Силовая линия магнитного поля: Силовые линии магнитного поля – направление, свойства - Санкт-Петербургское государственное бюджетное учреждение социального обслуживания населения

Содержание

Магнитные силовые линии представляют собой. Что такое силовые линии магнитного поля

Что мы знаем о силовых линиях магнитного поля, кроме того, что в локальном пространстве около постоянных магнитов или проводников с током, существует магнитное поле, которое проявляет себя в виде силовых линий, или в более привычном сочетании – в виде магнитно-силовых линий?

Существует очень удобный способ получить наглядную картину силовых линий магнитного поля с помощью железных опилок. Для этого нужно насыпать на лист бумаги или картона немного железных опилок и поднести снизу один из полюсов магнита. Опилки намагничиваются и располагаются по силовым линиям магнитного поля в виде цепочек микро магнитов. В классической физике магнитно-силовые линии определяют как линии магнитного поля, касательные к которым в каждой их точке указывают направление поля в этой точке.

На примере нескольких рисунков с разным расположением магнитно-силовых линий рассмотрим характер магнитного поля вокруг проводников с током и постоянных магнитов.

На рис.1 приведен вид магнитно-силовых линий кругового витка с током, а на рис.2 приведена картина магнитно-силовых линий вокруг прямолинейного провода с током. На рис.2 вместо опилок используют маленькие магнитные стрелки. На этом рисунке показано, как при изменении направления тока, меняется и направление магнитно-силовых линий. Связь между направлением тока и направлением магнитно-силовых линий обычно определяют с помощью «правила буравчика», вращение рукоятки которого покажет направление магнитно-силовых линий, если ввинчивать буравчик по направлению тока.

На рис.3 приведена картина магнитно-силовых линий полосового магнита, а на рис.4 картина магнитно-силовых линий длинного соленоида с током. Обращает на себя внимание сходство внешнего расположения магнитно-силовых линий на обоих рисунках (рис.3 и рис.4). Силовые линии от одного конца соленоида с током тянутся к другому так же, как у полосового магнита. Сама форма магнитно-силовых линий снаружи соленоида с током идентична с формой линий полосового магнита. У соленоида с током также имеются полюса северный и южный, а также нейтральная зона. Два соленоида с током или соленоид и магнит взаимодействуют как два магнита.

Что же можно увидеть, глядя на картинки магнитных полей постоянных магнитов, прямолинейных проводников с током или витков с током с использованием железных опилок? Главная особенность магнитно-силовых линий, как показывают картинки расположения опилок, это их замкнутость. Другая особенность магнитно-силовых линий – это их направленность. Маленькая магнитная стрелка, помещенная в какой-либо точке магнитного поля, своим северным полюсом укажет направление магнитно-силовых линий. Для определенности условились считать, что магнитно-силовые линии исходят из северного магнитного полюса полосового магнита и входят в его южный полюс. Локальное магнитное пространство вблизи магнитов или проводников с током представляет собой сплошную упругую среду. Упругость этой среды подтверждают многочисленные опыты, например, при отталкивании одноименных полюсов постоянных магнитов.

Еще ранее я высказал гипотезу о том, что магнитное поле вокруг магнитов или проводников с током представляет собой сплошную упругую среду, обладающую магнитными свойствами, в которой образуются интерференционные волны. Часть этих волн замкнута. Именно в этой сплошной упругой среде образуется интерференционная картина магнитно-силовых линий, которая проявляется с использованием железных опилок. Сплошная среда создается излучением источников в микроструктуре вещества.

Вспомним опыты по интерференции волн из учебника по физике, в котором колеблющаяся пластинка с двумя остриями ударяет по воде. В этом опыте видно, что взаимное пересечение под разными углами двух волн никакого влияния не оказывает на их дальнейшее перемещение. Другими словами волны проходят друг через друга без дальнейшего влияния на распространение каждой из них. Для световых (электромагнитных) волн справедлива та же закономерность.

Что же происходит в тех областях пространства, в которых две волны пересекаются (Рис. 5) – налагаются одна на другую? Каждая частица среды находящаяся на пути двух волн одновременно участвует в колебаниях этих волн, т.е. ее движение есть сумма колебаний двух волн. Эти колебания представляют собой картину интерференционных волн с их максимумами и минимумами в результате наложения двух или большего числа волн, т.е. сложения их колебаний в каждой точке среды, через которую эти волны проходят. Опытами установлено, что явление интерференции наблюдается как у волн, распространяющихся в средах, так и у электромагнитных волн, то есть интерференция является исключительно свойством волн и не зависит, ни от свойств среды, ни от ее наличия. Следует помнить, что интерференция волн возникает при условии, если колебания когерентны (согласованы), т.е. колебания должны иметь постоянную во времени разность фаз и одинаковую частоту.

В нашем случае с железными опилками магнитно-силовыми линиями являются линии с наибольшим количеством опилок, расположенных в максимумах интерференционных волн, а линии с меньшим количеством опилок расположены между максимумами (в минимумах) интерференционных волн.

На основании выше приведенной гипотезы, можно сделать следующие выводы.

1.Магнитное поле — это среда, которая образуется вблизи постоянного магнита или проводника с током в результате излучения источниками в микроструктуре магнита или проводника отдельных микромагнитных волн.

2.Эти микромагнитные волны взаимодействуют в каждой точке магнитного поля, образуя интерференционную картину в виде магнитно-силовых линий.

3.Микромагнитные волны это замкнутые микро энергетические вихри с микро полюсами способные притягиваться между собой, образуя упругие замкнутые линии.

4.Микро источники в микро структуре вещества, излучающие микромагнитные волны, которые образуют интерференционную картину магнитного поля, имеют одинаковую частоту колебаний, а их излучение постоянную во времени разность фаз.

Каким же образом происходит процесс намагничивания тел, который приводит к образованию вокруг них магнитного поля, т.е. какие процессы происходят в микроструктуре магнитов и проводников с током? Чтобы ответить на этот и другие вопросы необходимо вспомнить некоторые особенности строения атома.

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ. ОСНОВЫ ФЕРРОЗОНДОВОГО КОНТРОЛЯ

Мы живем в магнитном поле земли. проявлением магнитного поля является то, чтострелка магнитного компаса постоянно показывает направление на север. тот же результат можно получить, располагая стрелку магнитного компаса между полюсами постоянного магнита (рисунок 34).

Рисунок 34 – Ориентация магнитной стрелки около полюсов магнита

Обычно один из полюсов магнита (южный) обозначают буквой S , другой – (северный) – буквой N . На рисунке 34 изображены два положения магнитной стрелки. В каждом положении разноименные полюса стрелки и магнита притягиваются. Поэтому направление стрелки компаса изменилось, как только мы ее сдвинули из положения 1 в положение 2 . Причиной притяжения к магниту и поворота стрелки является магнитное поле. Поворот стрелки при ее смещении вверх и вправо показывает, что направление магнитного поля в разных точках пространства не остается неизменным.

На рисунке 35 показан результат опыта с магнитным порошком, насыпанным на лист плотной бумаги, который расположен над полюсами магнита. Видно, что частицы порошка образуют линии.

Частицы порошка, попадая в магнитное поле, намагничиваются. У каждой частицы появляются северный и южный полюсы. Расположенные рядом частицы порошка не только поворачиваются в поле магнита, но и прилипают друг к другу, выстраиваясь в линии. Эти линии принято называть силовыми линиями магнитного поля.

Рисунок 35 Расположение частиц магнитного порошка на листе бумаги, расположенном над полюсами магнита

Помещая магнитную стрелку вблизи такой линии, можно заметить, что стрелка располагается по касательной. Цифрами 1 , 2 , 3 на рисунке 35 показана ориентация магнитной стрелки в соответствующих точках. Вблизи полюсов плотность магнитного порошка больше, чем в других точках листа. Это означает, что величина магнитного поля там имеет максимальное значение. Таким образом, магнитное поле в каждой точке определяется значением величины, характеризующей магнитное поле, и ее направлением. Такие величины принято называть векторами.

Расположим стальную деталь между полюсами магнита (рисунок 36). Направление силовых линий в детали показано стрелками. В детали также возникнут силовые линии магнитного поля, только их будет намного больше, чем в воздухе.

Рисунок 36 Намагничивание детали простой формы

Дело в том, что стальная деталь содержит железо, состоящее из микромагнитов, которые называются доменами. Приложение к детали намагничивающего поля приводит к тому, что они начинают ориентироваться в направлении этого поля и усиливают его во много раз. Видно, что силовые линии в детали параллельны друг другу, при этом магнитное поле постоянно. Магнитное поле, которое характеризуется прямыми параллельными силовыми линиями, проведенными с одинаковой плотностью, называется однородным.

10.2 Магнитные величины

Важнейшей физической величиной, характеризующей магнитное поле, является вектор магнитной индукции, который принято обозначать В. Для каждой физической величины принято указывать ее размерность. Так, единицей силы тока является Ампер (А), единицей магнитной индукции – Тесла (Тл). Магнитная индукция в намагниченных деталях обычно лежит в интервале от 0,1 до 2,0 Тл.

Магнитная стрелка, помещенная в однородное магнитное поле, будет поворачиваться. Момент сил, поворачивающий ее вокруг оси, пропорционален магнитной индукции. Магнитная индукция характеризует также степень намагниченности материала. Силовые линии, показанные на рисунках 34, 35, характеризуют изменение магнитной индукции в воздухе и материале (детали).

Магнитная индукция определяет магнитное поле в каждой точке пространства. Для того, чтобы характеризовать магнитное поле на какой–то поверхности (например, в плоскости поперечного сечения детали), используется еще одна физическая величина, которая называется магнитным потоком и обозначается Φ.

Пусть однородно намагниченная деталь (рисунок 36) характеризуется значением магнитной индукции В , площадь поперечного сечения детали равна S , тогда магнитный поток определяется по формуле:

Единица магнитного потока – Вебер (Вб).

Рассмотрим пример. Магнитная индукция в детали равна 0,2 Тл, площадь поперечного сечения – 0,01 м 2 . Тогда магнитный поток равен 0,002 Вб.

Поместим длинный цилиндрический железный стержень в однородное магнитное поле. Пусть ось симметрии стержня совпадает с направлением силовых линий. Тогда стержень будет почти везде намагничен однородно. Магнитная индукция в стержне будет много больше, чем в воздухе. Отношение магнитной индукции в материале B м к магнитной индукции в воздухе В в называется магнитной проницаемостью:

μ=B м / B в. (10.2)

Магнитная проницаемость является безразмерной величиной. Для различных марок стали магнитная проницаемость лежит в интервале от 200 до 5 000.

