами спектрального анализа, из-за их интегрального результата в последнем случае. Это связано еще и с тем, что используемые в расчетах данные характеризуются заметным разбросом, а «погрешность выделения аномалий определяется, прежде всего, репрезентативностью исходных данных» (Симоненко, 1976). Так, приведенная на рис. 5 диаграмма, построенная по картографическим данным (ВСЕГЕИ, 2004), устойчиво указывает глубины верхних краев очагов магнитных аномалий и не следует глубинам центров магнитных масс, поскольку последние практически совпадают с глубинами верхних ребер в процессе интерпретации.Это дополнительно указывает на то, что поля глубинных источников не могут быть представлены на карте данных (ВСЕГЕИ, 2004).

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 ленты.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) — это 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 видов естественных и искусственных ЭМИ искусственного происхождения. 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 (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 анализе безопасности архивов или при проектировании новых конструкций.

3.7.2.4.2 Прочие 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 NEMP, 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 намотки «оксид 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, воспроизводимые 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 частотном диапазоне 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 сквозная печать за 224 дня может быть снижена ниже 24-часового уровня за счет трехкратной быстрой перемотки ленты (Schüller 1980).

Функционализирующее аддитивное производство магнитов с источником магнитного поля на месте

https://doi.org/10.1016/j.addma.2020.101289Get rights and content

Abstract

Аддитивное производство с использованием технологий 3D-печати стало передовым направлением в области материалов исследования, в том числе его применение в разработке и переработке постоянных магнитов. В этой работе рассматривается возможность интеграции источников магнитного поля в процесс 3D-печати, чтобы обеспечить возможность печати, выравнивания анизотропных постоянных магнитов или намагничивания магнитных наполнителей без необходимости дальнейшей обработки.Была спроектирована, смоделирована, сконструирована, смонтирована на коммерческом 3D-принтере с плавленой нитью и протестирована архитектура неосесимметричного источника поля электромагнитного типа. Тестирование проводилось приложением магнитного поля при печати композиционных анизотропных порошков Nd-Fe-B + Sm-Fe-N, связанных в Nylon12 (65 об.%), и переработанного порошка Sm-Co, связанного в PLA (15 об.%). Магнитная характеристика показала, что степень выравнивания магнитных порошков увеличивалась как с силой поля выравнивания (контролируемой электрическим током, подаваемым на систему намагничивания), так и с температурой печати.Было обнаружено, что и коэрцитивность, и остаточная намагниченность сильно зависят от степени выравнивания, за исключением печати, выполненной при температуре ниже, но близкой к температуре Кюри Nd-Fe-B (310 ° C). При приложенном поле 0,15 кЭ печатные образцы Sm-Co и гибридные Nd-Fe-B/Sm-Fe-N показали степень совмещения 83 % и 65 % соответственно. Изменения коэрцитивной силы согласовывались с предыдущими наблюдениями в связанных магнитных материалах. Эта работа подтверждает, что интеграция источников магнитного поля в процессы 3D-печати приведет к магнитному выравниванию частиц при сохранении других преимуществ 3D-печати.

Ключевые слова

3-D печать

Приклеенные магниты

In-situ выравнивание

Переработка магнитных материалов

Рекомендуемые статьиСсылки на статьи (0)

Посмотреть полный текст

©

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Исследователи показали, что гематит на основе оксида железа остается магнитным глубоко внутри земной мантии — ScienceDaily

Огромное магнитное поле, которое окружает Землю, защищая ее от радиации и заряженных частиц из космоса — и которое многие животные даже используют его для ориентации — он постоянно меняется, поэтому ученые-геологи постоянно держат его под наблюдением. Старыми хорошо известными источниками магнитного поля Земли являются ядро ​​Земли — до 6000 километров вглубь Земли — и земная кора: другими словами, земля, на которой мы стоим. С другой стороны, мантия Земли, простирающаяся от 35 до 2900 километров ниже поверхности Земли, до сих пор считалась «магнитно мертвой». Международная группа исследователей из Германии, Франции, Дании и США продемонстрировала, что форма оксида железа, гематит, может сохранять свои магнитные свойства даже глубоко в мантии Земли.Это происходит в относительно холодных тектонических плитах, называемых плитами, которые находятся особенно под западной частью Тихого океана.

