Магнетизм физика⚠️: формулы, какие существуют теории
Разбираем тему магнетизма в физике, его природные источники и основные формулы.
Что такое магнетизм в физике
Это взаимодействие движущихся электрических зарядов, которое происходит на расстояния благодаря магнитному полю. Как и электричество, это одно из проявлений электромагнитного воздействия.
Природа земного магнетизма
Сегодня принято считать, что геомагнетизм вызван определенным перечнем причин. Дело в том, что источник главного магнитного поля и его вариаций расположен в ядре планеты. В магнитноактивной оболочке Земли (в ее тонком верхнем слое) находится совокупность источников, которые рождают аномальное поле. Источники околоземного пространства находятся во внешнем поле, которое также называют переменным электромагнитным полем Земли.
Оно находится под воздействием потока солнечной плазмы (или солнечного ветра). В результате этого взаимодействия возникает магнитопауза (внешняя граница околоземного магнитного поля), которая ограничивает земную магнитосферу. Ее форма всегда меняется в зависимости от солнечного ветра. Часть энергии ветра попадает внутрь магнитосферы и передается токовым системам околоземного пространства. Такие изменения магнитного поля Земли во времени и называют геомагнитными вариациями.
Основные уравнения и законы теории магнетизма
Закон электромагнитной индукции Фарадея
Это основной закон классической электродинамики, который затрагивает принцип работы трансформаторов, дросселей и многих других видов электродвигателей и генераторов.
Это понятие сформулировано следующим образом:
Для любого контура индуцированная электродвижущая сила (ЭДС) равна скорости изменения магнитного потока, проходящего через этот контур, взятой со знаком минус.
Формула выглядит следующим образом:
\(\varepsilon\;=\;\Delta Ф/\Delta t,\)
где \(\varepsilon\;\)- ЭДС индукции в контуре,
\(\Delta Ф/\Delta t\) – скорость изменения потока.
Источник: scientificrussia.ruЗакон Ампера
Это закон о взаимодействии электрических токов.
Параллельные проводники с электрическими токами, текущими в одном направлении, притягиваются, а в противоположных — отталкиваются.
С помощью этого закона также определяется сила, с которой поле действует на малый отрезок проводника с током.
Модуль силы Ампера находится по формуле:
\(dF\;=\;IBdl\sin\alpha,\)
где \(I\) — сила тока, \(B\) — магнитная индукция, \(dl\) — элемент длины проводника, \(\alpha\) — угол между вектором индукции и направлением, вдоль которого течет ток.
2),\)
где \(\mu0\) — магнитная постоянная.
Сила Лоренца
Сила, с которой электромагнитное поле действует на точечную заряженную частицу. В международной системе единиц она выражается так:
\(F\;=\;q(E\;+\;\lbrack v\;\ast\;B\rbrack),\)
где \(q\) — заряд со стороны магнитного поля, \(v\) — скорость заряда, \(Е\) — электрическое поле, \(B\) — магнитное поле, а \(v * B\) — векторное произведение двух величин.
Теорема о циркуляции магнитного поля
Это одна из фундаментальных теорем в электродинамике, которая гласит:
Циркуляция магнитного поля постоянных токов по всякому замкнутому контуру пропорциональна сумме сил токов, пронизывающих контур циркуляции.
Также эта теорема в некоторых источниках называется теоремой Ампера или законом Ампера о циркуляции.
Ее формула выглядит так:
\(\oint L¯Hd¯r=\sum Im(6).\)
На носу контрольная, а все равно ничего не понятно? Пиши специалистам ФениксХелп, они помогут разобраться с темой любой сложности!
Физика в опытах.
Часть 2. Электричество и магнетизмНаглядно – интересно – просто – понятно!
Магнетизм и магниты реферат по физике
МАГНЕТИЗМ Кого-то он обогатит, кого-то загонит в гроб.
Что мы знаем об этом? Научившись производить и использовать сверхмощные технические магниты для своих нужд, люди пока не могут совладать с гораздо более слабыми природными магнитными полями, которые нас убивают. Ученые-геофизики буквально со дня на день ожидают начала нового всплеска солнечной активности, а это значит — магнитные бури, инфаркты, аварии, самоубийства, массовые помешательства. Хорошо бы, чтобы к тому времени медики уже опробовали лекарства от магнитных бурь. «ЧУ-ШИ» Первое историческое упоминание о магните оставил нам Плиний. Он рассказал, как некий пастух с острова Крит, сандалии которого были подкованы железом, обратил внимание, что к его обуви пристают какие-то мелкие черные камешки, в изобилии валявшиеся на склонах горы Идо. Пастуха звали Магнис, отсюда природные магниты получили свое название. А может, все было и не так. Римский поэт Лукреций Кар считал, что магнит обязан своим названием местности, где его нашли. Эта местность в Малой Азии называлась Магнезия. Китайцы, ничего не знавшие ни о Магнезии, ни о греческих пастухах в железных сандалиях, называли эти черные камешки «чу-ши», что можно перевести как «любящий камень».
Ход мыслей был прост: раз тянется — значит, любит. (Кстати говоря, людское мышление бывает забавно параллельным: на французском языке магнит называется «эман» — «любящий».) Китайцы — народ пытливый. Они первыми придумали, как можно практически использовать магниты. Они не изобрели компас, как многие думают, они изобрели игрушку — югоуказатель. Небольшие фигурки с вытянутой рукой, постоянно указывающей на юг, ставились ими не только на корабли, но и на конные повозки. Это было четыре тысячи лет тому назад. Граждане огромной Поднебесной империи жили довольно замкнуто, тихо и мирно. Плавания совершали в основном каботажные — вдоль берега, по рекам, и компас был китайцам не очень-то нужен. (Заторможенные китайцы даже изобретенный порох умудрились не использовать для военных нужд — делали фейерверки и ракеты.) Другое дело — агрессивная и неугомонная европейская цивилизация, вечно тянет на какие-то приключения. Ей компас был просто необходим. И он был изобретен в Италии неким Джойя примерно 700 лет назад.
Тогда уже научились натирать природными магнитами стальные иглы, которые стали первыми искусственными магнитами и которые использовали в качестве стрелок. Джойя снабдил магнитную стрелку кругом с делениями. Прибор получил название «компассаре», что означает «измерять шагами». То что стрелка компаса нигде не показывает на Полярную звезду, было известно еще Колумбу. Об этом свидетельствует письмо, написанное им королю и королеве Испании:«…Когда я отплыл из Испании в Западные Индии, я обнаружил, что, после того как я проплыл сто лиг на запад от Азорских островов…, стрелка компаса, дотоле показывавшая на северо-восток, вдруг повернулась на целую четверть, к северо-западу, и уже более не меняла своего направления…». Столь странное поведение компасной стрелки вызвало панику среди матросов Колумба: они полагали, что компас должен всегда указывать на Полярную звезду. Колумб и сам думал точно так же; однако ему удалось убедить своих моряков, что неправильно вел себя не компас, а Полярная звезда.
Благодаря этому обману Колумб смог предотвратить мятеж матросов, требовавших возвращения назад, и довел до конца свой замечательный подвиг. В противном же случае открытие Америки могло бы отодвинуться на несколько десятков лет. Так магниты вошли в широкое применение. Магнитный компас Если стержневой магнит, намагниченную иголку или кусок магнитного железняка укрепить так, чтобы они могли свободно поворачиваться в горизонтальной плоскости вокруг вертикал ьной оси, то, как хорошо известно, их концы будут показыва ть на север и юг. Подобный инструмент называется компасом. Тот конец иголки, который указывает на север, был назван северным полюсом (его обозначение N или С), противоположный конец — южным полюсом (обозначается S или Ю). Почему компас показывает направление с севера на юг? Тот факт, что разноименные магнитные полюсы притягиваются друг к другу, может объяснить, почему стрелка компаса показывает определенное направление. Так как северный конец стрелки указывает на север, то, видимо, где-то в этом направлении должен находиться противоположный магнитный полюс.
Это же можно сказать и в отношении южного полюса. Но если эти полюсы действительно существуют, то где же они находятся? В течение долгого времени считалось, что источником магнитного притяжения для компаса является Полярная звезда. Однако если бы это было так, то направление стрелки компаса должно было бы меняться по крайней мере на 1 градус через каждые 12 часов, вследствие видимого кругового движения Полярной звезды на небосводе. Наблюдения же не показывают поворота стрелки компаса в течение суток, так что это объяснение ошибочно. Находится ли источник магнитного притяжения на Земле? Английский ученый Уильям Джилберт (1540 – 1603) был одним из первых, кто предположил, что магнитом является сама Земля. Для проверки своего предположения Джилберт построил большой глобус из магнитного железа, который назвал «маленькой Землей», и поместил его магнитные полюса в места географических полюсов. Затем он поднес к этому глобусу компас и нашел, что Но не успокоились русские большевики. Им нужны были рекорды, фрейдистский комплекс «у меня самый большой» не давал им покоя.
Были задействованы лучшие умы. Капица-старший, разряжая на электромагнит «ударный» генератор, питающийся от огромного маховика, получил 500 000 эрстед напряженности магнитного поля. Но уж совсем за всякие рамки вышел академик Сахаров: он предложил оригинальное решение — сжимать электромагнит вместе с его магнитным полем с помощью взрывчатки. В сдавленном пространстве напряженность поля достигла 25 000 000 эрстед! Конечно, поле такой силы существовало доли секунды, но существовало же! Вообще на создание сверхсильных магнитных полей необходимо либо тратить энергию целого города, либо такие поля будут жить доли секунды. А если надо и надолго, и город не отключать? Здесь может помочь сверхпроводимость. Это явление было открыто в 1911 году. Суть его в том, что при охлаждении металла до космического холода его электрическое сопротивление падает до нуля, поэтому ток в замкнутом витке может циркулировать вечно. И магнитное поле, создаваемое этим током, также будет вечным. Для чего вся эта гигантомания? Как это зачастую бывает в науке, целесообразность проявилась не сразу.