Магнитная индукция зависит от свойств материала, что затрудняет технические расчеты магнитных процессов. Поэтому была введена вспомогательная величина, которая не зависит от магнитных свойств материала. Она называется вектором напряженности магнитного поля и обозначается H. Единица напряженности магнитного поля – Ампер/метр (А/м). При неразрушающем магнитном контроле деталей напряженность магнитного поля изменяется от 100 до 100 000 А/м.

Между магнитной индукцией В в и напряженностью магнитного поля Н в воздухе существует простая зависимость:

В в =μ 0 H, (10.3)

где μ 0 = 4π 10 –7 Генри/метр – магнитная постоянная.

Напряженность магнитного поля и магнитная индукция в материале связаны между собой соотношением:

B=μμ 0 H (10.4)

Напряженность магнитного поля Н – вектор. При феррозондовом контроле требуется определять составляющие этого вектора на поверхности детали. Эти составляющие можно определить, пользуясь рисунком 37. Здесь поверхность детали принята за плоскость xy , ось z перпендикулярна этой плоскости.

На рисунке 1.4 из вершины вектора H опущен перпендикуляр на плоскость x,y . В точку пересечения перпендикуляра и плоскости из начала координат проведен вектор H  который называется тангенциальной составляющей напряженности магнитного поля вектора H . Опустив перпендикуляры из вершины вектора H  на оси x и y , определим проекции H x и H y вектора H. Проекция H на ось z называется нормальной составляющей напряженности магнитного поля H n . При магнитном контроле чаще всего измеряют тангенциальную и нормальную составляющие напряженности магнитного поля.

Рисунок 37 Вектор напряженности магнитного поля и его проекции на поверхности детали

10.3 Кривая намагничивания и петля гистерезиса

Рассмотрим изменение магнитной индукции первоначально размагниченного ферромагнитного материала при постепенном возрастании напряженности внешнего магнитного поля. График, отражающий эту зависимость, показан на рисунке 38 и называется кривой начального намагничивания. В области слабых магнитных полей наклон этой кривой сравнительно невелик, а затем он начинает возрастать, достигая максимального значения. При еще больших значениях напряженности магнитного поля наклон уменьшается так, что изменение магнитной индукции с ростом поля становится незначительным – происходит магнитное насыщение, которое характеризуется величиной B S . На рисунке 39 показана зависимость магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля. Для этой зависимости характерны две величины: начальная μ н и максимальная μ м магнитная проницаемость. В области сильных магнитных полей проницаемость падает с ростом поля. При дальнейшем увеличении внешнего магнитного поля намагниченность образца практически не изменяется, а магнитная индукция растёт только за счёт внешнего поля.

Рисунок 38 Кривая первоначального намагничивания

Рисунок 39 Зависимость проницаемости от напряженности магнитного поля

Магнитнаяиндукция насыщения B S зависитв основномот химического состава материала и для конструкционных и электротехнических сталей составляет 1,6-2,1 Тл. Магнитная проницаемость зависит не только от химического состава, но и от термической и механической обработки.

Рисунок 40 Предельная (1) и частная (2) петли гистерезиса

По величине коэрцитивной силы магнитные материалы разделяют на магнитомягкие (H c 5 000 А/м).

Для магнитомягких материалов требуются сравнительно малые поля для получения насыщения. Магнитотвердые материалы трудно намагнитить и перемагнитить.

Большинство конструкционных сталей являются магнитомягкими материалами. Для электротехнической стали и специальных сплавов коэрцитивная силасоставляет 1-100 А/м, для конструкционных сталей – не более 5 000 А/м. В приставных устройствах с постоянными магнитами используются магнитотвердые материалы.

При перемагничивании материал вновь насыщается, но значение индукции имеет другой знак (–B S ), соответствующий отрицательной напряженности магнитного поля. При последующем увеличении напряженности магнитного поля в сторону положительных значений индукция будет изменяться по другой кривой, называемой восходящей ветвью петли. Обе ветви: нисходящая и восходящая, образуют замкнутую кривую, называемую предельной петлей магнитногогистерезиса. Предельная петля имеет симметричную форму и соответствует максимальному значению магнитной индукции равному B S . При симметричном изменении напряженности магнитного поля в меньших пределах индукция будет изменяться по новой петле. Эта петля полностью располагается внутри предельной и называется симметричной частной петлей (рисунок 40).

Параметры предельной петли магнитного гистерезиса играют важную роль при феррозондовом контроле. При высоких значениях остаточной индукции и коэрцитивной силы возможно проведение контроля путем предварительного намагничивания материала детали до насыщения с последующим отключением источника поля. Намагниченность детали будет достаточной для выявления дефектов.

Вместе с тем явление гистерезиса приводит к необходимости контроля магнитного состояния. При отсутствии размагничивания материал детали может оказаться в состоянии, соответствующем индукции –B r . Тогда, включив магнитное поле положительной полярности, например, равное H c , можно даже размагнитить деталь, хотя предполагается, что мы ее намагничиваем.

Важное значение имеет также магнитная проницаемость. Чем больше μ , тем меньше требуемое значение напряженности магнитного поля для намагничивания детали. Поэтому технические параметры намагничивающего устройства должны быть согласованы с магнитными параметрами объекта контроля.

10.4 Магнитное поле рассеяния дефектов

Магнитное поле дефектной детали имеет свои особенности. Возьмем намагниченное стальное кольцо (деталь) с узкой щелью. Эту щель можно рассматривать как дефект детали. Если накрыть кольцо листом бумаги с насыпанным магнитным порошком, можно увидеть картину, сходную с приведенной на рисунке 35. Лист бумаги расположен вне кольца, а между тем частицы порошка выстраиваются вдоль определенных линий. Таким образом, силовые линии магнитного поля частично проходят вне детали, обтекая дефект. Эта часть магнитного поля называется полем рассеяния дефекта.

На рисунке 41 показана длинная трещина в детали, расположенная перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, и картина силовых линий вблизи дефекта.

Рисунок 41 Обтекание силовыми линиями поверхностной трещины

Видно, что силовые линии магнитного поля обтекают трещину внутри детали и вне ее. Формирование магнитного поля рассеяния подповерхностным дефектом можно пояснить с помощью рисунка 42, где изображен участок намагниченной детали. Силовые линии магнитной индукции относятся к одному из трех участков поперечного сечения: над дефектом, в зоне дефекта и под дефектом. Произведение магнитной индукции на площадь поперечного сечения определяет магнитный поток. Составляющие полного магнитного потока на этих участках обозначены как Φ 1 ,.., Часть магнитного потока Ф 2 , будет перетекать выше и ниже сечения S 2 . Поэтому магнитные потоки в сечениях S 1 и S 3 будут больше, чем у бездефектной детали. То же самое можно сказать и о магнитной индукции. Другой важной особенностью силовых линий магнитной индукции является их искривление над и под дефектом. В результате часть силовых линий выходит из детали, создавая магнитное поле рассеяния дефекта.

3 .

Рисунок 42 Поле рассеяния подповерхностного дефекта

Количественно магнитное поле рассеяния можно оценить по магнитному потоку, выходящему из детали, который называют потоком рассеяния. Магнитный поток рассеяния тем больше, чем больше магнитный поток Φ 2 в сечении S 2 . Площадь поперечного сечения S 2 пропорциональна косинусу угла , показанному на рисунке 42. При  = 90° эта площадь равна нулю, при =0° она имеет наибольшее значение.

Таким образом, для выявления дефектов необходимо, чтобы силовые линии магнитной индукции в зоне контроля детали были бы перпендикулярны плоскости предполагаемого дефекта.

Распределение магнитного потока по сечению дефектной детали аналогично распределению потока воды в русле с преградой. Высота волны в зоне полностью погруженной преграды будет тем больше, чем ближе гребень преграды к поверхности воды. Аналогично этому подповерхностный дефект детали тем легче обнаружить, чем меньше глубина его залегания.

10.5 Обнаружение дефектов

Для обнаружения дефектов требуется прибор, позволяющий определить характеристики поля рассеяния дефекта. Это магнитное поле можно определить по составляющим Н х, Н у, Н z .

Однако поля рассеяния могут быть вызваны не только дефектом, но и другими факторами: структурной неоднородностью металла, резким изменением сечения (в деталях сложной формы), механической обработкой, ударами, шероховатостью поверхности и т. д. Поэтому анализ зависимости даже одной проекции (например, H z ) от пространственной координаты (x или y ) может оказаться непростой задачей.

Рассмотрим магнитное поле рассеяния вблизи дефекта (рисунок 43). Здесь показана идеализированная бесконечно длинная трещина с ровными краями. Она вытянута вдоль оси y , которая направлена на рисунке к нам. Цифрами 1, 2, 3, 4 показано как меняется величина и направление вектора напряженности магнитного поля при приближении к трещине слева.

Рисунок 43 Магнитное поле рассеяния вблизи дефекта

Измерение магнитного поля происходит на некотором расстоянии от поверхности детали. Траектория, по которой проводятся измерения, изображена пунктиром. Величины и направления векторов справа от трещины можно построить аналогичным образом (или воспользоваться симметрией рисунка). Правее картины поля рассеяния показан пример пространственного положения вектора H и двух его составляющих H x и H z . Графики зависимостей проекций H x и H z поля рассеяния от координаты x показаны ниже.

Казалось бы, отыскивая экстремум H x или ноль H z , можно найти дефект. Но как уже отмечалось выше, поля рассеяния образуются не только от дефектов, но и от структурных неоднородностей металла, от следов механических воздействий и т. д.

Рассмотрим упрощенную картину формирования полей рассеяния на простой детали (рисунок 44) похожей на ту, что была изображена на рисунке 41, и графики зависимостей проекций H z , H x от координаты x (дефект вытянут вдоль оси y ).

По графикам зависимостей H x и H z от x обнаружить дефект очень непросто, так как величины экстремумов H x и H z над дефектом и над неоднородностями соизмеримы.

Выход был найден, когда обнаружили, что в области дефекта максимальная скорость изменения (крутизна) напряженности магнитного поля какой-то координаты больше, чем другие максимумы.

Рисунок 44 показывает, что максимальная крутизна графика H z (x) между точками x 1 и x 2 (т.е. в зоне расположения дефекта) гораздо больше, чем в других местах.

Таким образом, прибор должен измерять не проекцию напряженности поля, а «скорость» ее изменения, т.е. отношение разности проекций в двух соседних точках над поверхностью детали к расстоянию между этими точками:

(10.5)

где H z (x 1), H z (x 2) – значения проекции вектора H на ось z в точках x 1 , x 2 (левее и правее дефекта), G z (x) принятоназывать градиентом напряженности магнитного поля.

