Магнитное поле его характеристики и свойства: works.doklad.ru – Учебные материалы

Содержание

Занятие по теме “Магнитное поле и его основные характеристики”

Цели:

Образовательная цель: сформировать у студентов представление об магнитном поле как об основном из видов материи и раскрыть свойства магнитного поля, его силовую характеристику и материальность.

Развивающая цель: расширить диалектическое представление о материи, о неразрывной связи вещества и поля. Развивать интеллектуальные способности учащихся через умение решать задачи, анализировать полученный результат, делать выводы; уметь излагать в доступной научной форме свои мысли; уметь обобщать.

Воспитательная цель: воспитывать умение преодолевать трудности, выслушивать оппонентов, отстаивать свою точку зрения, уважать окружающих.

Основные знания и умения:

  • Знать определение магнитного поля и его силовую характеристику.
  • Уметь применять правило буравчика для определения направления вектора индукции магнитного поля тока; графически изображать магнитные поля прямолинейного, кругового токов и соленоида, определять модуль вектора магнитной индукции.

Оборудование:

  • электрофорная машина, две изолирующие стойки;
  • магнитные стрелки, проволочные катушки;
  • постоянные магниты (полосовой и подковообразный), железные опилки;
  • источник постоянного тока;
  • компьютер;
  • мультимедиапроектор.

Демонстрации: взаимодействие постоянных магнитов; отсутствие магнитного поля вокруг проводника со статическим зарядом, существование магнитного поля вокруг проводника с током, взаимодействия двух гибких проводников, расположенных вертикально, взаимодействие витка с током и постоянным магнитом, взаимодействие катушек с током, направленным в одну сторону, взаимодействие витков с током, направленным в разные стороны, постоянная ориентация вращающейся магнитной стрелки в магнитном поле.

Ход урока

I. Организационный момент.

Эпиграфом урока послужат слова Конфуция:

“Три пути ведут к знанию: путь размышления – это путь самый благородный, путь подражания – это путь самый легкий, и путь опыта – это путь самый горький”.

В ходе урока мы воспользуемся тремя путями, которые ведут к знаниям, по мнению философа. Но какой путь для вас самый приемлемый решать вам.

II. Актуализация опорных знаний учащихся.

Я предлагаю ответить на вопросы тестового задания, путем размышления, опираясь на полученные знания предыдущих уроков.

Тест (взаимопроверка) I вариант А, II вариант Б.

1. Вычислить общее сопротивление участка цепи:

А) R1= 2 Ом, R2 = 5 Ом, R 3= 0, 2 Ом

Б) R1= 2 Ом, R2 = 5 Ом, R3= 0, 2 Ом

2.

А) Как движутся в металлических проводниках свободные электроны при отсутствии в них электрических полей?
Б) Как движутся в металлических проводниках свободные электроны при наличии в них электрических полей?

3. При каком соединении проводников:

А) а) б ) Rоб =   в)
Б) а) I1 : I2 : I3 = б ) Uоб = U1 = U2 = … = Un в) I =

4. Дополнить одну из частей уравнения:

А) а) I = б) … = в)
Б) б) I = б) Q = I…Rt в ) Р =

Ответы:

1. А) 7,2 Ом Б) 5,7 Ом

2. А)Хаотически Б) направленно навстречу полю

3.

А) а) последовательном, б) при параллельном соединении n одинаковых проводников; в)при последовательном соединении.
Б) а)Параллельном б) параллельном в) при параллельном n одинаковых проводников.

4.

А) а) ; б) R; в) t.


Б) а) R; б) I 2; в) А.

III. Изучение нового материала.

  1. Вспомните как взаимодействуют неподвижные электрические заряды?
  2. Как определить силу взаимодействия неподвижных зарядов? (закон Кулона)
  3. Как осуществляется это взаимодействие? (согласно теории близкодействия взаимодействие между заряженными частицами осуществляется посредством электрического поля; каждый заряд создает электрическое поле, которое действует на другой заряд, и наоборот)
  4. Что такое электрическое поле?
  5. Неподвижные электрические заряды редко используются на практике. Для того, чтобы заставить электрические заряды служить нам, их надо привести в движение – создать электрический ток.
  6. Что такое электрический ток?

Проблема: Взаимодействуют ли между собой движущиеся заряды? Каков механизм этого взаимодействия?

Демонстрация взаимодействия двух гибких проводников, расположенных вертикально.

Каждый проводник с током имеет вокруг себя собственное магнитное поле, которое с некоторой силой действует на соседний проводник. В зависимости от направления токов проводники могут притягиваться или отталкиваться друг от друга. Итак, тема сегодняшнего урока

Магнитное поле и его основные характеристики

А что именно мы можем узнать о магнитном поле?

  • Определение магнитного поля и где оно образуется?
  • Свойства магнитного поля?
  • Как изобразить магнитное поле?
  • Какие величины характеризуют магнитное поле?
  • Сравнить с электрическим полем.

Тем самым мы с вами определили цели занятия.

Обсуждение.

1. Каков по аналогии с электрическим взаимодействием, должен быть механизм взаимодействия проводников с током?

Определение. Взаимодействия между проводниками с током, т. е. взаимодействия между движущимися электрическими зарядами, называют магнитными.

Вывод. Подобно тому, как в пространстве, окружающем неподвижные электрические заряды, возникает электрическое поле, в пространстве, окружающем токи, возникает поле, называемое магнитным.

Работа с учебником: найти определение магнитного поля, прочитать, записать в тетрадь, рассказать соседу.

2. Будет ли отклоняться второй проводник, если выключить ток в первом проводнике? (Продемонстрировать)
3. Будет ли действовать магнитное поле на проводник без тока? (Продемонстрировать)
4. Что может служить индикатором магнитного поля?
5. Будет ли отклоняться магнитная стрелка вблизи проводника, если по нему пропускать ток?

Сообщение студента (Приложение 1)

Работа в группах.

Задание 1. Повторить опыт Эрстеда.
Задание 2.Взаимодействие постоянных магнитов.


Задание 3. Взаимодействие витка с током и постоянным магнитом.
Задание 4 Взаимодействие катушек с током, направленным в одну сторону.
Задание 5. Взаимодействие витков с током, направленным в разные стороны.

Отчет групп.

Вывод. Движущиеся заряды (электрический ток) создают магнитное поле. Обнаруживается магнитное поле по действию на электрический ток.

Проблема: Каковы свойства магнитного поля?

Беседа, в результате которой получаем:

  1. Магнитное поле порождается электрическим током (движущимися зарядами).
  2. Магнитное поле обнаруживается по действию на ток
    (движущиеся заряды).
  3. Магнитное поле непрерывно и неограниченно.
  4. Магнитное поле существует реально и не зависит от нашего сознания.
  5. Действие магнитного поля может быть больше или меньше.
  6. Магнитное поле зависит от силы и направления электрического тока.

Следовательно, магнитное поле должно характеризоваться некоторой векторной величиной.

Проблема. Какая величина является характеристикой магнитного поля?

Основной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции . Условились считать, что вектор магнитной индукции в произвольной точке поля совпадает по направлению с силой, которая действует на северный полюс бесконечно малой магнитной стрелки, помещенной в эту точку поля. Сила, действующая со стороны магнитного поля на южный полюс стрелки, направлена в сторону противоположную вектору . Следовательно, в магнитном поле на магнитную стрелку действует пара сил, поворачивающая ее таким образом, чтобы ось стрелки, соединяющая южный полюс с северным, совпадала с направлением поля, т.е. с вектором .

Магнитные поля, в каждой точке которых действуют одинаковые по величине и направлению магнитные силы, называют однородными.

Вывод. Основной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции. За направление вектора магнитной индукции принимается направление от южного полюса S к северному полюсу N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле.

Магнитные поля могут быть однородными и неоднородными.

Эксперимент (приборы на столах)

  1. Вокруг проводника с током расположите несколько магнитных стрелок, включить ток. Как расположились стрелки?
  2. Измените направление тока. Как расположились стрелки?
  3. Сделать вывод.

Работа с учебником. Как определить направление вектора магнитной индукции?

Формулировка правила буравчика. (записать в тетрадь )

Проблема. Электрическое поле можно изобразить графически. А магнитное поле?

Вводится понятие линий магнитной индукции.

Виртуальная лабораторная работа “Наблюдение силовых линий магнитного поля”.

Цель работы: Изучить расположение силовых линий магнитного поля прямого тока, кругового тока, соленоида.

Выполнение работы:

  1. Работа с “Открытой физикой”.
  2. Тема: “Электричество и магнетизм”.
  3. Открыть модели: “Магнитное поле прямого тока”, “Магнитное поле кругового витка с током”, “Магнитное поле соленоида”.
  4. Для каждой модели зарисовать картинку с силовыми линиями магнитного поля.
  5. Изменить направление тока (сделать его отрицательным). Что изменилось?
  6. Сделать выводы по работе. Особенности линий магнитной индукции.

Картину линий магнитной индукции можно сделать видимой, воспользовавшись мелкими железными опилками.

Работа в группах.

  1. Магнитное поле полосового магнита.
  2. Магнитное поле подковообразного магнита.

Отчет групп (готовят заранее слайды для презентации).

Понятие вихревого поля.

Вывод. Магнитные поля графически изображается линиями индукции. Линии индукции магнитного поля реально не существуют. Это удобная графическая модель характеристики направления сил магнитного поля. Линии магнитной индукции всегда замкнуты.

Силовые линии однородного магнитного поля параллельны друг другу, а количество силовых линий через единичную площадку в любой области поля одинаково.

Какие это поля?

Ответ студентов. Чем они отличаются от однородного?

Решить задачи (Закрепить знание правила буравчика и применение этого правила).

1. По проводу идет электрический ток. В каком направлении повернется магнитная стрелка, помещенная в точку А? в точку С?

2)

Вывод. Итак, мы научились находить направление вектора магнитной индукции. Надо научиться определять модуль В.

Проблема. Выяснить экспериментально, от чего зависит сила действующая на проводник с током в магнитном поле.

Установка на рис. 136 Физика – 10. Г. Я. Мякишев

Выясняем, что

– сила достигает максимального значения, когда магнитная индукция перпендикулярна проводнику;

–  Fmax ~ I

– не зависит ни от силы тока в проводнике, ни от длины участка проводника.

В =

Работа с учебником. Найти определение модуля вектора магнитной индукции, прочитать, записать в тетрадь и рассказать соседу.

Вывод. В каждой точке магнитного поля могут быть определены направление вектора магнитной индукции и его модуль с помощью измерения силы, действующей на участок проводника с током

IV. Закрепление материала.

I. Разбор вопросов (для сравнения электростатического и магнитного полей):

1) Что является источником:

а) электростатического поля? (электрические заряды)
б) магнитного поля? (движущиеся электрические заряды – электрический ток)

2) При помощи чего передается взаимодействие:

а) электрических токов? (магнитным полем одного тока на другой ток; магнитными силами)
б) электрических зарядов? (электрическим полем одного заряда на другой заряд; электрическими силами)

3) Что является индикатором:

а) электростатического поля? (электрические заряды)
б) магнитного поля? (движущиеся электрические заряды – электрический ток)

4) Можно ли разрезать магнит так, чтобы один из полученных магнитов имел только северный полюс, а другой только южный?

5) В романе Жюля Верна “Пятнадцатилетний капитан” подлый Негоро один компас разбивает, а под другой подкладывает топор. А почему бы ему не разбить оба? И топор подложить нужно было умеючи, не так ли? Почему?