Но вот десять лет назад швейцарские физики открыли «теплые» сверхпроводники. Для достижения ими состояния сверхпроводимости уже не нужен абсолютный нуль, достаточно температуры, при которой азот превращается в жидкость. Хотелось бы, чтобы проводники становились сверхпроводящими при комнатной температуре, но таких пока нет. А когда будут… Фантастические перспективы! Не говоря даже о принципиально новой энергетике и электронике, станет возможным магнитное подвешивание тяжелых тел — мостов, зданий, поездов, можно подвешивать турбины электростанций, маховики — накопители энергии. Представляете — дворец, парящий в воздухе! Во всяком случае, в Японии уже продаются игрушки, основанные на сверхпроводящем подвешивании. ЖИДКИЕ МАГНИТЫ Идея: размолоть железо в такой мелкий порошок, который бы не осаждался в жидкости — воде, керосине, масле… Тогда получилась бы магнитная жидкость. Осуществить это удалось только в 60-х годах. После целой недели размалывания в шаровой мельнице добились такого тонкого помола порошка феррита, что, будучи засыпанным в смесь керосина и олеиновой кислоты, он уже не осаждался.
Это был первый жидкий магнит — тяжелая черно-бурая жидкость. Если к сосуду с такой жидкостью поднести магнит, она в буквальном смысле лезет на стенку или вздувается бугром. Разлитую на полу, ее можно собрать магнитом. Правда, лучше для этого брать электромагнит. Его выключил — и жидкость стекла в подставленную емкость. А вот постоянным магнитом жидкомагнитную субстанцию лучше не собирать: потом от магнита ее нипочем не отскребешь. Для чего? Например, из подводной лодки торчит вал с винтом. Встает проблема с уплотнением, чтобы забортная вода не проникала в машинное отделение. Вместо сальников можно использовать жидкомагнитное уплотнение, чуть намагнитив вал в месте его выхода из корпуса лодки. Магнитную жидкость на основе масла используют в качестве вечной смазки для намагниченных подшипников. Она оттуда уже не вылезет. Наоборот, захочешь — не вынешь. Можно построить герметичный насос для перекачки агрессивных или ядовитых жидкостей. Вместо поршня в трубке будет ходить туда-сюда жидкомагнитная «пробка».
Внешний магнит двигает ее, «пробка» толкает в трубке перекачиваемую жидкость. Вот еще. Затонул нефтеналивной танкер. На море образовалась нефтяная пленка. Как ее собрать? Распылить небольшое количество магнитной жидкости, она растворится в нефти, а затем нефть собрать мощными электромагнитами. Мелочи: Предсказать магнитную бурю реально за сутки. Иногда, при особо сильной вспышке, за 12 часов. Это минимум. А максимум — магнитную бурю можно спрогнозировать за 27 суток. За 27 дней Солнце оборачивается вокруг своей оси, вновь поворачиваясь к Земле тем же бочком, той же точкой, в которой произошло взрывное возмущение, выбросившее к Земле поток частиц. Если возмущение еще не затихло, Землю опять облучит мощным потоком солнечного ветра. Следите за прогнозами магнитных бурь У нашей планеты есть постоянное магнитное поле. А вот колебания этого поля — магнитные бури — зависят уже не от планеты, а от ближайшей звезды. В моменты вспышек на Солнце в пространство исторгаются потоки частиц. Их называют солнечным ветром.
Через сутки-двое частицы долетают до Земли. Бомбардируя магнитное поле нашей планеты, они вызывают магнитные бури, северные сияния и… головные боли. Причем болит и сияет больше у полюсов, где напряженность магнитного поля достаточно велика. Лет семь назад сильнейшая магнитная буря обрушилась на Землю. Тогда не повезло Канаде, Квебеку. По девятибалльной штормовой шкале буря достигла 8 баллов. В Квебеке вышла из строя энергосистема всего города. И этот случай не единственный. «Вылетали пробки» и в США, и в других странах. А уж о нарушениях радиосвязи и не говорим — это стало притчей во языцех. Не зря славяне называли Солнце Ярилой! Сначала тем, кто говорил о влиянии магнитных бурь на организм человека, не верили. Над этими учеными смеялись, негодовали, обвиняли в лженауке. Первым был осмеян Чижевский. После него, в 20-е годы нашего века двое французов, Фор и Сарду, также обнаружили зависимость между магнитными бурями и сердечно-сосудистыми заболеваниями. По их выкладкам получалось, что в 85% наблюдаемых мест Франции число сердечно-сосудистых больных увеличивалось в моменты магнитных бурь.
Впоследствии были найдены корреляции между бурями и еще многими заболеваниями, в том числе астмой, язвой, эпилепсией и психическими заболеваниями. Скандинавы подтвердили: да, в дни магнитных волнений в психиатрические лечебницы поступает больше пациентов, чем в спокойные дни. Возрастает также число самоубийств. Вслед за физиками физиологи нашли свое объяснение вредного влияния бурь, но уже на макроуровне. Вегетативная нервная система состоит из двух отделов — симпатического и парасимпатического. Симпатический отдел отвечает за повышение артериального давления и убыстрение сердечных сокращений, а парасимпатический действует наоборот. Всплески магнитной активности нарушают гормональный баланс и тем самым активизируют какой-то из отделов нервной системы. В итоге — нарушение сердечного ритма, обострение всех хронических болезней, инфаркты. Магнитные бури заставили ученых в последнее время внимательно понаблюдать за небольшой шишковидной железой под названием эпифиз. Эпифиз вырабатывает гормон мелатонин, который действует как иммуномодулятор, то есть восстанавливает нарушенную иммунную систему человека.
Но самое главное — мелатонин управляет биоритмами человека — заставляет его ночью спать, а днем активно действовать. Во время магнитных бурь характер выделения мелатонина нарушается, «плывут» биоритмы. И что самое смешное, это может даже привести к внезапной смерти. Причем умереть, в принципе, может и молодой здоровый человек. Чаще подвержены синдрому внезапной смертности (СВС) младенцы. Они первые три месяца живут по так называемому околонедельному ритму. Потом в их крошечных организмах происходит перестройка: недельный ритм меняется на суточный. Если смены не происходит, младенчик может умереть. Вполне здоровый человек с железным сердцем тоже может внезапно умереть. Это зависит только от типа его нервной системы. Поэтому необходимо выявить типы реакции людей на магнитные бури. Чтобы человек знал не только группу своей крови, но и тип магнитной восприимчивости. Пока что материал для подобных тестирований еще только накапливается, нарабатываются методики. Это делается следующим образом.
К груди испытуемого прикрепляют датчики, на пояс вешают небольшую черную сумку с измерительным аппаратом и отпускают на волю, как окольцованную птичку. Человек идет на работу, скандалит с женой, едет в метро. А все это время, круглые сутки вся информация о деятельности сердца поступает в компьютер. Каждые полчаса (или час, или минуту — по желанию исследователя) на руке испытуемого надувается небольшая манжетка, измеряющая артериальное давление, и данные опять-таки поступают в компьютер. (Наверное, сексом заниматься во всем этом снаряжении не совсем удобно.) А потом медик анализирует 24-часовую электрокардиограмму и приходит к выводу, что на клиента повлияло — магнитная буря или семейная. Если магнитная — товарищу мягко порекомендуют лекарства, которые, правда, чаще не помогают: мало мы еще знаем о человеке. Сложность состоит еще и в том, чтобы найти универсальное лекарство, которое можно было бы давать и сердечнику, и язвеннику, и «трезвеннику». Правда, сейчас большие надежды ученые возлагают на синтезированное лекарство со знакомым уже нам названием «мелатонин».
Несимметричность природы / Хабр
Электрическими бывают заряды и поля, а магнитными — только поля. Могут ли во Вселенной быть магнитные заряды?
Можно не сделать ни одной ошибки и всё равно проиграть. Это не слабость — это жизнь.
— Жан-Люк Пикар
В науке, а особенно, в физике, в основе огромного количества физических процессов лежат фундаментальные симметрии. В гравитации сила, с которой любая масса действует на другую, равна по величине и противоположна по направлению силе, оказываемой другой массой на первую.
То же самое выполняется для электрических зарядов, хотя тут есть один подвох: электрическое взаимодействие может быть положительным или отрицательным, в соответствии со знаками зарядов. Кроме того, электричество близко связано с другим взаимодействием, магнетизмом.
Как у электричества есть положительные и отрицательные заряды, где подобное отталкивает подобное, а противоположности притягиваются, у магнетизма есть северный и южный полюса, у которых тоже одинаковые отталкиваются, а разные притягиваются.
- У электричества может быть множество зарядов, собранных вместе, или же отдельные положительные или отрицательные заряды.
- У магнетизма может быть множество полюсов, собранных вместе, но нельзя изолировать северный полюс от южного.
В физике два противоположных заряда или полюса, связанных вместе, зовутся диполем, а один отдельный заряд называется монополем.
С гравитационным монополем всё просто: это масса. С электрическими — тоже просто: подойдёт любая фундаментальная частица с зарядом, типа электрона или кварка.