Зависимость G z (x) показана на рисунке 44. Расстояние Dx = x 2 – x 1 между точками, в которых измеряются проекции вектора H на ось z, выбирается с учетом размеров поля рассеяния дефекта.

Как следует из рисунка 44, и это хорошо согласуется с практикой, значение градиента над дефектом существенно больше его значения над неоднородностями металла детали. Именно это позволяет достоверно регистрировать дефект по превышению градиентом порогового значения (рисунок 44).

Выбирая необходимое значение порога, можно свести ошибки контроля к минимальным значениям.

Рисунок 44 Силовые линии магнитного поля дефекта и неоднородностей металла детали.

10.6 Феррозондовый метод

Феррозондовый метод основан на измерении феррозондовым прибором градиента напряженности магнитного поля рассеяния, созданного дефектом в намагниченном изделии, и сравнении результата измерения с порогом.

Вне контролируемой детали существует определенное магнитное поле, которое создается для ее намагничивания. Применение дефектоскопа – градиентометра обеспечивает выделение сигнала, вызванного дефектом, на фоне довольно большой медленно изменяющейся в пространстве составляющей напряженности магнитного поля.

В феррозондовом дефектоскопе используется преобразователь, реагирующий на составляющую градиента нормальной составляющей напряженности магнитного поля на поверхности детали. Преобразователь дефектоскопа содержит два параллельно расположенных стержня из специального магнитомягкого сплава. При контроле стержни перпендикулярны поверхности детали, т.е. параллельны нормальной составляющей напряженности магнитного поля. Стержни имеют одинаковые обмотки, по которым протекает переменный ток. Эти обмотки соединены последовательно. Переменный ток создает в стержнях переменные составляющие напряженности магнитного поля. Эти составляющие совпадают по величине и направлению. Кроме того, имеется постоянная составляющая напряженности магнитного поля детали в месте размещения каждого стержня. Величина Δx , которая входит в формулу (10.5), равна расстоянию между осями стержней и называется базой преобразователя. Выходное напряжение преобразователя определяется разностью переменных напряжений на обмотках.

Разместим преобразователь дефектоскопа на участке детали без дефекта, где значения напряженности магнитного поля в точках х 1 ; х 2 (см. формулу (10.5)) одинаковы. Это означает, что градиент напряженности магнитного поля равен нулю. Тогда на каждый стержень преобразователя будут действовать одинаковые постоянная и переменная составляющие напряженности магнитного поля. Эти составляющие будут одинаково перемагничивать стержни, поэтому напряжения на обмотках равны между собой. Разность напряжений, определяющая выходной сигнал, равна нулю. Таким образом, преобразователь дефектоскопа не реагирует на магнитное поле, если нет градиента.

Если градиент напряженности магнитного поля не равен нулю, то стержни будут находиться в одинаковом переменном магнитном поле, но постоянные составляющие будут разными. Каждый стержень перемагничивается переменным током обмотки от состояния с магнитной индукцией –В S до + В S Согласно закону электромагнитной индукции напряжение на обмотке может появиться только тогда, когда изменяется магнитная индукция. Поэтому период колебаний переменного тока может быть разбит на интервалы, когда стержень находится в насыщении и, следовательно, напряжение на обмотке равно нулю, и на промежутки времени, когда насыщения нет, а, значит, напряжение отличается от нуля. В те промежутки времени, когда оба стержня не намагничены до насыщения, на обмотках появляются одинаковые напряжения. В это время выходной сигнал равен нулю. То же самое будет при одновременном насыщении обоих стержней, когда напряжение на обмотках отсутствует. Выходное напряжение появляется тогда, когда один сердечник находится в насыщенном состоянии, а другой – в ненасыщенном.

Одновременное воздействие постоянной и переменной составляющей напряженности магнитного поля приводит к тому, что каждый сердечник находится в одном насыщенном состоянии более длительное время, чем в другом. Более длительному насыщению соответствует сложение постоянной и переменной составляющих напряженности магнитного поля, более короткому – вычитание. Разность между интервалами времени, которые соответствуют значениям магнитной индукции +В S и –В S , зависит от напряженности постоянного магнитного поля. Рассмотрим состояние с магнитной индукцией +В S у двух стержней преобразователя. Неодинаковым значениям напряженности магнитного поля в точках х 1 и х 2 будет соответствовать разная длительность интервалов магнитного насыщения стержней. Чем больше разность между этими значениями напряженности магнитного поля, тем больше различаются временные интервалы. В те промежутки времени, когда один стержень насыщен, а другой – ненасыщен, возникает выходное напряжение преобразователя. Это напряжение зависит от градиента напряженности магнитного поля.

Примерно две с половиной тысячи лет назад люди обнаружили, что некоторые природные камни обладают способностью притягивать к себе железо. Объясняли такое свойство присутствием у этих камней живой души, и некой «любовью» к железу.

Сегодня мы уже знаем, что эти камни являются природным магнитами, и магнитное поле, а вовсе не особое расположение к железу, создает эти эффекты. Магнитное поле – это особый вид материи, который отличается от вещества и существует вокруг намагниченных тел.

Постоянные магниты

Природные магниты, или магнетиты, обладают не очень сильными магнитными свойствами. Но человек научился создавать искусственные магниты, обладающие значительно большей силой магнитного поля. Делаются они из специальных сплавов и намагничиваются внешним магнитным полем. А после этого их можно использовать самостоятельно.

Силовые линии магнитного поля

Любой магнит имеет два полюса, их назвали северным и южным полюсами. На полюсах концентрация магнитного поля максимальна. Но между полюсами магнитное поле располагается тоже не произвольно, а в виде полос или линий. Они называются силовыми линиями магнитного поля. Обнаружить их довольно просто – достаточно поместить в магнитное поле рассыпанные железные опилки и слегка встряхнуть их. Они расположатся не как угодно, а образуют как бы узор из линий, начинающихся у одного полюса и заканчивающихся у другого. Эти линии как бы выходят из одного полюса и входят в другой.

Железные опилки в поле магнита сами намагничиваются и размещаются вдоль силовых магнитных линий. Именно подобным образом функционирует компас. Наша планета – это большой магнит. Стрелка компаса улавливает магнитное поле Земли и, поворачиваясь, располагается вдоль силовых линий, одним своим концом указывая на северный магнитный полюс, другим – на южный. Магнитные полюса Земли немного не совпадают с географическими, но при путешествиях вдали от полюсов, это не имеет большого значения, и можно считать их совпадающими.

Переменные магниты

Область применения магнитов в наше время чрезвычайно широка. Их можно обнаружить внутри электродвигателей, телефонов, динамиков, радиоприборов. Даже в медицине, например, при проглатывании человеком иглы или другого железного предмета, его можно достать без операции магнитным зондом.

Таким образом, индукция магнитного поля на оси кругового витка с током убывает обратно пропорционально третьей степени расстояния от центра витка до точки на оси. Вектор магнитной индукции на оси витка параллелен оси. Его направление можно определить с помощью правого винта: если направить правый винт параллельно оси витка и вращать его по направлению тока в витке, то направление поступательного движения винта покажет направление вектора магнитной индукции.

3.5 Силовые линии магнитного поля

Магнитное поле, как и электростатическое, удобно представлять в графической форме – с помощью силовых линий магнитного поля.

Силовая линия магнитного поля – это линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с направлением вектора магнитной индукции.

Силовые линии магнитного поля проводят так, что их густота пропорциональна величине магнитной индукции: чем больше магнитная индукция в некоторой точке, тем больше густота силовых линий.

Таким образом, силовые линии магнитного поля имеют сходство с силовыми линиями электростатического поля.

Однако им свойственны и некоторые особенности.

Рассмотрим магнитное поле, созданное прямым проводником с током I.

Пусть этот проводник перпендикулярен плоскости рисунка.

В различных точках, расположенных на одинаковых расстояниях от проводника, индукция одинакова по величине.

Направление вектора В в разных точках показано на рисунке.

Линией, касательная к которой во всех точках совпадает с направлением вектора магнитной индукции, является окружность.

Следовательно, силовые линии магнитного поля в этом случае представляют собой окружности, охватывающие проводник. Центры всех силовых линий расположены на проводнике.

Таким образом, силовые линии магнитного поля замкнуты (силовые линии электростатического не могут быть замкнуты, они начинаются и заканчиваются на зарядах).

Поэтому магнитное поле является вихревым (так называют поля, силовые линии которых замкнуты).

Замкнутость силовых линий означает ещё одну, очень важную особенность магнитного поля – в природе не существует (по крайней мере, пока не обнаружено) магнитных зарядов, которые являлись бы источником магнитного поля определённой полярности.

Поэтому не бывает отдельно существующе-го северного или южного магнитного полюса магнита.

Даже если распилить пополам постоянный магнит, то получится два магнита, каждый из которых имеет оба полюса.

3.6. Сила Лоренца

Экспериментально установлено, что на заряд, движущийся в магнитном поле, действует сила. Эту силу принято называть силой Лоренца:

Модуль силы Лоренца

где a – угол между векторами v и B .

Направление силы Лоренца зависит от направления вектора . Его можно определить с помощью правила правого винта или правила левой руки. Но направление силы Лоренца не обязательно совпадает с направлением вектора !

Дело в том, что сила Лоренца равна результату произведения вектора [v , В ] на скаляр q . Если заряд положительный, то F л параллельна вектору [v , В ]. Если же q v , В ] (см. рисунок).

Если заряженная частица движется параллельно силовым линиям магнитного поля, то угол a между векторами скорости и магнитной индукции равен нулю. Следовательно, сила Лоренца на такой заряд не действует (sin 0 = 0, F л = 0).

Если же заряд будет двигаться перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, то угол a между векторами скорости и магнитной индукции равен 90 0 . В этом случае сила Лоренца имеет максимально возможное значение: F л = qv B .

Сила Лоренца всегда перпендикулярна скорости движения заряда. Это означает, что сила Лоренца не может изменить величину скорости движения, но изменяет её направление.

Поэтому в однородном магнитном поле заряд, влетевший в магнитное поле перпендикулярно его силовым линиям, будет двигаться по окружности.

Если на заряд действует только сила Лоренца, то движение заряда подчиняется следующему уравнению, составленному на основе второго закона Ньютона: ma = F л.

Поскольку сила Лоренца перпендикулярна скорости, постольку ускорение заряженной частицы является центростремительным (нормальным): (здесь R – радиус кривизны траектории заряженной частицы).