II. Решение задач.

1. Проводник, активная длина которого 0,3 м, находится в однородном магнитном поле перпендикулярно его линиям индукции. Определить индукцию магнитного поля, если оно, взаимодействуя с магнитным полем тока, выталкивает проводник с силой 1,2 Н, когда по нему проходит ток 4А (на доске с полным объяснением).

Самостоятельная работа.

I вариант

По проводнику длиной 45 см протекает ток силой 20 А. Чему равна индукция магнитного поля, в которое помещен проводник, если на проводник действует сила 9мН?

II вариант

Определите модуль силы, действующей на проводник с током длиной 20 см при силе тока 10 А в магнитном поле с индукцией 0,13 Тл.

V. Обобщение и подведение итогов урока. Мы сегодня с вами изучили Магнитное поле (пишем на доске в овале, напротив каждой стрелки – свойства, характеристики, т. е. составляем кластер “Магнитное поле”.

Итак, что же представляет собой магнитное поле? Магнитное поле- – это особый вид материи, о котором мы судим по его проявлению. Важнейшим свойством магнитного поля является его способность действовать с силой на проводник с током или движущиеся заряды. Природа магнитного поля до сих пор не раскрыта, но вот его свойства давно установлены и этими свойствами пользуются для решения различных задач.

VI. Домашнее задание: 11.2, заполнить таблицу “Сравнительная характеристика электрических и магнитных полей” (начата при изучении электрического поля).

Подготовить сообщения: “История развития магнетизма”, “Магнитное поле земли” (желательно с презентацией).

1.1 Магнитное поле и его характеристики

МАГНЕТИЗМ

Магнетизм – раздел физики, изучающий взаимодействие между электричес­ки­ми токами, между токами и магнитами (телами с магнитным моментом) и между магнитами.

            Долгое время магнетизм считался совершенно независимой от электричества наукой. Однако ряд важнейших открытий 19-20 веков А.Ампера, М.Фарадея и др. доказали связь электрических и магнитных явлений, что позволило считать учение о магнетизме составной частью учения об электричестве.

1. ОСНОВЫ МАГНИТОСТАТИКИ.   МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВАКУУМЕ

1.1. Магнитное поле и его характеристики.

Впервые магнитные явления были последовательно рассмотрены английским врачом и физиком Уильямом Гильбертом в его работе – «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле». Тогда казалось, что электричество и магнетизм не имеют ничего общего. Лишь в начале XIX века датский ученый Г.Х.Эрстед выдвинул идею о том, что магнетизм может оказаться одной из скрытых форм электричества, что и подтвердил в 1820 г. на опыте. Этот опыт повлек за собой лавину новых открытий, имевших огромное значение.

Многочисленные опыты начала XIX века показали, что каждый проводник с током и постоянный магнит способны оказывать силовое воздействие через пространство на другие проводники с током или магниты. Это происходит из-за того, что вокруг проводников с током и магнитов возникает поле, которое было названо магнитным.           

Рекомендуемые материалы

Для исследования магнитного поля применяют небольшую магнитную стрелку, подвешенную на нити или уравновешенную на острие (Рис.1.1). В каждой точке магнитного поля стрелка, расположенная произвольно, будет поворачиваться в определенном направлении. Это происходит из-за того, что в каждой точке магнитного поля на стрелку действует вращающий момент, который стремится расположить ее ось вдоль магнитного поля. Осью стрелки называется отрезок, соединяющий ее концы.

Рассмотрим ряд опытов, которые позволили установить основные свойства магнитного поля:

1. Если заряженный шарик из диэлектрика подвесить на нити вблизи магнитной стрелки, стрелка и шарик остаются неподвижными. Следовательно, постоянные магниты не действуют на неподвижные заряды и неподвижные заряды не создают магнитного поля.

2. Если магнитную стрелку поместить под прямолинейным проводником с током, то она будет поворачиваться, стремясь расположиться перпендикулярно проводнику (опыт Эрстеда). Смена направления тока на противоположное вызовет переориентацию стрелки на 180˚С.

3.   Пучок движущихся электронов оказывает действие на магнитную стрелку аналогичное проводнику с током (опыт Иоффе).

4. Конвекционные токи, образуемые движущимися заряженными телами, по своему действию на магнитную стрелку подобны токам проводимости (опыт Эйхенвальда).

            На основании данных опытов был сделан вывод о том, что магнитное поле создается только движущимися зарядами или движущимися заряженными телами, а также постоянными магнитами. Этим магнитное поле отличается от электрического поля, которое создается как движущимися, так и неподвижными зарядами и действует как на одни, так и на другие.

            Основной характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции . За направление магнитной индукции в данной точке поля принимают направление, по которому в данной точке располагается ось магнитной стрелки от S к N (рис.1.1). Графически магнитные поля изображаются силовыми линиями магнитной индукции, то есть кривыми, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора В.  

Обратите внимание на лекцию “ЛОТМАН Юрий Михайлович”.

Эти силовые линии можно увидеть с помощью железных опилок: например, если рассыпать опилки вокруг длинного прямолинейного проводника и пропустить через него ток, то опилки поведут себя подобно маленьким магнитикам, располагаясь вдоль силовых линий магнитного поля (рис. 1.2).

Как определить направление вектора  около проводника с током? Это можно сделать с помощью правила правой руки, которое иллюстрируется рис. 1.2. Большой палец правой руки ориентируют в направлении тока, тогда остальные пальцы в согнутом положении указывают направление силовых линий магнитного поля. В случае, изображенном на рис.1.2, линии  представляют собой концентрические окружности. Линии вектора магнитной индукции всегда замкнуты и охватывают проводник с током. Этим они отличаются от линий напряженности электрического поля, которые начинаются на положительных и кончаются на отрицательных зарядах, т.е разомкнуты. Линии магнитной индукции постоянного магнита выходят из одного полюса, называемого северным (N) и входят в другой – южный (S) (рис. 1.3а). Вначале кажется, что здесь наблюдается полная аналогия с линиями напряженности электрического поля Е, причем полюса магнитов играют роль магнитных зарядов. Однако если разрезать магнит, картина сохраняется, получаются более мелкие магниты со своими северными и южными полюсами, т.е. полюса  разделить невозможно, потому что свободных магнитных зарядов, в отличие от электрических зарядов, в природе не существует. Было установлено, что внутри магнитов имеется магнитное поле и линии магнитной индукции этого поля являются продолжением линий магнитной индукции вне магнита, т.е. замыкают их. Подобно постоянному магниту магнитное поле соленоида – катушки из тонкой изолированной проволоки с длиной намного больше диаметра, по которой течет ток (рис.1.3б). Конец соленоида, из которого ток в витке виден идущим против часовой стрелки, совпадает с северным полюсом магнита, другой – с южным. Магнитная индукция  в системе СИ  измеряется в Н/(А∙м), этой величине присвоено специальное наименование – тесла [Tл].

Согласно предположению французского физика А.Ампера, намагниченное железо (в частности, стрелки компаса) содержит непрерывно движущиеся заряды, т.е. электрические токи в атомном масштабе. Такие микроскопические токи, обусловленные движением электронов в атомах и молекулах, существуют в любом теле. Эти микротоки создают свое магнитное поле и могут сами поворачиваться во внешних полях, создаваемых проводниками с током. Например, если вблизи какого-либо тела поместить проводник с током, то под действием его магнитного поля микротоки во всех атомах определенным образом ориентируются, создавая в теле дополнительное магнитное поле. О природе и характере этих микротоков Ампер в то время  ничего не мог сказать, так как учение о строении вещества находилось еще в самой начальной стадии. Гипотеза Ампера была блестяще подтверждена лишь спустя 100 лет, после открытия электрона и выяснения строения атомов и молекул.

Магнитные поля, существующие в природе, разнообразны по масштабам и по вызываемым эффектам. Магнитное поле Земли, образующее земную магнитосферу, простирается на расстоянии 70 – 80 тысяч км в направлении к Солнцу и на многие миллионы километров в обратном направлении. В околоземном пространстве магнитное поле образует магнитную ловушку для заряженных частиц высоких энергий. Происхождение магнитного поля Земли связывают с движениями проводящего жидкого вещества в земном ядре. Из других планет Солнечной системы лишь Юпитер и Сатурн обладают заметными магнитными полями. Магнитное поле Солнца играет важнейшую роль во всех происходящих на Солнце процессах – вспышках, появлении пятен и протуберанцев, рождении солнечных космических лучей.

Магнитное поле широко применяется в различных отраслях промышленности, в частности при очистке муки на хлебозаводах от металлических примесей. Специальные просеиватели муки снабжены магнитами, которые притягивают к себе мелкие кусочки железа и его соединений, которые могут содержаться в муке.

Магнитное поле и его характеристики. (Лекция 9)

