Соленоид. Электромагниты. Все о магнитах :: Класс!ная физика
СОЛЕНОИД
ЭЛЕКТРОМАГНИТ
Соленоид – это катушка индуктивности в виде намотанного на цилиндрическую поверхность изолированного проводника, по которому течёт электрический ток. Электрический ток в обмотке создает в окружающем пространстве магнитное поле соленоида.
Соленоид становится магнитом.
Железные опилки притягиваются к концам катушки при прохождении
через нее электрического тока и отпадают при отключении тока.
Сила магнитного поля катушки с током зависит от числа витков катушки,
от силы тока в цепи и от наличия сердечника в катушке.
Чем большее число витков в катушке и чем больше сила тока, тем сильнее магнитное поле. Железный сердечник, введенный внутрь катушки с током усиливает магнитное поле катушки
Если подвесить соленоид на нити, то он повернется и сориентируется в магнитном поле Земли
подобно свободно вращающейся магнитной стрелке.
Конец соленоида, из которого магнитные линии выходят, становится северным полюсом, а другой конец, в который магнитные линии входят, – южным полюсом магнита-соленоида.
___
Графически изображение магнитного поля соленоида похоже на магнитное поле полосового магнита.
Магнитные линии магнитного поля катушки с током замкнутые кривые
___
Внутри соленоида, длина которого значительно больше диаметра, магнитные линии магнитного поля параллельны и направлены вдоль соленоида.
Устали? – Отдыхаем!
Магнитное поле катушки с током — урок. Физика, 8 класс.
Практический интерес представляет собой магнитное поле катушки с током.
Катушка получится, если плотно, виток к витку, намотать провод в достаточно длинную спираль (рис.
1). В катушке может быть несколько десятков, сотен или даже тысяч витков.
Соленоид (от греч. solen — «канал», «труба» и eidos — «подобный») — разновидность катушки с током. Обычно под термином «соленоид» подразумевается цилиндрическая обмотка из провода, причём длина такой обмотки многократно превышает её диаметр.
Рис. 1. Изображение катушки
Рассмотрим рисунок 2. Мы видим цепь, состоящую из источника тока, реостата и катушки. Катушка содержит большое число витков провода. При протекании тока по цепи железные опилки притягиваются к торцу катушки. А если тока нет, то притяжение не наблюдается.
Рис. 2. Изображение цепи с катушкой, реостатом и источником тока
Если катушка в этом опыте будет подвешена на проводах, то при протекании тока в цепи, она установится в пространстве строго определённым образом. Точно так же, как и магнитная стрелка компаса (в направлении север — юг).
Это наблюдение позволяет сделать вывод, что катушка с током тоже имеет магнитные полюсы (рис. 3).
Рис. 3. Изображение катушки, подвешенной на проводах с током
Логично предположить, что у катушки магнитное поле тоже имеется. Для доказательства можно воспользоваться железными опилками (рис. 4).
Рис. 4. Изображение катушки с железными опилками
Железные опилки располагаются, образуя замкнутые кривые.
За направление линий магнитного поля принято направление от северного полюса катушки к южному (вне катушки с током).
Сила магнитного поля постоянного магнита невелика. Другое дело – электромагнит. Сила магнитного поля электромагнита может изменяться. Ее можно увеличивать или уменьшать. Основная часть любого электромагнита – катушка с намотанным на нее проводом. Рассмотрим опыт, изображенный на рисунке 2. По виткам катушки протекает ток, и она притягивает к себе железные предметы (так проявляется магнитное действие тока).
Если увеличить количество витков в катушке, не меняя силу тока в ней, то ее магнитное действие усилится, о чем свидетельствует увеличение количества притягиваемых предметов.
Физическая величина, характеризующая магнитные свойства катушки с током, связана линейной зависимостью с числом витков в ней.
На рисунке \(5\) показан электрический контур, позволяющий экспериментально выявить взаимосвязь между силой тока и действием магнитного поля катушки.
Действие магнитного поля катушки с током прямо пропорционально силе тока.
Рис. 5. Изображение цепи с реостатом, ключом, катушкой и источником тока
Усиление магнитного поля произойдёт при использовании железного сердечника (рис. 6).
Сердечник — металлический стержень для усиления мощности электромагнита.
Сердечник, введённый внутрь катушки с током, усиливает магнитное действие катушки.
Рис.
6. Изображение цепи с реостатом, ключом, катушкой с железным сердечником и источником тока
Направление магнитного поля тока связано с направлением тока в катушке.
Определить направление линий магнитного поля катушки с током можно при помощи правила правой руки, или правила правого буравчика.
Принято считать, что та сторона катушки или витка с током, откуда линии магнитного поля выходят, — это и есть северный магнитный полюс (\(N\)), а сторона, куда линии входят, — это южный магнитный полюс (\(S\)) (рис. 7).
Рис. 7. Изображение катушки и магнитных полюсов
Источники:
Рис. 1. Указание авторства не требуется: Трансформатор Спираль Власть Технология, https://pixabay.com/images/id-5508211/, 2020-08-23, бесплатно для коммерческого использования.
Рис. 2. Указание авторства не требуется: Трансформатор Спираль Власть Технология, https://pixabay.
com/images/id-5508211/, 2020-08-23, бесплатно для коммерческого использования.
Рис. 3. Указание авторства не требуется: Трансформатор Спираль Власть Технология, https://pixabay.com/images/id-5508211/, 2020-08-23, бесплатно для коммерческого использования.
Рис. 4. Изображение катушки с железными опилками. © ЯКласс.
Рис. 5. Изображение цепи с реостатом, ключом, катушкой и источником тока. © ЯКласс.
Рис. 6. Изображение цепи с реостатом, ключом, катушкой с железным сердечником и источником тока. © ЯКласс.
Рис. 7. Изображение катушки и магнитных полюсов. © ЯКласс.
Магнитные бури: как влияют на здоровье и чем от них защититься – Общество
В первые недели осени Национальное управление по исследованию океанов и атмосферы США сообщило о нескольких грядущих магнитных бурях. Особенно сильная буря обрушилась на центральную часть России 7 и 8 сентября. В такие дни врачи отмечают увеличение поступающих жалоб от людей с заболеваниями сосудов и сердца — именно тогда их самочувствие резко ухудшается.
Что такое магнитная буря
Вокруг Земли есть невидимая оболочка — магнитосфера, которая защищает нашу планету от солнечной радиации. Из космоса на нее воздействует поток солнечного ветра — так называют ионизированные частицы, которые постоянно разлетаются от Солнца со скоростью 400 км/сек. Обычно сила давления солнечного ветра и давление магнитной оболочки Земли равны.
На эту тему
Но когда на Солнце случаются вспышки, скорость солнечного ветра увеличивается, баланс давления меняется, магнитосфера как бы сжимается над Землей и в ней начинают меняться величины токов. Эту “болтанку” давления ученые и называют магнитной бурей.
Есть ли связь?
Однозначного мнения ученых о том, как влияет это природное явление на людей и животных, — нет. Некоторые из них даже считают, что магнитные бури положительно действуют на здоровье, потому что помогают адаптироваться к сложным условиям среды. Другие полагают, что связи между магнитной бурей и сердечном приступом или головной болью нет.
Все дело в том, что до сих пор нет крупных исследований на эту тему.
“Для того чтобы провести исследование влияния магнитной бури на здоровье и состояние человека, необходимо иметь четкие критерии, которые можно измерить, — рассказывает ведущий научный сотрудник Института космических исследований РАН Алексей Струминский. — Головная боль или тахикардия — это не критерий, такие симптомы могут быть вызваны массой других причин, той же сменой погоды, например, сменой атмосферного давления. А магнитная буря на атмосферное давление не влияет”.
Гипертоникам в дни магнитных бурь нужно пить побольше воды и снизить употребление соли, потому что соль задерживает жидкость в организме и ведет к повышению давления. А гипотоникам можно принять тонизирующую настойку элеутерококка или лимонника
Елена Тихомирова
врач-терапевт
Однако у многих врачей — другое мнение. О том, что рекордные по силе вспышки на Солнце, которые наблюдаются последние дни, могут повлиять на самочувствие метеозависимых людей, ТАСС рассказал член-корреспондент РАН Игорь Бобровницкий.
“Вспышки на Солнце, как и другие гео- и гео-гелиомагнитные факторы не на всех людей действуют негативно. Влияют они на так называемых метеочувствительных людей, у которых ослаблены какие-то системы организма, на здоровых людей подобные факторы не действуют”, — рассказал академик.
Бобровницкий уточнил, что механизмы воздействия электромагнитных возмущений на человека изучены слабо. Однако даже у пациентов, не знающих о факте солнечной вспышки, наблюдается ухудшение в самочувствии.
Предполагается несколько эффектов воздействия возмущений магнитного поля, возникающих из-за вспышек на Солнце: это повышение артериального давления, снижение работоспособности, головные боли, повышение тревожности и обострения хронических заболеваний, в том числе и аллергии
Игорь Бобровницкий
член-корреспондент РАН
Есть мнение, что колебания магнитного фона Земли человек инстинктивно воспринимает как угрозу жизни. А увеличение гормонов стресса — кортизола и адреналина — ведет к спазму сосудов и повышению давления.
Советы врачей
Несмотря на то что ученые пока недостаточно изучили, как колебания магнитного поля воздействуют на организм, врачи советуют людям, которые плохо переносят скачки давления, в дни магнитных бурь подстраховаться и соблюдать нехитрые правила.
“В такие дни мы наблюдаем, что у гипертоников давление подскакивает, а у гипотоников, наоборот, падает, — объясняет терапевт Елена Тихомирова. — Для того чтобы нивелировать эти неприятности, гипертоникам нужно пить побольше воды и снизить употребление соли в этот период, потому что соль задерживает жидкость в организме и ведет к повышению давления. А гипотоникам можно принять тонизирующую настойку элеутерококка или лимонника”.
Метеочувствительным людям во время магнитных бурь также важно хорошо высыпаться, избегать повышенных нагрузок, занятий спортом, утомительных походов по магазинам или садовых работ на даче.
