В магнитном поле: Что такое магнитные поля? (статья)

Электричество и магнетизм

Пусть контур с током помещен в магнитное поле, причем он может вращаться вокруг вертикальной оси OO’ (рис. 5.30-1). Силы Ампера, действующие на стороны контура длиной l, перпендикулярны к ним и к магнитному полю и поэтому направлены вертикально: они лишь деформируют контур, стремясь растянуть его. Стороны, имеющие длину a, перпендикулярны B, так что на каждую из них действует сила F = BIa. Эти силы стремятся повернуть контур таким образом, чтобы его плоскость стала ортогональной B.

Рис. 5.30. Силы, действующие на контур с током в магнитном поле:
1 —  вид сбоку; 2 —  вид сверху (масштаб увеличен) 

Видео 5.7. Контур с током в однородном магнитном поле.

Видео 5.8. Контур с током в неоднородном магнитном поле.

Момент пары сил (рис. 5.30-2) равен

(5. 34)

 

где  — плечо пары сил, а  — угол между вектором B  и стороной l.

 Величина, численно равная произведению силы тока I, протекающего в контуре, на площадь контура S = al называется магнитным моментом Pm плоского контура стоком

 

(5.35)

Таким образом, мы можем записать момент пары сил в виде

(5.36)

Магнитный момент контура с током — векторная величина. Направление Рm  совпадает с положительным направлением нормали к плоскости контура, которое определяется правилом винта: если рукоятка вращается по направлению тока в контуре, то поступательное движение винта показывает направление вектора

Pm . Введем в формулу (15.36) угол a между векторами Pm и B. Справедливо соотношение

 

Следовательно,

                             

(5.37)

то есть момент сил , действующий на виток с током в однородном магнитном поле, равен векторному произведению магнитного момента  витка на вектор индукции магнитного поля (рис. 5.31). При  величина момента сил максимальна

Рис. 5.31. Силы, действующие на прямоугольный контур с током в магнитном поле.
Магнитное поле вертикально, а магнитный момент перпендикулярен плоскости контура
 

Видео 5.9. Контур с током в магнитном поле: модель электродвигателя.

Опять-таки прозрачна аналогия с электростатикой: говоря об электрическом диполе, мы получили выражение для момента сил, действующих на него со стороны электрического поля в виде

где  — электрический дипольный момент.

 В системе СИ единицей измерения магнитного момента контура является ампер на квадратный метр (А · м2)

 

Пример. По тонкому проводу в виде кольца радиусом 30 см течет ток 100 A. Перпендикулярно плоскости кольца возбуждено однородное магнитное поле с магнитной индукцией 20 мТл (рис. 5.32). Найти силу, растягивающую кольцо.

 

Рис. 5.32. Силы, растягивающие кольцо с током в магнитном поле 

Решение. Пусть магнитное поле направлено от нас за плоскость рис. 5.32 (показано крестиками), а ток идет по часовой стрелке. Выделим элемент длины dl, видный из центра под углом  На этот элемент действует сила Ампера  направленная по радиусу кольца. Кроме того, из-за растяжения кольца на концы элемента действуют силы натяжения F, которые и требуется найти в задаче. Проекция этих сила на радиальное направление равна

Приравнивая эту проекцию силе Ампера, находим

Биологическое и лечебное действие магнитного поля в Колпино

В естественных условиях живые организмы подвергаются влиянию магнитного поля Земли, местных магнитных аномалий, вызванных залежами полезных ископаемых, и т. п. В современной медицине искусственные магниты и генераторы магнитных полей давно и успешно используются в лечебных целях. Постоянное магнитное поле (ПМП) любой интенсивности в пределах от 10 до 100 мТл можно рассматривать, в основном, как неспецифический раздражитель биологических тканей. Установлено, что ПМП терапевтической напряженности (10–60 мТл) изменяет ориентационные связи — электростатические взаимодействия между диполями (например, в случае с фосфолипидной компонентой мембран), ионные связи и ион-дипольные взаимодействия (например, в хелатных соединениях), влияет на индукционные и дисперсионные связи (например, в отношении сложных липопротеидных надмолекулярных комплексов, удерживаемых в специфических структурах электростатическими силами).   

ЦНС, кровь и эндокринная система — наиболее чувствительные к действию ПМП живые структуры. В ЦНС возникает охранительное торможение с небольшим повышением порога раздражения, т. е. снижается возбудимость. В эндокринной системе выявляется умеренная функциональная активность щитовидной и половых желез, тропных гормонов гипофиза (кроме АКТГ), повышение секреции глюкокортикоидов корой надпочечников. Наблюдается замедление процессов катаболизма и синтеза, а также противовоспалительный и обезболивающий эффекты. Биологический эффект может наблюдаться уже после однократного воздействия ПМП.