ЛЕКЦИЯ № 9 Магнитное поле и его характеристики
Элементы содержания: Опыт Эрстеда. Механическое взаимодействие
токов. Магнитное поле. Магнитная индукция. Линии магнитной индукции.
Сила Ампера и сила Лоренца. Вращающий момент, действующий на рамку
(виток) с током. Магнитная индукция поля, созданного прямым бесконечно
длинным проводником с током, круговым витком с током и соленоидом.
Макро- и микротоки. Напряженность магнитного поля и магнитная
индукция. Магнитная проницаемость вещества. Пара-, диа- и
ферромагнетики. Основные уравнения магнитостатики.
Литература: Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов. М.:
Академия, 2006. С. 202-220, 234-245.
История важнейших открытий (к началу XIX в.)
VI в. до н.э. – Первые сведения об электричестве и магнетизме.
Открытие свойств натертого янтаря притягивать легкие предметы, а
магнита – железные опилки (Фалес Милетский).
XI в. – Переоткрытие арабами свойств ориентации свойств
ориентации магнитной иглы (стрелки), появление компаса (свойство
магнитной иглы ориентироваться в определенном направлении было
известно китайцам еще в 2700 г. г. до н.э.). В Европе компас появился
в XII в.
1269 г. – Появился первый рукописный трактат по магнетизму (Пьер
Пелегрино), где дано описание свойств магнитного камня, методов
определения полярности магнита, взаимодействия полюсов,
намагничивание прикосновением.
1600 г. – Вышел в свет трактат Уильяма Гильберта «О магните,
магнитных телах и о большом магните Земли», в котором заложены
основы электро- и магнитостатики.
История важнейших открытий (к началу XIX в.)
1750 г. – Бенджамин Франклин, изобрел молниеотвод, сформулировал
унитарную теорию электричества, ввел понятия положительного и
отрицательного зарядов, установил закон сохранения электрического
заряда.
1785 г. – Шарль Кулон установил основной закон электростатики: закон
взаимодействия электрических зарядов.
1786 г. – Луиджи Гальвани, исследуя движение мышц лягушки, открыл
явление электрического тока.
1799 г. – Алессандро Вольта сконструировал первый источник
постоянного электрического тока – прототип гальванического
элемента.
1800 г. – Антуан Фуркруа открыл тепловое действие тока.
В 1774 г. Американская академия наук предложила вознаграждение
тому, кто сможет установить взаимосвязь между электричеством и
магнетизмом.
Магнитное поле, создаваемое электрическим током
Опыт Эрстеда (Г.Х.Эрстед, 1820 г.):
Магнитная стрелка, расположенная
вблизи проводника, при пропускании
тока поворачивается на некоторый
угол. При размыкании цепи стрелка
возвращается в исходное положение.
Механическое взаимодействие токов
(А.М.Ампер, 1820 г.): проводники, по
которым текут токи, притягиваются
друг к другу, если токи направлены в
одну сторону, и отталкиваются, – если
токи
текут
в
противоположные
стороны:
F
0 2 I1I 2 ,
l
4 R
(9.1)
где – магнитная проницаемость среды, в которой находятся
проводники; 0=4 10-7 Н А2 – магнитная постоянная; I1 и I2 – силы
токов, текущих по первому и второму проводнику соответственно;
l – длина каждого из проводников;
R – расстояние между
проводниками.
Магнитное поле – особый вид материи, оказывающий силовое
воздействие на проводники с током, движущиеся электрические
заряды и магнитные материалы.
Магнитная индукция (индукция магнитного поля) – силовая
характеристика магнитного поля; [B ]=Тл.
Линии магнитной индукции – линии, касательные к которым в
каждой точке совпадают с направлением вектора В.
Направление линии магнитной индукции задается правилом
правого винта или правилом буравчика: головка винта (рукоятка
буравчика), ввинчиваемого по направлению тока, вращается в
направлении линий магнитной индукции.
Линии магнитной индукции или силовые линии магнитного поля
всегда замкнуты:
Сила Ампера – сила, действующая со стороны
магнитного поля на проводник с током:
FA IlB sin .
(9.2)
где I – сила тока, текущего по проводнику; l длина проводника; B – магнитная индукция поля,
действующего на проводник; – угол между
направлением
тока
в
проводнике
и
направлением вектора магнитного поля.
Направление
силы
Ампера
определяется правилом левой руки:
четыре
пальца
левой
руки
располагают по току так, чтобы
линии магнитной индукции входили
в ладонь, тогда отогнутый большой
палец укажет направление силы
Ампера.
Сила Лоренца – сила, действующая со стороны магнитного поля на
движущийся электрический заряд :
FL qvB sin
.
(9.3)
где v – скорость заряда; B – магнитная индукция поля, действующего
на движущийся заряд; – угол между направлением вектора скорости
заряда и направлением вектора магнитного поля.
Направление
силы
Лоренца
для
положительных
зарядов
определяется правилом левой руки, а для отрицательных зарядов –
правилом правой руки. При этом четыре пальца руки располагают по
направлению движения заряда.
Вращающий момент, действующий на рамку (виток) с током
Магнитный дипольный момент
рамки (витка) с током:
m ISn ,
(9. 4)
где S – площадь рамки (витка).
Вращающий момент, действующий на рамку (виток) с током,
рассчитывается по формуле
M m B
.
(9.5)
Из формулы (9.2) FA, max IlB
B
FA, max
Il
.
(9.6)
Магнитная индукция – векторная величина, численно равная
максимальной силе, действующей со стороны магнитного поля на
единичный элемент тока .
Магнитная индукция поля, созданного прямым бесконечно длинным
проводником с током:
0 I
B
2 r
.
(9.7)
где – магнитная проницаемость среды, в которой находится
проводник; I – сила тока, текущего по проводнику; r – расстояние от
проводника до данной точки поля.
Магнитная индукция поля, созданного круговым витком с током в его
центре:
0 I
B
2r
.
(9.8)
где – магнитная проницаемость среды, в которой находится виток;
I – сила тока, текущего по витку; r – радиус витка.
Магнитная индукция поля, созданного соленоидом (катушки с
током):
0 NI
B
l
.
(9.9)
где – магнитная проницаемость среды внутри соленоида;
N – число витков соленоида; I – сила тока, текущего по соленоиду;
l – длина соленоида.
Магнитное поле в веществе
Макротоки – это токи, текущие в проводниках.
Микротоки – это токи, обусловленные движением электронов в атомах
и молекулах.
Магнитная индукция B – это характеристика результирующего
магнитного поля, создаваемого как макротоками, так и микротоками.
H – это характеристика магнитного
поля, создаваемого только макротоками, [H]=A/м.
Напряженность магнитного поля
В однородном и изотропном веществе
B 0 H B0 ,
где
(9.10)
B0 – магнитная индукция внешнего поля, т.е. поля, образуемого
проводниками с током в вакууме.
B B0 –
(9.11)
магнитная проницаемость вещества – величина, показывающая во
сколько раз индукция магнитного поля в веществе больше магнитной
индукции внешнего поля .

Диамагнетиками называются вещества, при внесении которых во
внешнее магнитное поле они создают собственное поле,
направленное против внешнего поля и ослабляющее его.
>1 – парамагнетики (Al, Pt, O2, …)
Парамагнетиками называются вещества, при внесении которых во
внешнее магнитное поле они создают собственное поле,
совпадающее по направлению с внешним полем и усиливающее
его.
Образцы из пара- и диамагнетика, помещенные в неоднородное
магнитное поле, ведут себя по-разному – парамагнетики
втягиваются в область сильного поля, диамагнетики –
выталкиваются.
Диамагнетики
Cu: =0,9999912
Парамагнетики
Al: =1,000023
>>1 – ферромагнетики (Fe, Co, Ni, «редкие земли»)
Fe: max=5000.
Супермаллой (79%Ni , 16%Fe, 5%Mo): max=900000!!!
Свойства ферромагнетиков
1) Магнитная проницаемость зависит от внешнего магнитного поля
(Александр Столетов, 1872 г.).
Точка насыщения – это такая напряженность магнитного поля, при
которой магнитная проницаемость ферромагнетика практически не
отличается от единицы.
Свойства ферромагнетиков
2) Магнитный гистерезис (Эмиль Варбург, 1880 г. )
– явление, которое состоит в том, что зависимость
магнитной
индукции
ферромагнетика
от
напряженности магнитного поля не является
однозначной,
а
определяется
предысторией
ферромагнетика.
Коэрцитивная сила – это такая напряженность магнитного поля, при
которой
ферромагнетик,
первоначально
намагниченный
до
насыщения, размагничивается.
Магнито-мягкие материалы – ферромагнетики, у которых небольшая
коэрцитивная
сила
(применение:
сердечники
трансформаторов,
электромоторов, генераторов тока).
Магнито-жесткие материалы – ферромагнетики, у которых большая
коэрцитивная сила (применение: постоянные магниты).
Свойства ферромагнетиков
3) Наличие точки Кюри (Пьер Кюри, 1895 г.)
Точка Кюри – это такая температура, при которой ферромагнетик
переходит в парамагнитное состояние.
Материал
Железо Кобальт Никель
(Fe)
(Co)
(Ni)
Температура 1043
1388
627
Кюри, К
Гадолиний
(Gd)
293
Диспрозий
(Dy)
85
4) Магнитострикция (Джеймс Джоуль, 1842 г. ) – изменение формы и
размеров ферромагнетика при его намагничивании.
Природа ферромагнетизма
Гипотеза Вейса (Пьер Вейс, 1907 г.) – ферромагнетик ниже точки
Кюри состоит из доменов – малых областей (~10-5…10-4 м)
самопроизвольно намагниченных до насыщения.
В отсутствие магнитного поля домены ориентированы хаотически
(рисунок «а»).
При включении магнитного поля размеры доменов, направленных
вдоль поля, увеличиваются, направленных против поля –
уменьшаются.
При увеличении поля начинается поворот доменов как целого в
направлении поля. В сильных полях домены ориентированы вдоль
поля (рисунок «b»), т.е. наступает насыщение.
Основные уравнения магнитостатики
Электростатика
Закон Гаусса
D dS q
Теорема о циркуляции вектора
напряженности электростатического поля
E dr 0
Магнитостатика
B dS 0
(9.12)
H dr I
(9.13)
Уравнение (9.12) называют законом Гаусса для магнитного поля, из
которого следует, что в природе отсутствуют магнитные заряды, а
линии магнитной индукции являются замкнутыми .
Уравнение (9.13) называют законом Ампера
(или законом полного тока): циркуляция
напряженности магнитного поля вдоль
произвольного
контура
равна
результирующей силе тока, пересекающего
охваченную контуром поверхность.

Магнитное поле и его характеристики

 

С давних времён это явление вызывало немало вопросов, более того, до сих пор оно остаётся загадочным. Многие учёные занимались изучением свойств магнитного поля, потому что его потенциал и возможности применения уже тогда казались, без преувеличения огромными.

Как же образуется магнитное поле? Когда электрический ток проходит по проводнику, он создаёт вокруг себя магнитное поле, которое является одной из разновидностей материи, существующей в окружающем нас мире. Это поле обладает некой энергией, проявляющейся в электромагнитных силах, а также способной воздействовать на электрические заряды и на электрический ток в целом.

Влияние магнитного поля на поток заряженных частиц выражается в том, что они отклоняются от своей первоначальной траектории движения в перпендикулярном полю направлении. Магнитное поле, также иногда называют электродинамическим. Такое определение рождается из того, что это поле возникает только вокруг движущихся зарядов, при этом действие магнитного поля,также распространяется только на частицы, находящиеся в движении.

Динамическим магнитное поле называется из-за своего строения. Это некая область пространства, в котором находятся бионы – передатчики всех возможных в нём взаимодействий. Они постоянно вращаются, т. е., находятся в движении. Отсюда и динамическая характеристика поля – данное явление возникает, когда бионы приходят в движение, т. е., начинают вращаться. 

Вывести их из состояния покоя способен лишь движущийся заряд. Когда он попадает в зону магнитного поля, то воздействуя на бион и, притягивает один из его полюсов. Таким образом, все бионы начинают вращаться. Если не будет заряда, то и бионы не будут вращаться, так как нет никаких других сил, которые бы воздействовали на него.

Электромагнитное поле

Магнитное поле не может существовать само по себе, как уже было сказано, причиной его возникновения является электрический заряд. Следовательно, магнитные и электрические поля неразрывно связаны между собой. Они всегда существуют в едином электромагнитном поле.

Взаимодействие их происходит следующим образом: изменения в электрическом поле заставляют меняться и магнитное поле, также верно и обратное утверждение, если изменения происходят в магнитном поле, то это сразу отражается на характеристиках электрического поля.

Основой этого поля также является заряженные частицы, движущиеся со скоростью света, которая составляет 300 тысяч километров в секунду. Это значит, что и электромагнитное поле распространяется и изменяется именно с этой же скоростью.

Изображение характеристик магнитного поля

Часто приходится сталкиваться с необходимостью изображения магнитного поля графически – на схемах. Так как его свойства важны, и их нужно учитывать при различных расчётах, то обозначать их необходимо. Но как уже было сказано, скорость распространения поля слишком велика, чтобы можно было что-то зафиксировать, поэтому применяются схематические изображения магнитного поля, которые отражают его свойства.

Основным способом обозначения магнитного поля на схемах являются условные силовые линии. Направление каждой такой линии совпадает с направлением действия сил в магнитном поле. Эти линии всегда непрерывны и замкнуты, как и любые силы, действующие здесь. Схема автомобильного двигателя работает по такому же принципу. Подробнее вы можете прочитать в авто журнале – www.avtonerd.ru. Там есть статья подробно описывающая этот процесс в двигателе и коробке передач авто.

Чтобы определить направление силовой линии в любой точке магнитного поля, нужно использовать магнитную стрелку, которая имеет схожие с компасом свойства. Когда стрелка попадает в зону действия поля, её северный полюс начинает показывать в направлении действия сил.

Отсюда идут и привычные обозначения: тот конец постоянного магнита, из которого исходят силовые линии, считается его северным полюсом. Тогда как противоположный конец, в котором силы замыкаются, называется южным полюсом магнита. Силовые линии, которые проходят внутри постоянного магнита не обозначаются на схемах.

