Возникновение – магнитное поле – Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 4
Возникновение – магнитное поле
Cтраница 4
Так как вращение заряженной частицы сопровождается, как известно, возникновением магнитного поля, атомы обладают магнитными свойствами, зависящими от суммы орбитальных и спиновых вращательных моментов всех электронов, входящих в их состав. [46]
У Движение электрического заряда ( электрона) по замкнутой орбите вызывает возникновение магнитного поля. Это квантовое число характеризует ориентацию орбитали в пространстве, выражая проекцию орбитального момента количества движения на направление магнитного поля. [47]
Вместе с тем, как будет неоднократно показано в дальнейшем, возникновение магнитного поля обусловлено протеканием электрического тока, а электрический ток движущихся зарядов обусловлен наличием электрического поля. Поэтому всегда следует учитывать одновременное существование электрического и магнитного полей. Как было указано в главе первой, а природе существует единое электромагнитное поле. [49]
Бифилярно – обмотка провода выполнена в двух противоположных направлениях во избежание возникновения магнитного поля. [50]
Наличие лее отличной от нуля составляющей Мх неизбежно привело бы к возникновению магнитного поля, что заведомо термодинамически невыгодно ввиду связанной с ним дополнительной магнитной энергии. Действительно, из уравнения divB dBx / dx 0 следует, что вдоль переходного слоя Вх const, а поскольку в глубине доменов Мх О, Нх 0, то Вх 0 везде. [51]
Диамагнетизм обусловлен индуцированной полем циркуляцией спаренных электронов, которая приводит к возникновению магнитного поля противоположного направления. Таким образом, все молекулы испытывают воздействие диамагнитных эффектов. [53]
Датский физик Ханс Эрстед ( 1777 – 1851) открывает магнктноедеиствиетока: возникновение магнитного поля вокруг проводника электрического тока. [54]
Из формул преобразования полей (8.1) и (8.2) вытекает весьма замечательный вывод: возникновение магнитного поля
Эти соотношения являются полным аналогом, известным из теории парамагнетизма; при возникновении магнитного поля появляется прецессия электронных орбит, вызывающая изменение кинетической энергии электрона, которая равна потенциальной энергии – МН магнитного диполя М, эквивалентного электронной орбите. [56]
Поскольку электрон является электрически заряженной частицей, а любой движущийся электрический заряд обусловливает
Страницы: 1 2 3 4
www.ngpedia.ru
Магнитное поле и электромагнетизм | Физика
Магнит и магнитное поле
Магнит — это тело, которое образует вокруг себя магнитное поле.
Сила, созданная магнитом, будет действовать на определенные металлы: железо, никель и кобальт. Предметы из этих металлов притягиваются магнитом.
Существуют две области, где сила притяжения максимальна. Они называются полюсами. Если магнит подвесить на тонкой нитке, то он развернется определенным образом. Один конец всегда будет указывать на север, а второй — на юг. Поэтому один полюс называют северным, а другой — южным.
Можно наглядно рассмотреть действие магнитного поля, образованного вокруг магнита. Поместим магнит на поверхность, на которую предварительно насыпали металлические опилки. Под действием магнитного поля опилки расположатся в виде эллипсоподобных кривых. По виду этих кривых, можно представить, как располагаются в пространстве линии магнитного поля. Их направление принято обозначать с севера на юг.
Если мы возьмем два одинаковых магнита и попытаемся приблизить их полюсами, то выясним, что разные полюса притягиваются, а одинаковые — отталкиваются.
Наша Земля также имеет магнитное поле, называемое магнитным полем Земли. Стрелка северным концом всегда показывает на север. Следовательно, северный географический полюс Земли является южным магнитным полюсом, так как противоположные магнитные полюса притягиваются. Аналогично, южный географический полюс является северным магнитным полюсом.
Электромагнит
Стрелка компаса северным концом всегда показывает на север, так как притягивается южным магнитным полюсом Земли.
Если поместить компас под проволоку, которая натянута в направлении с севера на юг и по которой течет ток, то мы увидим, что магнитная стрелка отклонится. Это доказывает, что электрический ток создает вокруг себя магнитное поле.
Если расположить несколько компасов под проволокой, по которой течет электрический ток, то мы увидим, что все стрелки отклонятся на одинаковый угол. Это значит, что магнитное поле, создаваемое проволокой, одинаково на разных участках. Поэтому можно сделать вывод, что линии магнитного поля для каждого проводника имеют вид концентрических окружностей.
Направление линий магнитного поля можно определить с помощью правила правой руки. Для этого необходимо мысленно обхватить правой рукой проводник с электрическим током таким образом, чтобы вытянутый большой палец правой руки показывал направление электрического тока, тогда согнутые пальцы покажут направление линий магнитного поля.