Карина Салтыкова, Мария Сотскова
Чем МРТ отличается от компьютерной томографии
Ростовская областная клиническая больница – единственное
медицинское учреждение в Ростовской области, которое сегодня
проводит магнитно-резонансную томографию сердца.
В 2015 году в Ростовской областной клинической больнице начали обследовать пациентов на магнитно-резонансном томографе нового поколения. Об удивительных возможностях новинки, а также о том, чем магнитно-резонансная томография принципиально отличается – и в техническом, и в диагностическом плане – от компьютерной, рассказывает заведующая Рентгенодиагностическим отделением РОКБ Ольга Кучеренко.
– Наш новый магнитно-резонансный томограф – это последняя американская разработка, которая обеспечивает наиболее удачное соотношение детализации исследования человеческого организма с качеством получаемого в результате изображения, а также предоставляет массу дополнительных возможностей при диагностике сердца и сосудов, онкологических новообразований, мелких суставов и многого другого.
Для особо любознательных пациентов стоит в двух словах пояснить, что магнитно-резонансный томограф создает постоянное магнитное поле высокой напряженности и с помощью электромагнитных волн возбуждает в человеческом организме атомные ядра, чаще всего, водорода.
На сегодня медицинская практика свидетельствует, что 1,5 тесла – а именно такие аппараты установлены в нашей больнице – это оптимальная величина напряженности магнитного поля томографа. По понятным причинам, менее мощные томографы – 0,8 тесла – по-прежнему довольно распространены в лечебных учреждениях, в том числе и в Ростове. Сейчас в отдельных клиниках и амбулаториях появляются аппараты и на 3 тесла, но практика показала, что, вместе с некоторыми преимуществами, для их применения есть и целый ряд ограничений. Поэтому большинство мировых клиник приобретают 3-тесловые системы как вторые и третьи, выполняя на них различные научные исследования.
– А есть еще какие-то технические особенности, от которых напрямую зависит качество обследования пациента на МРТ?
– На самом деле, таких немало, но чтобы в них разобраться, нужно быть специалистом. Обычному же пациенту, отправляясь на исследование, важно понимать лишь одно: что может конкретный аппарат, а что нет. Например, любой магнитно-резонансный томограф позволяет исследовать очень многие органы и системы человеческого организма, а вот степень детализации и качество полученного в ходе такого исследования изображения зависит от комплекса аппаратных и программных возможностей конкретного прибора.
Врачи-рентгенологи получают и интерпретируют информацию,
и от их квалификации очень многое зависит.
Дело в том, что каждый из лидирующих в этой области производителей, основываясь на одной и той же технологии, выпускает по-своему уникальные аппараты, постоянно совершенствуя различные их элементы и расширяя программные возможности, – для улучшения уже существующих функций и получения новых.
В нашем новом томографе усовершенствована технология покрытия всего тела, он позволяет получать более детальные и качественные изображения сердца, онкологических новообразований, миниатюрных структур организма, вроде улитки внутреннего уха, мелких сосудов или суставов. Наконец, он более быстрый, что значительно сокращает время стандартного исследования, – в среднем, до 10-20 минут. На практике это означает увеличение количества принятых пациентов и снижение стоимости самого исследования. Кстати, работа на новом томографе ведется в две смены – до 20.00, что позволяет нам принимать пациентов и до начала их рабочего дня, и вечером.
– Сейчас распространено такое мнение, что МРТ – это то же КТ, только лучше…
– Это крайне упрощенное представление. Магнитно-резонансная и спиральная компьютерная томография, которую часто называют просто КТ, – отнюдь не конкуренты. Да, есть много органов и систем, исследование которых возможно и тем, и другим способом. И здесь выбор целиком и полностью зависит от лечащего врача, который, основываясь на результатах осмотра пациента, останавливается на том варианте исследования, который способен дать ему всю недостающую информацию.
Конечно, исследования на компьютерном томографе более дешевы и быстры, но они связаны с облучением, ведь КТ – это, по сути дела, тот же рентген, только изрядно поумневший. Компьютерный томограф за очень короткий промежуток времени сканирует тело человека в нужном месте в разных срезах и генерирует цифровое изображение высокого качества, которое можно рассмотреть на мониторе и вывести на пленку.
Диагностика заболеваний бронхолегочной системы
базируется исключительно на компьютерной томографии.
А МРТ лучевой нагрузки на организм человека не дает, и вообще до настоящего момента никаких побочных эффектов от его применения не выявлено. Процедура совершенно безболезненна, однако сопровождается сильным шумом, поэтому для уменьшения дискомфорта мы пациентам предлагаем наушники.
Далее, компьютерная томография просто неэффективна при исследовании некоторых отделов организма, например, суставов, органов малого таза, кишечника. В то же время диагностика заболеваний бронхолегочной системы базируется исключительно на компьютерной томографии.
А в некоторых случаях мы проводим пациенту и компьютерную томографию, и магнитно-резонансную, например, если необходимо более пристально рассмотреть изменения костных структур и мягких тканей или уточнить распространенность онкологических новообразований.
– А на каком томографе лучше исследовать сердце?
– Кстати, Ростовская областная клиническая больница – единственное медицинское учреждение в Ростове, которое сегодня проводит магнитно-резонансную томографию сердца, и наши кардиологи и хирурги на себе ощутили ее исключительные возможности для оценки состояния миокарда или выявления микроскопических опухолевых образований.
Вот совсем свежий случай: в наш Кардиохирургический центр обратился пациент, которого продолжительное время лечили по месту жительства от последствий перенесенного инфаркта. Не добившись никакого улучшения, направили к нам, и именно МРТ сердца позволила быстро установить, что он страдает главным образом от кардиомиопатии, а не от постинфарктного кардиосклероза.
Врачи скорректировали лечение – и в считанные дни больной почувствовал себя значительно лучше.
И даже в том случае, когда диагноз не вызывает сомнений, например, совершенно очевидно, что пациент нуждается в хирургическом лечении для устранения последствий инфаркта миокарда, – МРТ позволяет кардиохирургам точно определиться с объемом операции и учесть различные дополнительные факторы: наличие аневризмы левого желудочка или, скажем, тромбов в полости сердца.
Степень детализации и качество изображения, полученного в результате
магнитно-резонансного исследования, зависит от комплекса аппаратных
и программных возможностей конкретного прибора.
Спиральная компьютерная томография, тем более УЗИ, не в состоянии справиться с таким объемом задач, хотя КТ гораздо информативнее МРТ, если требуется оценить состояние сосудов сердца. Поэтому мы очень редко проводим МРТ коронарных сосудов и вообще стараемся тем пациентам, которые хотят записаться на процедуру самостоятельно, без направления врача, разъяснить, что полный комплекс исследования сердца длится до полутора часов, то есть желательно, чтобы кардиолог или сердечно-сосудистый хирург, назначая МРТ, по возможности сузил диагностам задачу.
– Вы упомянули, что к МРТ есть противопоказания…
– Да, и их немало. В основном, они связаны с физическим особенностями магнитного поля, поэтому к абсолютным противопоказаниям относится наличие в теле пациента металлических инородных тел, ферромагнитных имплантатов, а также приборов, работа которых может быть нарушена (например, кардиостимулятора, автоматического дозатора лекарственных веществ).
Также МРТ нельзя проводить пациентам с искусственным задним проходом с магнитным затвором или искусственным клапаном сердца с металлическими элементами. На стальные имплантаты зажимы/клипсы на сосудах, искусственные тазобедренные суставы, элементы остеосинтеза для принятия решения требуется сертификат на внедренный материал. Металлические зубы, танталовые скобки на грудине допускаются, хотя это может снизить качество изображения. Вопрос о проведении исследования в случае наличия искусственного клапана сердца или кава-фильтра решается после консультации со специалистом отделения.
Еще одна группа противопоказаний связана с физической невозможностью проведения процедуры, если пациент, например, весит более 150 килограммов. Многие медицинские учреждения не могут провести МРТ пациенту, находящемуся на искусственной вентиляции легких. В Ростовской областной клинической больнице это возможно.
И в компьютерной, и в магнитно-резонансной
томографии может применяться
внутривенное контрастирование.
Относительные противопоказания к магнитно-резонансной томографии связаны с психологическими особенностями пациента – клаустрофобия исключает МРТ на мощном аппарате, ведь пациенту приходится 10-20 минут находиться в довольно тесном пространстве томографа закрытого типа.
Обычно не назначают МРТ в первый триместр беременности. Также возникают сложности, если пациент не в состоянии сохранять неподвижность во время обследования, что необходимо для получения качественного изображения. По этой причине мы, как правило, не делаем МРТ детям младше пяти лет, которых сложно уговорить так долго лежать спокойно.
Это – неполный список, именно поэтому запись на томографические исследования в РОКБ осуществляет не лаборант, а врач-рентгенолог, чтобы дополнительно уточнить необходимость проведения того или иного вида исследования, выявить все противопоказания, а также, в случае надобности, привлечь к процедуре своих коллег из стационара.
Главное ведь – конечный результат, к которому стремится каждый больной – избавиться от недуга. Аппарат же не выдает готовые диагнозы и не назначает лечения. Врачи-рентгенологи получают и интерпретируют информацию, и от их квалификации очень многое зависит, но ставит окончательный диагноз, определяет схему лечения и отвечает за результат все-таки лечащий врач.
Ростовская областная клиническая больница в состоянии обеспечить больному весь комплекс качественных медицинских услуг: грамотное проведение высокотехнологичного исследования и, в случае необходимости, – оперативное привлечение к такому исследованию врача-клинициста, специализирующегося в нужной области медицины, а затем – осуществление последующего лечения, вплоть до сложнейших хирургических операций, и послеоперационной реабилитации.