Обозначение действующих сил с помощью силовых линий далеко не случайно, их можно обнаружить в любом магнитном поле и увидеть невооружённым взглядом. Сделать это можно с помощью металлических опилок. Насыпав их на лист бумаги, и внеся в магнитное поле, можно увидеть, как они начнут двигаться и выстраиваться в определённом порядке. Получившийся рисунок будет напоминать силовые линии, которые и можно увидеть на схеме.

Магнитное поле и его характеристики – это важнейшее явление в физике, которое находит достаточно широкое применение просто потому, что его нельзя не учитывать во многих вопросах. С ними связаны такие понятия как магнитная индукция и магнитная проницаемость.

Чтобы объяснить причины возникновения магнитного поля, необходимо всегда опираться на научные данные и правильный подход, иначе такой целостной картины может и не сложиться, особенно, в случае, когда нужно объяснять более глобальные взаимодействия.

Магнитное поле, его свойства

Сегодня на уроке мы с вами поговорим о магнитном поле и его свойствах

 «Исследования Ампера… принадлежат к

 числу самых блестящих работ,

которые проведены когда-либо в науке»

Джеймс Клерк Максвелл

Магнитные явления известны людям с глубокой древности. Еще древние греки знали, что существует особый минерал, способный притягивать железные предметы. Это был один из минералов железной руды, который сейчас известен как магнетит. Его залежи находились возле города Магнесии на севере Турции. Слово «магнит» в переводе с греческого означает «камень из Магнесии».

Впервые свойства магнитных материалов использовали в Китае. Именно там в III веке до нашей эры был сконструирован первый компас, и только к XII веку он стал известен в Европе. Первой крупной работой, посвящённой исследованию магнитных явлений, является книга Вильяма Гильберта «О магните», вышедшая в 1600 году.

Известные с древних времен явления притяжения разноименных и отталкивания одноименных полюсов магнита напоминают явление взаимодействия разноименных и одноименных электрических зарядов.

Известно, что между неподвижными электрическими зарядами действуют силы, определяемые законом Кулона. Согласно теории близкодействия это взаимодействие осуществляется так: каждый из зарядов создает электрическое поле, которое действует на другой заряд.

Однако долгое время оставался неразрешимым вопрос о том, могут ли между электрическими зарядами существовать силы иной природы? Рассмотрим опыт, проведенный французским физиком Андре-Мари Ампером в 1820 году.

Ампер взял два гибких провода и укрепил их вертикально, а затем присоединил нижние концы проводов к полюсам источника тока. При таком подключении с проводниками не обнаруживалось никаких изменений. Проводники заряжались от источника тока, но заряды проводников при разности потенциалов между ними в несколько вольт ничтожно малы. Поэтому кулоновские силы никак не проявляются.

Затем Ампер замкнул другие концы проводников небольшой проволочкой так, чтобы в проводниках возникли токи противоположного направления. Оказалось, что при таком подключении проводники начинают отталкиваться друг от друга. Если же поменять направление токов так, чтобы они текли в одном направлении, то проводники начинали притягиваться друг к другу.

Это взаимодействие не может быть вызвано электростатическим полем по следующим причинам. Во-первых, при размыкании цепи взаимодействие проводников прекращается, хотя заряды на проводниках и их электростатические поля остаются. Во-вторых, одноименные заряды (электроны в проводнике) всегда только отталкиваются.

В том же 1820 году Ханс Кристиан Эрстед провел серии опытов. Он располагал проводник над магнитной стрелкой (или под ней) параллельно ее оси. При пропускании тока по проводнику, стрелка начинала отклоняться от своего первоначального положения. При размыкании цепи — стрелка возвращалась в своё первоначальное положение.

  

Этот опыт наглядно показывает, что в пространстве, окружающем проводник с током, действуют силы, вызывающие поворот магнитной стрелки, то есть силы, подобные тем, которые действуют на нее вблизи постоянных магнитов.

Поэтому взаимодействия между проводниками с током, т.е. взаимодействия между направленно движущимися электрическими зарядами, называют магнитными.

Силы же, с которыми проводники с током действуют друг на друга, называют магнитными силами.

Действие магнитных сил было обнаружено в пространстве и вокруг отдельно движущихся заряженных частиц. Русский и советский физик Абрам Фёдорович Иоффе в 1911 году наблюдал отклонение магнитных стрелок, расположенных вблизи пучка движущихся электронов.

    

Схема его опыта довольно проста. Над и под трубкой, через которую пропускался поток электронов, находились две одинаковые, но противоположно направленные магнитные стрелки, укрепленные на общем кольце, подвешенном на упругой нити. При прохождении в трубке потока электронов магнитные стрелки поворачивались.

Таким образом, многочисленные опыты привели ученых к выводу, что вокруг любого проводника с током, т. е. вокруг движущихся электрических зарядов, существует магнитное поле.

Магнитное полеэто особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами.

Магнитное поле можно обнаружить и исследовать с помощью железных опилок, магнитной стрелки, а также небольшого контура или рамки с током, причем собственное магнитное поле контура должно быть слабым по сравнению с исследуемым.

Проводники, подводящие ток к контуру, должны быть расположены вблизи друг друга или сплетены между собой, тогда их магнитные поля взаимно компенсируются. Ориентация такого контура характеризуется направлением нормали к контуру. В качестве положительного направления нормали принимается направление, которое связано с током правилом правого винта (или правилом буравчика): если головку винта поворачивать по направлению тока в контуре, то поступательное движение острия винта указывает направление положительной нормали.

Опыт показывает, что если подвесить такой контур на гибких проводниках в магнитном поле, то он повернется и установится определенным образом. Таким образом, магнитное поле оказывает на контур с током ориентирующее действие. При этом положительная нормаль будет направлена к плоскости контура вдоль продольной оси магнитной стрелки, помещенной в ту же точку магнитного поля. Поэтому за направление магнитного поля принимают направление от южного полюса к северному по оси свободно установившейся в магнитном поле стрелки.

Основные выводы:

Вокруг движущихся электрических зарядов, существует магнитное поле.

Магнитное поле — это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами.

Магнитное поле порождается электрическим током и обнаруживается по действию на электрический ток.

Магнитное поле и его характеристики

| на главную | доп. материалы | физика как наука и предмет | электричество и электромагнетизм |

Организационные, контрольно-распорядительные и инженерно-технические услуги
в сфере жилой, коммерческой и иной недвижимости. Московский регион. Официально.

Опыт показывает, что, подобно тому, как в пространстве, окружающем электрические заряды, возникает электростатическое поле, так и в пространстве, окружающем токи и постоянные магниты, возникает силовое поле, называемое магнитным. Наличие магнитного поля обнаруживается по силовому действию на внесенные в него проводники с током или постоянные магниты. Название «магнитное поле» связывают с ориен­тацией магнитной стрелки под действием поля, создаваемого током (это явление впервые обнаружено датским физиком X. Эрстедом (1777—1851)).

Электрическое поле действует как на неподвижные, так и на движущиеся в нем электрические заряды. Важнейшая особенность магнитного поля состоит в том, что оно действует только на движущиеся в этом поле электрические заряды. Опыт показы­вает, что характер воздействия магнитного поля на ток различен в зависимости от формы проводника, по которому течет ток, от расположения проводника и от направления тока. Следовательно, чтобы охарактеризовать магнитное поле, надо рассмотреть его действие на определенный ток.

Подобно тому, как при исследовании электростатического поля использовались точечные заряды, при исследовании магнитного поля используется замкнутый плоский контур с током (рамка с током), линейные размеры которого малы по сравнению с расстоянием до токов, образующих магнитное поле. Ориентация контура в пространстве определяется направлением нормали к контуру. Направление нормали определяется правилом правого винта: за положительное направление нормали принимается направление поступательного движения винта, головка которого вращается в направ­лении тока, текущего в рамке (рис. 160).

Опыты показывают, что магнитное поле оказывает на рамку с током ориентирующее действие, поворачивая ее определенным образом. Этот результат используется для выбора направления магнитного поля. За направление магнитного поля в данной точке принимается направление, вдоль которого располагается положительная нормаль к рамке (рис. 161). За направление магнитного поля может быть также принято направление, совпадающее с направлением силы, которая действует на север­ный полюс магнитной стрелки, помещенной в данную точку. Так как оба полюса магнитной стрелки лежат в близких точках поля, то силы, действующее на оба полюса, равны друг другу. Следовательно, на магнитную стрелку действует пара сил, поворачивающая ее так, чтобы ось стрелки, соединяющая южный полюс с северным, совпадала с направлением поля.

Рамкой с током можно воспользоваться также и для количественного описания магнитного поля. Так как рамка с током испытывает ориентирующее действие поля, то на нее в магнитном поле действует пара сил. Вращающий момент сил зависит как от свойств поля в данной точке, так и от свойств рамки и определяется формулой

                                                 (109.1)

где pm — вектор магнитного момента рамки с током (В вектор магнитной индукции, количественная характеристика магнитного поля). Для плоского контура с током I

                                                      (109.2)

где S — площадь поверхности контура (рамки), n — единичный вектор нормали к поверхности рамки. Направление рm совпадает, таким образом, с направлением положительной нормали.

Если в данную точку магнитного поля помещать рамки с различными магнитными моментами, то на них действуют различные вращающие моменты, однако отношение Мmaxm (Мmax — максимальный вращающий момент) для всех контуров одно и то же и поэтому может служить характеристикой магнитного поля, называемой магнитной индукцией:

Магнитная индукция в данной точке однородного магнитного поля определяется максимальным вращающим моментом, действующим на рамку с магнитным момен­том, равным единице, когда нормаль к рамке перпендикулярна направлению поля. Следует отметить, что вектор В может быть выведен также из закона Ампера и из выражения для силы Лоренца.

Так как магнитное поле является силовым, то его, по аналогии с электрическим, изображают с помощью линий магнитной индукции — линий, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора В. Их направление задается правилом правого винта: головка винта, ввинчиваемого по направлению тока, вращается в направлении линий магнитной индукции.

Линии магнитной индукции можно «проявить» с помощью железных опилок, намагничивающихся в исследуемом поле и ведущих себя подобно маленьким магнит­ным стрелкам. На рис. 162, а показаны линии магнитной индукции поля кругового тока, на рис. 162, б — линии магнитной индукции поля соленоида (соленоид — равномерно намотанная на цилиндрическую поверхность проволочная спираль, по которой течет электрический ток).

Линии магнитной индукции всегда замкнуты и охватывают проводники с током. Этим они отличаются от линий напряженности электростатического поля, которые являются разомкнутыми (начинаются на положительных зарядах и кончаются на отрицательных).

На ряс. 163 изображены линии магнитной индукции полосового магнита; они выходят из северного полюса и входят в южный. Вначале казалось, что здесь наблюдается полная аналогия с линиями напряженности электростатического поля и полюсы магнитов играют роль магнитных «зарядов» (магнитных монополей). Опыты показали, что, разрезая магнит на части, его полюсы разделять нельзя, т. е. в отличие от электрических зарядов свободные магнитные «заряды» не существуют, поэтому линии магнитной индукции не могут обрываться на полюсах. В дальнейшем было установлено, что внутри полосовых магнитов имеется магнитное поле, аналогичное полю внутри соленоида, и линии магнитной индукции этого магнитного поля являются продолжением линий магнитной индукции вне магнита. Таким образом, линии магнитной индукции магнитного поля постоянных магнитов являются также замкнутыми.