Без сомнения, силовые линии магнитного поля сейчас известны всем. По крайней мере, еще в школе их проявление демонстрируют на уроках физики. Помните, как учитель под листом бумаги размещал постоянный магнит (или даже два, комбинируя ориентированность их полюсов), а сверху него насыпал металлические опилки, взятые в кабинете трудового обучения? Вполне понятно, что металл должен был удерживаться на листе, однако наблюдалось нечто странное – четко прослеживались линии, вдоль которых выстраивались опилки. Заметьте – не равномерно, а полосами. Это и есть силовые линии магнитного поля. Вернее, их проявление. Что же происходило тогда и как можно объяснить?

Начнем издалека. Вместе с нами в физическом мире видимом сосуществует особый вид материи – магнитное поле. Оно обеспечивает взаимодействие движущихся элементарных частиц или более крупных тел, обладающих электрическим зарядом или естественным Электрические и не только взаимосвязаны друг с другом, но и часто порождают сами себя. К примеру, провод, по которому протекает электрический ток, создает вокруг себя линии магнитного поля. Верно и обратное: воздействие переменных магнитных полей на замкнутый проводящий контур создает в нем движение носителей заряда. Последнее свойство применяется в генераторах, поставляющих электрическую энергию всем потребителям. Яркий пример электромагнитных полей – свет.

Силовые линии магнитного поля вокруг проводника вращаются или, что также верно, характеризуются направленным вектором магнитной индукции. Направление вращения определяют по правилу буравчика. Указываемые линии – условность, так как поле распространяется равномерно во все стороны. Все дело в том, что оно может быть представлено в виде бесконечного количества линий, некоторые из которых обладают более ярко выраженной напряженностью. Именно поэтому в и опилками четко прослеживаются некие «линии». Что интересно, силовые линии магнитного поля никогда не прерываются, поэтому нельзя однозначно сказать, где начало, а где конец.

В случае постоянного магнита (или подобного ему электромагнита), всегда есть два полюса, получившие условные названия Северного и Южного. Упомянутые линии в этом случае – это кольца и овалы, соединяющие оба полюса. Иногда это описывается с точки зрения взаимодействующих монополей, однако тогда возникает противоречие, согласно которому нельзя разделить монополя. То есть любая попытка деления магнита приведет к появлению нескольких двухполюсных частей.

Огромный интерес представляют свойства силовых линий. О непрерывности мы уже говорили, однако практический интерес представляет способность создавать в проводнике следствием которой является электрический ток. Смысл этого заключается в следующем: если проводящий контур пересекают линии (или сам проводник движется в магнитном поле), то электронам на внешних орбитах атомов материала сообщается дополнительная энергия, позволяющая им начинать самостоятельное направленное движение. Можно сказать, что магнитное поле словно «выбивает» заряженные частицы из кристаллической решетки. Данное явление получило название электромагнитной индукции и в настоящий момент является основным способом получения первичной электрической энергии. Оно было открыто опытным путем в 1831 году английским физиком Майклом Фарадеем.

Изучение магнитных полей началось еще в 1269 году, когда П. Перегрин обнаружил взаимодействие шарообразного магнита со стальными иглами. Почти через 300 лет У. Г. Колчестер предположил, что сам является огромным магнитом, обладающим двумя полюсами. Далее магнитные явления изучали такие известные ученые, как Лоренц, Максвелл, Ампер, Эйнштейн и пр.

Силовые линии магнитного поля | prompatent.ru

<— Этот удивительный мир

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 5

На основании выше приведенной гипотезы, можно сделать следующие выводы.

<— Что такое магнитное поле Элементарный электрический заряд —>

Силовые линии – это… Что такое Силовые линии?

Силовые линии: линии, проведённые в каком-либо силовом поле (электрическом, магнитном, гравитационном), касательные к которым в каждой точке пространства совпадают по направлению с вектором, характеризующим данное поле (напряжённостью электрического или гравитационного полей, магнитной индукцией). Изображение силовых полей с помощью С. л. — частный случай изображения любых векторных полей (См. Векторное поле) с помощью линий тока (См. Линии тока). Т. к. напряжённости полей и магнитная индукция — однозначные функции точки, то через каждую точку пространства может проходить только одна С. л. Густота С. л. обычно выбирается так, чтобы через единичную площадку, перпендикулярную к С. л., проходило число С. л., пропорциональное напряжённости поля (или магнитной индукции) на этой площадке. Т. о., С. л. дают наглядную картину распределения поля в пространстве: густота С. л. и их направление характеризуют величину и направление напряжённости поля. С. л. электростатического поля всегда незамкнуты: они начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных (или уходят на бесконечность). С. л. вектора магнитной индукции всегда замкнуты, т. е. магнитное поле является вихревым. Железные опилки, помещенные в магнитное поле, выстраиваются вдоль С. л.; благодаря этому можно экспериментально определять вид С. л. магнитной индукции. Вихревое электрическое поле, порождаемое изменяющимся магнитным полем, также имеет замкнутые С. л.

Силовой кабель
Силоксаны

Смотреть что такое “Силовые линии” в других словарях:

СИЛОВЫЕ ЛИНИИ — линии, мысленно проведённые в к. л. силовом поле (электрич.. магнитном, тяготения) так, что в каждой точке поля направление касательной к линии совпадает с направлением напряжённости поля (магнитной индукции в случае магнитного поля). Через… … Большой энциклопедический политехнический словарь
СИЛОВЫЕ ЛИНИИ — электрических и магнитных полей линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают с направлением напряженности электрического или соответствующего магнитного поля; качественно характеризуют распределенние электромагнитного поля в… … Большой Энциклопедический словарь
Силовые линии — Силовые линии интегральные кривые для векторного поля (сил). Силовые линии электрического поля перпендикулярны к эквипотенциальным поверхностям, а, значит, и к линиям равного потенциала. Их направление от «+» к « ». Метод силовых линий в… … Википедия
СИЛОВЫЕ ЛИНИИ — СИЛОВЫЕ ЛИНИИ, линии в ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ или МАГНИТНОМ ПОЛЕ, чье направление в любой точке направлено внутрь поля … Научно-технический энциклопедический словарь
СИЛОВЫЕ ЛИНИИ — воображаемые линии, к рые проводят для изображения к. л. силового поля (электрич., магн., гравитац.). С. л. располагаются т. о., что касательные к ним в каждой точке пр ва совпадают по направлению с вектором, характеризующим данное поле… … Физическая энциклопедия
силовые линии — — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом EN lines of force … Справочник технического переводчика
силовые линии — электрического и магнитного полей, линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают с направлением напряжённости электрического или соответственно магнитного поля; качественно характеризуют распределение электромагнитного поля в… … Энциклопедический словарь
СИЛОВЫЕ ЛИНИИ — электрич. и магн. полей, линии, касательные к к рым в каждой точке поля совпадают с направлением напряжённости электрич. или соотв. магн. поля; качественно характеризуют распределение эл. магн. поля в пространстве. С. л. только наглядный способ… … Естествознание. Энциклопедический словарь
Силовые линии (значения) — Силовые линии интегральные кривые для векторного поля (сил). Силовые линии электрического поля перпендикулярны к эквипотенциальным поверхностям, а, значит, и к линиям равного потенциала. Их направление от «+» к « ». Метод силовых линий в… … Википедия
силовые линии магнитного поля — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN magnetic flux … Справочник технического переводчика

Книги

Верификация гипотезы М. Фарадея о силовых линиях в космосе. Силовые линии М. Фарадея в космосе, Серков Аркадий. Конкретизируя гипотезу М. Фарадея, гравитационное поле рассматривается как вязко-упругое тело, которое характеризуется рядом свойств: модуль упругости, вязкость, анизотропная структура,… Подробнее Купить за 5377 руб
Ноомахия. Войны ума. По ту сторону Запада. Индоевропейские цивилизации. Иран, Индия, Дугин Александр Гельевич. В книге рассматриваются две великие индоевропейские цивилизации – иранская и индийская, взятые как структурные модели с неизменным семантическим ядром и одновременно как динамически… Подробнее Купить за 1082 руб
Ноомахия. Войны ума. По ту сторону Запада. Индоевропейские цивилизации: Иран, Индия, Дугин Александр Гельевич. В книге рассматриваются две великие индоевропейские цивилизации — иранская и индийская, взятые как структурные модели с неизменным семантическим ядром и одновременно как динамически… Подробнее Купить за 733 руб

Другие книги по запросу «Силовые линии» >>

Силовая линия магнитного пол – Энциклопедия по машиностроению XXL

В прикладной геометрии при математическом описании всевозможных технических кривых, которыми являются траектории движения точек машин и механизмов, силовые линии магнитных полей, оси дорог, трубопроводов, каналов, каждую из них рассматривают как дугу одной какой-либо математической кривой или как одномерный обвод — составную линию, представляющую собой последовательность дуг различных кривых. [c.37]

Здесь т —орт, направленный по касательной к силовой линии магнитного поля, орт тг направлен по главной нормали к силовой линии, р —радиус кривизны, s — расстояние, отсчитываемое вдоль силовой линии. Уравнение силовой линии dr/ds= B(r)/fl(r). В однородном магнитном поле частица движется по винтовой линии,, ось которой параллельна вектору В. Скорость частицы r=Vj -fsT. [c.179]

Солнечным ветром называются потоки плазмы, стекающие с солнечной поверхности вдоль силовых линий магнитного поля. [c.620]

Магнитоиндукционные муфты построены на использовании взаимодействия магнитного поля, создаваемого индуктором 3 (электромагнитом или постоянным магнитом) с токами, возникающими в якоре 2 при пересечении его силовыми линиями магнитного поля (рис. 20.15, в). Такие муфты можно использовать для передачи крутящего момента в герметический корпус, так как полумуфты / и 2 не соприкасаются друг с другом. [c.309]

Действие магнитоиндукционной муфты (рис. 4.48, б) основано на использовании взаимодействия магнитного поля, создаваемого индуктором 1, с токами, возникающими в якоре 2 при пересечении его силовыми линиями магнитного поля. Индуктором служит электромагнит ил постоянный магнит. Поскольку в магнитоиндукционной муфте передача движения от ведущего вала к ведомому осуществляется без применения механической связи между ними, такие муфты можно применять для передачи крутящего момента внутрь герметического корпуса. [c.446]