«Эти новые знания о мантии Земли и сильно магнитной области в западной части Тихого океана могут пролить новый свет на любые наблюдения за магнитным полем Земли», — говорит физик-минерал и первый автор доктор Илья Купенко из Университета Мюнстера (Германия). . Новые результаты могут, например, иметь отношение к любым будущим наблюдениям за магнитными аномалиями на Земле и на других планетах, таких как Марс. Это связано с тем, что на Марсе больше нет динамо-машины и, следовательно, нет источника, позволяющего создавать сильное магнитное поле, исходящее из ядра, такое как на Земле. Поэтому, возможно, теперь стоит более подробно взглянуть на его мантию. Исследование опубликовано в журнале « Nature ».

История вопроса и использованные методы:

Глубоко в металлическом ядре Земли жидкий сплав железа запускает электрические потоки. В самой внешней коре Земли камни вызывают магнитный сигнал.Однако считалось, что в более глубоких областях недр Земли горные породы теряют свои магнитные свойства из-за очень высоких температур и давлений.

Теперь исследователи более внимательно изучили основные потенциальные источники магнетизма в мантии Земли: оксиды железа, которые имеют высокую критическую температуру, то есть температуру, выше которой материал перестает быть магнитным. В мантии Земли оксиды железа встречаются в плитах, которые погребены от земной коры дальше в мантию в результате тектонических сдвигов, процесса, называемого субдукцией. Они могут достигать глубины недр Земли от 410 до 660 километров — так называемой переходной зоны между верхней и нижней мантией Земли. Однако ранее никому не удавалось измерить магнитные свойства оксидов железа при экстремальных условиях давления и температуры, существующих в этой области.

Теперь ученые объединили два метода. Используя так называемую ячейку с алмазными наковальнями, они зажали микрометровые образцы гематита оксида железа между двумя алмазами и нагрели их с помощью лазеров до давления до 90 гигапаскалей и температуры более 1000 ° C (1300 K).Исследователи объединили этот метод с так называемой мессбауэровской спектроскопией для исследования магнитного состояния образцов с помощью синхротронного излучения. Эта часть исследования проводилась на синхротронной установке ESRF в Гренобле, Франция, что позволило наблюдать изменения магнитного порядка в оксиде железа.

Удивительным результатом было то, что гематит оставался магнитным до температуры около 925 °C (1200 K) — температуры, преобладающей в субдуцированных плитах под западной частью Тихого океана на глубине переходной зоны Земли. «В результате мы можем продемонстрировать, что мантия Земли не настолько магнитно «мертвая», как считалось до сих пор», — говорит профессор Кармен Санчес-Валле из Института минералогии Мюнстерского университета. «Эти результаты могут оправдать другие выводы, касающиеся всего магнитного поля Земли», — добавляет она.

Актуальность для исследований магнитного поля Земли и движения полюсов

Используя спутники и изучая горные породы, исследователи наблюдают за магнитным полем Земли, а также за локальными и региональными изменениями магнитной силы.Справочная информация: геомагнитные полюса Земли — не путать с географическими полюсами — постоянно движутся. В результате этого движения они фактически меняли положение друг с другом каждые 200 000–300 000 лет в новейшей истории Земли. Последний переворот полюсов произошел 780 000 лет назад, а в последние десятилетия ученые отмечают ускорение движения магнитных полюсов Земли. Смена магнитных полюсов оказала бы глубокое влияние на современную человеческую цивилизацию. Факторы, управляющие движением и переворотом магнитных полюсов, а также направления, которым они следуют при переворачивании, еще не изучены.

Один из маршрутов полюсов, наблюдаемых во время переворотов, проходит над западной частью Тихого океана, что весьма заметно соответствует предполагаемым источникам электромагнитного излучения в мантии Земли. Поэтому исследователи рассматривают возможность того, что магнитные поля, наблюдаемые в Тихом океане с помощью горных пород, не представляют собой маршрут миграции полюсов, измеренный на поверхности Земли, а возникают из-за неизвестного до сих пор электромагнитного источника гематитсодержащих пород в мантии Земли под западной частью Тихого океана.

«То, что мы теперь знаем — что там, внизу, в мантии Земли, есть магнитоупорядоченные материалы, — следует принимать во внимание при любом будущем анализе магнитного поля Земли и движения полюсов», — говорит соавтор профессор Леонид Дубровинский в Баварском научно-исследовательском институте экспериментальной геохимии и геофизики Байройтского университета.