Вазодилататорный и дезагрегационный эффекты ПМП (5–10 мТл) реализуются в основном на микроциркуляторном уровне, мало затрагивая системный кровоток. Это объясняется тем, что биологические эффекты ПМП малой мощности сводятся к согласованию трех основных параметров гомеостаза: микроциркуляции, вазодилатации, дезагрегации. ПМП взаимодействует с движущимися электрически заряженными частицами, в частности эритроцитами. Это обусловливает избирательное влияние ПМП на свертываемость крови, микроциркуляцию и проницаемость микрососудов.

Терапевтический эффект воздействия на ткани живого организма излучения (особенно инфракрасного) светодиодов и лазеров значительно усиливается в магнитном поле. Это происходит за счет многоуровневой и разнонаправленной активации микроциркуляции, повышения активности тканевого метаболизма, усиления работы нейрогуморальных звеньев и других факторов активизации функционирования биологического субстрата. НИЛИ разрушает электролитические связи между ионами, молекулами воды и ионами, а ПМП препятствует рекомбинации ионов. Наведенная ЭДС при сочетанном воздействии на порядок выше, чем при отдельном воздействии НИЛИ и ПМП; увеличивается глубина проникновения в ткани лазерного излучения за счет переориентации диполей. Применение в клинике НИЛИ в сочетании с действием ПМП получило название магнитолазерной терапии, МЛТ.

Экспериментально показано, что МЛТ в терапевтических дозах восстанавливает внутриклеточный Са2+-гомеостаз в патологически измененных тканях и органах в результате активации эндогенных механизмов снижения проницаемости плазматической мембраны клеток для Са2+. Известно, что модификация внутриклеточного Са2+-гомеостаза выявляется при сердечно-сосудистой патологии, нарушениях гормонального статуса организма, почечной недостаточности и других заболеваниях. Метаболические и структурные изменения клеточных и субклеточных образований при магнито-лазерной терапии лежат в основе мощного регенераторного эффекта магнито- лазерной терапии.

Неспецифический, триггерный характер  магнито-лазерного воздействия опосредуется центральной нервной системой и завершается системными реакциями организма. Это практически не зависит от локализации магнито-лазерного воздействия, так как любой участок тела через ЦНС связан с тем или иным органом. Лечебный эффект магнито-лазерного воздействия основан на биостимуляции и мобилизации имеющегося энергетического потенциала организма и проявляется как иммуномодулирующий, десенсибилизирующий, нейротрофический, противовоспалительный, обезболивающий, противоотечный, регенераторный, нормализующий реологию крови и гемодинамику, гипохолестеринемический. Это определяет широкий диапазон показаний для магнито-лазерной терапии и многообразие методических подходов.

Магнито-лазерная терапия эффективна при различных заболеваниях в связи с тем, что совокупностью своих механизмов действует на общие для разноплановых по природе болезней патогенетические звенья. По спектру неспецифических регуляторных эффектов НИЛИ может быть сравнимо с группой адаптогенов различной природы, витаминов, полиненасыщенных жирных кислот, незаменимых аминокислот (не синтезируемых в организме), природных антиоксидантов, метаболически активных веществ, иммуномодуляторов и иммуностимуляторов. Необходим целостный подход к анализу патологии и тактике лечения.

Магнитные поля токов

Магнитные поля токов

Линии магнитного поля вокруг длинного провода, который проводит электрический ток образуют концентрические круги вокруг провода. направление магнитное поле перпендикулярно проводу и находится в направлении пальцы твоя правая рука свернулся бы, если бы ты завернули их вокруг провода с вашим большой палец в направлении тока.

Расчет Изгиб тока в петлю
Индекс

Концепции магнитного поля

Токи как источники магнитного поля

 
Гиперфизика***** Электричество и магнетизм R 3 9000
Назад

Магнитное поле бесконечно длинного прямого провода можно получить, применив закон Ампера. Выражение для магнитного поля

Магнитное поле Земли составляет около 0,5 Гс. Проницаемость свободного пространства

Сила магнитного поля между проводами
Индекс

Концепции магнитного поля

Токи как источники магнитного поля

 
Гиперфизика***** Электричество и магнетизм R 3 9000
Назад

Магнитное поле бесконечно длинного прямого провода можно получить, применив закон Ампера.

Закон Ампера принимает вид

и для кругового пути с центром на проводе, магнитное поле везде параллельно пути. Подведение итогов становится просто

Постоянная μ 0 — проницаемость свободного пространства.

