Особый вид материи магнитное поле: Билет №1 Магнитное поле как вид материи. Вокруг чего существует магнитное поле? На что оно действует? – Администратор – Каталог статей

Электромагнитное поле как особый вид материи

Переменное магнитное поле создает вихревое электрическое поле. Линии этого поля замкнуты, оно существует независимо от электрических зарядов и только до тех пор, пока происходит изменение магнитного поля. На электрические заряды оно действует так же, как электростатическое поле, что следует из явления электромагнитной индукции.

Изучая взаимосвязь между электрическим и магнитным полями, Д. Максвелл создал теорию электромагнитного поля на основе двух постулатов (утверждений):

1) переменное магнитное поле создает в окружающем его пространстве вихревое электрическое поле;

2) переменное электрическое поле создает в окружающем его пространстве вихревое магнитное поле.

Когда конденсатор включен в цепь переменного тока, то между его обкладками имеется переменное электрическое поле, а это означает, что в том же пространстве должно быть магнитное поле. Таким образом, изменяющееся электрическое поле по его магнитному действию можно рассматривать как своеобразный электрический ток без зарядов. В отличие от тока проводимости Максвелл стал называть его током смещения. Итак, применяя термин «электрический ток» в широком смысле слова, т. е. включая в него и ток проводимости и ток смещения, можно утверждать, что магнитное поле создается только электрическим током и действует только на движущиеся заряды электрическое же поле создается электрическими зарядами и переменным магнитным полем и действует на любые электрические заряды.

Описанное выше изменение электрического поля в конденсаторе создает в близлежащих точках окружающего пространства изменяющееся магнитное поле, которое в свою очередь создает в соседних точках электрическое поле, и т. д. Таким образом, во всем пространстве, где происходят изменения полей, одновременно существуют вихревые электрическое и магнитное поля, взаимно порождающие и поддерживающие друг друга. Поскольку эти поля неразрывно связаны, их общее поле условились называть электромагнитным полем.

Из сказанного выше следует, что если в какой-либо малой области пространства периодически изменять электрическое и магнитное поля, то эти изменения должны периодически повторяться и во всех других точках пространства, причем в каждой последующей точке несколько позже, чем в предыдущей. Иными словами, если создать электромагнитные колебания в какой-либо небольшой области, то от нее должны распространяться во все стороны электромагнитные волны с определенной скоростью. Итак, из постулатов Максвелла следует, что в природе должны существовать электромагнитные волны.

С помощью созданной теории Максвелл доказал, что скорость распространения электромагнитных волн в вакууме равна скорости света c:

c ≈ 3*108 м/с = 300 000 км/с

Поскольку электрическое и магнитное поля обладают энергией, то в пространстве, где распространяются волны, имеется определенное количество электрической и магнитной энергии, которое переносится волнами от точки к точке в сторону их распространения.

Опыты и дальнейшее развитие теории Максвелла подтвердили справедливость приведенных выше постулатов Максвелла.

Электромагнитные явления подчиняются своим закономерностям, характеризующим особую форму движения материи — электромагнитную, которая отлична от механической формы движения. Выясним теперь, как с помощью колебательного контура можно создавать электромагнитные волны.

Метки: егэзномагнитная энергиямагнитное полеМаксвеллматерияпомощьпостулатыпостулаты МаксвеллаработаСкорость светатеория Максвеллатеория электромагнитного поляток проводимостиэкзаменэлектрическая энергияЭлектрическое полеэлектромагнитное колебанияэлектромагнитное полеЭлектромагнитное поле как особый вид материиЭлектромагнитные волныэнергия

Электромагнитное поле как особый вид материи, электрическое и магнитное поле, составляющие его, основные свойства и характеристики полей

Электромагнитным полем называют такой особый вид материи, который характеризуется совокупностью электрического поля и магнитного поля, при этом они являются взаимосвязанными между собой и друг друга взаимообуславливают. Электромагнитное поле имеет свойство непрерывно распределяться в пространстве, но также имеет дискретную структуры в виде фотонов. Для существования поля не нужно присутствие какого-либо другого вида материи. В вакууме электромагнитное поле движется со скоростью света, кроме того, поле обладает доступными для наблюдения магнитными и электрическими свойствами.