Источник истории:

Материалы предоставлены Университетом Мюнстера . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

магнитное поле Земли освещает библейскую историю к юго-западу от Иерусалима, он также вносил свою лепту в науку. Как рассказал Йоав Вакнин из Тель-Авивского университета на собрании Американского геофизического союза в этом году, которое состоялось в Новом Орлеане и онлайн, остаточный магнетизм в сгоревших зданиях помогает археологам датировать другие находки в этом районе.Это также помогает геофизикам наметить взлеты и падения земного магнетизма.

Послушайте эту историю

Ваш браузер не поддерживает элемент

Наслаждайтесь большим количеством аудио и подкастов на iOS или Android.

Работа г-на Вакнина в Лахише является самой последней из серии исследований, которые он выполнил, которые были разрешены поджогами древних царей. Первым исследовали здание, разрушенное при сожжении Иерусалима вавилонскими войсками в  586 году до н.  э.  года. Согласно библейской Книге Царств, это произошло «в пятом месяце, в седьмой день месяца, который был девятнадцатым годом царя Навуходоносора, царя Вавилонского».

Г-н Вакнин говорит, что библеисты считают эту дату достоверной. Так он и его коллеги смогли точно определить момент, когда это здание, остатки которого были найдены под автостоянкой, было разрушено. Эти остатки включали в себя части полированного верхнего этажа и обгоревшие деревянные балки, которые когда-то его поддерживали.

Жар огня уничтожил бы любой магнетизм минералов этого пола. Затем магнитное поле Земли оставило свой след, когда эти минералы остыли, намагничивая их заново.Если предположить, что с тех пор осколки не двигались, направление их магнитных полей будет указывать на направление поля Земли, как это было в тот роковой день.

Поиск магнитных выравниваний таким образом был хорошо изучен, когда г-н Вакнин начал свое расследование. Но он и его коллеги также провели эксперимент. Они нагревали образцы упавшего пола в своей лаборатории и подвергали их воздействию магнитного поля по мере остывания, таким образом повторяя то, что произошло, когда здание было разрушено.Сравнив полученную намагниченность с исходной и зная силу поля, которое они сами приложили, они смогли оценить силу магнитного поля Земли в день мешка.

Теперь они повторили этот подход в других местах, что привело к хорошо датированным реконструкциям магнитных полей, связанных с разграблением Гефа, Кинерета, Вифсаиды и Акронина, а также Лахиса и Иерусалима, благодаря военным кампаниям арамейцев, ассирийцев. и вавилонских царей.Даты варьируются от примерно 830 г. до н.э. г. до 586 г. г. до н.э.

Это более или менее максимальный диапазон, для которого применим этот подход. Письменные отчеты о более ранних вторжениях в Библии и других текстах считаются недостаточно надежными. А после вавилонян пришли персы, которые, как замечает г-н Вакнин, были «достаточно добры, чтобы не разрушать городов».

Тем не менее, это чрезвычайно полезный отрезок, поскольку он совпадает с пробелом в археологических записях, называемым плато Гальштата.Это «плато» представляет собой плоский участок калибровочной кривой, используемый для метода, называемого радиоуглеродным датированием. Это период с 400 по 800 год г. до н.э. г. до н.э., когда по не совсем ясным причинам радиоуглеродное датирование не работает.

Образцы со времен плато до сих пор не поддаются датировке в течение этого четырехвекового периода. Теперь это может измениться. Радиоуглеродное датирование основано на измерении количества ¹⁴ C, нестабильного изотопа углерода, в органических материалах, таких как древесина. Благодаря изобретательности г-на Вакнина и его коллег, а также безжалостности древних королей, намагничивание неорганических материалов, подвергшихся воздействию тепла, таких как черепки глиняной посуды от кухонных сосудов, предлагает альтернативу.

Точки данных г-на Вакнина также ценны для геофизиков, которые хотят понять, как движения в ядре Земли изменяют магнитное поле планеты. Период исследований Вакнина был периодом, когда это поле обычно было примерно на 50% сильнее, чем сегодня, а в течение коротких периодов было вдвое сильнее сегодняшнего.

Что касается Лахиса, то история не забыла его. Сеннахирим отпраздновал победу, заказав огромные алебастровые рельефы своей победы (один из которых изображен выше) для украшения своего дворца в столице Ассирии Ниневии.Сейчас они находятся в Британском музее. ■

Чтобы получать больше информации о расширяющих кругозор научных материалах, подпишитесь на нашу еженедельную рассылку Simply Science.