До сих пор мы рассматривали макроскопические токи, текущие в проводниках. Однако, согласно предположению французского физика А. Ампера (1775—1836), в лю­бом теле существуют микроскопические токи, обусловленные движением электронов в атомах и молекулах. Эти микроскопические молекулярные токи создают свое магнитное поле и могут поворачиваться в магнитных полях макротоков. Например, если вблизи какого-то тела поместить проводник с током (макроток), то под действием его магнитного поля микротоки во всех атомах определенным образом ориентируются, создавая в теле дополнительное магнитное поле. Вектор магнитной индукции В характеризует результирующее магнитное поле, создаваемое всеми макро- и микротоками, т. е. при одном и том же токе и прочих равных условиях вектор В в различных средах будет иметь разные значения.

Магнитное поле макротоков описывается вектором напряженности Н. Для однородной изотропной среды вектор магнитной индукции связан с вектором напряженности следующим соотношением:

где m0 — магнитная постоянная, m — безразмерная величина — магнитная проницае­мость среды, показывающая, во сколько раз магнитное поле макротоков Н усаливается за счет поля микротоков среды.

Сравнивая векторные характеристики электростатического (Е и D) и магнитного (В и Н) полей, укажем, что аналогом вектора напряженности электростатического поля Е является вектор магнитной индукции В, так как векторы Е и В определяют силовые действия этих полей и зависят от свойств среды. Аналогом вектора электрического смещения D является вектор напряженности Н магнитного поля.


Магнитные свойства – Химия LibreTexts

Магнитный момент системы измеряет силу и направление ее магнетизма. Сам термин обычно относится к магнитному дипольному моменту. Все, что является магнитным, например, стержневой магнит или петля электрического тока, имеет магнитный момент. Магнитный момент является векторной величиной, имеющей величину и направление. Электрон обладает магнитным дипольным моментом электрона, создаваемым собственным свойством вращения электрона, что делает его движущимся электрическим зарядом. Есть много различных магнитных свойств, включая парамагнетизм, диамагнетизм и ферромагнетизм.

Интересной характеристикой переходных металлов является их способность образовывать магниты. Комплексы металлов с неспаренными электронами являются магнитными. Поскольку последние электроны находятся на d-орбиталях, этот магнетизм должен быть связан с наличием неспаренных d-электронов. Спин отдельного электрона обозначается квантовым числом \(m_s\) как +(1/2) или –(1/2). Этот спин отрицается, когда электрон соединяется с другим, но создает слабое магнитное поле, когда электрон не спарен.Более неспаренные электроны усиливают парамагнитные эффекты. Электронная конфигурация переходного металла (d-блок) изменяется в координационном соединении; это происходит из-за сил отталкивания между электронами в лигандах и электронами в соединении. В зависимости от силы лиганда соединение может быть парамагнитным или диамагнитным.

Ферромагнетизм (постоянный магнит)

Ферромагнетизм является основным механизмом, с помощью которого некоторые материалы (например, железо) образуют постоянные магниты . Это означает, что соединение проявляет постоянные магнитные свойства, а не только в присутствии внешнего магнитного поля (рис. \(\PageIndex{1}\)). В ферромагнитном элементе электроны атомов сгруппированы в домены, в которых каждый домен имеет одинаковый заряд. В присутствии магнитного поля эти домены выстраиваются так, что заряды во всем соединении параллельны. Может ли соединение быть ферромагнитным или нет, зависит от количества неспаренных электронов и размера его атома.

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Ферромагнетизм (a) ненамагниченного материала и (2) намагниченного материала с соответствующими магнитными полями.

Ферромагнетизм, постоянный магнетизм, связанный с никелем, кобальтом и железом, является обычным явлением в повседневной жизни. Примеры знания и применения ферромагнетизма включают дискуссию Аристотеля в 625 г. до н.э., использование компаса в 1187 г. и современный холодильник. Эйнштейн продемонстрировал, что электричество и магнетизм неразрывно связаны в его специальной теории относительности.

Парамагнетизм (притяжение к магнитному полю)

Парамагнетизм относится к магнитному состоянию атома с одним или несколькими неспаренными электронами. Неспаренные электроны притягиваются магнитным полем из-за магнитных дипольных моментов электронов. Правило Хунда гласит, что электроны должны занимать каждую орбиталь по отдельности, прежде чем любая орбиталь будет занята дважды. Это может оставить атом со многими неспаренными электронами. Поскольку неспаренные электроны могут вращаться в любом направлении, они проявляют магнитные моменты в любом направлении.Эта способность позволяет парамагнитным атомам притягиваться к магнитным полям. Двухатомный кислород \(O_2\) является хорошим примером парамагнетизма (описываемого с помощью теории молекулярных орбиталей). На следующем видео показан жидкий кислород, притягиваемый магнитным полем, создаваемым сильным магнитом:

Видео \(\PageIndex{1}\): Парамагнетизм жидкого кислорода

Диамагнетизм (отталкиваемый магнитным полем)

Как показано на видео, молекулярный кислород (\(\ce{O2}\)) является парамагнитным и притягивается к магниту. Напротив, молекулярный азот (\(\ce{N_2}\)) не имеет неспаренных электронов и является диамагнитным; на него не действует магнит. Для диамагнетиков характерны спаренные электроны, например, отсутствие неспаренных электронов. Согласно принципу запрета Паули, согласно которому никакие два электрона не могут одновременно находиться в одном и том же квантовом состоянии, спины электронов ориентированы в противоположных направлениях. Это заставляет магнитные поля электронов уравновешиваться; таким образом, нет чистого магнитного момента, и атом не может быть притянут магнитным полем.На самом деле диамагнитные вещества слабо отталкиваются магнитным полем, как показано на примере пироуглеродного листа на рисунке \(\PageIndex{2}\).

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Левитирующий пиролитический углерод: небольшой (~ 6 мм) кусочек пиролитического графита, парящий над массивом постоянных неодимовых магнитов (кубики 5 мм на куске стали). Обратите внимание, что полюса магнитов выровнены вертикально и чередуются (два с северной стороной вверх и два с южной стороной вверх по диагонали). (Общественное достояние; Sparka через Википедию).

Как определить, является ли вещество парамагнитным или диамагнитным

Магнитные свойства вещества можно определить, изучив его электронную конфигурацию: если в нем есть неспаренные электроны, то вещество парамагнитно, а если все электроны спарены, то вещество диамагнитно. Этот процесс можно разбить на три этапа:

  1. Запишите электронную конфигурацию
  2. Нарисуйте валентные орбитали
  3. Определите, существуют ли неспаренные электроны
  4. Определите, является ли вещество парамагнитным или диамагнитным

    Пример \(\PageIndex{1}\): атомы хлора

    Шаг 1: Найдите электронную конфигурацию

    Для атомов Cl электронная конфигурация 3s 2 3p 5

    Шаг 2: Нарисуйте валентные орбитали

    Игнорируйте основные электроны и сосредоточьтесь только на валентных электронах.

    Шаг 3: Найдите неспаренные электроны

    Имеется один неспаренный электрон.

    Этап 4. Определите, является ли вещество парамагнитным или диамагнитным

    Поскольку имеется неспаренный электрон, атомы \(\ce{Cl}\) парамагнитны (хотя и слабо).

    Пример \(\PageIndex{2}\): атомы цинка

    Шаг 1: Найдите электронную конфигурацию

    Для атомов Zn электронная конфигурация 4s 2 3d 10

    Шаг 2: Нарисуйте валентные орбитали

    Шаг 3: Найдите неспаренные электроны

    Неспаренных электронов нет.

    Этап 4. Определите, является ли вещество парамагнитным или диамагнитным

    Поскольку неспаренных электронов нет, атомы \(\ce{Zn}\) диамагнитны.

    Упражнение \(\PageIndex{1}\)

    1. Сколько неспаренных электронов содержится в атомах кислорода?
    2. Сколько неспаренных электронов содержится в атомах брома?
    3. Укажите, являются ли атомы бора парамагнитными или диамагнитными. {-}}\) парамагнитными или диамагнитными.{2+}}\) ионы бывают парамагнитными или диамагнитными.
    Ответить на
    Атом O имеет электронную конфигурацию 2s 2 2p 4 . Следовательно, O имеет 2 неспаренных электрона.
     
    Ответ б
    Атом Br имеет электронную конфигурацию 4s 2 3d 10 4p 5 . Следовательно, Br имеет 1 неспаренный электрон.
     
    Ответ c
    Атом B имеет электронную конфигурацию 2s 2 2p 1 .{2+}}\) ион имеет 3d 6 в качестве электронной конфигурации. Поскольку у него 4 неспаренных электрона, он парамагнетик.

      Вращающееся магнитное поле как инструмент для улучшения свойств ферментов – исследование на примере лакказы

    1. Черри, Дж. Р. и Фиданцеф, А. Л. Направленная эволюция промышленных ферментов: обновление. Курс. мнение Биотех. 14 , 438–443 (2003).

      КАС Статья Google ученый

    2. Джеганнатан, К.Р. и Хеннинг П. Экологическая оценка использования ферментов в промышленном производстве: обзор литературы. Дж. Чистый. Произв. 42 , 228–240 (2013).

      КАС Статья Google ученый

    3. Бейлен, Дж. Б. и Ли, З. Технология ферментов: обзор. Курс. мнение Биотех. 13 , 338–344 (2002).

      Артикул Google ученый

    4. Ильянес, А., Кауэрфф, А., Уилсон, Л. и Кастро, Г.Р. Последние тенденции в инженерии биокатализа. Биоресурс. Технол. 115 , 48–57 (2012).

      КАС Статья Google ученый

    5. Чой, Дж., Хан, С. и Ким, Х. Промышленное применение ферментативного биокатализа: Текущее состояние и перспективы на будущее. Биотехнология. Доп. 33 , 1443–1454 (2015).

      КАС Статья Google ученый

    6. Здарта, Ю., Мейер, А.С., Йесионовски, Т. и Пинело, М. Разработка вспомогательных материалов для иммобилизации оксидоредуктаз: всесторонний обзор. Доп. Коллоид. Интерфейс 258 , 1–20 (2018).

      КАС Статья Google ученый

    7. Здарта Дж., Мейер А.С., Йесионовски Т. и Пинело М. Общий обзор вспомогательных материалов для иммобилизации ферментов: характеристики, свойства, практическое применение. Катализаторы. 8 , 92 (2018).

      Артикул Google ученый

    8. Лю Ю., Цзя С., Ран Дж. и Ву С. Влияние статического магнитного поля на активность и стабильность иммобилизованной α-амилазы в гранулах хитозана. Катал. коммун. 11 , 364–367 (2010).

      КАС Статья Google ученый

    9. Магаз С. и Калабр Э.Изучение электромагнитно-индуцированных изменений вторичной структуры слбумина бычьей сыворотки и биозащитной эффективности трегалозы методом инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье. J. Phys. хим. Б. 115 , 6818–6826 (2011).

      Артикул Google ученый

    10. Бланшар, Дж. П. и Блэкман, С. Ф. Уточнение и применение модели ионного параметрического резонанса для взаимодействия магнитного поля с биологическими системами. Биоэлектромагнетизм 15 , 217–238 (1994).

      КАС Статья Google ученый

    11. Христов Дж. Флюидизация с помощью магнитного поля – единый подход. Часть 8. Массоперенос: магнитоактивные биопроцессы. Ред. Хим. англ. 26 , 55–128 (2010).

      КАС Статья Google ученый

    12. Портаччо, М. и др. . In vitro исследования влияния электромагнитных полей КНЧ на активность растворимой и нерастворимой пероксидазы. Биоэлектромагнетизм. 24 , 449–456 (2003).