Изображение электрического поля, которое окружает отрицательный (синий) и положительный (красный) заряды. Geek3, CC BY-SA 3.0, через Викисклад

На электрические заряды электромагнитное поле воздействие с силой F. Силовое воздействие лежит в основе описывающих это поле векторных величин: индукции магнитного поля B, напряжённости электрического поля E. На перемещающийся со скоростью v электрический заряд q в магнитном поле, имеющем индукцию B и электрическом поле, имеющем напряжённость E будет действовать сила Лоренца:

Электромагнитное поле обладает такими же свойствами и характеристиками, как обычное вещество. У него есть импульс (количество движения), масса и энергия.

Энергия электромагнитного поля в вакууме в единице объёма:

где ε0 – электрическая постоянная, равная 1/(4π∙9∙109) [Ф/м];
μ0 – магнитная постоянная, равна 4π∙10-7 [Гн/м].

Масса электромагнитного поля в единице объёма:

где c – скорость света в вакууме.

Силовые линии магнитного поля, которое создаётся постоянным магнитом в виде стержня. Использованы железные опилки на бумажном листе.

Наличие массы указывает на то, что процессы, происходящие в поле, обладают инерционными свойствами.

Для единицы объёма электромагнитного поля импульс (количество движения) определяется по формуле:

И магнитное поле, и электрическое поле могут быть как постоянными во времени, так и изменяющимися. В макроскопическом смысле постоянное электрическое поле – это поле электростатическое, оно создано совокупностью неизменных во времени и неподвижных в пространстве зарядов. В данной ситуации магнитное поле полностью отсутствует, а есть лишь электрическое поле.

При протекании в проводнике постоянного тока, внутри его и снаружи существует и магнитное и электрическое поля, которые не влияют друг на друга, в связи с чем их можно рассматривать отдельно.

В электромагнитном поле, изменяющимся во времени, его магнитная и электрическая составляющие взаимосвязаны друг с другом, а также взаимообуславливают друг друга, в связи с чем рассматривать отдельно их нельзя.

ученых открыли экзотическое магнитное состояние материи

22 февраля 2022 г.

Ученые определили долгожданное магнитное состояние, предсказанное почти 60 лет назад.

Ученые из Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США обнаружили давно предсказанное магнитное состояние вещества, называемое «антиферромагнитный экситонный изолятор».

«Вообще говоря, это новый тип магнита», — сказал физик Брукхейвенской лаборатории Марк Дин, старший автор статьи, описывающей исследование, только что опубликованное в журнале Nature Communications

<em>Nature Communications</em> — рецензируемый междисциплинарный научный журнал с открытым доступом, издаваемый Nature Portfolio. Он охватывает естественные науки, включая физику, биологию, химию, медицину и науки о Земле. Он начал издаваться в 2010 году и имеет редакционные офисы в Лондоне, Берлине, Нью-Йорке и Шанхае. 

” data-gt-translate-attributes='[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]’>Nature Communications. «Поскольку магнитные материалы лежат в основе большинства технологий вокруг нас новые типы магнитов интересны и многообещающи для будущих применений».

Новое магнитное состояние включает в себя сильное магнитное притяжение между электронами в слоистом материале, которое заставляет электроны выстраивать свои магнитные моменты или «спины» в регулярную «антиферромагнитную» структуру вверх-вниз. причудливая электронная связь в изоляционном материале была впервые предсказана в 19В 60-х годах физики исследовали различные свойства металлов, полупроводников и изоляторов.

Представление художника о том, как команда идентифицировала эту историческую фазу материи. Исследователи использовали рентгеновские лучи, чтобы измерить, как двигаются спины (синие стрелки), когда они возмущены, и смогли показать, что их длина колеблется в соответствии с рисунком, показанным выше.

Это особое поведение возникает из-за того, что количество электрического заряда на каждом участке (показанном желтыми дисками) также может варьироваться и является отпечатком, используемым для определения нового поведения. Предоставлено: Брукхейвенская национальная лаборатория 9.0003

«Шестьдесят лет назад физики только начинали задумываться о том, как правила квантовой механики применяются к электронным свойствам материалов», — сказал Дэниел Маццоне, бывший физик из Брукхейвенской лаборатории, который руководил исследованием, а сейчас работает в Институте Пола Шеррера в Швейцария. «Они пытались выяснить, что происходит, когда электронный «энергетический зазор» между изолятором и проводником становится все меньше и меньше. Вы просто превращаете простой изолятор в простой металл, в котором электроны могут свободно двигаться, или происходит что-то более интересное?»