Но магнитные монополи? Насколько нам известно, их не существует. Вселенная, где они существуют, удивительно отличалась бы от нашей. Задумайтесь, как именно связаны между собой электричество и магнетизм.
Движущийся электрический заряд, или электрический ток, создаёт магнитное поле, перпендикулярное линии движения.
Прямой провод с текущим по нему электрическим током выдаёт магнитное поле, идущее по кругу вокруг провода. Если свернуть проводник в петлю или катушку, магнитное поле появится внутри неё.
Оказывается, это работает в обе стороны. Законы физики стремятся к симметрии. Это значит, что если у меня будет петля или катушка провода, и я изменю магнитное поле внутри неё, я создам электрический ток, заставляющий электрические заряды двигаться. Это электромагнитная индукция, открытая Майклом Фарадеем более 150 лет назад.
Значит, у нас есть электрические заряды, электрический ток и электрическое поле — но нет магнитных зарядов или магнитных токов, только магнитные поля. Можно изменить магнитное поле и заставить двигаться электрические заряды, но нельзя заставить двигаться магнитные заряды, изменяя электрическое поле — поскольку никаких магнитных зарядов не существует.
Точно так же можно создать магнитное поле, двигая электрические заряды, но нельзя создать электрическое поле, двигая магнитные заряды — опять-таки, их не существует.
Иначе говоря, между электрическими и магнитными свойствами нашей Вселенной есть фундаментальная асимметрия. Поэтому уравнения Максвелла для полей E и В (электрического и магнитного) так сильно различаются.
Причина, по которой уравнения так сильно отличаются, состоит в том, что электрические заряды (ρ и Q) и токи (J и I) существуют, а их магнитные аналоги — нет. Если удалить электрические заряды и токи, они станут симметричными с точностью до фундаментальных констант.
Но что, если бы магнитные заряды и токи существовали? Физики думают об этом уже более ста лет, и если бы они существовали, мы могли бы записать, как выглядели бы уравнения Максвелла, если бы магнитные монополи были в природе. Вот, как они выглядели бы (в дифференциальной форме)?
Опять-таки, с точностью до фундаментальных констант, уравнения теперь выглядят очень симметрично! Мы бы могли заставить магнитные заряды двигаться простым изменением электрических полей, создавать электрические токи и индуцировать электрические поля.
В 1930-х с ними игрался Дирак, но потом общепризнанным выводом стало то, что если бы они существовали, они бы оставили после себя какой-то след. Эта область не воспринималась серьёзно, поскольку физика по сути своей наука экспериментальная; без каких бы то ни было доказательств существования магнитных монополей их очень сложно оправдать.
Но всё начало меняться в 1970-х. Люди экспериментировали с Теориями великого объединения, или идеями по поводу того, что в природе может существовать гораздо больше симметрии, чем видно нам. Симметрия может быть нарушенной, из-за чего во Вселенной существует четыре различных фундаментальных взаимодействия, но, возможно, все они были объединены на какой-то высокой энергии в единое? В результате у всех этих теорий есть предсказание существования новых высокоэнергетических частиц, и во многих вариантах, магнитных монополей (в особенности, монополи ’т Хоофта-Полякова).
Магнитные монополи всегда были заманчивой темой для физиков, а новые теории подогрели этот интерес. Так что в 1970-х проходили поиски монополей, и самым знаменитым из них руководил физик Блас Кабрера [внук основоположника физических исследований в Испании Бласа Фелипе Кабреры / прим. перев.]. Он взял длинный провод, и скрутил его в восемь петель так, чтобы тот мог измерять идущий через него магнитный поток. Если бы через него прошёл монополь, то он породил бы сигнал силою ровно в восемь магнетонов. Ну а если бы через него прошёл стандартный магнитный диполь, он бы породил сигнал в +8 магнетонов, за которым сразу следовал сигнал в -8 магнетонов — таким образом эти сигналы можно было бы отличить.
Блас Кабрера со своим детектором магнитных монополей
И вот он построил это устройство и стал ждать. Устройство было неидеальным, иногда одна из петель отправляла сигнал, а в ещё более редких случаях сигнал отправляли две петли одновременно. Но для обнаружения магнитного монополя нужно было ровно восемь — но больше двух аппарат не показывал. Эксперимент безуспешно продолжался несколько месяцев, и в результате к нему стали возвращаться всего по нескольку раз в день. 14 февраля 1982 года Блас не приходил в свой офис, поскольку отмечал День святого Валентина. Когда он вернулся на работу 15 февраля, он с удивлением обнаружил, что компьютер и устройство 14 февраля записали сигнал ровно в восемь магнетонов.
Это открытие всколыхнуло общественность и породило огромную волну интереса. Были построены более крупные устройства с большей площадью поверхности и большим количеством петель, но, несмотря на тщательные поиски, никто более не находил монополя. Стивен Вайнберг даже написал Бласу Кабрере стихотворение 14 февраля 1983 года:
Roses are red,
Violets are blue,
It’s time for monopole
Number TWO!
Розы красны,
Фиалки сини,
Представить второй монополь
Мы бы тебя попросили!
[Отсылка к популярному стихотворению, используемому в англоязычных странах в связи с празднованием Дня всех влюблённых // прим. перев.]
Но второй монополь так и не появился. Был ли это сверхредкий глюк эксперимента Кабреры? Был ли это единственный монополь в нашей части Вселенной, совершенно случайно прошедший через детектор? Поскольку других мы так и не обнаружили, точно узнать нельзя, но наука должна быть воспроизводимой. А этот эксперимент воспроизвести не удалось.
Сегодня монополи всё ещё ищут в экспериментах, но ожидания весьма низки.
Природа была бы прекрасна в своей симметрии, но, как бы нам этого не хотелось, она несимметрична, не на всех уровнях. И в этом никто не виноват; просто Вселенная такая, какая есть. Лучше принять её такой — вне зависимости от того, насколько эстетически приятнее она была бы в ином случае — чем дать нашим предубеждениям увести нас с истинного пути.
Физики МГУ обнаружили в редкоземельном соединении два сложных магнетизма – Газета.Ru
Сотрудники Научно-исследовательского института ядерной физики имени Д.В. Скобельцына МГУ имени М.В. Ломоносова совместно с коллегами из Российской академии наук синтезировали германид диспрозия в метастабильном состояниии выяснили, что в этом соединении сосуществуют два явления сложного магнетизма. Изучение свойств химических соединений носит фундаментальный характер и в дальнейшем может привести к открытию новых перспективных материалов. Результаты исследования были опубликованы в журнале Journal of Alloys and Compounds.
Германид диспрозия DyGe3— это редкоземельный элемент серебристо-белого цвета, который сравнительно редко встречается в земной коре и образует тугоплавкие, практически не растворимые в воде оксиды.В ходе исследования под давлением в восемь гигапаскалей ученые получили поликристаллические образцы германида диспрозия в метастабильном состоянии —равновесии физической системы, стабильность которой сохраняется при не очень больших возмущениях.
Физики обнаружили, что в этом соединении существует «волна зарядовой плотности» — явление, которое возникает в некоторых кристаллах при низких температурах из-за особенностей их электронного строения. Она представляет собой пространственно-периодические смещения ионов и электронной плотности — вероятности обнаружения электрона в определенной точке пространства.
В последних исследованиях основное внимание уделялось физике волны зарядовой плотности в редкоземельных соединениях и тому, как эта волна влияет на искажение кристаллической решетки и на магнитное упорядочение. Магнитное упорядочение — это самопроизвольное выстраивание магнитных моментов (векторов) атомов в веществе. То есть все векторы атомов в веществе имеют определенное направление: они могут быть параллельны (ферромагнитный порядок) или антипараллельны (антиферромагнитный порядок) друг другу. Недавно ученые выяснили, что волна зарядовой плотности может предшествовать и сосуществовать с антиферромагнитным упорядочением, когда половина векторов атомов направлена в одну сторону, а вторая половина повернута на 180о.
В германиде диспрозия при понижении температуры происходит переход к волне зарядовой плотности, а при еще более низкой температуре — к антиферромагнитному состоянию.
«Мы выяснили, что, когда структура кристаллической решетки немного искажается, а симметрия кристаллической структуры в окрестностях некоторых атомов меняется, в веществе происходит переход к волне зарядовой плотности. Волна оказывает определенное влияние на магнитные свойства вещества, приводя, в частности, к появлению спиральной магнитной структуры», — отметил один из авторов статьи, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории электрон-ядерных и молекулярных процессов НИИЯФ МГУ Александр Николаев.
Ученые отмечают, что полученные результаты позволяют лучше понять механизмы взаимосвязи и корреляции зарядовых и спиновых характеристик электронной системы. Зарядовые характеристики связаны с волной зарядовой плотности, а спиновые — с антиферромагнитным порядком.
«Наша работа посвящена, в первую очередь, фундаментальным проблемам физики конденсированного состояния. К таким проблемам относятся магнетизм и структурный фазовый переход. В будущем работа может привести к новому пониманию сложного магнетизма в редкоземельных элементах и открытию новых перспективных материалов», — заключил ученый.
Работа проходила в сотрудничестве с учеными из Института физики высоких давлений РАН, Московского физико-технического института и Объединенного института ядерных исследований, Института ядерных исследований и ядерной энергии (София, Болгария), Института физики конденсированных средств (Брауншвейг, Германия) и Института физики Университета Марии Склодовской-Кюри (Люблин, Польша).
Magnetism – The Physics Hypertextbook
Обсуждение
история
Краткое изложение истории, рассказанной исторически. Основные идеи, которые теперь знают даже маленькие дети. Держите все на вводном уровне.