Если мы скрутим металлическую проволоку в спираль и пустим по ней электрический ток, то магнитные поля каждого отдельного витка суммируются в общее поле спирали.
Действие магнитного поля спирали аналогично действию магнитного поля постоянного магнита. Этот принцип лег в основу создания электромагнита. У него, как и у постоянного магнита, есть южный и северный полюса. Северный полюс находится там, откуда выходят линии магнитного поля.
Сила постоянного магнита не изменяется с течением времени. У электромагнита это по-другому. Изменить силу электромагнита можно тремя способами.
Первый способ. Поместим внутрь спирали металлический сердечник. При этом действия магнитного поля сердечника и магнитного поля спирали суммируются.
Второй способ. Увеличим количество витков спирали. Чем больше витков у спирали, тем больше действие силы магнитного поля.
Третий способ. Увеличим силу электрического тока, который протекает в спирали. Магнитные поля отдельных витков возрастут, следовательно, суммарное магнитное поле спирали также усилится.
Громкоговоритель
В устройство громкоговорителя входит электромагнит и постоянный магнит. Электромагнит, который связан с мембраной громкоговорителя, надевается на жестко закрепленный постоянный магнит. При этом мембрана остается подвижной. Пропустим через электромагнит переменный электрический ток, вид которого зависит от звуковых колебаний. Так как изменяется электрический ток, то в электромагните изменяется действие магнитного поля.
Вследствие этого электромагнит будет притягиваться или отталкиваться от постоянного магнита с различной силой. Причем мембрана громкоговорителя будет совершать точно такие колебания, как и электромагнит. Таким образом, то, что было сказано в микрофон, мы услышим через громкоговоритель.
Звонок
Электрический дверной звонок можно отнести к разряду электрических реле. Причиной прерывающегося звукового сигнала являются периодические замыкания и размыкания электрической цепи.
При нажатии кнопки звонка электрическая цепь замыкается. Язычок звонка притягивается электромагнитом и ударяет в колокольчик. При этом язычок размыкает электрическую цепь. Ток перестает течь, электромагнит не действует и язычок возвращается в исходное положение. Электрическая цепь вновь замыкается, язычок снова притягивается электромагнитом и ударяет в колокольчик. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока мы нажимаем на кнопку звонка.
Электромотор
Установим свободно вращающуюся магнитную стрелку перед электромагнитом и раскрутим ее. Мы можем поддерживать это движение, если будем включать электромагнит в тот момент, когда магнитная стрелка поворачивается одним и тем же полюсом к электромагниту.
Силы притяжения электромагнита достаточно, чтобы вращательное движение стрелки не прекращалось.
(на картинке магнит получает импульс всякий раз, когда красная стрелка находится рядом и нажимается кнопка. Если нажать кнопку, когда рядом зеленая стрелка, электромагнит останавливается)
Этот принцип заложен в основу электродвигателя. Только в нем вращается не магнитная стрелка, а электромагнит, называющийся якорем, в статично закрепленном подковообразном магните, который называется статором. Из-за повторяющихся замыканий и размыканий цепи, электромагнит, т.е. якорь, будет непрерывно вращаться.
Электрический ток попадает на якорь посредством двух контактов, представляющих собой два изолированных полукольца. Это приводит к тому, что электромагнит постоянно меняет полярность. При нахождении разнополярных полюсов один против другого, двигатель начинает замедлять вращение. Но в этот момент электромагнит меняет полярность, и теперь один против другого находятся одинаковые полюса. Они отталкиваются, и мотор продолжает вращение.
Генератор
Подключим к концам спирали вольтметр и начнем раскачивать перед ее витками постоянный магнит. При этом вольтметр покажет наличие напряжения. Из этого можно заключить, что на электропроводник влияет изменяющееся магнитное поле.
Из этого следует закон электроиндукции: на концах индукционной катушки будет существовать напряжение до тех пор, пока катушка находится в изменяющемся магнитном поле.
Чем больше витков у индукционной катушки, тем большее напряжение возникает на ее концах. Напряжение можно увеличить, усилив магнитное поле или заставив его быстрее меняться. Металлический сердечник, вставленный внутрь индукционной катушки, увеличивает индукционное напряжение, так как магнитное поле усиливается из-за намагничивания сердечника.