      КАС Статья Google ученый

    13. Мизуки Т., Савай М., Нагаока Ю., Моримото Х. и Маэкава Т. Активность липазы и хитиназы, иммобилизованных на суперпарамагнитных частицах во вращающемся магнитном поле. PLoS Один. 8 , 6–9 (2013).

      Артикул Google ученый

    14. Альбукерке В.В., Коста Р.М., Фернандес Тде. С. и Порто А.Л. Доказательства влияния статического магнитного поля на клеточные системы. Прог. Биофиз. Мол. био. 121 , 16–28 (2016).

      КАС Статья Google ученый

    15. Джардина, П. и др. . Лакказы: бесконечная история. Сотовый. Мол. Жизнь. науч. 67 , 369–385 (2010).

      КАС Статья Google ученый

    16. Quan, D., Kim, Y. & Shin, W. Чувствительные характеристики платиновых электродов с иммобилизованной тирозиназой и совместно иммобилизованной тирозиназой и лакказой. Бык. Корейский язык. хим. соц. 25 , 1195–10120 (2004).

      КАС Статья Google ученый

    17. Ривера-Ойос, К.М. и др. . Грибковые лакказы. Грибок. биол. 27 , 67–82 (2013).

      Артикул Google ученый

    18. Zhang, X., Zhang, S., Pan, B., Hua, M. & Zhao, X. Простое изготовление лакказы Trametes versicolor на полимерной основе для обесцвечивания малахитового зеленого. Биоресурс. Технол. 115 , 16–20 (2012).

      КАС Статья Google ученый

    19. Ян, Дж., Лин, О., Нг, Т.Б., Е, X. и Лин, Дж. Очистка и характеристика новой лакказы из Cerrena sp . HYB07 со способностью обесцвечивания красителя. PLoS Один. 9 , 1–13 (2014).

      Google ученый

    20. Ся, Т. Т., Лин, В., Лю, К. С. и Го, К. Повышение каталитической активности лакказы, иммобилизованной на разветвленных полимерных цепях магнитных наночастиц в условиях переменного магнитного поля. Дж.хим. Технол. Биотехнолог. 93 , 88–93 (2017).

      Артикул Google ученый

    21. Бююкуслу, Н., Челик, О. и Атак, Ч. Влияние магнитного поля на активность супероксиддисмутазы. Дж. Сотовый. Мол. био. 5 , 57–62 (2006).

      Google ученый

    22. Клаус Х. Лакказы: строение, реакции, распространение. Микрон. 35 , 93–96 (2004).

      КАС Статья Google ученый

    23. Андрейни К., Бертини И., Кавалларо Г., Холлидей Г.Л. и Торнтон Дж.М. Ионы металлов в биологическом катализе: от баз данных ферментов к общим принципам. Дж. Биол. неорг. хим. 13 , 1205–1218 (2018).

      Артикул Google ученый

    24. Соломон, Э.И., Силаги Р.К., Джордж С.Д. и Басумаллик Л. Электронные структуры металлических участков в белках и моделях: вклад в функционирование белков с голубой медью. Хим. Ред. 104 , 419–458 (2004).

      КАС Статья Google ученый

    25. Уильямс, Дж. И. Энергетические (энтатические) состояния групп и вторичных структур в белках и металлопротеинах. евро. Дж. Биохим. 234 , 363–381 (1995).

      КАС Статья Google ученый

    26. Мессершмидт, А. Пространственные структуры аскорбатоксидазы, лакказы и родственных белков: последствия для каталитического механизма. Мульти-оксидазы меди , World Scientific Publ . Со . Сингапур . стр. 23–80 (1997).

    27. Фарвер О., Верланд С., Королева О., Логинов Д. С., Пехт И. Внутримолекулярный перенос электрона в лакказах. FEBS J. 278 , 3463–3471 (2011).

      КАС Статья Google ученый

    28. Джонс С.М. и Соломон Э.И. Перенос электронов и механизм реакции лакказ. Сотовый. Мол. Жизнь. Наука . 2 , 869–883 (2015).

      КАС Статья Google ученый

    29. Komori, H. & Higuchi, Y. Структурное понимание механизма восстановления O 2 мультимедной оксидазы. J. Biochem. 158 , 293–298 (2015).

      КАС Статья Google ученый

    30. Ааса, Р. Парамагнитный промежуточный продукт в восстановлении кислорода восстановленной лакказой. Письмо ФЭБС . 61 , 115–119 (1976).

      КАС Статья Google ученый

    31. Zaballa, M.E., Ziegler, L., Kosman, D.J. & Vila, A.J. ЯМР-исследование обменной связи в трехъядерном кластере мультимедной оксидазы Fet3p. Дж. Ам. хим. Соц . 132 , 11191–11196 (2010).

      ОБЪЯВЛЕНИЕ Статья Google ученый

    32. Саймон, М. Д., Хефлингер, Л. О. и Гейм, А. К. Левитация на диамагнитно стабилизированном магните. утра. Дж. Физ. 96 , 702–713 (2001).

      Артикул Google ученый

    33. Kimura, F. et al. Магнитное выравнивание хиральной нематической фазы суспензии микрофибрилл целлюлозы. Ленгмюр . 21 , 2034–2037 (2015).

      КАС Статья Google ученый

    34. Августин, А.Дж., Квинтанар, Л., Стой, К.С., Косман, Д.Дж. и Соломон, Э.И. Спектроскопические и кинетические исследования возмущенных трехъядерных кластеров меди: роль протонов в восстановительном расщеплении связи ОО в мультимедной оксидазе Fet3p . Дж. Ам. хим. соц. 129 , 13118–13126 (2007).

      Google ученый

    35. Челик О., Бююкуслу Н., Атак Ч. и Рзакулиева А. Влияние магнитного поля на активность супероксиддисмутазы и каталазы в Glycine max (L.) Merr. Корни. пол. Дж. Окружающая среда. Стад. 18 , 175–182 (2009).

      Артикул Google ученый

    36. Чибовски Э., Щесь А. и Холиш Л. Влияние додецилсульфата натрия и статического магнитного поля на свойства свежеосажденного карбоната кальция. Ленгмюр . 11 , 8114–8122 (2005 г.).

      КАС Статья Google ученый

    37. Панг X. Ф. и Денг Б. Исследование изменений свойств воды под действием магнитного поля. науч. Китай. сер. Г . 51 , 1621–1632 (2008).

      Артикул Google ученый

    38. Толедо, Э.Дж.Л., Рамальо, Т.С. и Магриотис, З.М. Влияние магнитного поля на физико-химические свойства жидкой воды: выводы из экспериментальных и теоретических моделей. Дж. Мол. Конструкция . 888 , 409–415 (2008).

      Артикул Google ученый

    39. Bradford, M.M. Быстрый и чувствительный метод количественного определения количества белка в микрограммах, использующий принцип связывания белка с красителем. Анал. Биохим. 72 , 248–254 (1976).

      КАС Статья Google ученый

    40. Свойства и применение магнитных наночастиц

      Введение

      Магнитные наночастицы представляют собой наноматериалы, состоящие из магнитных элементов, таких как железо, никель, кобальт, хром, марганец, гадолиний и их химические соединения.Магнитные наночастицы являются суперпарамагнитными из-за их наноразмера, предлагая большой потенциал в различных приложениях в их чистом виде или с поверхностным покрытием и функциональными группами, выбранными для конкретных целей. В частности, наночастицы феррита являются наиболее изученными магнитными наночастицами, которые могут быть значительно увеличены путем кластеризации ряда отдельных суперпарамагнитных наночастиц в кластеры с образованием магнитных шариков.

      Магнитные наночастицы могут быть избирательно присоединены к функциональным молекулам и обеспечивать транспортировку в целевое место под действием внешнего магнитного поля от электромагнита или постоянного магнита.Для предотвращения агрегации и сведения к минимуму взаимодействия частиц с окружающей средой может потребоваться поверхностное покрытие. Поверхность наночастиц феррита часто модифицируют поверхностно-активными веществами, диоксидом кремния, силиконами или производными фосфорной кислоты для повышения их стабильности в растворе. В общем, магнитные наночастицы с покрытием широко используются в нескольких медицинских приложениях, таких как выделение клеток, иммуноанализ, диагностическое тестирование и доставка лекарств.

      Просмотреть все Магнитные частицы Продукты:
      Основные магнитные частицы
      аффинности магнитные частицы
      Гидрофбиные магнитные частицы
      ионообменные магнитные частицы
      Активные магнитные частицы
      магнитные частицы сопряжения наборы
      силика-магнитные частицы

      1 . Магнитные свойства

      Свойства магнитных наночастиц зависят от метода синтеза и химической структуры. В большинстве случаев магнитные наночастицы имеют размер от 1 до 100 нм и могут проявлять суперпарамагнетизм. Суперпарамагнетизм вызван тепловыми эффектами, при которых тепловые флуктуации достаточно сильны, чтобы спонтанно размагнитить ранее насыщенную сборку; следовательно, эти частицы имеют нулевую коэрцитивную силу и не имеют гистерезиса. В этом состоянии внешнее магнитное поле способно намагничивать наночастицы с гораздо большей магнитной восприимчивостью.Когда поле снято, магнитные наночастицы не проявляют намагниченности. Это свойство может быть полезно для контролируемой терапии и адресной доставки лекарств.

      2. Магнитокалорический эффект

      Некоторые магнитные материалы нагреваются, когда они помещаются в магнитное поле, и остывают, когда они удаляются из магнитного поля, что определяется как магнитокалорический эффект (МКЭ). Магнитные наночастицы представляют собой многообещающую альтернативу обычным объемным материалам из-за их суперпарамагнитных свойств, зависящих от размера частиц. Кроме того, большая площадь поверхности магнитных наночастиц может обеспечить лучший теплообмен с окружающей средой. Благодаря тщательному проектированию структур ядро-оболочка можно было бы контролировать теплообмен между магнитными наночастицами и окружающей матрицей, что дает возможность улучшить терапевтические технологии, такие как гипертермия.

      Области применения

      1. Магнитное разделение

      В биомедицинских исследованиях изоляция и разделение определенных молекул, включая ДНК, белки и клетки, являются предпосылками в большинстве областей биологических наук и биотехнологий.Среди различных методов биоразделения биоразделение на основе магнитных наночастиц в основном задокументировано и широко используется из-за его уникального свойства магнитного разделения и многообещающей эффективности. При этом биологические молекулы метят коллоидами магнитных наночастиц, а затем подвергают разделению с помощью внешнего магнитного поля, что может применяться для выделения клеток, очистки белков, выделения РНК/ДНК и иммунопреципитации.

      Частицы магнитных наночастиц, такие как шарики, широко используются для разделения и очистки клеток и биомолекул из-за их небольшого размера, многообещающей способности к разделению и хорошей диспергируемости.Одной из тенденций в этой предметной области является магнитное разделение с использованием антител, конъюгированных с шариками, для получения высокоточных антител, которые могут специфически связываться с соответствующими им антигенами на поверхности целевых участков.

      2. Диагностика

      Были разработаны неинвазивные методы визуализации путем мечения стволовых клеток с помощью магнитных наночастиц. Среди них магнитно-резонансная томография (МРТ) широко используется в качестве диагностического инструмента для представления высокого пространственного разрешения и больших анатомических деталей для визуализации структуры и функции тканей.Несколько видов магнитных наночастиц были разработаны для улучшения контрастных веществ при МРТ-изображениях со значительными преимуществами повышенной чувствительности, хорошей биосовместимости и легкого обнаружения при умеренных концентрациях.