- Есть камни, которые привлекают другие камни, но только если они правильного типа
- Эти камни будут пытаться выровняться с севера на юг (грубо говоря)
Сначала идет Фалес Милетский (635–543 до н.э.) Греция (Иония).Милет сейчас находится на западном побережье Турции, в тогдашнем регионе Греции, известном как Иония (источник химического термина «ион», но это уже другая история).
- Камни Магнезии (μαγνήτης λίθος)
- Μαγνησία сейчас Маниса, Турция
- Магнетит. Кусок магнетита с исключительно сильным магнитным действием иногда называют магнитом.
Здесь было бы неплохо цитата из Фалеса.
Некоторые минералы, такие как магнетит (Fe 3 O 4 ), очевидно обладают магнитными свойствами.
Китайские мореплаватели знали, что магнитные камни выстраиваются в направлении север-юг (ложка, указывающая на юг).
Настоящий компас был создан китайским мастером геомантических предзнаменований в конце династии Тан, который первоначально использовал его для гаданий.
Найдите что-нибудь историческое.
Северный магнитный полюс компаса указывает в общем направлении северного географического полюса Земли. Поскольку противоположные магнитные полюса притягиваются, это означает, что южный магнитный полюс Земли находится где-то рядом с ее северным географическим полюсом .
Затем идет Питер Перегринус (так его называют по-английски), он же Пьер Пелерин де Марикур (предположительно, его настоящее французское имя), он же Петрус Перегринус де Махарнкурия (его латинское название, что означает «Питер, паломник из Марикура»). Петр написал то, что широко известно как Epistole de Magnete или Письмо на магните . Его полное название: Epistola Petri Peregrini de Maricourt ad Sygerum de Foucaucourt, militem, de magnete ( Письмо на магните Петра Перегрина из Марикура Сигеру из Фукокура, солдату “).Он был написан 8 августа 1269 года во время осады города Лучера – последней уцелевшей крепости ислама на «икроножных мышцах» полуострова в форме сапога, который сейчас называется Италией.
Работа Питера была настолько полной, что никаких дальнейших исследований свойств магнитов не проводилось до монументальной работы Уильяма Гилберта в 1600 – Tractatus sive Physiologia Nova de Magnete, Magneticisque Corporibus, et Magno Magnete Tellure (On the Magnetic, Magnetic Bodies , и Великий Магнит Земли). De Magnete – текст, в котором Гилберт раскрыл результаты своих исследований магнетизма и попытался объяснить природу магнитов и пять движений, связанных с магнитными явлениями. Работа имела большой успех и была переиздана в 1628 и 1633 годах.
Уильям Гилберт (1544–1603) Англия
Найди что-нибудь.
основы
магнитных элементов
Подъемный магнит в действии – Бруклин, Нью-Йорк- Большая тройка
- железо (Fe)
- никель (Ni)
- кобальт (Co)
- плюс чудаки
- гадолиний (Gd)
- диспрозий (Dy)
Подробнее о ферромагнетизме позже
Земля – магнит, геомагнетизм, полюса: север в поисках и юг в поисках
правило действия: противоположные полюса притягиваются, как полюса отталкиваются
видов магнитов
- постоянный
- индуцированный
- электромагнит
магнитное поле
неформальное определение: сравните с другими полями
| феномен | происхождение | поле | символ |
|---|---|---|---|
| Плотность | сила из-за массы | силы на массы | г |
| электричество | усилие за счет заряда | силы на заряда | E |
| магнетизм | усилие от полюсов ? * | усилие на полюс ? * | В |
настоящее определение появится позже
дилемма: при разрушении магнита магнитный монополь отсутствует, даже в атомных масштабах нет магнитного монополя, силовые линии исцеляются сами собой
Тем не менее, даже несмотря на то, что у нас нет формального определения магнитного поля, нет причин, по которым неформальное определение какое-то время нас не устраивает.
свойства силовых линий магнитного поля
- направление определяется от северного полюса компаса
- напряженность пропорциональна плотности силовых линий
- силовых линий замкнутые
- силовых линий пронизывают магнитные материалы (сравните это с силовыми линиями электрического поля, которые заканчиваются на поверхности проводников)
- силовые линии изгибаются на поверхности магнитного материала
Обозначение магнитного поля: B (жирный шрифт) при описании полной векторной величины и B (курсив) при описании только величины.
Единицей измерения магнитного поля в системе СИ является тесла [Тл], названная в честь сербско-американского инженера-электрика Николы Тесла (1856–1943), родившегося в части Австро-Венгерской или Габсбургской империи, которая в настоящее время является независимым государством. Хорватии. Тесла был пионером в смежных дисциплинах переменного электрического тока и вращающихся магнитных полей. Его основные конструкции электродвигателей, генераторов и трансформаторов в начале 20-го века мало изменились к началу 21-го века.
Другая широко используемая единица – гаусс [G], названная в честь немецкого математика Карла Фридриха Гаусса (1777–1855). Гаусса обычно считают величайшим математиком всех времен. Особый интерес для физиков вызвали работы Гаусса по искривленным поверхностям, которые сыграли важную роль в областях электростатики и общей теории относительности (все каламбуры). Гаусс также является единицей в системе cgs, которая была первоначально разработана Гауссом и иногда также известна как система Гаусса.
Формальное определение каждой из этих единиц будет дано в следующем разделе этой книги. Прямо сейчас я скажу вам, что тесла – это более крупная единица.
На самом деле тесла слишком велика для большинства практических целей. Таким образом, он обычно делится на микротесла [мкТл] или нанотесла [нТл]. Гаусс тоже немного великоват, но не так плох, как тесла, поэтому миллигаусс [мГ] и микрогаусс [мкГ] встречаются чаще.
| 1 т | = | 10 кг |
| 1 мТ | = | 10 г |
| 1 мкТл | = | 10 мГ |
| 1 нТл | = | 10 мкГ |
В следующей таблице перечислены напряженности магнитного поля для различных устройств, событий или явлений.По возможности также указывалось местоположение. Подобно гравитационному и электрическому полям, магнитное поле становится меньше с увеличением расстояния от источника.
| B (T) | устройство, событие, явление, процесс |
|---|---|
| ~ 10 13 | нейтронная звезда, теоретический верхний предел |
| 10 10 ~ 10 11 | нейтронная звезда, магнетар |
| 10 8 ~ 10 9 | нейтронная звезда, радиопульсар |
| 1 000 | самый сильный лабораторный магнит, эфемерный |
| 100 | белый карлик |
| 45 | самый сильный лабораторный магнит, устойчивый |
| 16 | достаточно сильны, чтобы левитировать лягушек |
| 20 | сильнейший сверхпроводящий магнит |
| 2.4 | самый сильный постоянный магнит |
| 1–4 | МРТ |
| 1 | сильный лабораторный магнит |
| 0,45 | большое пятно |
| 0,15 | магнит железный стержень, на полюсах |
| 0,10 | магнит на холодильник |
| 0,001 | Солнце на полюсах |
| 400 × 10 −6 | Юпитер, средняя поверхность |
| 100 × 10 −6 | Солнце, среднее значение поверхности |
| 60 × 10 −6 | Земля на полюсах |
| 45 × 10 −6 | Земля, среднее значение поверхности |
| 30 × 10 −6 | Земля, на экваторе |
| 10 × 10 −6 | Радиопередача AM на приемнике |
| 1 × 10 −6 | солнечная радиация на поверхности Земли |
| 180 × 10 −9 | Лампочка 100 Вт на расстоянии 1 м, пик |
| 150 × 10 −9 | Ртуть, среднее значение поверхности |
| 150 × 10 −9 | Земля, высота геостационарной орбиты |
| 50 × 10 −9 | Земля, нос магнитосферы |
| 35 × 10 −9 | Луна, поверхность |
| 5 × 10 −9 | межпланетное пространство у Земли |
| 1 × 10 −9 | Земля, хвост магнитосферы |
| 500 × 10 −12 | межзвездное пространство |
| 100 × 10 −12 | межгалактическое пространство |
| 50 × 10 −12 | человеческое сердце |
| 100 × 10 −15 | человеческий мозг |
ферромагнетизм
Этот раздел предназначен для обсуждения магнетизма в мелком масштабе, а не только магнетизма железа, никеля и кобальта (хотя это будет его основным фокусом).Возможно, это стоит назвать «микромагнетизм».
Все из-за спина электронов. Ну почти все.
| тип | выравнивание вращения | примеров |
|---|---|---|
| ферромагнитный | все вращения параллельны друг другу | железо, кобальт, никель, гадолиний, диспрозий, сплавы Гейслера |
| ферримагнетик | большинство вращений параллельно друг другу, некоторые вращения антипараллельно | магнетит (Fe 3 O 4 ), железо-иттриевый гранат (ЖИГ) |
| антиферромагнитный | периодическое параллельно-антипараллельное распределение спинов | хром, FeMn, NiO |
| парамагнитный | спинов имеют тенденцию выравниваться параллельно внешнему магнитному полю | кислород, натрий, алюминий, кальций, уран |
| диамагнитный | спинов имеют тенденцию выравниваться антипараллельно внешнему магнитному полю | азот, медь, серебро, золото, вода, органические соединения |
| супердиамагнитный | все спины выровнены антипараллельно внешнему полю | Эффект Мейснера в сверхпроводниках |
сплавы
Сталь…
| тип | состав | магнитный? | прочие характеристики |
|---|---|---|---|
| ферритная нержавеющая | Fe, Cr, C | да | умеренная коррозионная стойкость, умеренная стойкость |
| аустенитная нержавеющая | Fe, Cr, Ni, C | № | высокая коррозионная стойкость, средняя стойкость |
| мартенситная нержавеющая | Fe, Cr, C | да | умеренная коррозионная стойкость, высокая прочность |
| не нержавеющее (высокоуглеродистое) | Fe, C | да | низкая коррозионная стойкость, высокая прочность |
Сплавы, специально предназначенные для постоянных магнитов…
- Алнико
- Самариевые сплавы
- Сплавы неодимовые
Ферромагнитные сплавы целиком из цветных металлов…
- Сплав Гейслера: медь, олово, марганец в соотношении 2: 1: 1.Фридрих Гейслер (1866–1947) Германия. Медь можно заменить серебром. Олово можно заменить алюминием, мышьяком, сурьмой, висмутом или бором.