(магнитом начинают сильнее махать перед катушкой, в результате чего стрелка вольтметра отклоняется намного больше)
Генератор — это противоположность электромотора. Якорь, т.е. электромагнит, вращается в магнитном поле постоянного магнита. Из-за вращения якоря действующее на него магнитное поле постоянно меняется. Вследствие чего изменяется возникшее индукционное напряжение. Во время полного оборота якоря напряжение половину времени будет положительно и половину — отрицательно. Примером этого является ветряной генератор, который создает переменное напряжение.
Трансформатор
Согласно закону индукции напряжение возникает, если меняется магнитное поле в индукционной катушке. Но магнитное поле катушки будет меняться только в том случае, если в ней возникает переменное напряжение.
Магнитное поле меняется от нуля до конечной величины. Если подключить катушку к источнику напряжения, то возникшее вследствие этого переменное магнитное поле, создаст кратковременное индукционное напряжение, которое будет противодействовать основному напряжению. Чтобы наблюдать возникновение индукционного напряжения, необязательно использовать две катушки. Это можно сделать и с одной катушкой, но тогда такой процесс называется самоиндукцией. Напряжение в катушке достигает своего максимума через некоторое время, когда магнитное поле перестанет изменяться и станет постоянным.
Таким же образом меняется магнитное поле, если мы отключаем катушку от источника напряжения. В этом случае, тоже возникает явление самоиндукции, которое противодействует падающему напряжению. Поэтому напряжение падает до нуля не мгновенно, а с определенным запозданием.
Если мы постоянно подключаем и отключаем источник напряжения к катушке, то магнитное поле вокруг нее будет постоянно меняться. Одновременно возникает и переменное индукционное напряжение. Теперь вместо этого, подключим катушку к источнику переменного напряжения. Спустя некоторое время возникает переменное индукционное напряжение.
Подключим первую катушку к источнику переменного напряжения. Благодаря металлическому сердечнику возникшее переменное магнитное поле будет действовать и на вторую катушку. Это означает, что переменное напряжение можно передать из одной цепи электрического тока в другую, даже если эти цепи не будут связаны одна с другой.
Если мы возьмем две одинаковые по параметрам катушки, то во второй мы можем получить такое же напряжение, что действует на первую катушку. Это явление используется в трансформаторах. Только целью трансформатора является создать во второй катушке другое напряжение, отличное от первой. Для этого вторая катушка должна иметь большее или меньшее количество витков.
Если в первой катушке было 1000 витков, а во второй – 10, то напряжение во второй цепи будет составлять лишь сотую часть от напряжения в первой. Зато сила тока повышается практически в сто раз. Поэтому трансформаторы высокого напряжения необходимы для создания большой силы тока.
phscs.ru
Причины возникновения магнитного поля Земли
Главная » Недра Земли » Причины возникновения магнитного поля ЗемлиМагнитная, мягко говоря, ось Земли практически параллельна ее оси вращения, потому почти все исследователи подразумевали, что магнитное поле возникает вследствие вращения Земли. Как бы это было не странно, но в физике известны явления, когда при вращении, в конце концов, возникает магнитное поле. Все давно знают то, что одно из таковых явлений – эффект Барнета – Эйнштейна, при котором каждый атом, вообщем то, рассматривается как волчок, владеющий как бы магнитным моментом. Необходимо отметить то, что при вращении таковых атомов-волчков их оси вращения, стало быть, инсталлируются параллельно, при всем этом так же, наконец, размещаются их, как мы выражаемся, магнитные моменты.
Но расчеты проявили, что, если б магнитное поле Земли появилось таковым методом, оно было бы в 10 миллиардов. раз меньше.
Иная гипотеза связывала появление, как мы с вами постоянно говорим, магнитного поля Земли с тем, что на ее поверхности, стало быть, имеется отрицательный электрический заряд. И действительно, вращаясь совместно с Землей, этот заряд как бы образует круговой электрический ток, а там, где есть, как люди привыкли выражаться, круговой ток, есть и магнитное поле, направленное по оси круга. Было бы плохо, если бы мы не отметили то, что но отрицательный заряд на поверхности Земли очень мал, чтоб могло появиться поле подходящей величины. Необходимо подчеркнуть то, что обе эти гипотезы не могли разъяснить инверсии геомагнитного поля.
В 1947 г. советский физик Я. И действительно, и. И действительно, френкель совершенно по другому объяснил образование, как заведено выражаться, магнитного поля в Земле. Как бы это было не странно, но он представил, что вещество, как заведено выражаться, земного ядра как бы владеет электрической проводимостью и, в конце концов, совершает вихреобразные перемещения. Как бы это было не странно, но ежели имеется какое-то маленькое изначальное магнитное поле, то земное ядро будет, вообщем то, представлять собой некоторое подобие генератора электрического тока: движение проводника в магнитном поле приведет к появлению, как большинство из нас привыкло говорить, электрического тока, а электрический ток вызовет магнитное поле, которое, стало быть, будет складываться с начальным и усилит его.