1_Макет МР_Основы безопасности при проведении магнитно-резонансной томографии
%PDF-1.5 % 1 0 obj >/OCGs[53 0 R]>>/Pages 3 0 R/Type/Catalog>> endobj 2 0 obj >stream 2020-04-09T11:38:37+04:002020-04-09T11:38:38+03:002020-04-09T11:38:38+03:00Adobe Illustrator CC 23.0 (Windows)
did:e83b3cf1-ff0b-be47-86c2-8a8ea23bace4xmp.did:1836970e-879c-b340-8405-1f7aca61788bproof:pdfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3xmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfxmp.did:e83b3cf1-ff0b-be47-86c2-8a8ea23bace4proof:pdf
1_Макет МР_Основы безопасности при проведении магнитно-резонансной томографии.pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
1_Макет МР_Основы безопасности при проведении магнитно-резонансной томографии.pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
1_Макет МР_Основы безопасности при проведении магнитно-резонансной томографии.pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
1_Макет МР_Основы безопасности при проведении магнитно-резонансной томографии.pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
1_Макет МР_Основы безопасности при проведении магнитно-резонансной томографии.pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
1_Макет МР_Основы безопасности при проведении магнитно-резонансной томографии.pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
1_Макет МР_Основы безопасности при проведении магнитно-резонансной томографии.pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
1_Макет МР_Основы безопасности при проведении магнитно-резонансной томографии.pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
1_Макет МР_Основы безопасности при проведении магнитно-резонансной томографии.pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
1_Макет МР_Основы безопасности при проведении магнитно-резонансной томографии.pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
1_Макет МР_Основы безопасности при проведении магнитно-резонансной томографии.pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
1_Макет МР_Основы безопасности при проведении магнитно-резонансной томографии.pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
1_Макет МР_Основы безопасности при проведении магнитно-резонансной томографии.pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
1_Макет МР_Основы безопасности при проведении магнитно-резонансной томографии.pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
1_Макет МР_Основы безопасности при проведении магнитно-резонансной томографии.pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
1_Макет МР_Основы безопасности при проведении магнитно-резонансной томографии.pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
1_Макет МР_Основы безопасности при проведении магнитно-резонансной томографии.pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
1_Макет МР_Основы безопасности при проведении магнитно-резонансной томографии.pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
1_Макет МР_Основы безопасности при проведении магнитно-резонансной томографии.pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
1_Макет МР_Основы безопасности при проведении магнитно-резонансной томографии.pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
1_Макет МР_Основы безопасности при проведении магнитно-резонансной томографии.pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
1_Макет МР_Основы безопасности при проведении магнитно-резонансной томографии.pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
1_Макет МР_Основы безопасности при проведении магнитно-резонансной томографии.pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
1_Макет МР_Основы безопасности при проведении магнитно-резонансной томографии.pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
1_Макет МР_Основы безопасности при проведении магнитно-резонансной томографии.pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
1_Макет МР_Основы безопасности при проведении магнитно-резонансной томографии.pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
1_Макет МР_Основы безопасности при проведении магнитно-резонансной томографии.pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
1_Макет МР_Основы безопасности при проведении магнитно-резонансной томографии.pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
1_Макет МР_Основы безопасности при проведении магнитно-резонансной томографии.pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
1_Макет МР_Основы безопасности при проведении магнитно-резонансной томографии.pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
1_Макет МР_Основы безопасности при проведении магнитно-резонансной томографии.pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
1_Макет МР_Основы безопасности при проведении магнитно-резонансной томографии.pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
pdfxmp.id:0f21dfd1-63b5-d844-8cda-1908df0912bfuuid:2e8d242d-6d7e-44c3-ac29-d50465223aa3
000FalseMCN65.PFB; MCN65.PFM
PFB; MCN65.PFM
000FalseMCN65.PFB; MCN65.PFM
PFM
000FalseMCN65.PFB; MCN65.PFM
PFB; MCN65.PFM
0 0.0 419.528 595.276]/Type/Page>>
endobj
106 0 obj
>/Resources>/Font>/ProcSet[/PDF/Text]/Properties>/Shading>/XObject>>>/Thumb 144 0 R/TrimBox[0.0 0.0 419.528 595.276]/Type/Page>>
endobj
107 0 obj
>/Resources>/Font>/ProcSet[/PDF/Text]/Properties>/Shading>/XObject>>>/Thumb 151 0 R/TrimBox[0.0 0.0 419.528 595.276]/Type/Page>>
endobj
108 0 obj
>/Resources>/Font>/ProcSet[/PDF/Text]/Properties>/Shading>/XObject>>>/Thumb 154 0 R/TrimBox[0.0 0.0 419.528 595.276]/Type/Page>>
endobj
109 0 obj
>/Resources>/Font>/ProcSet[/PDF/Text]/Properties>/Shading>/XObject>>>/Thumb 157 0 R/TrimBox[0.0 0.0 419.528 595.276]/Type/Page>>
endobj
110 0 obj
>/Resources>/Font>/ProcSet[/PDF/Text]/Properties>/Shading>/XObject>>>/Thumb 160 0 R/TrimBox[0.0 0.0 419.528 595.276]/Type/Page>>
endobj
111 0 obj
>/Resources>/Font>/ProcSet[/PDF/Text]/Properties>/Shading>/XObject>>>/Thumb 163 0 R/TrimBox[0.
O`%sˠp.?ܻᰁ9″o3:x)fj
K{e)_}}=”buCSA92Rd3֚ns
Ceۃ{kh4#~G>-*@BػJ:Аномалия магнитная – Что такое Аномалия магнитная?
Аномалия магнитная – отклонение напряженности магнитного поля Земли от его нормального для данного места значения
Аномалия магнитная – отклонение напряженности магнитного поля Земли от его нормального для данного места значения.
Изучение магнитной аномалии имеет большое практическое значение, т. к. они могут быть непосредственно связаны с месторождениями нефти и газа, др. полезных ископаемых или, отображая область развития тех или иных комплексов пород, могут служить их косвенными признаками.
Магнитные аномалии могут также картировать определенные тектонические структуры в осадочной толще, являющиеся ловушками нефти и газа.
Изучение магнитной аномалии необходимо при исследовании геологического строения и тектоники различных слоев земной коры, при проведении структурного, тектонического и структурно-вещественного районирования фундамента, а также при решении ряда других задач.
Путем сравнения магнитных аномалий между собой можно сделать заключение и о геологическом строении участков земной коры, вызвавших аномалии на соседних площадях.
Несмотря на простоту физических основ этого способа исследований магнитометрия редко применяется при поисках нефти, т. к. магнитные свойства осадочных пород очень сходны между собой.
Магнитометрия применяется при поисках нефти и газа для широких исследований на крупных территориях.
Этот метод помогает выявить крупные глубоко погребенные зоны поднятий в изверженных и метаморфических породах, слагающих фундамент, подстилающий осадочную толщу.
Выделение в фундаменте таких крупных элементов помогает разобраться и в основных чертах строения осадочной толщи пород.
Магнитная аномалия обусловлена неоднородностью магнитных свойств горных пород, образующих земную кору, по площади и в разрезе.
Магнитные аномалии, связанные с намагниченными геологическими образованиями верхней части земной коры, в зависимости от их площади в плане условно делятся на региональные и локальные.
Локальные магнитные аномалии наблюдаются на фоне региональной или в совокупности образуют ее благодаря наложению друг на друга.
Разделение такой сложной магнитной аномалии проводится путем теоретического моделирования или различных трансформаций геомагнитного поля.
Локальные магнитные аномалии обусловлены более мелкими по объему объектами, залегающими как в фундаменте, так и в осадочном слое земной коры.
Ими могут быть отдельные магматические тела различного состава в виде штоков, даек, линзообразных межпластовых интрузий, а также толщи, пласты или слои намагниченных осадочно-метаморфических, вулканогенно-осадочных и осадочных комплексов, смятых в достаточно крутые складки.
Региональные магнитные аномалии обусловлены крупными по объему или глубокозалегающими аномалеобразующими объектами, расположенными главным образом в теле консолидированного основания (фундамента).
Такими объектами могут быть массивы и батолиты намагниченных горных пород различного состава, а также комплексы намагниченных пород, слагающих отдельные блоки фундамента.
Знак магнитной аномалии зависит, в 1ю очередь, от вещественного состава создающих ее горных пород, а также от направления вектора намагниченности.
Положительные магнитные аномалии обусловлены обычно сильномагнитными интрузивными и эффузивными образованиями основного и ультраосновного состава, а также кислыми (гранодиоритовыми) и щелочными (сиенитовыми) интрузиями.
Отрицательные магнитные аномалии наблюдаются над обратнонамагниченными горными породами (например, над некками древних вулканов).
Интенсивность магнитной аномалии зависит от вещественного состава аномалеобразующего геологического тела, от условий его залегания (глубины, горизонтальной мощности, размеров по падению, угла падения) и от направления намагниченности.
Интенсивность магнитной аномалии колеблется в широких пределах и может достигать nх105 нТл (например, над железорудными и другими железосодержащими породами Криворожского бассейна и Урала).
Аномалии магнитные могут быть сгруппированы в зоны или серии локальных аномалий относительно простого или сложного характера и различной формы в плане.
Например, узкие полосообразные зоны либо цепочки положительных или отрицательных локальных магнитных аномалий картируют тектонические нарушения и глубинные разломы; зоны переменного магнитного ноля отображают развитие эффузивных образований основного состава.
Участки, в пределах которых располагается несколько аномальных зон, могут быть выделены в аномальную область.
Магнитные поля расскажут о Вселенной
Известно, что магнитные поля присутствуют практически во всех типах космических структур во Вселенной — от небольших планет до галактик и крупнейших скоплений галактик. Есть основания полагать, что и на самых больших, космологических масштабах Вселенная пронизана магнитными полями, пусть и меньшей величины. Определение характеристик таких космологических полей имеет важное значение для космологии и физики космических частиц.
Основной характеристикой магнитного поля является магнитная индукция — именно она определяет силу поля, действующую на движущиеся заряды.
Российские ученые из Государственного астрономического института им. П.К. Штернберга и Института ядерных исследований Российской академии наук вместе с зарубежными коллегами
получили самую точную на сегодняшний день оценку максимальной величины космологических магнитных полей.
Результаты исследования опубликованы в престижном научном журнале Physical Review Letters и попали в рубрику Editor’s Suggestion — «Выбор редакции». Работу удалось осуществить благодаря финансовой поддержке Российского научного фонда (РНФ). Авторы статьи использовали большой обзор далеких радиоисточников. Данные обзора позволили поставить сильные верхние ограничения на индукцию космологических полей.