- CrO 2
- EuO
магнитная запись
основной механизм
медиаформатов
медиа-форм
- проводная запись
- катушка
- барабанов
- дисков
подложки
- гибкий: лента и дискеты, обычно полиэстер
- жесткий: жесткие диски, обычно алюминиевые
ферромагнитный материал
- хард vs.мягкий
- Твердым магнитным материалам требуются относительно сильные магнитные поля для постоянного намагничивания и реверсирования или стирания намагниченности. Они наиболее подходят для хранения цифровых данных
- Для намагничивания мягких магнитных носителей требуются относительно слабые магнитные поля. Они больше подходят для аналоговой аудио- и видеозаписи.
| тип | смещение | материал | комментариев |
|---|---|---|---|
| I | нормальный | гамма оксид железа (γ-Fe 2 O 3 ) | Впервые серийно произведено в 1937 году |
| II | высокая | диоксид хрома (CrO 2 ) | позже заменен слоями оксида железа (Fe 2 O 3 ) и кобальта (Co) с аналогичными магнитными характеристиками |
| III | железо хром (FeCr) | быстро устарел | |
| IV | металл | Металлическое железо мелкого помола | позже заменен на смеси тонкоизмельченного железа и кобальта |
| н / д | Феррит бария (BaFe 12 O 19 ) | магнитные полосы на банковских и кредитных картах, высокая коэрцитивность, меньше подвержены случайному стиранию |
температуры перехода
Температура Кюри названа в честь французского физика Пьера Кюри (1859–1906), который открыл законы, связывающие некоторые магнитные свойства с изменением температуры в 1895 году.
Антиферромагнитный эквивалент температуры Кюри назван температурой Нееля в честь французского физика Луи Нееля (1904–2000), который успешно объяснил антиферромагнетизм в 1936 году.
| элементы | Т С (К) |
|---|---|
| железо | 1043 |
| кобальт | 1404 |
| никель | 628 |
| гадолиний | 289 |
| эрбий | 32 |
| диспрозий | 155 |
| соединения железа | Т С (К) |
|---|---|
| феррит бария | 720 |
| феррит стронция | 720 |
| Алнико | 1160 |
| Алюмель | 436 |
| Мутамель | 659 |
| Пермаллой | 869 |
| Trafoperm | 1027 |
| NdFeB | 580 |
| SmCo 5 | 990 |
| Sm 2 Co 17 | 1070 |
| соединения цветных металлов | Т С (К) |
|---|---|
| CrO 2 | 390 |
| CuAlMn 3 | ? |
| La x Ca 1 − x B 6 | 900 |
| MnAs | 318 |
| MnBi | 633 |
| MnSb | 587 |
| полимеризованный C 60 | ~ 500 |
| материал | Т Н (К) |
|---|---|
| CoCl 2 | 25 |
| CoF 2 | 38 |
| CoO | 291 |
| хром | 475 |
| Cr 2 O 3 | 307 |
| эрбий | 80 |
| FeCl 2 | 70 |
| FeF 2 | 79–90 |
| FeO | 198 |
| FeMn | 490 |
| α-Fe 2 O 3 | 953 |
| MnF 2 | 72–75 |
| MnO | 122 |
| MnSe | 173 |
| MnTe | 310–323 |
| NiCl 2 | 50 |
| NiF 2 | 78–83 |
| NiFeO | 180 |
| NiO | 533–650 |
| TiCl 3 | 100 |
| UCu 5 | 15 |
| V 2 O 3 | 170 |
животный магнетизм (магнитотаксис?)
- жуткие ползания
- бактерии магнитотактические
- плоских червей ( Platyhelminthes )
- медоносных пчел?
- рыб
- чавычи ( Oncorhynchus tshawytscha )
- желтоперый тунец ( Thunnus albacares )
- земноводных
- Краснопятнистый тритон ( Notophthalmus viridescens viridescens )
- рептилии
- головастая морская черепаха ( Caretta caretta )? или это какая-то другая разновидность?
- птиц
- сизый голубь ( Columba livia )
- боболинк ( Dolichonyx oryzivorus )
- млекопитающих
- Голый землекоп ( Heterocephalus glaber )
- Сибирский хомяк ( Phodopus sungorus )? или это какая-то другая разновидность?
- коричневая летучая мышь ( Eptesicus fuscus )
охрана труда
текст
| прибор | Б (мкТл) |
|---|---|
| цветной экран ЭЛТ телевизора / компьютера | 500 |
| плита электрическая | 1000 |
| фен | 1000 |
| поезд на маглеве | 100 |
текст
| расположение | медиана (мкТл) | диапазон (мкТл) | |
|---|---|---|---|
| земная поверхность | 45 | 40–60 | |
| рабочее место: | делопроизводитель без компьютера | 0.05 | 0,02–0,20 |
| делопроизводитель с компьютером | 0,12 | 0,05–0,45 | |
| машинист | 0,19 | 0,06–2,76 | |
| ЛЭП | 0,25 | 0,05–3,48 | |
| электрик | 0,54 | 0,08–3,40 | |
| сварщик | 0.82 | 0,17–9,60 | |
| дом: | типичный дом в США | 0,09 | 0,03–0,37 |
МРТ
магнитно-резонансная томография (ядерный магнитный резонанс)
- атомов в магнитном поле будут поглощать, а затем выделять энергию в виде радиоволн
- каждый атом, видимый для МРТ, имеет свою собственную радиочастоту (каждый атом – это собственная радиовышка)
- Все ядра, содержащие нечетное число нуклонов, обладают собственным магнитным моментом и угловым моментом
- Какие атомы можно увидеть при МРТ (частоты ЯМР при 1 Тл)?
- (42.38 МГц) водород 1
- (40,05 МГц) фтор 19 (в большом количестве лекарств)
- (16,33 МГц) литий 7 (в нашем организме немного, но содержится в лекарствах для лечения биполярного расстройства)
- натрий 23 (используется нейронами для выработки электрических сигналов)
- (17,25 МГц) фосфор 31 (участвует в энергосодержащих соединениях)
- (10,71 МГц) углерод 13
- калий (используется нейронами для выработки электрических сигналов)
- Одни и те же атомы в разных молекулах поглощают и излучают радиоволны на несколько разных частотах
22: Магнетизм – Физика LibreTexts
- Последнее обновление
- Сохранить как PDF
- Участники и авторства
Магнетизм – это класс физических явлений, которые опосредуются магнитными полями.Электрические токи и магнитные моменты элементарных частиц порождают магнитное поле, которое действует на другие токи и магнитные моменты. На каждый материал в той или иной степени влияет магнитное поле.
- 22.0: Прелюдия к магнетизму
- Магнетизм используется для объяснения уровней энергии атомов, космических лучей и заряженных частиц, захваченных в поясах Ван Аллена. И снова мы обнаружим, что все эти разрозненные явления связаны небольшим количеством основных физических принципов.
- 22.1: Магниты
- Магнетизм – это предмет, который включает в себя свойства магнитов, влияние магнитной силы на движущиеся заряды и токи и создание магнитных полей токами. Есть два типа магнитных полюсов: северный магнитный полюс и южный магнитный полюс. Северные магнитные полюса – это те полюса, которые притягиваются к географическому северному полюсу Земли. Как полюса отталкиваются, а разные полюса притягиваются. Магнитные полюса всегда встречаются парами север и юг.
- 22.2: Ферромагнетики и электромагниты
- Весь магнетизм создается электрическим током. Ферромагнитные материалы, такие как железо, проявляют сильные магнитные эффекты. Атомы в ферромагнитных материалах действуют как маленькие магниты (из-за токов внутри атомов) и могут быть выровнены, обычно в областях миллиметрового размера, называемых доменами. Домены могут расти и выравниваться в большем масштабе, создавая постоянные магниты. Такой материал намагничивается или становится магнитным.
- 22.3: Магнитные поля и линии магнитного поля
- Магнитные поля могут быть графически представлены линиями магнитного поля, свойства которых следующие: Поле касается линии магнитного поля. Напряженность поля пропорциональна плотности линий. Линии поля не могут пересекаться. Линии поля представляют собой непрерывные петли.
- 22.4: Напряженность магнитного поля – сила на движущийся заряд в магнитном поле
- Магнитные поля действуют на движущийся заряд q.Единицей измерения напряженности магнитного поля B в системе СИ является тесла (Тл). Направление силы на движущийся заряд задается правилом правой руки 1: направьте большой палец правой руки в направлении v, пальцы в направлении B, а перпендикуляр к ладони указывает в направлении F. Сила перпендикулярна плоскости, образованной \ (mathbf {v} \) и \ mathbf {B}.