Ранняя версия этой статьи была опубликована в Интернете 15 декабря 2021 г.

Эта статья появилась в разделе «Наука и технологии» печатного издания под заголовком «Единство с Ниневией и Тиром»

Эксперимент месяца | Университет Миллерсвилля

Магнитные поля, изменяющиеся как обратный куб

Магнитные поля обычно создаются магнитными диполями с использованием либо постоянных магнитов, либо проволочных петель с током. Это отличается от обычного метода создания электрического поля с использованием электрических зарядов (или «монополей»). Как для монополей, так и для диполей напряженность поля уменьшается по мере увеличения расстояния от источника.

Для точечных электрических зарядов напряженность электрического поля подчиняется закону Кулона: она пропорциональна R ^-2 , то есть , часто называемая законом обратных квадратов.

Для электрических диполей напряженность поля уменьшается быстрее с расстоянием; как R ^-3 .

Магнитные монополи никогда не наблюдались. Вместо этого основной источник магнитного поля, по-видимому, обладает свойствами магнитного диполя. Это утверждение исследуется в лаборатории

этого месяца.

Мы представляем две версии; простая демонстрация, которая игнорирует важные детали и делается быстро, и полное упражнение, включающее детали реальной катушки, создающей поле. Полное упражнение показывает в микромире, как работает физика: измерения анализируются с использованием теории, и анализ используется для прогнозирования результатов новых измерений.

Демонстрация

Более полный эксперимент проводится в наших физических 232 лабораториях. В качестве источника используется большая катушка, а магнитное поле в центре катушки рассчитывается исходя из размеров катушки и силы тока. Детектор снова представляет собой катушку 25 мГн, но в этом упражнении ее ось лежит на оси большой катушки. R теперь измеряется вдоль этой оси по мере удаления детектора от центра катушки.

ЭДС, индуцируемая в катушке детектора 25 мГн, определяется производной магнитного поля по времени. Это магнитное поле рассчитывается на основе тока через большую катушку и геометрии большой катушки.Наконец, ЭДС индукции в детекторе рассчитывается как функция тока в большой катушке.

Ток в катушке источника соответствует исходному измерению. Анализ с использованием электромагнитной теории предсказывает характер второго измерения; ЭДС на катушке детектора 25 мГн. Этот эксперимент фокусируется на зависимости этого отношения от расстояния.

Чтобы сохранить этот фокус, погрешности, связанные с измерениями геометрии катушки, корректируются с помощью промежуточного «калибровочного» измерения. ЭДС детектора измеряется при R=0 как функция управляющего тока через большую катушку. График (справа) зависимости ЭДС от тока возбуждения представляет собой прямую линию, наклон которой K является калибровочной константой. Эта константа K используется в формуле для ЭДС индукции, чтобы уменьшить погрешности, связанные с геометрией как детектора, так и катушки источника. Для показанного графика значение K составило 253 мВ/мА со стандартным отклонением 5.

Ожидаемый сигнал детектора равен

.

Где среднеквадратичное значение тока в катушке источника, среднее значение внутреннего и внешнего радиусов катушки источника, 2 l длина катушки, измеренная постоянная калибровки и размах наведенного ЭДС в катушке детектора.

Результаты измерений учащихся показаны на двух графиках справа. В этом упражнении частота составляла 1 кГц, а детектор перемещался вдоль оси большой катушки источника. На прямом графике линия представляет собой предсказанный сигнал детектора, основанный на приведенной выше формуле. Согласие с точками данных удивительно хорошее.

На графике “логарифм-логарифм” для больших расстояний видно, что данные приближаются к нарисованной линии R ^-3 . (Эта линия предназначена только для справки.Его уравнение: y=-3x+11,3.)

При подгонке к прямой линии последние 10 точек данных на логарифмическом графике имеют наклон 2,88 со стандартным отклонением 0,05. Оба наблюдения почти согласуются с зависимостью R ^-3 от расстояния (в пределе, когда R становится большим), которая предсказывается формулой

.

Фильтр нижних частот улучшает отношение сигнал/шум

Из-за сильного высокочастотного шума в физических лабораториях Миллерсвилля было полезно использовать фильтр нижних частот при сборе данных.