Максим Пширков с коллегами применили метод изучения космологических магнитных полей с помощью явления фарадеевского вращения плоскости поляризации радиоизлучения: при распространении поляризованного излучения от далекого источника его плоскость поляризации поворачивается на некоторый угол, величина которого зависит от величины космических магнитных полей.
Таким образом, изучая величины поворотов, можно оценивать эти магнитные поля.
Максим Пширков и соавторы использовали уже имевшиеся результаты измерений для примерно 3 тыс. радиоисточников, распределенных по большей части небесной сферы. При анализе данных был учтен локальный вклад в эффект Фарадея, возникающий внутри Млечного Пути.
Сравнивая данные наблюдений с предсказаниями модели с дополнительным вкладом от космологических полей, исследователи смогли получить строгие ограничения сверху на величину этих полей — около 1 нГс.
«До последнего времени было известно очень мало о космологических полях, — говорит Максим Пширков. — Около шести лет назад наблюдения спутника «Ферми» дали косвенные указания на существование очень слабых внегалактических магнитных полей (10–17 Гс), то есть была сделана оценка снизу для силы этих полей. Для сравнения, на поверхности Земли сила поля составляет примерно 0,5 Гс.
Оценку сверху на максимальную силу космологических полей делали и ранее, но полученные тогда ограничения были в пять раз больше, чем полученные нами сейчас.
Совсем недавно с использованием данных со спутника Planck была дана оценка максимальной величины космологических полей, которую теперь нам удалось улучшить в два раза. Однако Planck изучал реликтовое излучение, то есть полученные им данные могут ограничить только магнитные поля, существовавшие на ранних стадиях эволюции Вселенной».
Среди ученых пока нет единого мнения о природе космологического магнитного поля. Существует две гипотезы. В соответствие с первой, это поле первично, оно образовалось на ранних стадиях эволюции Вселенной. По другой гипотезе, это поле образовалось позже, в первый миллиард лет существования галактик. В этих ранних галактиках образовывалось магнитное поле, которое затем было вынесено из них и «загрязнило» окружающую межгалактическую среду.
Полученные учеными данные важны для изучения космических лучей сверхвысоких энергий — они помогут решить задачу отождествления источников космических лучей, которая остается нерешенной уже более полувека.
«Если бы космологическое магнитное поле оказалось больше, скажем, 3 нГс, то космические лучи от далеких источников испытывали бы сильное отклонение, и мы не смогли бы отождествить их с источниками, — объясняет Максим Пширков.
— Полученное нами ограничение сверху означает, что лучи в межгалактическом пространстве отклоняются не очень значительно.
Также возможно, что полученные нами ограничения помогут ученым-теоретикам в выборе правильной модели эволюции ранней Вселенной».
Работа ученых была выполнена в рамках гранта Российского научного фонда (РНФ) «За пределами возможностей земных ускорителей: происхождение космических лучей, нейтрино и фотонов с энергиями (1015–1020) эВ» под руководством Сергея Троицкого из Института ядерных исследований Российской академии наук. Этот грант нацелен на исследования в области астрофизики частиц — новой области науки, в которой астрономические исследования используются для целей фундаментальной физики, многие из которых просто не могут быть проверены экспериментально в земных лабораториях. Для примера, энергии космолучей доходят до 1020 эВ, что в 10 млн раз больше энергий частиц на Большом адронном коллайдере.
Магнитное поле провода
Магнитный поле длинной проволоки
Магнитный
поля возникают из зарядов, подобно электрическим полям,
но отличаются тем, что заряды должны двигаться.
А
длинный прямой провод, по которому течет ток, является простейшим
пример движущегося заряда, который генерирует магнитное поле
поле. Мы упоминали, что сила, которую испытывает заряд, когда
движение через магнитное поле зависело от
правило правой руки.Направление магнитного поля из-за
к движущимся зарядам также будет зависеть от правой руки
правило. Для случая длинного прямого провода, несущего
ток I , линии магнитного поля закручиваются
вокруг провода. Направляя большой палец правой руки вдоль
направление тока, направление магнитного
поле можно найти, согнув пальцы вокруг
провод.
Сила магнитного поля зависит от силы тока I в проводе и r , расстояние от провода.
Постоянная m 0 — это магнитная проницаемость.
Причина в том, что не отображается произвольное число
что единицы заряда и тока (кулоны и амперы)
были выбраны, чтобы дать простую форму для этой константы. Один
также можно заметить произведение m 0 и e 0 относятся к
скорость света. (подробнее об этом позже, фундаментальные константы)
Если один вспоминается случай электрического поля однородного заряженный провод, он же упал как 1/р .Нет реальной аналогии закону Кулона для магнетизма, так как магнитное поле точечного заряда сложно поскольку он не может стоять на месте, чтобы генерировать магнитное поле.
Примеры Магнитный индекс источника поля
Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.
Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.
Настройка браузера на прием файлов cookie
Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:
- В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
- Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
- Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
- Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г.,
браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
- Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.
Почему этому сайту требуются файлы cookie?
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.
Что сохраняется в файле cookie?
Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.
Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.
Например, сайт
не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к
остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.
Магнитные поля и линии – University Physics Volume 2
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
- Определение магнитного поля на основе движущегося заряда, на который действует сила
- Применение правила правой руки для определения направления магнитной силы на основе движения заряда в магнитном поле
- Нарисуйте линии магнитного поля, чтобы понять, куда направлено магнитное поле и насколько оно сильно в области пространства
Мы описали свойства магнитов, описали их поведение и перечислили некоторые применения магнитных свойств.Несмотря на то, что не существует таких вещей, как изолированные магнитные заряды, мы все же можем определить притяжение и отталкивание магнитов как основанные на поле.
В этом разделе мы определяем магнитное поле, определяем его направление на основе правила правой руки и обсуждаем, как рисовать силовые линии магнитного поля.
Определение магнитного поля
Магнитное поле определяется силой, с которой заряженная частица испытывает движение в этом поле, после того как мы учтем гравитационную и любые дополнительные электрические силы, возможные на заряде.Величина этой силы пропорциональна количеству заряда q , скорости заряженной частицы v и величине приложенного магнитного поля. Направление этой силы перпендикулярно как направлению движущейся заряженной частицы, так и направлению приложенного магнитного поля. Основываясь на этих наблюдениях, мы определяем напряженность магнитного поля B на основе магнитной силы, действующей на заряд q , движущийся со скоростью, как векторное произведение скорости и магнитного поля, то есть
Фактически, именно так мы определяем магнитное поле — в терминах силы, действующей на заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле.
Величина силы определяется из определения перекрестного произведения, поскольку оно связано с величинами каждого из векторов. Другими словами, величина силы удовлетворяет
, где θ — угол между скоростью и магнитным полем.
Единица СИ для напряженности магнитного поля B называется тесла (Тл) в честь эксцентричного, но гениального изобретателя Николы Теслы (1856–1943), где
Меньшая единица, называемая гауссом (G), где иногда используется.Самые сильные постоянные магниты имеют поля около 2 Тл; сверхпроводящие электромагниты могут достигать 10 Тл и более. Магнитное поле Земли на ее поверхности составляет всего около или 0,5 Гс.
Стратегия решения задач: направление магнитного поля по правилу правой руки
Направление магнитной силы перпендикулярно плоскости, образованной и определяемой правилом правой руки-1 (или RHR-1), которое показано на (рис.).
- Расположите правую руку так, чтобы пальцы согнулись в плоскости, определяемой векторами скорости и магнитного поля.
- Правой рукой проведите пальцами от скорости к магнитному полю под наименьшим возможным углом.
- Магнитная сила направлена туда, куда указывает большой палец.
- Если заряд был отрицательным, измените направление, найденное этими шагами.
На статические заряды не действует магнитная сила. Однако на заряды, движущиеся под углом к магнитному полю, действует магнитная сила. Когда заряды неподвижны, их электрические поля не действуют на магниты.Однако когда заряды движутся, они создают магнитные поля, которые воздействуют на другие магниты. При относительном движении возникает связь между электрическими и магнитными силами — одно влияет на другое.
Альфа-частица, движущаяся в магнитном поле Альфа-частица движется в однородном магнитном поле величиной 1,5 Тл. Поле прямо параллельно положительной оси z прямоугольной системы координат (рисунок). Какова магнитная сила, действующая на альфа-частицу, когда она движется (а) в положительном направлении x со скоростью (b) в отрицательном направлении y – со скоростью (c) в положительном направлении z -направление со скоростью (d) со скоростью
Магнитные силы, действующие на альфа-частицу, движущуюся в однородном магнитном поле.
Поле на всех рисунках одно и то же, а скорость разная.
Стратегия Нам известны заряд, его скорость, напряженность и направление магнитного поля. Таким образом, мы можем использовать уравнение или для расчета силы. Направление силы определяется РПЧ-1.
Решение
- Во-первых, чтобы определить направление, начните с пальцев, указывающих в положительном x -направлении. Проведите пальцами вверх в направлении магнитного поля.Ваш большой палец должен указывать в отрицательном направлении и . Это должно соответствовать математическому ответу. Чтобы вычислить силу, мы используем данные заряда, скорости и магнитного поля, а также определение магнитной силы в форме перекрестного произведения, чтобы вычислить:
- Во-первых, чтобы определить направление, начните с пальцев, указывающих в отрицательном y -направлении. Проведите пальцами вверх в направлении магнитного поля, как в предыдущей задаче. Ваш большой палец должен быть открыт в отрицательном направлении x .Это должно соответствовать математическому ответу. Чтобы вычислить силу, мы используем данные заряда, скорости и магнитного поля, а также определение магнитной силы в форме перекрестного произведения, чтобы вычислить:
Альтернативный подход заключается в использовании (Рисунок) для определения величины силы. Это относится к обеим частям (а) и (б). Поскольку скорость перпендикулярна магнитному полю, угол между ними равен 90 градусов. Следовательно, величина силы равна: - Поскольку скорость и магнитное поле параллельны друг другу, ориентация вашей руки не приведет к направлению силы.Следовательно, сила, действующая на этот движущийся заряд, равна нулю. Это подтверждается перекрестным произведением. При пересечении двух векторов, указывающих в одном направлении, результат равен нулю.