Влияние скорости движения объектов на результаты контроля. При неразрушающем контроле часто объект контроля перемещается относительно ВТП с большой скоростью, достигающей нескольких десятков метров в секунду. В этом случае в объекте могут возникать дополнительные вихревые токи. Они обусловлены пересечением электропроводящим объектом силовых линий магнитного поля. Влияние дополнительных вихревых токов может привести к изменению показаний приборов. Для осесимметричных случаев эффект скорости проявляется в изменении значений параметра q или k в формулах (14)—(16). Для некоторых случаев значения параметров q = = q v) и k = k v), где v — скорость движения объекта относительно ВТП, приведены в табл. 9. При этом для проходных ВТП нижний предел интегрирования несобствен ных интегралов в (14), (15) меняется па —оо, а os Яг заменяется на Для круг- [c.110]

Чтобы еще больше упростить задачу, мы рассмотрим случай, когда 2 = 0 и г = 0, т. е. случай, когда частица движется по окружности вокруг силовых линий магнитного поля с циклотронной частотой со[c.179]

Есть еще один способ удержания высокотемпературной плазмы в магнитной бутылке , который мы подробно обсудили в предыдущем разделе. Если окружить высокотемпературную плазму сильным магнитным полем, то она, обладая свойством диамагнетизма, будет выталкиваться из более сильных внешних областей магнитного поля. Образец подобного закупоривания дают радиационные пояса Земли, в которых заряженные частицы движутся вдоль силовых линий магнитного поля Земли, отражаясь обратно в пояса у северного и южного магнитных полюсов, где напряженность поля наиболее высокая. Магнитные полюса Земли являются [c.111]

Направление индуктированной э. д. с. определяется правилом правой руки если расположить правую руку так, чтобы силовые Линии магнитного поля входили в ладонь, а отставленный большой палец совпадал с направлением движения проводника, то вытянутые четыре пальца укажут направление индуктированной э.д.с. [c.518]

Закон Био-Савара-Лапласа. При протекании тока по проводнику, находящемуся в магнитном поле, в результате взаимодействия между силовыми линиями магнитного поля и силовыми линиями, возникшими вокруг проводника с током, образуется результирующее искажённое магнитное поле (фиг. [c.519]

В общем случае /г+ и tiL определяются компонентами электрической восприимчивости вещества, т. е. теми же физическими процессами, от которых зависит поляризация вещества. Для выбранного вещества и п1 зависят от приложенных внешних постоянных электрического и магнитного полей и т. д. Если разность пХ и п1 становится отличной от нуля вследствие наложения электрического поля, в общем случае имеем дело с электрооптическими эффектами. Если же разность п+ и п- определяется действием постоянного магнитного поля, то в общем случае имеем дело с магнитооптическими эффектами, которые принято разделять на продольные и поперечные в зависимости от того, совпадает ли направление силовых линий магнитного поля с направлением распространения света или является перпендикулярным к нему. В случае продольного наблюдения, если различие в показателях поглощения /с+ и к для двух циркулярных составляющих невелико, наблюдается поворот плоскости поляризации линейно-поляризованного света, называемый эффектом Фарадея или магнитооптическим вращением (МОВ). Если различие в показателях поглощения и к существенно, то наблюдается магнитный циркулярный дихроизм (МЦД). В общем случае, когда имеет место различие и в и п , и в и к , линейно-поляризованный свет становится эллиптически-поляризованным при этом МОВ соответствует угол поворота эллипса поляризации, а МЦД — изменение эллиптичности, т. е. отношения составляющих по главным осям эллипса поляризации. [c.194]

Магнитная дефектоскопия основана на следую щем явлении если деталь однородна но своим магнитным свойствам, то силовые линии магнитного поля пересекают любые сечения детали, не меняя своего направления если деталь имеет дефекты— раковины, трещины и др.,—силовые линии магнитного поля в этом сечении отклоняются, так как наличие дефекта создает сопротивление. [c.169]

Одним из способов создания клеевых соединений с теплопроводной клеевой прослойкой является ориентация частиц металлического ферромагнитного наполнителя вдоль силовых линий магнитного поля. Создание подобных систем требует проведения комплексных исследований факторов, которые могут оказать влияние на формирование клеевых соединений с оптимальными теплофизическими и прочностными характеристиками. К числу таких факторов относятся концентрация, форма и дисперсность наполнителя, напряженность магнитного поля, вязкость композиции, режим отверждения и т. д. [c.209]

Рис. 3. Магнитная аккреция на чёрную дыру упорядоченное поле). Короткие стрелки — движение вещества, длинные —силовые линии магнитного поля.

Рис. 2. Распространение межпланетной ударной волны и выброса от солнечной вспышки. Стрелками показано направление движения плазмы солнечного ветра, линии без подписи — силовые линии магнитного поля.

Ряс. 7. Структура сектора межпланетного магнитного поля. Короткие стрелки показывают направление течения плавны солнечного ветра, линии со стрелками — силовые линии магнитного поля, штрихпунктир — границы сектора (пересечение плоскости рисунка с токовым слоем). [c.588]

При пересечении силовых линий магнитного поля каким-либо телом в нем индуцируется электродвижущая сила, направление которой определяется правилом правой руки если силовые линии поля входят в ладонь, а отогнутый большой палец вытянут по направлению движения тела, то четыре вытянутых пальца покажут направление действия индукционной ЭДС. [c.218]

Линией магнитной индукции магнитного поля (силовой линией магнитного поля) является линия, которая в каждой точке касательна к вектору магнитной индукции. Эти линии не могут пересекаться и не имеют начала и конца они либо начинаются и кончаются в бесконечности, либо замкнуты. [c.237]

Классификация происходит под действием на частицы магнитных сил с одной стороны и сил веса или аэродинамического (гидравлического) сопротивления – с другой. Равновесие этих сил организуют таким образом, чтобы частицы с большей магнитной восприимчивостью ( магнитные ) двигались в сторону действия магнитной силы, а с меньшей ( немагнитные ) – в противоположную ей сторону. Ферромагнитные и парамагнитные частицы перемещаются вдоль силовых линий магнитного поля в сторону возрастания его напряженности, а диамагнитные – выталкиваются в сторону его убывания. [c.174]

Действие электромагнитных (индукционных) расходомеров основано на принципе того, что при движении в трубопроводе жидкости поперек силовых линий магнитного поля в ней индуцируется э. д. с. Индуцируемая в жидкости э. Д. с., прямо пропорциональная скорости потока и индукции магнитного поля, снимается электродами, встроенными в измерительный патрубок (рис. 3-38) трубопровода. [c.238]

При враш ении КА в рассмотренном геомагнитном поле в предположении, что его корпус сплошной и состоит из электропроводящего материала, в корпусе возникают вихревые токи (рис 1.10, 1.11), которые приводят к диссипации энергии и, следовательно, к уменьшению угловой скорости вращения. Это значит, что появляется момент, направленный против составляющей скорости вращения (о,, ортогональной силовым линиям магнитного поля. Однако, если вектор угловой скорости (о собственного вращения сохраняет в абсолютном пространстве свое направление то вектор JSe при движении КА в земном магнитном поле меняет свое направление. Следовательно, замедление коснется не одной только составляющей со,, а всей угловой скорости о) в целом [c.16]

Генерирование электрической энергии путем пропускания проводящей жидкости — плазмы через магнитное поле не является повой идеей. Оно основывается на хорошо извест1юм принципе, который заключается в том, что в проводнике, пересекающем силовые линии магнитного поля, появляется электродвижуи1ая сила. [c.324]

Ряд работ, в частности [105], показали-значительную роль парамагнитных соединений в процессах структурирования нефтяных систем. Парамагнетизм материалов так же, как и ферромагнетизм, обусловлен сзодествованием нескомпенсированных спиновых магнитных моментов. В отличие от ферромагнетиков парамагнетики в обычных условиях немагнитны вследствие тепловой разориентации спиновых моментов. При наложении на парамагаетик внешнего магнитного поля спиновые магнитные моменты электронов преимущественно ориентируются по полю. Нами был проведен эксперимент, в котором на расплав нефтяного пека накладывалось электромагнитное поле. Вместо полл чаемых обычно спиральных кристаллитов на подложке остался след, воспроизводящий силовые линии магнитного поля. [c.205]

Электронная орбита в постоянном магнитном ноле — линия, по которой движется электрон (в квазиклассическом приближении) в к-иространстве — это линия нересечешш изоэиергетической поверхности плоскостью, перпендику.иярной силовым линиям магнитного поля. [c.288]

В магнитной газодинамике доказывается, что волна Альфве-на распространяется со скоростью Ьд вдоль силовых линий магнитного поля (Ьн115н) в газе бесконечно большой проводимости (Он- -оо) и представляет собой слабую вращательную волну (составляющие скорости и магнитной индукции, касательные к ее плоскости, поворачиваются, не изменяя своей величины) существование таких волн было открыто Альфвеном в 1942 г. В волне Альфвена плотность и давление не изменяются, и она имеет конечную скорость распространения в несжимаемой жидкости. [c.233]

Можно показать, что вдоль силовых линий магнитного поля слабые магнитогазодинамические волны распространяются либо со скоростью звука Дв, либо со скоростью Альфвена Ьд. [c.233]

Омагничивание агрессивных растворов проводили на установке простой конструкции, схема которой представлена на рис. 45. От источника УИП-1 подавали постоянный ток силой до 600 мА на однополюсный магнит. Напряженность магнитного поля увеличивалась до 80 х X Ю А/м. Жидкость при помощи центробежного насоса постоянной производительности циркулировала по стеклянной трубке, установленной перпендикулярно к силовым линиям магнитного поля. Для изменения скорости потока использовали трубки различного диаметра. Время пребывания сероводородсодержащего раствора в магнитном поле составляло 0,1 с при общем времени омагничивания 30 мин. В растворе содержалось 2500-2700 мг/п H S. Диффузию водорода через мембрану из стали марки 12Х1МФ определяли электрохимически по спаду потенциала запассивированной стороны мембраны. [c.191]

Пока основные работы ведутся на установках Токамак (тороидальная камера в магнитном поле), предложенных советскими учеными. В тороидальной камере создается плазма из впрыснутого газообразного дейтерия при сравнительно невысоком давлении. Эта камера одета на ярмо трансформатора, и в ней индуктируется кольцевой ток, который, ионизуя дейтерий, образует плазму и удерживает ее от соприкосновения со стенками с по-лющью собственного магнитного поля. Удержание плазмы обеспечивается тем, что силовые линии магнитного поля направлены перпендикулярно току и охватывают плазменный виток. Кроме того, ток, протекая по плазме, нагревает ее. Однако сам по себе такой плазменный виток с электрическим током неустойчив. Для придания ему устойчивости на поверхность камеры надеваются катушки, создающие большое магнитное поле, напряженность которого во много раз превышает напряженность поля, создаваемого током, а силовые линии параллельны току в плазме. Это магнитное поле придает жесткость всему плазменному шнуру с протекающим по нему током. Недавно введена в строй экспериментальная термоядерная установка Токамак-10 , завершающая долговременную программу разработок и исследований, проводимую в Институте атомной энергии им. И. В. Курчатова [31]. На подобных установках достигнута температура электронов порядка 20—30 млн. К и температура ионов около 7 млн. К при концентрации плазмы (3—5)-101 см со временем удержания в течение 0,01—0,02 с. [c.165]