Было предсказано, что при определенных условиях можно получить нечто более интересное, а именно, «антиферромагнитный экситонный изолятор», только что обнаруженный группой из Брукхейвена.

Почему этот материал такой экзотический и интересный? Чтобы понять, давайте погрузимся в эти термины и исследуем, как формируется это новое состояние материи.

В антиферромагнетике оси магнитной поляризации электронов на соседних атомах (спины) ориентированы в чередующихся направлениях: вверх, вниз, вверх, вниз и так далее. В масштабе всего материала эти чередующиеся внутренние магнитные ориентации компенсируют друг друга, что приводит к отсутствию чистого магнетизма всего материала. Такие материалы можно быстро переключать между различными состояниями. Они также устойчивы к потере информации из-за помех от внешних магнитных полей. Эти свойства делают антиферромагнитные материалы привлекательными для современных технологий связи.

В состав исследовательской группы входят: Даниэль Маццоне (ранее работавший в Брукхейвенской лаборатории, сейчас в Институте Пола Шеррера в Швейцарии), Яо Шен (Брукхейвенская лаборатория), Гилберто Фаббрис (Аргоннская национальная лаборатория), Хидемаро Сува (Токийский университет и Университет Теннесси), Ху Мяо (Национальная лаборатория Ок-Риджа — ORNL), Дженнифер Сирс* (Брукхейвенская лаборатория), Цзянь Лю (Университет Теннесси), Кристиан Батиста (Университет Теннесси и ORNL) и Марк Дин (Брукхейвенская лаборатория).

Кредит: различные источники, включая *DESY, Marta Mayer

Далее идет экситон. Экситоны возникают, когда определенные условия позволяют электронам двигаться и сильно взаимодействовать друг с другом, образуя связанные состояния. Электроны также могут образовывать связанные состояния с «дырками» — вакансиями, остающимися после того, как электроны переходят на другое положение или энергетический уровень в материале. В случае электрон-электронных взаимодействий связь обусловлена ​​магнитным притяжением, достаточно сильным, чтобы преодолеть силу отталкивания между двумя одноименно заряженными частицами. В случае электронно-дырочных взаимодействий притяжение должно быть достаточно сильным, чтобы преодолеть «энергетическую щель» материала, характерную для изолятора.

«Изолятор противоположен металлу; это материал, который не проводит электричество», — сказал Дин. Электроны в материале обычно остаются в низком, или «основном», энергетическом состоянии. «Все электроны застряли на месте, как люди в заполненном амфитеатре; они не могут передвигаться», — сказал он. Чтобы заставить электроны двигаться, вы должны дать им заряд энергии, достаточный для преодоления характерного разрыва между основным состоянием и более высоким энергетическим уровнем.

В особых случаях выигрыш в энергии от магнитных электронно-дырочных взаимодействий может перевесить энергетические затраты электронов, перепрыгивающих через энергетическую щель.

Теперь, благодаря передовым методам, физики могут исследовать эти особые обстоятельства, чтобы узнать, как возникает состояние антиферромагнитного экситонного изолятора.

Совместная группа работала с материалом, называемым оксидом стронция и иридия (Sr 3 Ir 2 O 7 ), который лишь едва изолирует при высокой температуре. Даниэль Маццоне, Яо Шен (Брукхейвенская лаборатория), Гилберто Фаббрис (Аргоннская национальная лаборатория) и Дженнифер Сирс (Брукхейвенская лаборатория) использовали рентгеновские лучи в усовершенствованном источнике фотонов — пользовательском объекте Управления науки Министерства энергетики США в Аргоннской национальной лаборатории — для измерения магнитные взаимодействия и связанные с ними энергетические затраты движущихся электронов.

Цзянь Лю и Джуньи Ян из Университета Теннесси, а также ученые из Аргонны Мэри Аптон и Диего Каса также внесли важный вклад.

Команда начала исследование при высокой температуре и постепенно охлаждала материал. По мере охлаждения энергетический зазор постепенно сужался. При 285 Кельвинах (около 53 градусов по Фаренгейту)

Что вызывает магнетизм?