Расчет

Индекс

Концепции магнитного поля

Токи как источники магнитного поля

 
Гиперфизика***** Электричество и магнетизм R Неф
Вернуться

Что такое магнитное поле?

Что такое магнитное поле? Как мы можем измерить его и увидеть его силы?

«Магнитное поле — это область вокруг магнита, магнитного объекта или электрического заряда, в которой действует магнитная сила».

А?

Скажем так. Невидимая область вокруг магнитного объекта, которая может притягивать к себе другой магнитный объект или отталкивать другой магнитный объект от себя, называется магнитным полем . Это похоже на те невидимые «силовые поля», которые окружают объект с невидимой силой в научно-фантастических фильмах и книгах.

Звучит как магия, правда? Итак, как это работает? Ниже приведены пять вопросов (и ответов!) о магнитных полях, которые вы всегда хотели задать:

  1. Что создает магнитное поле?

Магнитные поля создаются движущимся электрическим зарядом. Когда электроны, имеющие отрицательный заряд, движутся определенным образом, может создаваться магнитное поле. Эти поля могут создаваться внутри атомов магнитных объектов или внутри проводов (электромагнетизм).

  1. Как измерить магнитное поле?

Мы измеряем магнитное поле по его силе и по направлению, которое оно указывает.

Каждое магнитное поле немного отличается. Некоторые магнитные поля большие, некоторые сильные, некоторые маленькие, а некоторые слабые. Например, магнитное поле Земли велико, но слабо.

Физическая близость (насколько близко или далеко) действительно имеет значение в магнетизме. Чем ближе вы стоите к магниту, тем сильнее будет магнитное поле. Чем дальше вы находитесь от магнита, тем слабее становится магнитное поле. (Магнитное поле никогда не кончается — оно просто становится все слабее и слабее, чем дальше вы уходите, в принципе, даже до бесконечности!)

Предположим, вы положили скрепку на стол. Если бы вы держали магнит и стояли в другом конце комнаты от стола, скрепка реагировала бы на магнитное поле вокруг магнита (хотя, вероятно, не было бы заметно), но реакция была бы очень и очень слабой. Однако, если бы вы подошли ближе, поместили магнит на стол и подтолкнули его к скрепке, была бы точка, в которой скрепка соскочила бы со стола и полетела бы по воздуху к магниту! В этот момент магнитное поле будет достаточно сильным, чтобы преодолеть силы гравитации и трения, которые ранее препятствовали движению скрепки. (Это также отличный пример того, как магнитные силы могут вызывать движение!)

Гигантский подковообразный магнит, притягивающий скрепку

3. В каких единицах мы измеряем силу магнитного поля?

Сила магнитного поля, называемая плотностью магнитного потока , измеряется в Теслах (Международная система измерений или СИ). Есть также много других единиц и терминов, используемых в области электромагнетизма, включая Вебера, Максвелла, Гаусса и даже 10 9 гамма!

 

 

 

4. Как мы можем «увидеть» силы в магнитном поле?

Иногда мы рисуем линии поля , чтобы показать направление сил в разных местах магнитного поля. Линии поля выходят из магнита на его северном полюсе, путешествуют по воздуху и снова входят в магнит через его южный полюс. Линии поля не начинаются в одном месте и заканчиваются в другом; магниты движутся по «закрытым путям», что означает, что они будут продолжать двигаться по одному и тому же пути снова и снова.

Линии магнитного поля вокруг стержневого магнита

Помните, что магнитное поле присутствует повсюду вокруг магнита, не только вдоль силовых линий, которые мы рисуем, но даже между силовыми линиями. Линии просто помогают нам визуализировать направление, в котором течет поле в различных местах вокруг магнита и даже внутри магнита.

 

Железные опилки, посыпанные на лист бумаги поверх стержневого магнита

 

Отличный способ увидеть силовые линии внутри магнитного поля – использовать железные опилки. Положите стержневой магнит на стол и накройте его листом бумаги. Затем насыпьте опилки на бумагу и наблюдайте, как они образуют узоры из линий, которые расположены близко друг к другу на одном полюсе, более рассредоточены по мере того, как они покидают этот полюс, и снова смыкаются на другом полюсе магнита. Опилки выстраиваются вдоль силовых линий стержневого магнита!

 

5.  Проникают ли магнитные силы не только в воздух?

Да! В эксперименте с железными опилками магнитные силы стержневого магнита воздействовали на опилки через лист бумаги. Ваши магниты на холодильник делают то же самое, когда они используются для демонстрации листа бумаги.

Оставить комментарий