Рис. 37. Примеры неустойчи-востей плазменного шнура а — сужение, б — изгибание (1 — силовые линии магнитного поля 2 — плазма)

Скорость регистрируется магнитоэлектрическим датчиком. Этот датчик устроен следующим образом. На швеллере 26 (рис. 4) укреплена пластина 27, несущая постоянный магнит 28 цилиндрической формы, снабженный полюсными наконечниками 30. К столику 18 вибратора прикреплен стержень 29, изготовленный из мягкого железа. На стержне намотаны две катушки, движущиеся относительно разноименных полюсов. При движении столика витки катушки пересекают силовые линии магнитного поля, и в них наводится электродвижущая сила, пропорщюнальная скорости движения столика. Сигнал от датчика скорости, так [c.373]

Силовые линии магнитного поля Земли имеют такую конфигурацию, что образуют адиабатич. магнитную ловушку для попавших па них заряж. частиц. Для заряженных частиц, движущихся в квазистационарных магн. полях, магн. момент движения ц с хорошей точностью является адиабатич. инвариантом (л,= =тмШаа/2Л=сопз1 (сс — угол между вектором скорости [c.437]

Рис. 2. Магкитогидродинамичесная модель коронального луча тонкими стрелками показаны силовые линии магнитного поля, широкие стрелки — поток солнечного ветра, тириая прямая на оси симметрии — токовый слой.

Рис. 4. Двишеиие силовых линий магнитного поля В вместе с плазмой (свойство вмороженности силовых линий) V — скорость среды.

Аппарат Винницкого политехнического институ-т а. Конструкторы аппарата И. И. Сагань и Е. Л. Страшевский предложили повысить эффект магнитной обработки воды созданием поли-градиентного поля путем размещения ферромагнитных стержней в межполюсном пространстве. Стержни должны замыкать на себя часть силовых линий магнитного поля, усиливая таким образом его напряженность. В результате такого воздействия магнитных стержней на постоянное поле в пространстве между ними создается полиградиент-ное поле со значительной пространственной неоднородностью, периодичностью изменения и большим градиентом напряженности. [c.56]

Установка для магнитно-импульсной штамповки (рис. 16.60) состоит из источника энергии, высоковольтного зарядно-выпрямительного устройства 1, батареи конденсаторов С, коммутирующего устройства 2 и катушки индуктивности (индуктора) 3. При разряде электрической энергии, предварительно накопленной в батарее конденсаторов установки, на индукторе вокруг его токопроводных элементов образуется мощный импульс переменного магнитного поля. Применение импульсного магнитного поля для штамповки основано на использовании сил электромеханического взаимодействия между вихревыми токами, наведенными в стенке обрабатываемой детали при пересечении их силовыми линиями.магнитного поля, и самим импульсным полем, в результате чего возникают импульсные механические силы, деформирующие заготовку. Магнитное поле, заключенное между индуктором 3 и заготовкой 4, оказывает давление как на заготовку, так и на индуктор. На пути перемещения заготовки установлен технологический инструмент (матрица, пуансон), с помощью которого заготовке придается необходимая форма. [c.354]

Эффект Фарадея состоит в том, что прозрачные вещества, помещенные в магнитное поле, вызывают вращение плоскости поляризации по мере проникновения в них света, распространяющегося вдоль силовых линий магнитного поля. Точнее говоря, величина вращения пропорциональна составляющей магнитного поля вдоль направления распространения света. При этом вектор гирации, определяемый выражением (4.9.6), пропорционален внешнему магнитному полю [c.113]

Линии магнитной индукции, теория и примеры

Определение и общие сведения о линиях магнитной индукции

Магнитное поле является силовым. Это означает, что магнитное поле векторное, и в его каждой точке на пробную частицу (в магнитном поле в качестве пробной частицы выступает пробный контур с током или магнитная стрелка) действует вектор силы. Следовательно, как и электрическое поле, магнитное поле можно изображать при помощи линий поля, которые называют линиями магнитной индукции. Все касательные к линиям магнитной индукции в каждой точке совпадают с направлением вектора индукции (). Через каждую точку магнитного поля можно провести линию магнитной индукции.

Так как вектор магнитной индукции в любой точке поля обладает определенным направлением, то и направление линии магнитной индукции является единственным. Это означает, что линии магнитной индукции не пересекаются. Направление линий магнитной индукции определено правилом правого винта. Которое говорит о том, что головка винта, который поворачивают по направлению тока, движется по направлению линии магнитной индукции.

Изображение линий магнитной индукции

Линии магнитной индукции изображают с такой плотностью, чтобы их количество (на единицу перпендикулярной им поверхности) было пропорционально величине магнитной индукции в рассматриваемой точке поля. Следовательно, изучая линии индукции, имеется возможность наглядного представления изменения магнитной индукции поля в пространстве (по величине и направлению).

Линии магнитной индукции можно увидеть, если провести эксперимент с железными опилками, которые намагничивают в рассматриваемом магнитном поле. Эти опилки ведут себя как малые магнитные стрелки. При реализации подобного эксперимента проводник с током пропускают через горизонтальную стеклянную пластинку (или лист картона), на нее насыпают некоторое количество опилок из железа. При встряхивании пластинки опилки выстраиваются в цепочки, форма которых соответствует линиям магнитного поля.

Линии магнитной индукции всегда являются замкнутыми (или уходят в бесконечность), не имеют начала и конца. Это имеет место для любого магнитного поля, порождаемого любым током. Векторные поля, которые имеют непрерывные линии, называют вихревыми. Магнитное поле является вихревым.

Примеры решения задач

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

Определение магнитного поля B – магнетизм

Магнит или электрический ток создают магнитное поле, которое можно визуализировать как серию круговых силовых линий вокруг сегмента провода.

Все магниты имеют два полюса: один называется северным полюсом, а другой – южным. Подобные полюса отталкиваются, а непохожие – притягиваются (по аналогии с положительными и отрицательными зарядами в электростатике). Северный и южный полюса всегда существуют парами (в природе нет магнитных монополей), поэтому, если один постоянный магнит разделить пополам, будут созданы два меньших магнита, каждый с северным полюсом и южным полюсом.

Поскольку магнитные силы действуют на расстоянии, мы определяем магнитное поле ( B-field ) для представления магнитных сил. Направление линий магнитного поля определяется как направление, в котором указывает северный конец стрелки компаса, или направление от северного полюса к южному полюсу магнита.

Свойства силовых линий магнитного поля можно описать следующими правилами:

1. Направление магнитного поля касается силовой линии в любой точке пространства
2.Сила поля пропорциональна близости линий.
3. Силовые линии магнитного поля никогда не могут пересекать
4. Силовые линии магнитного поля непрерывны, образуя замкнутые контуры без начала и конца. Они идут от северного полюса к южному.

Последнее свойство связано с тем, что северный и южный полюса нельзя разделить. Это явное отличие от силовых линий электрического поля, которые начинаются и заканчиваются на положительной и отрицательной

Практические вопросы

Ханская академия

Официальная подготовка MCAT (AAMC)

Ключевые точки

• Направление магнитного поля совпадает с направлением стрелки компаса, которое касается линии магнитного поля в любой заданной точке.

• Сила B-поля обратно пропорциональна расстоянию между силовыми линиями. Оно точно пропорционально количеству линий на единицу площади, перпендикулярных линиям.

• Линия магнитного поля никогда не может пересекать другую силовую линию. Магнитное поле уникально в каждой точке космоса.

• Силовые линии магнитного поля непрерывны и непрерывны, образуя замкнутые контуры. Линии магнитного поля начинаются на северном полюсе магнита и заканчиваются на южном полюсе.

Ключевые термины

B-field: Синоним магнитного поля.

Линии магнитного поля: Графическое представление величины и направления магнитного поля.

Факты о линиях магнитного поля для детей

Направление силовых линий магнитного поля представлено выравниванием железных опилок на бумаге, помещенной над стержневым магнитом. Компасы показывают направление местного магнитного поля.Как видно здесь, магнитное поле направлено к южному полюсу магнита и от его северного полюса.

Линия магнитного поля или Линия магнитного потока показывает направление силы магнита и силу магнита.

Идея силовых линий была изобретена Майклом Фарадеем. Его теория состоит в том, что вся реальность состоит из самой силы. Его теория предсказывает, что электричество, свет и гравитация имеют конечные задержки распространения. Теория Эйнштейна с этим согласна.

Можно сделать так, чтобы силовые линии магнитного поля отображались так, как если бы они были физическим явлением. Например, железные опилки помещены в силовую линию магнитного поля, образуя линии, соответствующие «силовым линиям».

Если через магнит проходит много линий и между ними мало места, магнит сильный. Если линии между магнитом далеко друг от друга и их немного, значит, магнит слабый. Чтобы определить силу магнита, нужно провести эксперимент с железными опилками. Железные опилки притягиваются к магниту и принимают форму силовых линий.Затем вы смотрите на форму железных опилок и видите зазор между линиями магнитного потока. Это дает вам представление о силе магнита.

Использование железных опилок для отображения поля изменяет магнитное поле так, что оно намного больше вдоль «линий» железа . Это вызвано большой проницаемостью железа по отношению к воздуху. «Линии» магнитного поля также визуально отображаются в полярных сияниях, когда частицы вызывают видимые полосы света, совпадающие с местным направлением магнитного поля Земли.

Линии магнитного поля похожи на контурные линии (постоянная высота) на топографической карте в том смысле, что они представляют собой нечто непрерывное, а при другом масштабе карты будет отображаться больше или меньше линий. Использование линий магнитного поля в качестве представления дает преимущество. Многие законы магнетизма (и электромагнетизма) могут быть изложены полностью и лаконично, используя простые понятия, такие как «количество» силовых линий, проходящих через поверхность. Эти концепции можно быстро «перевести» в их математическую форму.