- 22.5: Сила, действующая на движущийся заряд в магнитном поле – примеры и приложения
- Магнитная сила может создавать центростремительную силу и заставлять заряженную частицу двигаться по круговой траектории с радиусом \ [r = \ frac {mv } {qB}, \] где \ (v \) – составляющая скорости, перпендикулярная \ (B \) для заряженной частицы с массой \ (m \) и зарядом \ (q \).
- 22.6: Эффект Холла
- Мы видели влияние магнитного поля на свободно движущиеся заряды. Магнитное поле также влияет на заряды, движущиеся в проводнике. Одним из результатов является эффект Холла, который имеет важные последствия и приложения. Эффект Холла – это создание напряжения εε \ varepsilon, известного как ЭДС Холла, через проводник с током магнитным полем.
- 22.7: Магнитная сила на проводнике с током
- Магнитная сила на проводниках с током определяется выражением \ [F = \ pi B sin \ theta, \], где \ (\) – ток , \ (l \) – длина прямого проводника в однородном магнитном поле \ (B \), а \ (\ theta \) – угол между \ (I \) и \ (B \).Сила следует за RHR-1 большим пальцем в направлении \ (I \). \
- 22.8: Крутящий момент на токовой петле – Двигатели и измерители
- Крутящий момент \ (\ tau \) на токе – петля для переноски любой формы в однородном магнитном поле. это \ [\ tau = NIABsin \ theta, \], где \ (N \) – количество витков, \ (I \) – ток, \ (A \) – площадь петли, \ (B \) – напряженность магнитного поля, а \ (\ theta \) – угол между перпендикуляром к петле и магнитным полем.{-7} T \ cdot m / a \) – проницаемость свободного пространства. Направление магнитного поля, создаваемого длинным прямым проводом, определяется правилом правой руки 2 (RHR-2): направьте большой палец правой руки на d
- 22.10: Магнитная сила между двумя параллельными проводниками
- Сила между двумя параллельными токами \ (I_ {1} \) и \ (I_ {2} \), разделенными расстоянием \ (r \), имеет величину на единицу длины, определяемую как \ [\ frac {F} { l} = \ frac {\ mu_ {0} I_ {1} I_ {2}} {2 \ pi r}. \] Сила притягивает, если токи идут в одном направлении, и отталкивает, если они в противоположных направлениях.
- 22.11: Дополнительные приложения магнетизма
- Перекрещенные (перпендикулярные) электрические и магнитные поля действуют как фильтр скорости, создавая равные и противоположные силы на любой заряд со скоростью, перпендикулярной полям, и величиной \ [v = \ frac {E} {B}. \]
- 22.E: Магнетизм (упражнения)
Эскиз: магнитное поле идеального цилиндрического магнита с осью симметрии внутри плоскости изображения.Магнитное поле представлено линиями магнитного поля, которые показывают направление поля в разных точках. (CC-SA-BY-3.0; Geek3).
Авторы и авторство
Пол Питер Урон (почетный профессор Калифорнийского государственного университета, Сакраменто) и Роджер Хинрикс (Государственный университет Нью-Йорка, колледж в Освего) с участвующими авторами: Ким Диркс (Оклендский университет) и Манджула Шарма (Сиднейский университет). Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (by 4.0).
Основы магнетизма Рона Куртуса
SfC Home> Физика> Магнетизм>
Рона Куртуса (от 29 января 2013 г.)
Магнетизм – сила притяжения или отталкивания, действующая на расстоянии. Это связано с магнитным полем , которое вызывается движущимися электрически заряженными частицами. Это также присуще магнитным объектам, таким как магнит .
Магнит – это объект, который проявляет сильное магнитное поле и притягивает к себе такие материалы, как железо. Магниты имеют два полюса, которые называются северным (N) и южным (S) полюсами. Два магнита будут притягиваться своими противоположными полюсами, и каждый будет отражать одинаковый полюс другого магнита. Магнетизм имеет множество применений в современной жизни.
Вопросы, которые могут у вас возникнуть:
- Что такое магнитное поле?
- Что такое магнитная сила?
- Какая связь между магнетизмом и электричеством?
Этот урок ответит на эти вопросы.Полезный инструмент: Конвертация единиц
Магнитное поле
Магнитное поле состоит из воображаемых линий потока, исходящих от движущихся или вращающихся электрически заряженных частиц. Примеры включают спин протона и движение электронов по проводу в электрической цепи.
Из чего на самом деле состоит магнитное поле, остается загадкой, но мы знаем, что это особое свойство пространства.
Магнитное поле или силовые линии движущейся заряженной частицы
Названия полюсов
Линии магнитного потока текут от одного конца объекта к другому.По соглашению мы называем один конец магнитного объекта северным или северным полюсом, а другой – южным или южным полюсом, что связано с северным и южным магнитными полюсами Земли. Магнитный поток определяется как движущийся от N до S.
Примечание : Земля не соответствует магнитной конфигурации на приведенном выше рисунке. Вместо этого линии потока противоположны движущейся заряженной частице.
( См. Дополнительную информацию о Северном магнитном полюсе).)
Магниты
Хотя отдельные частицы, такие как электроны, могут иметь магнитные поля, более крупные объекты, такие как кусок железа, также могут иметь магнитное поле, как сумму полей его частиц. Если более крупный объект демонстрирует достаточно большое магнитное поле, он называется магнитом.
( См. Дополнительную информацию в Магнитах. )
Магнитная сила
Магнитное поле объекта может создавать магнитную силу на других объектах с помощью магнитных полей.Эта сила и есть то, что мы называем магнетизмом.
Когда магнитное поле применяется к движущемуся электрическому заряду, например движущемуся протону или электрическому току в проводе, сила, действующая на заряд, называется силой Лоренца.
(Дополнительную информацию см. В разделе «Магнетизм и сила Лоренца». )
Аттракцион
Когда два магнита или магнитных объекта находятся близко друг к другу, возникает сила, которая притягивает полюса друг к другу.
Сила притягивает N к S
Магниты также сильно притягивают ферромагнитные материалы, такие как железо, никель и кобальт.
( См. Дополнительную информацию о магнитных материалах. )
Отталкивание
Когда два магнитных объекта имеют одинаковые полюса, обращенные друг к другу, магнитная сила раздвигает их.
Сила раздвигает магнитные объекты
Магниты также могут слабо отражать диамагнитные материалы. ( Для получения дополнительной информации см. Магнитные материалы. )
Магнитное и электрическое поля
Магнитное и электрическое поля одинаковы и различны.Они также взаимосвязаны.
Электрические заряды и магнетизм аналогичные
Так же, как положительный (+) и отрицательный (-) электрические заряды притягиваются друг к другу, полюса N и S магнита притягиваются друг к другу.
В электричестве, как заряды, отталкиваются, а в магнетизме, как полюса.
Электрические заряды и магнетизм разные
Магнитное поле – это дипольное поле. Это означает, что у каждого магнита должно быть два полюса.
С другой стороны, положительный (+) или отрицательный (-) электрический заряд может существовать отдельно.Электрические заряды называются монополями, поскольку они могут существовать без противоположного заряда.
Сводка
Магнетизм – это сила, действующая на расстоянии и вызванная магнитным полем. Магнитная сила сильно притягивает противоположный полюс другого магнита и отталкивает такой же полюс. Магнитное поле и похоже, и отличается от электрического поля.
Будь ценным для других
Ресурсы и ссылки
Полномочия Рона Куртуса
Сайтов
Объяснение магнетизма – из НАСА
Как работают магнитные доски
Ресурсы магнетизма
Книги
Книги по магнетизму с самым высоким рейтингом
Вопросы и комментарии
Есть ли у вас какие-либо вопросы, комментарии или мнения по этой теме? Если да, отправьте свой отзыв по электронной почте.Я постараюсь вернуться к вам как можно скорее.
Поделиться страницей
Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:
Студенты и исследователи
Веб-адрес этой страницы:
www.school-for-champions.com/science/
магнетизм.htm
Пожалуйста, включите его в качестве ссылки на свой веб-сайт или в качестве ссылки в своем отчете, документе или тезисе.
Авторские права © Ограничения
Где ты сейчас?
Школа чемпионов
Магнетизм темы
Основы магнетизма
Физика МРТ и способы ее использования для раскрытия тайн разума · Frontiers for Young Minds
Аннотация
Наша способность интерпретировать и обрабатывать информацию и регулировать эмоции определяется структурой и химическим составом нашего мозга.Изменение структуры или биохимического состава нашего мозга может повлиять на наше психическое здоровье, то, как мы справляемся с обычными жизненными стрессами, нашу продуктивность и наше общее самочувствие. Ученые, заинтересованные в изучении заболеваний мозга и психического здоровья (называемые нейробиологами), стремятся понять, как архитектура и биохимический состав мозга различаются в зависимости от состояния здоровья и болезни. Для этого мы используем метод, называемый магнитно-резонансной томографией (МРТ), чтобы получить изображение внутри живого мозга, чтобы изучить его функции и структуру.В этой статье объясняется физика МРТ и то, как мы используем ее для создания изображений нашего мозга, чтобы исследовать, как работает разум.
Мозг: обитель разума
Являясь центром нервной системы, мозг воспринимает информацию из нашего окружения. Мозг интерпретирует информацию и одновременно высвобождает химические вещества и посылает электрические сигналы (сообщения), заставляющие тело реагировать. Однако наш мозг не только регулирует наши тела и движения, но и является домом нашего разума.Мозг – это физическое место, где обитает разум.