Что такое магнетизм?

Магнетизм — это физическое свойство, возникающее в результате движения электрического заряда, в результате чего между объектами возникают силы притяжения и отталкивания. заканчивается там, где его магнитные эффекты наиболее сильны. Эти области называются полюсами магнитов. Когда два магнита приближаются друг к другу, они действуют друг на друга. Магнитные силы ведут себя как электрические силы, включающие притяжение и отталкивание. Магнитные полюса всегда появляются парами , Если магнит разрезать пополам, каждая часть по-прежнему будет иметь северный и южный полюса.0003

Какова единица измерения магнитного поля?

Термин « магнитное

поле » используется для двух различных, но тесно связанных полей, обозначаемых символами B и H. В Международной системе единиц H измеряется в единицах ампер на метр. и B измеряется в теслах или ньютонах на метр на ампер.

 

Откуда берется магнетизм?

Все атомы состоят из ядра, состоящего из протонов и нейтронов, которые тесно связаны друг с другом сильным взаимодействием, и электронов, которые, как считается, вращаются вокруг ядра, связанного электрической силой. Электроны также вращаются или вращаются вокруг своей оси. Вращение электрона создает магнитный диполь. Одно из фундаментальных свойств электрона состоит в том, что он обладает магнитным дипольным моментом, т. е. ведет себя как крошечный магнит. См. изображение ниже.

 

 

Если большинство электронов в атоме вращается в одном направлении, возникает сильное магнитное поле. Направление вращения электронов определяет направление магнитного поля. Если одинаковое количество электронов в атоме вращается в противоположных направлениях, спины электронов компенсируются. Таким образом, магнетизм также будет отменен.

Что такое ферромагнетизм?

Ферромагнетизм — это основной механизм, с помощью которого некоторые материалы (например, железо) образуют постоянные магниты или притягиваются к магнитам. В физике различают несколько различных типов магнетизма. Ферромагнетизм является самым сильным типом: он единственный, который обычно создает силы, достаточно сильные, чтобы их можно было почувствовать, и отвечает за обычные явления магнетизма в магнитах, встречающиеся в повседневной жизни. Ферромагнитные материалы, такие как мягкое железо, легко намагничиваются, если вы поднесете железный гвоздь близко к магниту и погладите его в том же направлении, тогда они могут сохранить свой магнетизм даже после извлечения из магнита.

 

Что такое магнитное поле?

Область действия магнитных сил называется магнитным полем.

Магнитное поле представлено силовыми линиями, идущими от одного полюса магнита к другому полюсу. В повседневной жизни магнитные поля чаще всего встречаются как сила, создаваемая постоянными магнитами, которые притягивают ферромагнитные материалы, такие как железо, кобальт или никель, и притягивают или отталкивают другие магниты.

На верхнем изображении показаны силовые линии между двумя магнитами. На правом изображении показана сила отталкивания между двумя северными полюсами. На левом изображении показаны линии сил притяжения между северным и южным полюсами магнитов.

Что такое магнитный домен?

Вы можете думать о магнитном домене как о крошечном магните с северным полюсом и южным полюсом. Свойства этих магнитов, как указано выше, обусловлены действием вращающихся электронов в атомах. Группы атомов соединяются таким образом, что все их магнитные поля расположены в одном направлении. Область, в которой магнитные поля отдельных атомов выстроены в одном направлении, называется магнитный домен. Все материалы состоят из множества магнитных доменов. В ненамагниченных материалах домены случайным образом выровнены в разных направлениях и компенсируют друг друга.

Материал из ненамагниченного материала

В магните все домены ориентированы в одном направлении. В случае гвоздя домены могут быть выровнены в одном направлении, в результате чего гвоздь становится магнитным. Когда ферромагнитный материал помещается в сильное магнитное поле, все домены выстраиваются в линию и создают сильное магнитное поле. Это объясняет, как магнит может поднять группу железных скрепок. Магнит выравнивает все домены в скрепке, создавая крошечные магниты внутри скрепки. Когда магнит удаляется, домены возвращаются в свое случайное состояние.

Материал из намагниченного материала

Даже сильный магнит можно размагнитить, если домены разрушаются под действием силы или тепла.


Проверьте свои Понимание:

1.

Оставить комментарий