      3. Сенсоры

      Многие типы биосенсоров на основе магнитных наночастиц были поверхностно функционализированы для распознавания конкретных молекулярных мишеней благодаря их уникальным магнитным свойствам, которых нет в биологических системах. Благодаря различному составу, размеру и магнитным свойствам магнитные наночастицы могут использоваться в различных инструментах и ​​форматах для биосенсоров с повышением чувствительности и стабильности.

      4. Доставка лекарств

      Магнитные наночастицы были разработаны и применены для локализованной доставки лекарств к опухолям. Магнитные наночастицы сначала выступают в роли носителя лекарственного средства, которые прикрепляются к его внешней поверхности или растворяются в оболочке. Как только частицы, покрытые лекарственным средством, попадают в кровоток пациента, с помощью сильного постоянного магнита создается градиент магнитного поля, удерживающий частицы в целевой области. Более того, магнитные наночастицы, покрытые лекарством, можно вводить внутривенно, транспортировать и удерживать в целевых местах, что делает их весьма перспективной системой доставки лекарств.

      Магнитные наночастицы с различными оболочками

      5. Терапия

      Магнитные наночастицы в настоящее время исследуются как метод направленного терапевтического нагревания опухолей, который называется гипертермией. Различные типы суперпарамагнитных наночастиц с различными покрытиями и нацеливающими агентами используются для определенных участков опухоли. Нагрев магнитными частицами может осуществляться на глубинах, необходимых для лечения опухолей, расположенных практически в любом месте тела человека.Кроме того, гипертермия с использованием магнитных наночастиц также может использоваться в качестве адъюванта к традиционной химиотерапии и лучевой терапии, что демонстрирует большой потенциал.

      Ссылки

      1. C. Buzea, I. Blandino, K. Robbie, Biointerphases , 2007, 4, 17-172.
      2. Р. Риккен, Р. Нольте, Дж. Маан, Д. Уилсон, П. Кристианен, Soft Matter , 2014, 10, 1295-1308.
      3. А. Джустини, А. Петрик, С. Кассим, Дж. Тейт, П. Хупс, Nano Life ., 2010, doi: 10.1142/S1793984410000067.
      4. Э. Булл, С. Мадани, Р. Шет, А. Сейфалиан, М. Грин, А. М. Сейфалиам, Int J Nanomedicine . 2014, 9, 1641-1653.
      5. Л. Ли, В. Цзян, К. Луо, Х. Сонг, Ф. Лан, Ю. Ву, З. Гу, Тераностика ., 2013, 3, 595-615.

      Каковы характеристики силовых линий магнитного поля класса 10? – Restaurantnorman.com

      Каковы характеристики силовых линий магнитного поля класса 10?

      Линии магнитного поля появляются или начинаются на северном полюсе и сливаются или заканчиваются на южном полюсе.Внутри магнита линии магнитного поля направлены от южного полюса к северному полюсу. Силовые линии магнитного поля никогда не пересекаются друг с другом. Линии магнитного поля образуют замкнутый контур.

      Каковы характеристики линий магнитного поля стержневого магнита?

      Свойства линий магнитного поля вокруг стержневого магнита

      • Это непрерывные замкнутые кривые.
      • Они берут начало на Северном полюсе и заканчиваются на Южном полюсе.
      • Две прямые не пересекаются.
      • Они скучены там, где сильное магнитное поле, т.е. вблизи полюсов.

      Что такое силовые линии магнитного поля Напишите любые четыре характеристики силовых линий магнитного поля?

      1) Линии магнитного поля – это воображаемая кривая, по которой стремится двигаться свободный единичный северный полюс. 3) Касательная к линиям магнитного поля в любой точке дает направление магнитного поля в этой точке. 4) Две силовые линии магнитного поля никогда не пересекаются. 5) Это векторная величина.

      Какие силовые линии магнитного поля написать свои характеристики?

      Характеристики силовых линий магнитного поля: (а) Возникают на северном полюсе и сливаются на южном полюсе.Внутри магнита силовые линии направлены от южного полюса магнита к его северному полюсу, представляют собой замкнутые кривые. (б) В точках, где магнитное поле сильнее, силовые линии сгущаются, и наоборот.

      Каковы две основные характеристики магнитных линий?

      Общие свойства магнитных силовых линий Они ищут путь наименьшего сопротивления между противоположными магнитными полюсами. Они никогда не пересекаются друг с другом. Все они имеют одинаковую силу. Их плотность уменьшается (они расширяются), когда они перемещаются из области с более высокой проницаемостью в область с более низкой проницаемостью.

      Какие линии магнитного поля перечислить две характеристики свойства этих линий?

      (i) Магнитные линии начинаются с северного полюса и заканчиваются на южном полюсе. (ii) Силовые линии магнитного поля магнита образуют непрерывный замкнутый контур. (iii) Магнитные силовые линии не пересекаются друг с другом.

      Каковы характеристики линий поля?

      Магнитные поля могут быть графически представлены силовыми 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.

      Что такое магнитные силовые линии и их свойства?

      Магнитные силовые линии обладают следующими свойствами:

      • Каждая линия представляет собой замкнутую и непрерывную кривую.
      • Они берут начало на северном полюсе и заканчиваются на южном полюсе.
      • Они никогда не пересекутся.
      • Они толпятся возле полюсов, где сильное магнитное поле.

      Что такое линии магнитного поля 10-го класса?

      Линии магнитного поля — это воображаемые линии вокруг магнита. Величина поля определяется плотностью его линий. Вблизи южного и северного полюсов магнита магнитное поле сильнее и ослабевает при удалении от полюсов.

      Что такое единица магнитного потока?

      Вебер, единица магнитного потока в Международной системе единиц (СИ), определяемая как величина потока, который, соединяя электрическую цепь в один виток (один виток провода), производит в ней электродвижущую силу в один вольт, как поток уменьшается до нуля с постоянной скоростью за одну секунду. 2)/(18D + 40L), где «N» равно количеству колец в витке, «D» равно диаметру витка, а «L» равно длине витка.

      Что такое Гиперфизика индуктивности?

      Катушки индуктивности. Индуктивность характеризуется поведением катушки с проводом при сопротивлении любому изменению электрического тока через катушку. Исходя из закона Фарадея, индуктивность L может быть определена как ЭДС, генерируемая для противодействия заданному изменению тока: Индуктивность катушки с проводом. Увеличение тока в катушке.

      Какова правильная формула индуктивности?

      Индуктивность = L = et/N.

      Чему равна индуктивность?

      Индуктивность цепи равна одному генри, если скорость изменения тока в цепи составляет один ампер в секунду, что приводит к электродвижущей силе в один вольт. Один Генри равен 1 Вб/А.

      Что такое индуктивность и ее единица измерения?

      Индуктивность определяется как отношение наведенного напряжения к скорости изменения тока, вызывающего его. В системе СИ единицей индуктивности является генри (Гн), который представляет собой величину индуктивности, вызывающую напряжение в один вольт при изменении тока со скоростью один ампер в секунду.

      Что такое единица индуктивности?

      Генри, единица измерения собственной индуктивности или взаимной индуктивности, сокращенно H, названная в честь американского физика Джозефа Генри. Один генри — это значение собственной индуктивности в замкнутой цепи или катушке, в которой один вольт создается изменением индукционного тока на один ампер в секунду.

      Как рассчитать индуктивность?

      Рассчитайте индуктивность по математической формуле. Используйте формулу L = R * sqrt (3) / (2 * пи * f). L — это индуктивность, поэтому вам нужно сопротивление (R) и частота (f), которые вы вычислили ранее.

      Как решить индуктивность?

      э.д.с=-LΔIΔt э.д.с. = − L Δ I Δ t , где L — собственная индуктивность дросселя, а ΔI/Δt — скорость изменения тока через него. Знак минус указывает на то, что ЭДС противодействует изменению тока, как того требует закон Ленца. Единицей собственной и взаимной индуктивности является генри (Гн), где 1 Гн = 1 Ом⋅с.

      Что такое индуктор и индуктивность?

      Катушка индуктивности, также называемая катушкой, дросселем или реактором, представляет собой пассивный электрический компонент с двумя выводами, который накапливает энергию в магнитном поле, когда через него протекает электрический ток. Катушка индуктивности характеризуется своей индуктивностью, которая представляет собой отношение напряжения к скорости изменения тока.

      Магнитные поля и силовые линии магнитного поля – Колледж физики

      Цели обучения

      • Дайте определение магнитному полю и опишите линии магнитного поля различных магнитных полей.

      Говорят, что в детстве Эйнштейн был очарован компасом, возможно, размышляя о том, как стрелка чувствует силу без прямого физического контакта. Его способность глубоко и ясно размышлять о действиях на расстоянии, особенно о гравитационных, электрических и магнитных силах, позже позволила ему создать свою революционную теорию относительности. Поскольку магнитные силы действуют на расстоянии, мы определяем магнитное поле как представление магнитных сил. Графическое изображение силовых линий магнитного поля очень полезно для визуализации силы и направления магнитного поля.Как показано на (Рисунок), направление силовых линий магнитного поля определяется как направление, в котором указывает северный конец стрелки компаса. Магнитное поле традиционно называют B -полем.

      Линии магнитного поля имеют направление, которое указывает небольшой компас, размещенный в определенном месте. (a) Если для картографирования магнитного поля вокруг стержневого магнита используются небольшие компасы, они будут указывать в указанном направлении: от северного полюса магнита к южному полюсу магнита.(Вспомните, что северный магнитный полюс Земли на самом деле является южным полюсом с точки зрения определения полюсов стержневого магнита.) (b) Соединение стрелок дает непрерывные силовые линии магнитного поля. Сила поля пропорциональна близости (или плотности) линий. в) Если бы можно было исследовать внутреннюю часть магнита, то было бы обнаружено, что силовые линии образуют непрерывные замкнутые петли.

      Небольшие компасы, используемые для проверки магнитного поля, не будут мешать ему. (Это аналогично тому, как мы тестировали электрические поля с небольшим пробным зарядом.В обоих случаях поля представляют собой только объект, создающий их, а не зонд, проверяющий их.) (Рисунок) показывает, как выглядит магнитное поле для контура с током и длинного прямого провода, которые можно исследовать с помощью небольшого компаса. Небольшой компас, помещенный в эти поля, выровняется параллельно линии поля в своем местоположении, а его северный полюс будет указывать в направлении B . Обратите внимание на символы, используемые для поля ввода и вывода из бумаги.

      Небольшие компасы можно использовать для картирования полей, показанных здесь.(а) Магнитное поле круглой петли с током подобно магнитному полю стержневого магнита. (b) Длинный и прямой провод создает поле с силовыми линиями магнитного поля, образующими круглые петли. (c) Когда проволока находится в плоскости бумаги, поле перпендикулярно бумаге. Обратите внимание, что символы, используемые для поля, указывающего внутрь (например, хвост стрелы), и поля, указывающего наружу (например, кончик стрелки).

      Установление связей: концепция поля

      Поле — это способ отображения сил, окружающих любой объект, которые могут действовать на другой объект на расстоянии без видимой физической связи.Поле представляет объект, его генерирующий. Гравитационные поля отображают гравитационные силы, электрические поля отображают электрические силы, а магнитные поля отображают магнитные силы.