Наш разум постоянно контролирует поток информации – наши воспоминания, мысли, эмоции и воображение. Этот поток информации (рисунок 1A) можно рассматривать как социальную сеть, в которой вместо сообщений, отправляемых между друзьями в социальных сетях, информация отправляется в разные части мозга вдоль нейронов. Сеть разума зависит от основной структуры и химического состава мозга для успешного функционирования.Фактически, успешная или эффективная интеллектуальная сеть позволяет нам быть когнитивно (наша способность выполнять умственную деятельность), эмоционально и социально здоровыми.
- Рисунок 1 – Сеть разума.
- (A) Поток информации, наши эмоции и наши мысли можно рассматривать как социальную сеть, в которой вместо сообщений, отправляемых между друзьями в социальных сетях, информация отправляется в разные части мозга по нейронам. (B) При психических расстройствах, таких как депрессия и тревога, мы часто видим нарушение сети разума.Это нарушение может повлиять на то, как сеть разума отправляет, получает или интерпретирует сообщения.
Психическое здоровье
Сеть разума, способ отправки информации и лежащая в ее основе структура определяют наше психическое здоровье. При психических расстройствах, таких как депрессия и тревога, мы часто видим нарушение сети разума (рис. 1B). Это изменение основной структуры и химического состава нашего мозга может повлиять на то, как мы можем справляться с обычными жизненными стрессами, на нашу продуктивность и наше общее благополучие.Поэтому нейробиологи, которые хотят понять расстройства психического здоровья и то, как мы все можем оставаться психически здоровыми, стремятся изучить сеть разума. Если мы сможем понять, как структура и химический состав мозга приводят к здоровому функционированию, тогда мы сможем понять и расстройства мозга. Однако, чтобы иметь возможность изучать разум и его сеть, нам нужно заглядывать в мозг людей. Для этого мы используем MRI .
Магнитно-резонансная томография: МРТ
Магнитно-резонансная томография (МРТ) позволяет нам заглянуть внутрь человеческого тела с удивительной детализацией с помощью магнитов и радиоволн.Первый сканер МРТ, использованный для визуализации человеческого тела, был построен в Нью-Йорке в 1977 году. С тех пор технология прошла долгий путь, и теперь врачи часто используют МРТ, чтобы заглянуть внутрь человеческого тела. Это связано с тем, что МРТ не включает радиацию (например, рентген или компьютерную томографию), и по всему миру устанавливается все больше и больше сканеров МРТ.
«Магнит» в магнитно-резонансной томографии
Сканер МРТ – это, по сути, гигантский магнит. Сила магнита измеряется в единицах Тесла (Тл).Большинство МРТ-сканеров, используемых в больницах и медицинских исследовательских клиниках, имеют мощность 1,5 или 3 Тл. Для сравнения: магнитное поле Земли составляет около 0,00006 Тл. Сканер МРТ 3 Тл примерно в 60 000 раз сильнее, чем магнитное поле Земли!
MRI использует магнитные поля и радиоволны для измерения количества воды в различных тканях тела, отображает расположение воды и затем использует эту информацию для создания подробного изображения. Изображения настолько подробны, потому что наши тела примерно на 65% состоят из воды, поэтому нам нужно измерить множество сигналов.Молекула воды (H 2 O) состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Атомы водорода (H) – это та часть, которая делает воду интересной для МРТ, и то, что мы используем для измерения сигнала от тела при проведении МРТ.
Если мы посмотрим на водород более подробно, мы увидим, что у него есть центральное ядро, содержащее единственный положительный заряд, называемый протоном (рис. 2А). Подобно Земле, вращающейся вокруг своей оси с северным и южным магнитными полюсами, каждый вращающийся протон водорода подобен крошечному магниту, который вращается вокруг своей оси.Это вращательное движение известно как прецессия. В любой момент времени все миллиарды протонов водорода в наших телах находятся в случайных положениях и вращаются вокруг своих осей.
- Рисунок 2 – Протоны водорода и их поведение в магнитном поле.
- (A) Вода состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Ядро водорода (показано красным как P +) содержит один положительный заряд – протон, вращающийся вокруг своей оси, который действует как крошечный магнит. (B) В сканере МРТ протоны совпадают с магнитным полем B0, некоторые «вверху» (красный) и немного меньше «вниз» (белый). Общее магнитное поле, генерируемое всеми протонами водорода, почти компенсирует друг друга, оставляя только магнитное поле небольшой части дополнительных протонов «вверх», и именно это небольшое магнитное поле мы можем измерить с помощью МРТ. (C) Когда включается радиочастотная волна / импульс с той же частотой, что и частота прецессии протона, протоны «вверх» отклоняются от поля B0, поскольку они поглощают радиочастотную энергию.
Однако эта случайность меняется, когда мы помещаем человеческое тело в очень сильное магнитное поле, например, в МРТ-сканер. Точно так же, как стрелка компаса выравнивается по магнитному полю Земли, когда эти беспорядочно вращающиеся протоны водорода помещаются в сканер МРТ, их оси выравнивают их с более сильным магнитным полем сканера. Магнитное поле сканера мы называем полем B0 . Точно так же, как стрелка компаса в поле земли, сам компас не движется физически, а скорее стрелка вращается, чтобы выровняться.Точно так же протоны водорода физически не перемещаются в вашем теле, когда вы входите в МРТ-сканер, их оси просто выравниваются по направлению поля B0. Некоторые будут выровнены «вверх» (параллельно), а некоторые – «вниз» (антипараллельно), при этом все еще вращаясь вокруг своих собственных осей (рисунок 2B). Из-за чудесных законов квантовой физики, которые мы не будем здесь вдаваться в подробности, «верхних» протонов всегда немного больше, чем «нижних». Если вы теперь подумаете об общем магнитном поле, создаваемом всеми нашими протонами водорода, эти крошечные магниты почти нейтрализуют друг друга, оставляя только магнитное поле от небольшой части дополнительных протонов «вверх», и именно это небольшое магнитное поле является мы можем измерить с помощью МРТ.
Поле B0 не только влияет на выравнивание протонов водорода, но также влияет на скорость вращения этих протонов (так называемая частота прецессии ). Частота прецессии зависит от напряженности магнитного поля. Чем сильнее магнитное поле, тем быстрее они вращаются. Эти две идеи перестройки оси и частоты прецессии важны, когда мы используем МРТ для измерения сигнала от этих молекул водорода.
Как мы обнаруживаем магнитное поле?
Итак, как нам отличить крошечное магнитное поле, вызванное дополнительными протонами водорода в нашем теле, от массивного поля B0 сканера? Мы используем так называемый радиочастотный импульс (RF) , чтобы одновременно нарушить или перевернуть все протоны, не совпадающие с магнитным полем сканера (рис. 2C).Частота RF-импульса должна быть такой же, как частота вращающихся протонов водорода, чтобы они могли обмениваться энергией, так что они на резонансе друг с другом. Резонанс позволяет протонам поглощать достаточно энергии радиочастотного импульса, чтобы вращать свои оси в сторону от поля B0, чтобы сканер МРТ мог его измерить. Если мы снова подумаем о нашем компасе в магнитном поле Земли, указывающем на северный полюс, мы можем заставить стрелку вращаться так, чтобы указывать на восток, если мы поместим небольшой стержневой магнит рядом с компасом.Это похоже на поведение протонов, когда мы включаем РЧ-импульс.
Если все тело заполнено водородными протонами «вверх», все вращаются с одной и той же частотой прецессии в B0, как нам нацелить только те протоны в мозгу, чтобы исследовать психическое здоровье? Мы используем тот факт, что частота прецессии протонов зависит от напряженности магнитного поля. Мы применяем второе магнитное поле B1, которое меняется по телу. В примере, показанном на рисунке 3A, протоны водорода в голове будут вращаться быстрее, чем протоны в груди, животе и ногах.Затем мы настраиваем РЧ-импульс на частоту прецессии протонов водорода в голове. Тогда РЧ-импульс будет резонировать только с протонами в мозгу. Следовательно, только протоны в мозгу будут поглощать энергию радиочастотного импульса и отклоняться от поля B0. Мы, очевидно, можем настроить наш РЧ-импульс так, чтобы он резонировал с протонами в других частях тела, например, ступнях, если бы мы были заинтересованы в визуализации ступней!
- Рисунок 3 – Фокусировка нашего изображения.
- (A) Применяется поле B1, которое увеличивается по всему телу, от ступни к голове.Протоны водорода в голове будут вращаться быстрее, чем в ногах. (B) Различные ткани, такие как белое вещество, серое вещество и спинномозговая жидкость (CSF) в организме, выделяют разное количество энергии. Чтобы измерить энергию, излучаемую протонами в головном мозге при выключенном РЧ-импульсе, мы помещаем катушку вокруг головы. (C) Этот метод может предоставить множество различных изображений мозга, давая нам информацию о (вверху справа): как мозг структурно связан через белое вещество – информационные магистрали мозга.(В центре справа): объем областей серого вещества мозга, в которых обрабатывается информация. (Внизу справа): как мозг функционально связан – как различные области мозга взаимодействуют и работают вместе.
Как мы можем получить изображение от этих вращающихся протонов?
Итак, как мы можем получить изображение этих вращающихся, перевернутых протонов водорода в мозгу? Когда РЧ-импульс выключен, протоны переворачиваются и перестраиваются вдоль основного магнитного поля B0. Если мы снова подумаем о нашем компасе, когда мы отодвинем маленький стержневой магнит от нас, стрелка будет вращаться с востока на север и снова выровняется с магнитным полем Земли.Когда протоны переворачиваются и выравниваются с B0, они выделяют энергию. Различные ткани тела выделяют разное количество энергии. Чтобы измерить эту излучаемую энергию, нам требуется специальное оборудование (называемое катушкой), которое размещается вокруг части тела, которую мы визуализируем (рис. 3B). Катушка действует как антенна и определяет высвобождаемую энергию как электрический ток. Электрический ток преобразуется с помощью компьютера с использованием математического расчета, называемого преобразованием Фурье .Поскольку протоны в различных тканях мозга, таких как серое вещество, белое вещество и кровь, выделяют разное количество энергии, результатом преобразования энергии является высокодетализированное изображение ткани внутри мозга.