Вообразите себе один факт о том, что оба догадки, положенные в базу данной гипотезы, полностью разумны. Было бы плохо, если бы мы не отметили то, что часть ядра Земли, в интервале 1,5- 3 тыс. км от центра Земли, ведет себя как жидкое пластичное тело, и перемещения вещества в нем возможны. Как бы это было не странно, но вызвать вихревые перемещения конвек-тивного нрава может мощный нагрев за счет распада радиоактивных веществ в, как мы привыкли говорить, центральной части ядра либо же изменение вещества в самом водянистом слое. Как бы это было не странно, но первоначальное поле, вообщем то, быть может обосновано хотя бы эффектом Барнета – Эйнштейна.
Потом гипотеза Я. Несомненно, стоит упомянуть то, что и. Возможно и то, что френкеля была существенно переработана и развита иными учеными в стройную теорию происхождения, как заведено выражаться, магнитного поля Земли. Все знают то, что возникло направление в науке, занимающееся связью передвигающейся проводящей среды с магнитным полем, – магнитогидродинамика.
Удалось также узнать, что проводящая жидкость, передвигающаяся в магнитном поле, искажает его: магнитные, как многие думают, силовые полосы вроде бы захватываются и увлекаются передвигающейся жидкостью. Необходимо отметить то, что водянистая, пластичная часть ядра при вращении, вообщем то, увлекает за, как заведено выражаться, собой силовые полосы исходного, как мы выражаемся, магнитного поля.
Мало кто знает то, что в итоге образуются два круговых соленоида (вспомните опыты с катушками-соленоидами на уроке физики): две баранки, состоящие из силовых линий магнитного поля, одна из которых опоясывает ядро по широте в Южном полушарии, а иная – в Северном. Все знают то, что вещество, как люди привыкли выражаться, водянистого ядра, мягко говоря, совершает, не считая того, конвективные перемещения, о которых также говорилось в гипотезе Френкеля. Не для кого не секрет то, что взаимодействие этих конвективных движений с, как мы выражаемся, кольцевыми полями снутри ядра и также приводит к появлению того как бы магнитного поля, которое мы смотрим на поверхности Земли.
Ось такового, как мы с вами постоянно говорим, магнитного поля обязана быть близка к оси вращения, а возбужденное таковым образом магнитное поле, как указывает теория, будет пульсировать. Мало кто знает то, что с этими пульсациями и соединены, разумеется, варианты магнитного момента. Обратите внимание на то, что увеличиваясь по амплитуде, пульсации в некий момент приводят к изменениям знака, как мы привыкли говорить, магнитного момента – происходит инверсия геомагнитного поля.
www.dgs.kiev.ua
Магнитное поле
Магнитное поле — одна из форм электромагнитного поля.
Магнитное поле создается движущимися электрическими зарядами и спиновыми магнитными моментами атомных носителей магнетизма (электронов, протонов и др.). Полное описание электрических и магнитных полей и их взаимосвязь дают Максвелла уравнения.
Магнитное поле, силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения. Магнитное поле характеризуется вектором магнитной индукции В, который определяет: силу, действующую в данной точке поля на движущийся электрический заряд (Лоренца сила); действие магнитного поля на тела, имеющие магнитный момент, а также другие свойства магнитного поля.
Впервые термин «Магнитное поле» ввёл в 1845 году английский физик, основоположник учения об электромагнитном поле Майкл Фарадей, считавший, что как электрические так и магнитные взаимодействия осуществляются посредством единого материального поля. Классическая теория электромагнитного поля была создана Джеймсом Клерком Максвеллом (1873 год), квантовая теория — в 20-х годах 20 века (Квантовая теория поля).
Источниками макроскопического магнитного поля являются намагниченные тела, проводники с током и движущиеся электрически заряженные тела. Природа этих источников едина: магнитное поле возникает в результате движения заряженных микрочастиц (электронов, протонов, ионов), а также благодаря наличию у микрочастиц собственного (спинового) магнитного момента.
Магнитные поля в природе
Магнитные поля в природе чрезвычайно разнообразны как по своим масштабам, так и по вызываемым ими эффектам.
Магнитное поле Земли, образующее земную магнитосферу, простирается до расстояния в 70-80 тысяч км в направлении на Солнце и на многие миллионы км в противоположном направлении. У поверхности Земли поле равно в среднем 0,5 гс, на границе магнитосферы ~ 10-3 гс. Геомагнитное поле экранирует поверхность Земли и биосферу от потока заряженных частиц солнечного ветра и частично космических лучей.