Настоящее магнитное поле само по себе не имеет «линий»; «линии» – это исключительно железные опилки, которые сами становятся поляризованными, реагируют друг на друга и на поле, выстраиваясь по оси N и S по отношению друг к другу в поле . Если бы вы могли видеть фактическое поле силы , оно было бы затемненным и градиентным, с более тяжелым, более толстым оттенком около более сильной части магнита, темнеющим по мере удаления от источника. И во всех трех измерениях, которые демонстрация железной опилки не может воспроизвести.Феррожидкости будут реагировать во всех трех измерениях и могут более точно воспроизводить поле, за исключением силы тяжести, создающей ограничение по весу. Если держать сильный магнит перед монитором типа ЭЛТ с белым экраном, это также может дать представление о полях без видимых «силовых линий». Проблема с использованием ферро / магнитных материалов для просмотра поля в том, что сами материалы намагничиваются и изменяют исходное поле, чтобы включить свое собственное влияние.

Картинки для детей

Форма магнитного поля, создаваемого подковообразным магнитом, определяется ориентацией железных опилок, разбросанных на листе бумаги над магнитом.
Один из первых рисунков магнитного поля, сделанный Рене Декартом в 1644 году, показывающий, что Земля притягивает магнитные камни. Это проиллюстрировало его теорию о том, что магнетизм был вызван циркуляцией крошечных спиральных частиц, «частей с резьбой», через поры с резьбой в магнитах.

Магнетизм и Солнце: магнитные поля

Магнетизм и Солнце: магнитные поля Магнитные поля

<-Назад | Далее->

Один из способов описать магнетизм – это магнитных полей .Магнитный поле определяет магнитную силу, “толкание” или “притяжение”, ощущаемое частицей независимо от его заряда и скорости (скорость и направление частица) из-за наличия других движущихся зарядов. Чем сильнее поле, тем сильнее магнитная сила, ощущаемая частицей. Так же, чем слабее поле, тем слабее магнитная сила. Помимо описания сила магнитного поля в различных точках пространства, магнитный поле также описывает направление силы на частицу относительно к его скорости.

Магнитные поля можно визуализировать с помощью линий магнитного поля . Эти линии представляют собой кривые, на которых:

В каждой заданной точке касательная (линия, пересекающая кривую только в данной точке на бесконечно малом расстоянии) находится в том же направление как магнитное поле . Если бы кто-то поместил компас в магнитное поле, стрелка будет указывать по касательной к магнитному полю линия.
Величина магнитного поля пропорциональна плотности линий. г. чем ближе силовые линии друг к другу, тем сильнее магнитное поле. Чем больше чем они разложены, тем слабее магнитное поле.

Наблюдение за магнитными полями. Эксперимент: Магнитные поля магнита. косвенно можно наблюдать по железным опилкам.

Оборудование:
стержневых магнитов
кусок картона размером намного больше стержневого магнита.
железных опилок
стол
Сборка:

Поместите стержневой магнит на стол

Положите картон поверх магнита.

Равномерно разложите железные опилки по картону.

Процедура:

Обратите внимание на железные опилки. Направлены ли они в каком-то определенном направлении? Где концентрируются ли опилки вблизи областей с более слабым или сильным магнитным поле?

Руководствуясь рисунком из железных опилок, нарисуйте магнитный диаграмма силовых линий для данного магнита.

На схеме силовых линий магнитного поля отметьте, где находятся силовые линии. разнесены или сконцентрированы.Используя пару магнитов, определите, какой части магнита сильнее или слабее. Установите отношения между магнитные силы, которые вы почувствовали, используя пару магнитов, и концентрацию линий поля на диаграмме.

В чем дело?
Магнитное поле, создаваемое стержневым магнитом, индуцирует магнитное поле. поле в железных опилках. Железные опилки становятся маленькими магнитами. Потому что железные опилки имеют форму стержней, они имеют тенденцию образовывать свои полюса в продольном направлении.В результате они указывают в одном направлении. приложенного магнитного поля стержневого магнита, как стрелка компаса делаю, когда подносят к магниту.

Магнитные поля на Земле: гигантский стержневой магнит

Та же картина, которую мы наблюдали в эксперименте с магнитным полем . банка можно увидеть на Земле. Благодаря своему глобальному магнитному полю Земля действует как гигантский стержневой магнит. Поскольку мы не можем размещать железные опилки вокруг Земли Чтобы наблюдать магнитные поля, мы собираемся моделировать поля, используя апплет Java.

Магнитные поля на Солнце

В отличие от Земли, Солнце имеет очень слабую общую магнитную поле (среднее дипольное поле). Однако поверхность Солнца имеет очень сильную и чрезвычайно сложные магнитные поля. Поскольку поверхность магнитная поля настолько сложны, что ученые-солнечники используют компьютеры и моделируют Магнитные поля Солнца, как мы это делали для Земли с помощью Java-апплета. в предыдущем упражнении. Изображение выше взято с компьютера. имитация нагрева солнечной короны или внешней атмосферы своим «магнитным ковром».”Петли, входящие в корону, магнитны. силовые линии, соединяющие северный и южный полюсы в «магнитном ковре».

Магнитограммы

Магнитный поля также можно визуализировать в виде магнитограмм , которые используются для наблюдений за Солнцем. Магнитограммы визуальные представления полярности и силы магнитных полей, которые указывайте прямо в сторону или в сторону наблюдателя. В черных регионах самые сильные южное поле (поле направлено от наблюдателя в сторону Солнца), и белые области имеют самое сильное северное поле (поле указывает к наблюдателю и от Солнца).В серых областях мало или нет магнитного поля. Один такой инструмент, который генерирует магнитограммы из его наблюдения – это доплеровский тепловизор Майкельсона (MDI) на борту SOHO. спутниковое. Ежедневно доступны магнитограммы с этого прибора.

<-Назад | Далее->

Возвращение К деятельности

Последний раз редактировал Евгений 26 августа 1999 г.

Можете ли вы экранировать или блокировать магнитные поля? | Ребята из науки

Я слышал, что свинец останавливает ядерную радиацию; вы можете экранировать или блокировать магнитные поля?

Февраль 2004

Короткий ответ – нет, не существует экрана или вещества, которое эффективно блокировало бы магнитные поля как таковые.Однако вы можете перенаправить линии магнитного поля, что некоторые люди называют магнитным экранированием. Теперь давайте разберемся с этим немного подробнее.

На самом деле существует закон, называемый законом Гаусса, который что-то говорит нам о магнитных полях (этот закон также является одним из уравнений Максвелла, объясняющих все электромагнитные явления). Этот закон в основном подразумевает, что вы не можете разделить магнитные полюса, то есть вы не можете изолировать только один полюс; должно быть два магнитных полюса: один называется северным, а другой – южным.Это отличается от электрических зарядов, когда вы можете отделить один положительный или один отрицательный заряд. Магнитные полюса всегда идут парами. Ученые используют терминологию, согласно которой монополей (одиночных магнитных полюсов) не существует.

Линии магнитного поля представляют собой замкнутые контуры и должны быть непрерывными между северным и южным полюсами. В случае стержневого магнита представьте себе силовые линии, выходящие из северного полюса, излучающие через пространство и вновь входящие в стержневой магнит на южном полюсе, продолжающиеся через магнит обратно к северному полюсу.Поскольку эти силовые линии должны быть непрерывными, они должны найти путь обратно к своему источнику. Их невозможно остановить, и им некуда идти.

Однако линии поля могут быть перенаправлены. Следовательно, можно создать область пространства, относительно свободную от силовых линий магнитного поля, поскольку они перенаправлены вокруг этой области. Обратите внимание, что вы не остановили их, а просто перенаправили. Линии поля по-прежнему должны быть непрерывными и в конечном итоге замкнуться сами по себе.

Чтобы перенаправить линии магнитного поля, вы предлагаете им предпочтительный путь.Силовые линии магнитного поля предпочитают перемещаться в материалах, которые обладают определенными магнитными свойствами, а именно в материалах с высокой проницаемостью. Помещая материал с высокой проницаемостью (или, по крайней мере, с проницаемостью выше, чем рассматриваемая область) вокруг области, которую вы хотите защитить, вы эффективно предлагаете силовым линиям лучший путь для перемещения. Магнитные линии идут по этому пути и держатся подальше от области, которую вы хотите защитить. Материал с высокой проницаемостью будет «проводить» силовые линии магнитного поля лучше, чем его первоначальный путь.Хотя это не одно и то же явление, это напоминает нам о том, что электричество идет по пути наименьшего сопротивления. Линии поля выбирают самый легкий путь для путешествия. Таким образом, оболочка из материала с высокой проницаемостью, построенная вокруг области, будет эффективно удерживать большую часть силовых линий магнитного поля в самой оболочке и вне области внутри оболочки.

Хотя свинец блокирует или останавливает радиоактивные выбросы, такие как бета-частицы или гамма-лучи, он не блокирует магнитные поля.Проницаемость свинца низкая и практически не влияет на магнитные поля.

Показать направление линий магнитного поля | Научный проект

Взрослый помощник
Железные опилки
Очки защитные
Перчатки латексные толстые
Столовая ложка
Солонка пустая
Разнообразные магниты разных размеров и форм. Убедитесь, что у вас есть как минимум два стержневых магнита
Лента
Тарелки белые бумажные простые
Клей-спрей или бесцветный уретан
Ручка

Железные опилки выглядят безопасными, но имейте в виду, что они могут быть острыми и могут порезать руки или глаза.Наденьте защитные очки и перчатки. Поскольку для этого проекта вы будете использовать аэрозольный клей, убедитесь, что вы работаете в хорошо вентилируемом помещении.
Ножницами разрежьте стальную вату на мелкие кусочки, которые вы поместите в солонку. Вам понадобится около двух столовых ложек. Если вы купили готовые железные опилки, налейте в солонку пару столовых ложек железных опилок.
Приклейте стержневой магнит к нижней части бумажной тарелки.

Слегка встряхните железные опилки на верхней поверхности пластины.Когда вы видите, что опилки начинают образовывать линии, остановитесь и перейдите к другой области. Не накрывайте тарелку слишком большим количеством опилок, иначе вы не увидите, как появляется какой-либо узор!
Попросите взрослых помочь вам распылить клей или спрей-блеск на безопасном расстоянии от бумажной тарелки. Рисунок, сделанный железными опилками, должен быть сохранен.
Осторожно снимите магнит с нижней части пластины.
А теперь попробуйте приклеить два магнитных стержня к новой бумажной тарелке.Расположите их так, чтобы полюса , как и (аналогичные) были рядом друг с другом. Подобные полюса упираются друг в друга . С учетом этого факта, как вы думаете, как будут выглядеть ваши силовые линии? Запишите свою гипотезу в виде эскиза и объясните, почему вы думаете, что силовые линии будут выглядеть именно так.

Повторите шаги 5-7 для нового расположения магнитов.
Возьмите третью бумажную тарелку и расположите стержневые магниты так, чтобы полюса , в отличие от , были рядом друг с другом.Противоположные полюса притягиваются друг к другу.