- Во-первых, чтобы определить направление, ваши пальцы могут указывать на любую ориентацию; однако вы должны провести пальцами вверх в направлении магнитного поля. Поворачивая руку, обратите внимание, что большой палец может указывать в любом возможном направлении x или y , но не в направлении z .Это должно соответствовать математическому ответу. Чтобы вычислить силу, мы используем данные заряда, скорости и магнитного поля, а также определение магнитной силы в форме перекрестного произведения, чтобы вычислить:
Это решение можно переписать в терминах величины и угла в плоскости xy :
Величину силы также можно рассчитать с помощью (рис.). Однако скорость в этом вопросе имеет три компонента. z -составляющей скорости можно пренебречь, поскольку она параллельна магнитному полю и, следовательно, не создает силы.Величина скорости вычисляется из компонентов x и y . Угол между скоростью в плоскости xy и магнитным полем в плоскости z равен 90 градусов. Следовательно, сила рассчитывается как:
Это та же величина силы, рассчитанная по единичным векторам.
Ваш большой палец должен быть открыт в отрицательном направлении x .Это должно соответствовать математическому ответу. Чтобы вычислить силу, мы используем данные заряда, скорости и магнитного поля, а также определение магнитной силы в форме перекрестного произведения, чтобы вычислить: 
Поворачивая руку, обратите внимание, что большой палец может указывать в любом возможном направлении x или y , но не в направлении z .Это должно соответствовать математическому ответу. Чтобы вычислить силу, мы используем данные заряда, скорости и магнитного поля, а также определение магнитной силы в форме перекрестного произведения, чтобы вычислить: 
Следовательно, сила рассчитывается как: Значение Перекрестное произведение в этой формуле дает третий вектор, который должен быть перпендикулярен двум другим.Другие физические величины, такие как угловой момент, также имеют три вектора, которые связаны перекрестным произведением. Обратите внимание, что типичные значения силы в задачах о магнитной силе намного больше, чем гравитационная сила. Следовательно, для изолированного заряда магнитная сила является доминирующей силой, управляющей движением заряда.
Проверьте свое понимание Повторите предыдущую задачу с магнитным полем в направлении x , а не в направлении z .Проверьте свои ответы с помощью RHR-1.
Представление магнитных полей
Представление магнитных полей линиями магнитного поля очень полезно для визуализации силы и направления магнитного поля.
Как показано на (Рисунок), каждая из этих линий образует замкнутый контур, даже если это не показано ограничениями пространства, доступного для рисунка. Линии поля выходят из северного полюса (N), закручиваются к южному полюсу (S) и продолжаются через стержневой магнит обратно к северному полюсу.
Линии магнитного поля имеют несколько жестких правил:
- Направление магнитного поля касается силовой линии в любой точке пространства. Маленький компас укажет направление линии поля.
- Сила поля пропорциональна близости линий. Она точно пропорциональна количеству линий на единицу площади, перпендикулярной линиям (называемой поверхностной плотностью).
- Линии магнитного поля никогда не пересекаются, а это означает, что поле уникально в любой точке пространства.
- Линии магнитного поля непрерывны, образуя замкнутые петли без начала и конца. Они направлены 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 обычно начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных зарядах или на бесконечности. Если бы существовали изолированные магнитные заряды (называемые магнитными монополями), то силовые линии магнитного поля начинались бы и заканчивались на них.
Линии магнитного поля имеют направление, в котором указывает небольшой компас, когда он помещен в какое-либо место в поле. Сила поля пропорциональна близости (или плотности) линий. Если бы можно было исследовать внутреннюю часть магнита, было бы обнаружено, что силовые линии образуют непрерывные замкнутые петли. Чтобы поместиться в разумном пространстве, некоторые из этих рисунков могут не показывать закрытие петель; однако, если бы было предоставлено достаточно места, петли были бы закрыты.
Резюме
- На заряды, движущиеся поперек магнитного поля, действует сила, определяемая Сила перпендикулярна плоскости, образованной и
- Направление силы, действующей на движущийся заряд, определяется правилом правой руки 1 (RHR-1): проведите пальцами в плоскости скорости, магнитного поля. Начните с направления их в направлении скорости и проведите по направлению к магнитному полю. Ваш большой палец указывает направление магнитной силы для положительных зарядов.
- Магнитные поля могут быть графически представлены силовыми линиями магнитного поля, которые обладают следующими свойствами:
- Поле касается линии магнитного поля.
- Сила поля пропорциональна плотности линий.
- Линии поля не могут пересекаться.
- Линии поля образуют непрерывные замкнутые петли.
- Магнитные полюса всегда встречаются парами северный и южный — невозможно изолировать северный и южный полюса.
Начните с направления их в направлении скорости и проведите по направлению к магнитному полю. Ваш большой палец указывает направление магнитной силы для положительных зарядов.Концептуальные вопросы
Обсудите сходства и различия между электрической силой, действующей на заряд, и магнитной силой, действующей на заряд.
Оба зависят от поля. Электрическая сила зависит от заряда, тогда как магнитная сила зависит от тока или скорости потока заряда.
а) Может ли магнитная сила, действующая на заряд, движущийся в магнитном поле, равняться нулю? б) Может ли электрическая сила, действующая на заряд, движущийся в электрическом поле, равняться нулю? в) Возможна ли равная нулю равнодействующая электрических и магнитных сил на заряд, движущийся одновременно через оба поля?
Проблемы
Каково направление магнитной силы, действующей на положительный заряд, который движется, как показано в каждом из шести случаев?
а.
левый; б. на страницу; в. вверх по странице; д. нет силы; е. правильно; ф. вниз
Повторите предыдущее упражнение для отрицательного заряда.
Каково направление скорости отрицательного заряда, на который действует магнитная сила, показанная в каждом из трех случаев, если предположить, что он движется перпендикулярно B ?
а. правильно; б. на страницу; в. вниз
Повторите предыдущее упражнение для положительного заряда.
Каково направление магнитного поля, которое создает магнитную силу на положительном заряде, как показано в каждом из трех случаев, при условии, что оно перпендикулярно ?
а.на страницу; б. левый; в. вне страницы
Повторите предыдущее упражнение для отрицательного заряда.
(a) Самолеты иногда приобретают небольшие статические заряды. Предположим, сверхзвуковая струя имеет заряд 0,500 мкКл и летит строго на запад со скоростью 660 м/с над южным магнитным полюсом Земли, где магнитное поле направлено прямо в землю.
Каковы направление и величина магнитной силы на плоскости? (b) Обсудите, подразумевает ли значение, полученное в части (а), это значительный или незначительный эффект.
а. север б. Сила очень мала, поэтому это означает, что влияние статических зарядов на самолеты незначительно.
(a) Протон космического луча, движущийся к Земле, испытывает магнитную силу Какова напряженность магнитного поля, если угол между ним и скоростью протона составляет 45°? (b) Является ли значение, полученное в части а. согласуется с известной силой магнитного поля Земли на ее поверхности? Обсуждать.
Электрон движется со скоростью 1.На магнитное поле силой 25 Тл действует магнитная сила Какой угол составляет скорость электрона с магнитным полем? Есть два ответа.
(a) Физик, проводящий чувствительные измерения, хочет ограничить магнитную силу, действующую на движущийся заряд в ее оборудовании, до значения, меньшего, чем Какой максимальной может быть заряд, если он движется с максимальной скоростью 30,0 м/с в поле Земли? (b) Обсудите, будет ли трудно ограничить заряд меньше значения, найденного в (а), сравнив его с типичным статическим электричеством и отметив, что статическое электричество часто отсутствует.
Глоссарий
- гаусс
- Гс — единица напряженности магнитного поля;
- линии магнитного поля
- непрерывных кривых, показывающих направление магнитного поля; эти линии указывают в том же направлении, что и компас, к южному магнитному полюсу стержневого магнита
- магнитная сила
- сила, приложенная к заряженной частице, движущейся через магнитное поле
- правило правой руки-1
- используя правую руку для определения направления магнитной силы, скорости заряженной частицы или магнитного поля
- тесла
- Единица СИ для магнитного поля: 1 Тл = 1 Н/А-м
ПОЧЕМУ МАГНИТНЫЕ СИЛЫ ЗАВИСЯТ ОТ КТО ИХ ИЗМЕРЯЕТ
ПОЧЕМУ МАГНИТНЫЕ СИЛЫ ЗАВИСЯТ ОТ КТО ИХ ИЗМЕРЯЕТ ПОЧЕМУ ЗАВИСЯТ ЛИ МАГНИТНЫЕ СИЛЫ ОТ КТО ИХ ИЗМЕРЯЕТ? Дэвид Н.Джеймисон доктор философии.
Школа физики
Мельбурнский университет
mov” hspace=”0″ controller=”true” quality=”High” playeveryframe=”true” keepaspectratio=”TRUE”/>Введение: Магнетизм и силы природы
В марте 1989 года массивные магнитные бури на Солнце, вызванные необычным Активность солнечных пятен вызвала отключение электроэнергии в Квебеке, Канада, что повлияло на более шести миллионов человек.
Машинист поезда Met замыкает переключатель, вызывая протекание электрического тока на две катушки проволоки, одна из которых прочно закреплена на шасси поезда, другой прикреплен к колесам.Мощные магнитные крутящие силы приводят в движение несколько сотен тонн стали и людей на линии.
На Мельбурнском ядерном микрозонде, специальном электромагните, генерирующем сложная структура магнитных полей, вызывающая пучок заряженных частиц сойтись в крошечной точке в миллионную долю метра в диаметре. Это используется как мощный диагностический зонд в медицине, ботанике, геологии и материалах наука.
Бушволкер, оснащенный магнитным компасом, может уверенно
перемещаться по бездорожью дикой местности, следуя за магнитным полем Земли
поле.
Сверхчувствительный датчик магнитного поля, называемый сверхпроводящим квантовым Интерференционное устройство, настраивается на слабые магнитные поля, создаваемые мысли бегают по нервным путям в человеческом мозгу.