Заключение
Теперь мы описали, как мы используем МРТ для генерации и измерения сигнала от молекул воды в организме. Но помимо получения изображений изнутри нашего тела, МРТ также может использоваться для ответа на множество различных вопросов о структуре мозга и о том, как он функционирует.По изображениям МРТ мы можем исследовать не только структуру и химический состав мозга, но и то, как связаны сети нашего разума и как различные области мозга взаимодействуют друг с другом (рис. 3C). Таким образом нейробиологи могут исследовать, чем сеть разума отличается при нарушениях здоровья и психического здоровья. Понимая, как заболевание психического здоровья меняет мозг, мы можем приступить к разработке лечения этих расстройств.
Глоссарий
MRI : ↑ Магнитно-резонансная томография.
B0 : ↑ Главное магнитное поле МРТ сканера.
Частота прецессии : ↑ Скорость вращения протонов в магнитном поле.
RF : ↑ Радиочастотный импульс, используемый для наводки на резонансные протоны вдали от поля B0.
On Resonance : ↑ Имеют ту же частоту.
Преобразование Фурье : ↑ Математический расчет, который используется для преобразования электрического тока в катушке в изображение.
Заявление о конфликте интересов
Автор заявляет, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Удивительные скульптуры с магией магии
В том, как магниты воплощают физику в жизнь, есть что-то почти волшебное – они берут невидимое и делают его осязаемым, превращая силовые линии и дальнодействующие силы в нечто, что вы можете физически ощутить.Говорят даже, что в детстве Альберт Эйнштейн был очарован магнитным компасом, который ему дали. Кто знает, насколько изменился бы мир сегодня, если бы он не получил этот подарок? Принесите немного магнетической магии в свой дом и совместите искусство с наукой в этом веселом занятии!
Эта часть проста – дайте волю своему творчеству! Создавайте скульптуры из металлических предметов, используя магнит в качестве основы. Вы обнаружите, что структуры, которые обычно были бы невозможны, легко соединяются благодаря способности магнита поляризовать железные объекты.
Этот обычный железный обтягивающий металлический корпус, помещенный поверх редкоземельного магнита, сохраняет необычную структуру.
Что происходит?
Вы, наверное, заметили, что не все металлические предметы притягиваются магнитами. На самом деле, есть только несколько веществ, которые мы называем ферромагнетиками, то есть они будут прилипать к магнитам. Но как это происходит и как магнит, кажется, передает свой магнетизм объектам, которых он касается?
У каждого магнита есть северный полюс и южный полюс, и это свойство определяет удивительное поведение магнитов.Одинаковые полюса притягиваются друг к другу, в то время как противоположные полюса отталкиваются, но почему одни материалы магнитны, а другие нет?
На молекулярном уровне каждый атом действует как крошечный магнит. В большинстве материалов эти магниты молекулярного масштаба ориентированы как бы случайным образом, указывая во всех разных направлениях, поэтому магнитное поле любого одного атома компенсируется полями окружающих его.
В магните, однако, поля атомов выровнены, поэтому они складываются по силе, а не компенсируются, и в результате получается нечто, обладающее достаточно сильным магнетизмом, чтобы его можно было почувствовать руками, когда вы пытаетесь сдвинуть два одинаковых полюса вместе. .
Железо и другие материалы, которые могут притягиваться магнитами, находятся где-то посередине между этими двумя случаями. При обычных обстоятельствах магнитная ориентация их атомов в основном случайна, но они более свободны в перемещении, чем в неферромагнитных материалах. Когда мы приводим железный объект в контакт с южным полюсом магнита, все северные полюса объекта притягиваются к нему и поворачиваются, чтобы быть лицом к южному полюсу магнита.
Это дает эффект превращения утюга в магнит – когда все северные полюса куска металла направлены вниз, все южные полюса направлены вверх, что означает, что само железо теперь фактически является магнитом и будет вести себя такой же, как один.В результате вы можете строить цепочки из ферромагнитных объектов, как на картинке выше; пока один из них подключен к достаточно мощному магниту, все будет хорошо склеиваться.
Применить!
Как можно использовать сильный постоянный магнит, чтобы сделать другой, более слабый постоянный магнит из ферромагнетика?
Односторонний перенос магнитных полей
& bullet; Physics 11, s134
Исследователи создали материал, который действует как магнитный диод, передавая магнетизм от одного объекта к другому, но не наоборот.
J. Prat-Camps et al ., Phys. Rev. Lett. (2018)
J. Prat-Camps et al ., Phys. Rev. Lett. (2018)
×Jordi Prat-Camps создает магнитные метаматериалы – структуры, которые манипулируют магнитными полями нетрадиционными способами. За последние несколько лет физик из Университета Сассекса в Великобритании и его коллеги сконструировали мантию, которая делает объекты невидимыми для магнитных полей, и «червоточину», которая направляет магнитное поле между двумя точками в космосе. невидимый туннель, а также прочее.Их новейший материал, который действует как магнитный диод, обеспечивает однонаправленную передачу магнитного поля между двумя объектами. Прат-Кампс говорит, что такое устройство могло бы повысить эффективность магнитных систем беспроводной передачи энергии.
Электрический ток, протекающий через катушку с медной проволокой, создает в катушке магнитное поле. Это магнитное поле может затем передаваться на ближайший магнитный объект, например, на вторую катушку провода. Законы электромагнетизма и экспериментальные демонстрации на сегодняшний день предсказывают, что эта передача является симметричной, что означает, что магнитные поля перемещаются как от катушки A к катушке B, так и от катушки B к катушке A.Прат-Кампс и его коллеги задавались вопросом, смогут ли они нарушить так называемую магнитную взаимность и заставить магнитное поле переноситься в одну сторону. Они обнаружили, что ответ будет положительным, если обе катушки будут размещены между двумя стенками полого вращающегося проводящего цилиндра, причем стенки имеют U-образное поперечное сечение.
В ходе расчетов и демонстрации принципа действия Прат-Кампс и его коллеги показали, что когда цилиндр вращается с постоянной скоростью, магнитное поле от катушки A может передаваться, например, на катушку B, но не наоборот.Эта невзаимность сохраняется, пока цилиндр продолжает вращаться. Prat-Camps говорит, что их нынешнее устройство громоздко и непрактично для повседневного использования, но команда изучает другие конструкции устройств.
Это исследование опубликовано в Physical Review Letters .
– Кэтрин Райт
Кэтрин Райт – старший редактор журнала Physics .
Тематические области
Статьи по теме
МагнетизмРаскрытие спинового смешения в ферромагнетиках
Эксперименты с тонкими магнитными пленками показывают, что смешение спиновых состояний оказывает большее, чем ожидалось, влияние на спектроскопические измерения, используемые для исследования магнитных взаимодействий в материалы.Подробнее »
Еще статьиФизика 133 недели 8 и 9 (Магнетизм и электромагнетизм) – Физический факультет
** ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ** Любые демонстрации, которым требуется источник питания, могут легко« замкнуть »его. Обратите внимание на свои схемы и при необходимости включите контактный ключ-переключатель или блок резисторов.
Магниты в ассортименте
У нас в демонстрационной комнате много разных магнитов. Вот лишь некоторые из них, которые можно найти в шкафах. Если вы хотите использовать железный цилиндр, чтобы обсудить разницу между куском металла и магнитом, пожалуйста, не забудьте НЕ хранить металл в контакте с магнитом.
Видя линии магнитного поля
Используя набор компасов, игл и железных опилок, вы можете показать своим ученикам силовые линии магнитного поля, окружающие различные типы магнитов.
Игла для погружения
Сначала выровняйте стрелку по горизонтали, как обычный циркуль. Затем поверните диск так, чтобы игла была перпендикулярна земле. Угол, отсчитываемый от вертикали, – это угол, под которым магнитное поле Земли выходит за пределы поверхности.
Магнитная сила
Используя стержневые магниты или намагниченные иглы на осях, магнитную колыбель Ньютона или даже несколько магнитов для пончиков на цилиндре, вы можете показать своим ученикам основы, лежащие в основе магнитной силы!
Эффект Эрстеда
** ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ** Включите блок резисторов или контактный ключ последовательно с блоком питания
.Используйте набор циркулей, размещенных вокруг различных проводов, чтобы показать вашим ученикам эффект Эрстеда.
Отклонение электронов
** ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ** Источник рентгеновского излучения. Лимит воздействия
Используйте ручной высокочастотный генератор, чтобы создать электронный луч в этой электронно-лучевой трубке. Заставьте луч отклониться, поднеся поблизости сильный магнит.
Отклонение провода
** ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ** Создает короткое замыкание, не удерживайте переключатель в нажатом положении долго.
Когда вы нажимаете переключатель, ток проходит через длинный кусок алюминиевой фольги. Поскольку он подвешен в магнитном поле, он будет отклоняться вверх или вниз в зависимости от полярности.
Вибрационные фары
Если поднести сильный магнит к стеклу угольной колбы, нить накала начнет колебаться, поскольку переменный ток прикладывает переменную силу к нити.
Силы на токоведущих проводах
Два проводника могут поворачиваться, когда через них проходит ток.