Как вы думаете, как это магнитное поле может отличаться от других? Сделайте новую гипотезу, набросав, как, по вашему мнению, могут выглядеть новые силовые линии.
Повторите шаги 5-7 для нового расположения магнитов. Была ли ваша гипотеза верной?
Попробуйте использовать другие виды магнитов и поэкспериментируйте, расположив их по-разному под каждой пластиной. Убедитесь, что вы точно записали, как вы расположили магниты в каждом новом тесте, и нарисуйте, как, по вашему мнению, могут выглядеть их силовые линии, прежде чем повторять шаги 5-7.Вот одна из возможных расстановок, которые вы можете попробовать:

При использовании одного магнита железные опилки образуют изогнутые линии, начинающиеся на одном полюсе и заканчивающиеся на другом. Когда два магнита расположены одинаковыми полюсами рядом друг с другом, каждый магнит демонстрирует одинаковые изогнутые линии от полюса к полюсу, но линии каждого магнита отклоняются от конца противоположного магнита. Когда противоположные полюса расположены рядом друг с другом, силовые линии на конце одного магнита изгибаются в сторону ближайшего полюса другого магнита.

Когда крошечные железные опилки в форме стержня вступают в контакт с магнитным полем, северный и южный полюсы каждой отдельной опилки совпадают с полюсами ближайшего стержневого магнита. Поскольку документы такие крошечные и их так много, мы вскоре видим линию. Кобальт и никель – единственные металлы, помимо железа, на которые действуют магниты. Этот эксперимент не работает с медной ватой!

Хотите увидеть, как магнитное поле выглядит в трех измерениях? Вы можете заключить железные опилки в прозрачный желатин.Попросите взрослого приготовить небольшую порцию прозрачного несладкого желатина и налить его в небольшую стеклянную банку. Добавьте в смесь пару столовых ложек железных опилок и охладите желатин, пока он не начнет слегка густеть. Приклейте магнит к внешнему дну банки и поставьте в холодильник. Через пару часов у вас должна быть трехмерная модель поля магнита. Только убедитесь, что никто не принимает это за пустыню!

Заявление об ограничении ответственности и меры предосторожности

Education.com предоставляет идеи проекта Science Fair для информационных только для целей. Education.com не дает никаких гарантий или заверений относительно идей проектов Science Fair и не несет ответственности за любые убытки или ущерб, прямо или косвенно вызванные использованием вами таких Информация. Получая доступ к идеям проекта Science Fair, вы отказываетесь от отказаться от любых претензий к Education.com, которые возникают в связи с этим. Кроме того, ваш доступ к веб-сайту Education.com и идеям проектов Science Fair покрывается Образование.com Политика конфиденциальности и Условия использования сайта, которые включают ограничения об ответственности Education.com.

Настоящим дается предупреждение, что не все идеи проекта подходят для всех индивидуально или при любых обстоятельствах. Реализация идеи любого научного проекта должны проводиться только в соответствующих условиях и с соответствующими родительскими или другой надзор. Прочтите и соблюдайте правила техники безопасности всех Материалы, используемые в проекте, являются исключительной ответственностью каждого человека.Для Для получения дополнительной информации обратитесь к справочнику по научной безопасности вашего штата.

Что такое магнитное поле? – Видео и стенограмма урока

Обнаружение магнитного поля с помощью компаса

Распространено заблуждение, что компас – это просто инструмент, показывающий направление, в котором вы движетесь. Компас на самом деле является датчиком направления магнитного поля. Разве это не звучит необычно? Путаница возникает из-за того, что мы почти всегда используем компас для определения направления магнитного поля Земли, чтобы узнать, в каком направлении мы движемся по поверхности Земли.Хотя это отличное практическое применение компаса, мы собираемся провести гипотетический эксперимент, используя компас, чтобы построить линии магнитного поля гигантского стержневого магнита.

Термин «магнитное поле , » в основном относится к пространству вокруг магнита, где другие магниты будут испытывать силу. Проблема в том, что мы не можем обнаружить магнитное поле нашими собственными чувствами, поэтому нам нужно использовать компас, чтобы помочь нам «увидеть» поле. Компас – это не что иное, как крошечный магнит, подвешенный так, что он может свободно вращаться в ответ на магнитное поле.Как и все магниты, у иглы есть северный и южный полюсы, которые притягиваются и отталкиваются полюсами других магнитов. Когда компас находится в сильном магнитном поле, силы притяжения и отталкивания поворачивают стрелку до тех пор, пока она не будет точно совмещена с направлением поля.

В магнитном поле стрелка компаса будет двигаться параллельно направлению поля.

Для нашего эксперимента мы представим, что у нас есть стержневой магнит размером с школьный автобус, стоящий на большом открытом пространстве.Это должно помочь вам визуализировать ходьбу вокруг магнита и убедить вас в том, что мы имеем дело с очень сильным магнитным полем! С компасом в руке мы начнем с северного полюса и проследим за ориентацией стрелки. Мы бы увидели, что игла направлена прямо от магнита. Если бы мы начали идти в том направлении, в котором указывала стрелка, мы бы обнаружили, что по мере удаления от столба игла начала поворачиваться в сторону. Продолжая следовать за стрелкой, мы в конечном итоге обойдем магнит и придем к южному полюсу.Здесь игла должна указывать прямо на магнит. Нарисовав путь, по которому мы прошли, мы получили бы схему, которая выглядела примерно так:

Схема одиночного поля

Если мы повторим этот эксперимент еще несколько раз, но начиная с немного других мест, наша диаграмма в конечном итоге будет выглядеть так:

Расстояние между силовыми линиями зависит от силы магнитного поля.

Каждая из линий называется линией поля и показывает направление магнитного поля в различных местах вокруг магнита. Эта диаграмма говорит нам о нескольких вещах. Во-первых, это показывает нам, что направление магнитного поля всегда считается исходящим от северного полюса и переходящим в южный полюс. На самом деле это просто соглашение, но оно соблюдается повсеместно. Второе, на что следует обратить внимание, это то, что расстояние между линиями указывает на силу магнитного поля.Мы можем видеть, что силовые линии наиболее близко расположены около полюсов магнита (где поле наиболее сильное) и расходятся дальше друг от друга по мере удаления от полюсов. Если вы когда-либо играли с магнитами, вы, вероятно, чувствовали, насколько изменяется сила между двумя магнитами, когда полюса становятся все ближе и ближе друг к другу.

Соленоид

Соленоид ^{[nb 1]} представляет собой катушку, намотанную в плотно упакованную спираль.В физике термин соленоид относится к длинной тонкой петле из проволоки, часто намотанной вокруг металлического сердечника, который создает магнитное поле, когда через него проходит электрический ток. Соленоиды важны, потому что они могут создавать контролируемые магнитные поля и могут использоваться в качестве электромагнитов. Термин соленоид относится конкретно к магниту, предназначенному для создания однородного магнитного поля в объеме пространства (где можно провести некоторый эксперимент).

В технике термин соленоид может также относиться к множеству преобразователей, которые преобразуют энергию в линейное движение.Этот термин также часто используется для обозначения соленоидного клапана, который представляет собой интегрированное устройство, содержащее электромеханический соленоид, который приводит в действие пневматический или гидравлический клапан, или соленоидный переключатель, который представляет собой особый тип реле, внутри которого используется электромеханический соленоид для управлять электрическим выключателем; например, соленоид автомобильного стартера или линейный соленоид, который является электромеханическим соленоидом.

Магнитное поле соленоида

Внутри

Это производное магнитного поля вокруг соленоида, которое достаточно длинное, чтобы можно было игнорировать краевые эффекты.На диаграмме справа мы сразу знаем, что поле указывает в положительном направлении z внутри соленоида и в отрицательном направлении z вне соленоида.

Мы видим это, применяя правило захвата правой рукой для поля вокруг проволоки. Если мы обхватим правой рукой провод, указав большим пальцем в направлении тока, изгиб пальцев покажет, как ведет себя поле. Поскольку мы имеем дело с длинным соленоидом, все компоненты магнитного поля, не направленные вверх, компенсируются симметрией.Снаружи происходит аналогичная отмена, а поле только направлено вниз.

Теперь рассмотрим воображаемую петлю c , которая находится внутри соленоида. По закону Ампера мы знаем, что линейный интеграл B (вектор магнитного поля) вокруг этой петли равен нулю, поскольку он не включает в себя электрические токи (можно также предположить, что циркулирующее электрическое поле, проходящее через петлю, является постоянным при такие условия: постоянный или постоянно меняющийся ток через соленоид).Выше мы показали, что поле направлено вверх внутри соленоида, поэтому горизонтальные участки контура c ничего не вносят в интеграл. Таким образом, интеграл от верхней стороны 1 равен интегралу нижней стороны 2. Поскольку мы можем произвольно изменять размеры контура и получить тот же результат, единственное физическое объяснение состоит в том, что подынтегральные выражения фактически равны, то есть магнитное поле внутри соленоида радиально однородно. Однако обратите внимание, что ничто не запрещает ему изменяться в продольном направлении, что на самом деле так и есть.

Снаружи

Аналогичный аргумент можно применить к контуру и , чтобы сделать вывод о том, что поле вне соленоида радиально однородно или постоянно. Этот последний результат, который строго верен только около центра соленоида, где силовые линии параллельны его длине, важен, поскольку он показывает, что внешнее поле практически равно нулю, поскольку радиусы поля вне соленоида будут стремиться к бесконечность.

Можно также использовать интуитивный аргумент, чтобы показать, что поле вне соленоида фактически равно нулю.Линии магнитного поля существуют только в виде петель, они не могут расходиться или сходиться к точке, как силовые линии электрического поля (см. Закон Гаусса для магнетизма). Силовые линии магнитного поля следуют продольной траектории соленоида внутри, поэтому они должны проходить в противоположном направлении за пределами соленоида, чтобы линии могли образовывать петлю. Однако объем снаружи соленоида намного больше, чем объем внутри, поэтому плотность силовых линий снаружи значительно снижается. Напомним, что внешнее поле постоянно.Чтобы общее количество силовых линий было сохранено, внешнее поле должно стремиться к нулю по мере того, как соленоид становится длиннее.

Количественное описание

Теперь мы можем рассмотреть воображаемую петлю b . Возьмите линейный интеграл B вокруг петли с длиной петли l . Горизонтальные компоненты исчезают, а внешнее поле практически равно нулю, поэтому закон Ампера дает нам:

где μ ₀ – магнитная постоянная, N количество витков, i электрический ток.Это уравнение предназначено для соленоида без сердечника.