Рисунок 1: Сильные магнитные поля в солнечных пятнах вызывают зеемановскую расщепление солнечного света. Мы можем воспроизвести тот же эффект в лаборатории. с помощью мощных магнитов. (Из Т. Хея и П. Уолтерса, “Квантовая Вселенная”, Издательство Кембриджского университета, Кембридж, 1988)Магнитные силы вездесущи в мире природы и имеют большое значение. область применения в нашей технологической цивилизации.И все же есть что-то беспокойство о магнетизме. Будучи студентом, изучающим физику, я был обеспокоен тем, что магнитные силы ощущаются только движущимися заряженными частицами. Это видно из фундаментальной формулы силы F , на частице с зарядом q , движущейся со скоростью v через область магнитного и электрического полей:
F = q E + q v ´ Б, где E и B — сильные стороны электрического
и магнитные поля.
Эта сила называется силой Лоренца. Сила
из электрического поля (бит q E ) кажется прямым
достаточно, но наверняка величина магнитной силы ( q v ´ B бит) зависит от того, кто его измеряет? Это связано с тем, что мое измерение
скорость частицы будет зависеть от того, как быстро я иду относительно
частица! То есть скорость моей собственной системы отсчета
относительно частицы.Безусловно, выбор системы отсчета не должен
влияет на магнитную силу? Действительно, что происходит с магнитной силой в
система отсчета самой частицы, где скорость равна нулю?
Магнитная сила тоже равна нулю? Если этого кажущегося парадокса недостаточно,
многие формулы магнетизма поразительно похожи на эквивалентные
формулы, которые применяются к электростатическим силам, но имеют некоторые наводящие на размышления асимметрии.
Подробнее об этом позже.
Целью этого эссе является выделение некоторых моментов, которые
магнетизма отдельно от других сил, то объясните, почему это должно быть
так.
Давайте рассмотрим различные типы силы и посмотрим, где подходит магнетизм. в. В природе существует четыре силы (недавние предположения, что быть «пятой силой» экспериментально не доказано). Это, начиная с наиболее знакомым:
- Сила тяжести. Это сила, которая заставляет нас двигаться вверх и вниз, большинство из нас (кроме от нескольких астронавтов и космонавтов) проводят всю жизнь погруженными в гравитационное поле Земли.
- Электромагнетизм. Это объединяет электростатические и магнитные силы,
по причинам, которые, я надеюсь, станут ясны в конце этой лекции. Большинство
люди будут знакомы с электростатическими силами из того, как кусок
пластмассы (в древности кусок янтаря), при натирании кусочком
ткани, подхватит маленькие кусочки бумаги. Электростатические силы также
не дай нам провалиться сквозь пол! Это отталкивание поверхности
электроны, которые не позволяют двум объектам занимать одно и то же место. Немного
знакомые примеры магнитной силы уже были описаны.
- Сильное ядерное взаимодействие. Это сила, которая связывает нейтроны и протоны вместе в ядрах атомов. Он действует только на коротком расстоянии, но значительно более мощным, чем электростатическая сила, которая в противном случае заставляют положительно заряженные протоны сильно отталкиваться друг от друга. То средний человек не испытывает эту силу непосредственно, но я вижу достаточно доказательства этого, когда я бомбардирую легкие элементы, такие как углерод, быстрыми протонами в рамках моей исследовательской деятельности.Взаимодействие между протоном и сильное взаимодействие сильно влияет на ядро углерода.
- Слабое ядерное взаимодействие. Эта сила участвует, среди прочего, в некоторые виды радиоактивного распада. Наши собственные тела содержат легко измеримые количества радиоактивного изотопа калия, который тихо распадается далеко из-за действия слабого ядерного взаимодействия.
Немного
знакомые примеры магнитной силы уже были описаны.
Давайте теперь посмотрим на историю магнетизма, чтобы найти еще некоторые подсказки.История магнетизма
Ок. 1000 г. до н.э.: Согласно классическому греческому историку Плинию, слово магнетизм происходит от имени мальчика-пастушка по имени Магнес, который находит что его посох с железным наконечником притягивается к комкам естественного происхождения. магнетит (магнитный оксид железа) на горе Ида, Греция. Примерно в то же время Китайские мореплаватели обнаруживают, что кусок магнита (другое название магнетит), подвешенный на нити, всегда указывает в одном направлении.То история про мальчика-пастушка скорее легендарная, чем историческая, но в течение следующих 3000 лет изучение магнетизма естественно ограничивается появление постоянных магнитов.
Рисунок 3: Открытие магнетизма. (Из Л. Де Вриз, “The Книга экспериментов», Джон Мюррей, Лондон, 1958) 1269: Пьер Пелерин де Марикур обнаруживает, что сферический
магнитный магнит имеет два места на поверхности, где сходятся магнитные силовые линии.
Он называет их «полюсами» по аналогии с земными.
Изучение природных постоянных магнитов выявило еще несколько важные свойства. Установлено, что разламывание магнита пополам всегда получается два новых магнита, каждый со своими северным и южным полюсами. Это никогда невозможно создать магнит, у которого есть только север или только юг. столб. Это совсем не похоже на поведение заряженных объектов, где легко можно придать объекту положительный или отрицательный заряд.Постоянные магниты всегда выглядят как диполей . Это еще одна подсказка что в магнетизме есть что-то необычное.
1600: Чтобы объяснить, как работает компас, Уильям Гилберт (1540-1603) постулирует, что Земля действует как огромная сферическая магнит с северным и южным полюсами. Гилберту также приписывают первым употребил термины «электрическая сила» и «электричество», которые выводят от греческого слова «янтарь».
18:20: При подготовке демонстрации лекции для класса физики a
Преподаватель датской физики Ганс Христиан Эрстед (1777–1851),
замечает, что электрический ток в проводе отклоняет стрелку компаса.
То
электрический ток создавал магнитное поле! Наука «электромагнетизм»
основана.
1821: Андре Мари Ампер (1775-1836) определяет закон, который теперь носит его имя, для отношений между ток, протекающий по проводу, и создаваемое им магнитное поле.
1831: Майкл Фарадей (1791-1867) и, независимо, Джозеф Генри (1797-1878) показал, как изменяющееся магнитное поле, продевающее петлю из проволоки, может индуцировать электрический ток в петле.Фарадей публикуется первым, поэтому теория результата теперь называется «Закон индукции Фарадея». Большая часть электроэнергии вырабатывается при использовании Закон Фарадея.
1873: Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879) публикует
его «Трактат об электричестве и магнетизме», содержащий исчерпывающую
теория всех открытий до сих пор. Однако это одинокий британский эксцентрик
Оливер Хевисайд (1850-1925), производивший
сущность теории от чрезвычайно сложной математики Максвелла к
элегантно простая форма, которую мы знаем сегодня как уравнения Максвелла.
1895: Хендрик Лоренц (1853-1944) решает что уравнения Максвелла могут быть поняты на фундаментальном уровне как взаимодействие движущихся заряженных частиц. Лишь в 1899 г. эти движущиеся заряженные частицы стали известны как электронов . Лоренц вводит формулу силы, действующей на заряженную частицу движущихся в электрическом и магнитном полях, которые мы теперь называем силой Лоренца, обсуждалось ранее.
Рисунок Рисунок 4: Уравнения Максвелла. Хотя уравнения Максвелла удивительно симметричны между
роли электрического и магнитного полей, есть некоторые вопиющие асимметрии.
Эти асимметрии связаны с отсутствием магнитного эквивалента электрона:
магнитный монополь. Например закон Гаусса
для магнетизма отрицает роль магнитных монополей в происхождении магнитного
поле. Это согласуется с экспериментом, поскольку магнитные монополи
так и не были найдены, несмотря на тщательные поиски.Кроме того, закон Фарадея
не содержит термина для «монопольных токов», который был бы аналогичен
термин для электрического тока в законе Ампера-Максвелла.
Уравнения Максвелла объясняют нам, как генерируются магнитные поля: электрическими токами или изменяющимися электрическими полями. Формула силы Лоренца рассказывает нам, как магнитные поля влияют на движущиеся заряженные частицы. Но как Дело в том, что постоянные магниты могут генерировать магнитные поля, по-видимому, без электрические токи, и чувствовать действие магнитных сил, по-видимому, без содержащие движущиеся заряженные частицы? Ответ заключается в том, что они действительно содержат движущиеся заряженные частицы! Еще один результат конца девятнадцатого век нужен:
1896: Питер Зееман (1865-1943) открывает
эффект, за который он разделит Нобелевскую премию 1902 года с Лоренцем, что
спектральные линии уширятся, если источник поместить в магнитное поле.Эксперименты 1897 г. показывают фактическое расщепление линий. Эти результаты
интерпретируется как действие силы Лоренца на движущиеся электроны внутри
атомы . Теперь мы знаем, что электроны в атомах, прыгающие между энергетическими уровнями
производят спектральные линии, так что любое влияние на то, как они движутся, проявляется в
сдвиг линий.
Сегодня мы рассматриваем вращающиеся электроны внутри атомов как существующие квантовые
механические стоячие волны. Несмотря на это, электроны по-прежнему ведут себя как крошечные
петли тока, бегущие вокруг атома.Уравнения Максвелла говорят нам
что эта петля тока будет генерировать магнитное поле. В большинстве атомов
магнитные поля, создаваемые всеми этими крошечными петлями тока, компенсируются.
Но в железе и некоторых других ферромагнитных материалах их нет, каждый атом
действует как крошечный магнит. При благоприятных обстоятельствах многие из них
крошечные атомные магниты заперты в выравнивании, и, следовательно, у нас есть постоянная
магнит. Затем выровненные атомные магниты могут протянуться и временно выровняться.
крошечные магниты в кусках ненамагниченного железа, и притягивать их.Также,
они могут притягивать или отталкивать другие магниты в зависимости от того, противоположны они или нет.
одинаковые полюса вместе. Наложенный эффект всех выровненных вращений
электронов в ферромагнитном материале называется «решеточным током».
Итак, мы видим, что как в постоянных магнитах, так и в электромагнитах движение заряженных частиц, обычно токов электронов, необходимо для создания магнитные силы, и, в свою очередь, существенное значение имеет движение заряженных частиц. «чувствовать» магнитные силы.
В космосе было множество беспокойно движущихся заряженных частиц.