Влияние самого геомагнитного поля на жизнедеятельность организмов изучает магнитобиология. В околоземном пространстве магнитное поле образует магнитную ловушку для заряженных частиц высоких энергий — радиационный пояс Земли. Содержащиеся в радиационном поясе частицы представляют значительную опасность при полётах в космос. Происхождение магнитного поля Земли связывают с конвективными движениями проводящего жидкого вещества в земном ядре (Земной магнетизм).
Непосредственные измерения при помощи космических аппаратов показали, что ближайшие к Земле космические тела — Луна, планеты Венера и Марс не имеют собственного магнитного поля, подобного земному. Из других планет Солнечной системы лишь Юпитер и, по-видимому, Сатурн обладают собственными магнитными полями, достаточными для создания планетарных магнитных ловушек.
На Юпитере обнаружены магнитные поля до 10 гс и ряд характерных явлений (магнитные бури, синхротронное радиоизлучение и другие), указывающих на значительную роль магнитных полей в планетарных процессах.
atombit.org
|
Магнитная ось Земли почти параллельна ее оси вращения, поэтому многие исследователи предполагали, что магнитное поле возникает вследствие вращения Земли. В физике известны явления, когда при вращении возникает магнитное поле. Одно из таких явлений — эффект Барнета — Эйнштейна, при котором каждый атом рассматривается как волчок, обладающий магнитным моментом. При вращении таких атомов-волчков их оси вращения устанавливаются параллельно, при этом так же располагаются их магнитные моменты. Но расчеты показали, что, если бы магнитное поле Земли возникло таким путем, оно было бы в 10 млрд. раз меньше. Другая гипотеза связывала возникновение магнитного поля Земли с тем, что на ее поверхности имеется отрицательный электрический заряд. Вращаясь вместе с Землей, этот заряд образует круговой электрический ток, а там, где есть круговой ток, есть и магнитное поле, направленное по оси круга. Но отрицательный заряд на поверхности Земли слишком мал, чтобы могло возникнуть поле нужной величины. Обе эти гипотезы не могли объяснить инверсии геомагнитного поля. В 1947 г. советский физик Я. И. Френкель совсем иначе объяснил образование магнитного поля в Земле. Он предположил, что вещество земного ядра обладает электрической проводимостью и совершает вихреобразные перемещения. Если имеется какое-то небольшое начальное магнитное поле, то земное ядро будет представлять собой некое подобие генератора электрического тока: движение проводника в магнитном поле приведет к возникновению электрического тока, а электрический ток вызовет магнитное поле, которое будет складываться с первоначальным и усилит его. Оба предположения, положенные в основу этой гипотезы, вполне разумны. Часть ядра Земли, в интервале 1,5— 3 тыс. км от центра Земли, ведет себя как жидкое пластичное тело, и перемещения вещества в нем возможны. Вызвать вихревые перемещения конвек-тивного характера может сильный нагрев за счет распада радиоактивных веществ в центральной части ядра или же изменение вещества в самом жидком слое. Первоначальное поле может быть обусловлено хотя бы эффектом Барнета — Эйнштейна. Впоследствии гипотеза Я. И. Френкеля была значительно переработана и развита другими учеными в стройную теорию происхождения магнитного поля Земли. Появилось направление в науке, занимающееся связью движущейся проводящей среды с магнитным полем, — магнитогидродинамика. Удалось выяснить, что проводящая жидкость, движущаяся в магнитном поле, искажает его: магнитные силовые линии как бы захватываются и увлекаются движущейся жидкостью. Жидкая, пластичная часть ядра при вращении увлекает за собой силовые линии начального магнитного поля. В результате образуются два круговых соленоида (вспомните опыты с катушками-соленоидами на уроке физики): две баранки, состоящие из силовых линий магнитного поля, одна из которых опоясывает ядро по широте в Южном полушарии, а другая — в Северном. Вещество жидкого ядра совершает, кроме того, конвективные перемещения, о которых говорилось в гипотезе Френкеля. Взаимодействие этих конвективных движений с кольцевыми полями внутри ядра и приводит к возникновению того магнитного поля, которое мы наблюдаем на поверхности Земли. Ось такого магнитного поля должна быть близка к оси вращения, а возбужденное таким образом магнитное поле, как показывает теория, будет пульсировать. С этими пульсациями и связаны, очевидно, вариации магнитного момента. Увеличиваясь по амплитуде, пульсации в какой-то момент приводят к изменениям знака магнитного момента — происходит инверсия геомагнитного поля. |
edukids.narod.ru