      Обширные исследования магнитных полей выявили ряд жестких правил. Мы используем силовые линии магнитного поля для представления поля (линии — это изобразительный инструмент, а не физическая сущность сама по себе). Свойства силовых линий магнитного поля можно обобщить следующими правилами:

      1. Направление магнитного поля касается силовой линии в любой точке пространства. Маленький компас укажет направление линии поля.
      2. Сила поля пропорциональна близости линий. Она точно пропорциональна количеству линий на единицу площади, перпендикулярной линиям (называемой поверхностной плотностью).
      3. Линии магнитного поля никогда не могут пересекаться, а это означает, что поле уникально в любой точке пространства.
      4. Линии магнитного поля непрерывны, образуя замкнутые петли без начала и конца. Они идут от северного полюса к южному полюсу.

      Последнее свойство связано с тем, что северный и южный полюса нельзя разделить. Это явное отличие от линий электрического поля, которые начинаются и заканчиваются на положительных и отрицательных зарядах. Если бы существовали магнитные монополи, то силовые линии магнитного поля начинались бы и заканчивались на них.

      Резюме раздела

      • Магнитные поля могут быть графически представлены силовыми линиями магнитного поля, свойства которых следующие:
      1. Поле касается линии магнитного поля.
      2. Напряженность поля пропорциональна плотности линий.
      3. Линии поля не могут пересекаться.
      4. Линии поля представляют собой непрерывные петли.

      Концептуальные вопросы

      Объясните, почему магнитное поле не будет уникальным (то есть не будет иметь единственного значения) в точке пространства, где линии магнитного поля могут пересекаться. (Учитывайте направление поля в такой точке.)

      Перечислите сходство линий магнитного поля и линий электрического поля.Например, направление поля касается линии в любой точке пространства. Также укажите, чем они отличаются. Например, электрическая сила параллельна силовым линиям электрического поля, тогда как магнитная сила, действующая на движущиеся заряды, перпендикулярна силовым линиям магнитного поля.

      Заметив, что силовые линии магнитного поля стержневого магнита напоминают силовые линии электрического поля пары равных и противоположных зарядов, ожидаете ли вы, что напряженность магнитного поля будет быстро уменьшаться по мере удаления от магнита? Это согласуется с вашим опытом работы с магнитами?

      Является ли магнитное поле Земли параллельным земле во всех местах? Если нет, то где она параллельна поверхности? Одинакова ли его сила во всех местах? Если нет, то где он больше всего?

      Глоссарий

      магнитное поле
      представление магнитных сил
      Б – поле
      другой термин для обозначения магнитного поля
      линии магнитного поля
      графическое изображение силы и направления магнитного поля
      направление силовых линий магнитного поля
      направление, которое указывает северный конец стрелки компаса

      5 Измерение 3: Основные дисциплинарные идеи — Физические науки | Структура научного образования K-12: практика, сквозные концепции и основные идеи

      Излучение может испускаться или поглощаться веществом. Когда материя поглощает свет или инфракрасное излучение, энергия этого излучения преобразуется в тепловое движение частиц в материи, или, для более коротких длин волн (ультрафиолетовые, рентгеновские лучи), энергия излучения поглощается атомами или молекулами и, возможно, может ионизируют их, выбивая электрон.

      Неуправляемые системы всегда развиваются в сторону более стабильных состояний, то есть в сторону более равномерного распределения энергии внутри системы или между системой и ее окружением (т.г., вода течет вниз, предметы, которые горячее окружающей среды, остывают). Любой объект или система, которые могут деградировать без добавления энергии, нестабильны. В конце концов он изменится или распадется, хотя в некоторых случаях он может оставаться в нестабильном состоянии в течение длительного времени, прежде чем распасться (например, долгоживущие радиоактивные изотопы).

      Конечные точки уровня Grade для PS3.B

      К окончанию 2 класса. Солнечный свет согревает поверхность Земли.

      К концу 5 класса. Энергия присутствует всегда, когда есть движущиеся объекты, звук, свет или тепло. Когда объекты сталкиваются, энергия может передаваться от одного объекта к другому, тем самым изменяя их движение. При таких столкновениях часть энергии обычно также передается окружающему воздуху; в результате воздух нагревается и возникает звук.

      Свет также переносит энергию с места на место. Например, энергия, излучаемая солнцем, передается на Землю светом.Когда этот свет поглощается, он нагревает землю, воздух и воду Земли и способствует росту растений.

      Энергия также может передаваться с места на место с помощью электрических токов, которые затем можно локально использовать для создания движения, звука, тепла или света. Токи могли быть созданы для начала путем преобразования энергии движения в электрическую энергию (например, движущаяся вода приводит в действие вращающуюся турбину, которая генерирует электрические токи).

      К концу 8 класса . Когда энергия движения объекта изменяется, в то же самое время неизбежно происходит какое-то другое изменение энергии. Например, трение, которое заставляет движущийся объект останавливаться, также приводит к увеличению тепловой энергии на обеих поверхностях; в конечном итоге тепловая энергия передается в окружающую среду по мере охлаждения поверхностей. Точно так же, чтобы заставить объект двигаться или поддерживать его движение, когда силы трения передают энергию от него,

      Неодим – Информация об элементе, свойства и использование

      Стенограмма:

      Химия в ее стихии: неодим

      (Промо)

      Вы слушаете Химию в ее стихии, представленную вам Chemistry World , журналом Королевского химического общества.

      (Конец акции)

      Крис Смит

      Здравствуйте, на этой неделе два по цене одного. Вот Андреа Селла.

      Андреа Селла

      Будучи аспирантом, я изолировал образцы ЯМР под вакуумом. Когда стекло нагревалось факелом, пламя вспыхивало яростным оранжевым свечением натрия, скрытого в пирексе. Это было все стеклодувное дело, которое я мог делать. Что-нибудь более серьезное требовало спуска на первый этаж, чтобы увидеть нашего волшебника-стеклодува Джеффри Уилкинсона, милого мошенника из Черной Страны с заразительным смехом и острым, как бритва, умом.

      Однажды, когда он стоял у станка, а перед ним бушевал оранжевый ад, я спросил его про очки, которые он носил. «Дидимиум», — загадочно ответил он, а затем, заметив мой пустой взгляд, добавил: «Выключает свет. Попробуйте их». Он передал мне свои очки, линзы странного зелено-серого цвета. Я надел их, и внезапно пламя исчезло. Все, что я мог видеть, — это раскаленный кусок вращающегося стекла, не заслоненный ярким светом. Я таращился от изумления, пока Джефф не снял очки с моего лица, сказав: «Отдай их, дурак», и вернулся к своей работе.

      Didymium — это имя, которое в наши дни нечасто встречается в учебниках. Это название пары элементов, которые лежат рядом друг с другом в ряду лантанидов или редкоземельных элементов — то, что раньше было Диким Западом периодической таблицы. Четырнадцать элементов, из которых состоит серия, примечательны своим сходством. Нигде больше не найти группы элементов, которые так похожи друг на друга по своим химическим свойствам. Следовательно, эти элементы оказалось невероятно трудно отделить друг от друга и очистить.И что еще хуже, в отличие от других металлов, цвета соединений редкоземельных металлов были бледными и мало менялись от одного соединения к другому, что еще больше усложняло определение чистоты вашего материала. Среди множества заявлений об открытии новых элементов был доклад шведского химика Карла Густава Мосандера в 1839 году о предполагаемом элементе, который он назвал «дидимий» — по греческому слову «близнец».

      Изобретение Густовым Кирхгофом и Робертом Бунзеном (ага, горелкой Бунзена) спектроскопии вступило в свои права. Вскоре выяснилось, что спектр редкоземельных элементов очень характерен, с резкими линиями, подобными газовой фазе, как в твердом, так и в растворенном состоянии. Наконец появилось средство установления чистоты.

      Бунзен, который к 1870-м годам был ведущим мировым авторитетом в области спектроскопии редкоземельных элементов, поставил этот элемент в качестве задачи для одного из своих учеников Карла Ауэра, который начал проводить сотни фракционных кристаллизаций, необходимых для его получения. чистый. К 1885 году стало ясно, что у Ауэра на руках не один, а два элемента: голубовато-сиреневый, который он назвал «неодим», новый близнец, и зеленый, который он назвал «празеодимом» — зеленый двойник, каждый со своим собственным спектром. которые в сумме были такими же, как и у материала Мосандера.Бунзен был в восторге и сразу же одобрил работу своего ученика.

      Но только в 1940-х годах были разработаны быстрые и эффективные методы разделения лантаноидов. Вместо серии мучительно утомительных кристаллизаций американские химики во главе с Фрэнком Спеддингом описали методы ионного обмена, а затем в течение нескольких лет экстракция растворителем стала преобладающей и производила килограммовые количества этих элементов. Внезапно коммерческие приложения стали реальной перспективой.

      Поскольку сами ионы имеют неспаренные электроны, их магнитные свойства оказались привлекательными для ученых и прибыльными для предпринимателей. Сплав неодима, железа и бора, обнаруженный в 1980-х годах, является ферромагнитным, что дает постоянные магниты в 1000 раз сильнее, чем когда-либо ранее. Борадные магниты с ионами неодима нашли свое применение не только в почти миллиардах электродвигателей и электронных устройств по всему миру, но и в замечательных игрушках для детей.

      С другой стороны, острые спектральные линии, которые с тех пор так восхищали Бунзена и поколения спектроскопистов, подразумевают очень точные электронные состояния. Внедрение неодима в синтетические драгоценные камни, такие как гранат, привело к созданию лазера Neodymium:YAG, рабочей лошадки промышленных инструментов лазерной резки с его яркими инфракрасными линиями. Ваш персонализированный iPod, вероятно, был выгравирован с помощью YAG. В сочетании с кристаллом, удваивающим частоту, YAG дает нам ярко-зеленую лазерную указку, чем любят хвастаться некоторые лекторы.

      Но нестандартное мышление в 1940-х годах химиков из Corning Glassworks в США привело к изобретению, которое навсегда изменило стеклодувное дело. Кто-то заметил, что и у празеодима, и у неодима линии поглощения почти точно совпадают с раздражающе яркой оранжевой линией натрия. Компания Corning начала производить «дидимиевое стекло», которое действует как оптический режекторный фильтр, отсекая блики, и эффект остается для меня таким же поразительным, как и в первый раз, когда я его увидел. Когда несколько лет назад один из наших стеклодувов здесь, в UCL, вышел на пенсию, он позвонил мне в свой последний день.— У меня есть кое-что для тебя, — загадочно сказал он. Я спустился в подвал и пожал ему руку, чтобы пожелать ему всего наилучшего. А затем, к моему удовольствию, он вручил мне свои очки. «Дидимиум, — сказал он, — тебе это понадобится».

      Крис Смит

      Андреа Селла с историей о дидиме, двух элементах в одном. И Андреа вернется на следующей неделе со вкусом металла, который тает во рту и, возможно, также в ваших руках.

      Андреа Селла

      Но я уверен, что вы действительно хотите знать, если это действительно элемент M & M, каков он на вкус? Я знал, что ты спросишь.Итак, пару дней назад я быстро лизнул, и ответ заключается в том, что, если честно, на самом деле это не очень вкусно. Слабо вяжущий и металлический привкус, который сохраняется на языке в течение нескольких часов. И когда он расплавится, извините, я оставлю этот эксперимент для кого-то более бесстрашного, чем я. Химия в своей стихии, это, конечно, при условии, что его выходки, поедающие стихию, не отравили его за это время.Я Крис Смит, спасибо за внимание и до свидания.

      (Акция)

      (Конец акции)

      .

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.