примеры магнетизма в начале этого эссе. Токи термоядерной плазмы
Вокруг солнечных пятен на Солнце генерируются магнитные поля, которые затем возмущают
токи в электросети Канады.
Электрические токи в
обмотки возбуждения двигателей поездов создают магнитные поля, которые воздействуют на
токи в обмотках якоря, заставляющие их вращаться. Токи
в обмотках специальных электромагнитов Мельбурнского ядерного
Микрозонд создает магнитные поля, которые заставляют широкую заряженную частицу
пучок сходится к тонкому зонду.В Земле «магнитогидродинамические» токи
в ядре генерируют магнитное поле Земли (с помощью механизма, который
еще не до конца понятый), который затем действует на решеточные токи в
намагниченная стрелка компаса заставляет его указывать на север. В человеческом мозгу,
слабые электрические токи, проходящие через нервы, генерируют магнитные поля
которые могут быть обнаружены тонкими эффектами на специфические сверхтоки электронов
пары в сверхпроводнике.
Итак, в нашей истории магнетизма мы подошли к золотому году для физика:
1905: Альберт Эйнштейн (1879-1955) публикует
его статья «Электродинамика движущихся тел», содержащая специальные
Теория относительности.
Позже Эйнштейн заметил по поводу этой статьи:
“Что привело меня более или менее непосредственно к специальной теории относительности было убеждение, что электродвижущая сила, действующая на движущееся тело в магнитном поле было не что иное, как электрическое поле».
А. Эйнштейн (1952 г.), из письма Майкельсону Памятному Собрание Кливлендского физического общества, цитируется Р.С. Шанкленд, Ам. J. Phys., 32, 16 (1964), стр. 35.
Что имеет в виду Эйнштейн? Давайте внимательно посмотрим на пример.
Давайте внимательно посмотрим, что происходит, когда движущаяся заряженная частица
отклоняется магнитной силой, создаваемой током в куске
металлическая проволока. Прежде всего, кусок провода сам по себе электрически нейтрален.
Самый дальний электрон в металле может свободно перемещаться, поэтому мы можем думать
провода как фиксированный массив положительных ионов металла, окруженный морем
свободных электронов.Для простоты будем считать, что каждый атом металла
вносит в море только один свободный электрон.
Рядом заряженная частица,
взятый, например, чтобы нести положительный заряд, не чувствует никакой силы от
нейтральный провод, так как сила притяжения электронов нейтрализует
сила отталкивания от ионов металлов. Когда электрический ток
при включении свободные электроны начинают течь по проводу.
В качестве полезной техники визуализации происходящего позвольте мне представить
понятие диаграммы Минковского. Эти диаграммы названы в честь Гурвица.
Минковский (1864–1909), обучавший молодого Эйнштейна в Цюрихском политехническом институте.
в 1896 году, но позже внес значительный вклад в математику
теории относительности. Диаграмма Минковского похожа на карту, которая обеспечивает
обзор того, как объекты перемещаются во времени и пространстве. Например, фигура
6 представляет ситуацию для нашего провода без тока в нем.Оба
ионы металлов и свободные электроны неподвижны, поэтому всегда остаются на
те же х -координата.
(Я пренебрегаю тепловыми эффектами, которые только
заставляют ионы и свободные электроны случайным образом перемещаться относительно некоторого среднего положения.)
Таким образом, вертикальные линии, представляющие их положение как функцию времени, могут
представлять позиции. Их называют мировыми линиями. Время идет, x -координаты не меняются.
Теперь рассмотрим эффект включения электрического тока.Электроны начинают двигаться по проводу с равномерной скоростью v . Конечно, в реальном проводе электроны постоянно ускоряются и рассеивание ионов металлов, но общий эффект заключается в однородном дрейфовать по проводу под действием приложенного напряжения, которое преодолевает сопротивление провода.
Мы можем написать:
v = i /(e A N e ), где v — дрейфовая скорость электронов, i — скорость
ток в проводе, e — заряд электрона, A — заряд электрона.
площадь поперечного сечения провода и N e номер
электронов в единице объема.Мы также можем ввести величину, которая будет
пригодится позже, названная линейной плотностью заряда, л – :
Линейная плотность заряда — это всего лишь величина заряда свободных электронов. за метр вдоль провода. Это будет отрицательное число, так как электроны однако несут отрицательный заряд, поскольку мы предположили, что каждый атом металла вносит один электрон, это будет уравновешено равным и противоположным плотность положительного заряда ионов металлов, л + :
л- = л + Из опыта мы знаем, что провод с током создает магнитное поле.
поле, которое действует на движущиеся заряженные частицы с магнитной силой, но не
на неподвижно заряженных частицах.Попробуем разобраться в происхождении
этой магнетической силы, глядя на ситуацию с точки зрения
движущегося заряда.
Чтобы все было красиво и просто, будем считать
движущийся заряд имеет скорость v в том же направлении, что и движущийся
электроны в проводе. Это было бы так, если бы движущийся заряд
двигались в токе во втором проводе.
Построим диаграмму Минковского для провода с током. Мировые линии ионов металлов остаются прежними, поскольку они не движутся, однако мировые линии электронов наклоняются к ось x, так как x-координаты электронов увеличиваются со временем (см. рисунок 7).За время t 1 после переключения тока далее x-координата электрона увеличилась на величину vt 1 .
Рисунок 7. Электроны начинают двигаться, но ионы металлов остаются фиксированный. Теперь мы можем отметить на этой диаграмме систему отсчета близлежащего стационарного
заряженная частица. Система отсчета — это просто устройство, которое мы носим с собой.
чтобы помочь нам воспринимать внешний мир.Восприятие внешнего мира
включает в себя измерение расстояний и времени вещей, происходящих вокруг нас.
Мы
можно просто нарисовать в системе отсчета неподвижную частицу с
его оси x и t параллельны осям x и t, см. рис. 8. Обратите внимание, что
в новой рамке разделение между положительными ионами металла и
движение отрицательных свободных электронов точно такое же, как и раньше. Это может быть
можно понять, внимательно рассмотрев влияние на электроны
ускорение, которое они испытывают при включении тока.Поскольку
расстояние между электронами не изменилось, положительные и отрицательные линейные
плотности заряда снова имеют одинаковую величину, поэтому притяжение и отталкивание
силы компенсируют друг друга, и неподвижная заряженная частица ощущает
нет электростатической силы:
Мы уже знаем, что несмотря на то, что ток электронов производит магнитное поле, неподвижная заряженная частица не чувствует магнитного поля. сила.Формула силы Лоренца говорит нам, что магнитная сила равна нулю. если скорость равна нулю.
Рисунок 8: Система отсчета близлежащего стационарного заряженного частица.
Рассмотрим движущуюся поблизости заряженную частицу. В этом случае Лоренц
формула силы говорит нам, что такая движущаяся частица будет ощущать магнитное
сила равна q v ´ Б . Давайте сейчас
посмотрите на ситуацию с точки зрения движущейся заряженной частицы.В своей системе отсчета он неподвижен, v =0, поэтому
он не может ощущать никаких магнитных сил, зависящих только от скорости. Это
возможно, он чувствует какую-то другую силу? Это будет полезно в нашей проверке
этого, если мы отметим на нашей диаграмме Минковского систему отсчета
движущаяся частица. Как выглядит его система отсчета? Ну и точка
стационарной относительно начала системы отсчета движущихся частиц может быть
изображается линией, аналогичной линиям для электронов.Я предполагаю, что
движущаяся частица находилась в начале исходного кадра, когда
ток был включен. Мировая линия начала движения
кадр также представляет собой ось t движущегося кадра по определению (см.
рисунок 9).
Начертить ось X немного сложнее. Помните, что ось х просто описывает строку одновременных событий, которые произошли в t=0 .Если мы сможем найти два события, которые происходят одновременно в движущейся системе отсчета, мы можно найти ось х. Для этого предположим, что один из электронов каким-то образом испускает вспышку света при t=0 , как показано на рисунке 10.
Рисунок 10: Электрон испускает вспышку света, которая излучает в обоих направлениях.Мы можем определить два одновременных события в движущейся системе координат как события представлено получением этой вспышки двумя равноудаленными соседними электроны.Они отмечены двумя крестиками на рисунке 11. Помните что электроны не знают, что они движутся, они видят, что положительный ионы металлов движутся назад мимо них.
Рис. 11: Крестиками отмечены одновременные события в электроне система отсчета.
Теперь нам нужна экстраординарная дополнительная часть физики, чтобы увидеть, что происходит. следующий. Одна из самых удивительных вещей в том, как работает Вселенная, заключается в том, что скорость света одинакова для всех наблюдателей.Как бы быстро вы идете, скорость света всегда остается неизменной! Это было главное понимание Эйнштейна в 1905 году и является основой всей оптики и электромагнетизма. отдыхает.
Скорость света одинакова во всех системах отсчета, независимо от скорости источника. Теперь, поскольку электроны равноудаленно разнесены по оси x, получение световых вспышек представляет собой одновременное события в их движущейся системе отсчета. Следовательно, ось x – это просто линия через два креста, начиная с общего начала.Обратите внимание, что события отмеченные двумя крестами, не являются одновременными в исходной ссылке Рамка.
Рисунок 12: Система отсчета движущегося заряда с наложением в системе отсчета ионов металлов.
Обратите внимание на поразительную вещь: мировые линии электронов пересекают ось X. с более широким интервалом по сравнению с мировыми линиями ионов металлов! Эти точки отмечены зеленым и розовым кружками на рисунке 13. В справочнике В кадре движущегося заряда плотность заряда электронов меньше чем у ионов металлов! Теперь у нас есть:
л- < л + Рисунок 13: Линейные плотности заряда электронов и ионы металлов различны в электронном каркасе.Следовательно, силы притяжения и отталкивания больше не уравновешены, что приводит к чистой электростатической силе, действующей на заряженную частицу.
Если мы тщательно проделаем алгебру, необходимую для преобразования этого электростатического
возвращаются в исходную систему отсчета ионов металлов, в которой
движется близлежащая заряженная частица, находим, что она равна
магнитная сила, которую мы ожидаем найти! Другими словами, то, что движется
заряженная частица испытывает чисто электростатическую силу от неуравновешенного
линейная плотность заряда описывается в исходной системе отсчета как
сила, зависящая от скорости, которую мы называем магнитной силой.
Дисбаланс линейных плотностей заряда между положительным металлом
ионы и движущиеся электроны, измеренные в системе отсчета движущегося
заряд, является результатом сокращения Лоренца из-за относительных движений
близлежащей заряженной частицы, электронов, протекающих по проводу, и
ионы металлов. Этот релятивистский эффект, пожалуй, наиболее знаком нам, когда
применяется к быстро движущимся объектам. Посмотрим, как быстро движутся электроны.
в обычном проводе с током.В медной проволоке плотность меди
атомов составляет около 8,5´10 22 атомов
на кубический сантиметр, и, следовательно, плотность свободных электронов составляет около
то же. В медном проводе площадью поперечного сечения 1 квадратный миллиметр
и пропуская ток 10 ампер, приведенная выше формула для v показывает, что
скорость электрона составляет всего 0,7 миллиметра в секунду. это чрезвычайно
маленькая скорость! Сокращение Лоренца для такой малой скорости отличается
с 1 только на 3´10 -24 .
Этот
невообразимо малое сжатие тем не менее достаточно, чтобы вызвать легкое
дисбаланс положительной и отрицательной плотности заряда провода, который
заставляет движущиеся заряженные частицы чувствовать магнитную силу.
Имейте в виду, что эта магнитная сила значительно слабее, чем
любая из двух, почти уравновешенных, электростатических сил от электронов
или ионов металлов. Если бы свободные электроны с 1 метра провода могли быть
полностью отделены на 10 сантиметров от положительных ионов металла, то
притягивающие электростатические силы между этими двумя кусками отрицательного и
положительные заряды были бы примерно равны силе притяжения между
Земля и Луна! Это огромная сила электростатического
силы, вот почему мы не часто используем их непосредственно в наших технологических
Приложения.Просто слишком сложно разделить положительные и отрицательные заряды.
Гораздо проще использовать невероятно незначительный дисбаланс, вызванный
релятивистским лоренцевым сокращением, которое заметно как магнетизм.
Подумайте об этом в следующий раз, когда почувствуете таинственное прикосновение магнита.
EMF-портал | Магнитные поля
EMF-Portal | Магнитные поля ×- Домой
- Технологии
- Общий
- Магнитные поля
Магнитные поля возникают из-за движущихся зарядов (тока) или из-за постоянных магнитов.Постоянные магниты имеют статическое магнитное поле (0 Гц) с в значительной степени постоянной силой и направлением (полярностью), например. в случае магнитного поля Земли.
Магнитное поле идеального цилиндрического магнитафото: Geek3, лицензия: CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
В проводниках образуются постоянные магнитные поля (при постоянном токе) или переменные магнитные поля (при переменном токе), в зависимости от текущий фид. В случае переменных магнитных полей полярность изменяется в соответствии с циклическими изменениями направления тока в полеобразующем электрическом проводнике (т.
г. 100 переключений полярности в секунду при частоте переменного тока 50 Гц). В случае статических магнитных полей полярность почти не меняется.
фото: Stannered, лицензия: CC BY-SA 3.0, через Wikimedia Commons
Напряженность магнитного поля вокруг проводника увеличивается с ростом силы электрического тока и уменьшается с увеличение расстояния от источника поля. Скорость уменьшения поля зависит от типа источника (см. рисунок).
Сила магнитного поля измеряется в токе на метр (А/м) и называется напряженностью магнитного поля H. В отличие от напряженности электрического поля E, напряженность магнитного поля не представляет собой общую электромагнитная сила магнитного поля, так как эта сила будет зависеть не только от силы тока, но и от материала, в который проникает магнитное поле. Таким образом, для описания напряженности магнитного поля в веществе используется плотность магнитного потока B с единицей Тесла (Тл).
Плотность магнитного потока часто также называют магнитной индукцией. Плотность магнитного потока B связана с напряженностью магнитного поля H константой материала, магнитной проницаемостью µ.
B = µ × H
Проще говоря, магнитная проницаемость µ (также называемая магнитной проводимостью) является мерой проницаемости материалов для магнитных полей.
Этот веб-сайт использует файлы cookie, чтобы обеспечить вам наилучшие возможности просмотра. Продолжая использовать этот веб-сайт, вы соглашаетесь с использованием нами файлов cookie.
вопросов и ответов. Почему (подробно) чем больше катушек вы добавляете к электромагниту, тем сильнее его магнитное поле?
Почему (подробно) чем больше катушек вы добавляете к электромагниту, тем сильнее его магнитное поле?
Если я буду вдаваться в подробности, то скоро достигну точки, в которой не смогу считать! Но ответ на ваш вопрос проще, чем вы думаете. Во-первых, представьте себе прямой кусок проволоки, из которого сделан ваш магнит, до того, как он будет свернут в катушки.
Теперь, если вы пропустите через него ток, станет ли он магнитом? Ответ: «Да». Это потому, что (повторяйте за мной): любой движущийся электрический заряд создает магнитное поле. Линии магнитного поля проходят по концентрическим окружностям вокруг провода («направление» поля следует «правилу правой руки»). Вы можете убедиться в этом, подключив отрезок провода к маленькой батарейке и поместив компас рядом с проводом. Величину магнитного поля, создаваемого проводом, можно рассчитать, если известны длина провода и сила тока.Теперь, если вы намотаете этот провод вокруг сердечника (предположим, что у вас есть прямой «соленоидный» магнит), вы измените направление силовых линий (а также «концентрируете» их в меньшем размере). Допустим, вы используете 2 см провода на каждый виток. В зависимости от толщины проволоки вы можете получить метр проволоки, намотанной в один слой вдоль сердечника длиной всего несколько сантиметров. С каждым поворотом вы добавляете магнитную силу, связанную с 2 см «стоимостью» прямого провода.
И вы сворачиваете его так, что силовые линии магнитного поля параллельны и направлены в одном направлении.Вы можете добавить больше катушек поверх первого ряда, и это просто добавит больше напряженности поля. С технической точки зрения, каждая катушка проволоки увеличивает «плотность магнитного потока» (силу) вашего магнита. Магнитное поле снаружи катушки напоминает стержневой магнит. Опять же, для определения Северного полюса можно применить правило правой руки: если вы держите катушку в правой руке, а ток течет в том направлении, куда указывают ваши пальцы, Северный полюс — это конец, где находится ваш большой палец.
Автор:
Кейт Уэлч, Группа радиологического контроля (Другие ответы Кейт Уэлч)
Зависящие от времени магнитные поля: Закон Фарадея
Действия
‘) var buybox = документ.
querySelector(“[data-id=id_”+ метка времени +”]”).parentNode ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(“.вариант-покупки”)).forEach(initCollapsibles) функция initCollapsibles(подписка, индекс) {
var toggle = подписка.querySelector(“.цена-варианта-покупки”)
подписка.classList.remove(“расширенный”)
var form = подписка.querySelector(“.форма-варианта-покупки”) если (форма) {
var formAction = форма.получить атрибут (“действие”)
form.setAttribute(“действие”, formAction.replace(“/checkout”, “/cart”))
document.querySelector(“#ecommerce-scripts”).addEventListener(“load”, bindModal(form, formAction, timestamp, index), false)
} var priceInfo = подписка.querySelector(“.Информация о цене”)
var PurchaseOption = toggle.
parentElement если (переключить && форма && priceInfo) {
переключать.setAttribute(“роль”, “кнопка”)
toggle.setAttribute(“tabindex”, “0”) toggle.addEventListener («щелчок», функция (событие) {
var expand = toggle.getAttribute(“aria-expanded”) === “true” || ложный
toggle.setAttribute(“aria-expanded”, !expanded)
form.hidden = расширенный
если (! расширено) {
покупкаВариант.classList.add (“расширенный”)
} еще {
покупкаOption.classList.remove(“расширенный”)
}
priceInfo.hidden = расширенный
}, ложный)
}
} функция bindModal (форма, formAction, метка времени, индекс) {
var weHasBrowserSupport = window.
fetch && Array.from функция возврата () {
var Buybox = EcommScripts ? EcommScripts.Ящик для покупок: ноль
var Modal = EcommScripts ? EcommScripts.Modal : ноль if (weHasBrowserSupport && Buybox && Modal) {
var modalID = “ecomm-modal_” + метка времени + “_” + индекс var modal = новый модальный (modalID)
modal.domEl.addEventListener («закрыть», закрыть)
функция закрыть () {
форма.querySelector(“кнопка[тип=отправить]”).фокус()
} форма.setAttribute(
“действие”,
formAction.replace(“/checkout”, “/cart?messageOnly=1”)
) form.
addEventListener(
“Отправить”,
Buybox.interceptFormSubmit(
Буйбокс.fetchFormAction(окно.fetch),
Buybox.triggerModalAfterAddToCartSuccess(модальный),
консоль.лог,
),
ложный
) document.body.appendChild(modal.domEl)
}
}
} функция initKeyControls() {
документ.addEventListener(“keydown”, функция (событие) {
if (document.activeElement.classList.contains(“цена-варианта-покупки”) && (event.code === “Пробел” || event.code === “Enter”)) {
если (document.activeElement) {
событие.
preventDefault()
документ.activeElement.click()
}
}
}, ложный)
} функция InitialStateOpen() {
var buyboxWidth = buybox.смещениеШирина
;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(“.опция покупки”)).forEach(функция (опция, индекс) {
var toggle = option.querySelector(“.цена-варианта-покупки”)
var form = option.querySelector(“.форма-варианта-покупки”)
var priceInfo = option.querySelector(“.Информация о цене”)
если (buyboxWidth > 480) {
переключить.щелчок()
} еще {
если (индекс === 0) {
переключать.щелчок()
} еще {
toggle.
setAttribute («ария-расширенная», «ложь»)
form.hidden = “скрытый”
priceInfo.hidden = “скрытый”
}
}
})
} начальное состояниеОткрыть() если (window.buyboxInitialized) вернуть
window.buyboxInitialized = истина initKeyControls()
})() .