Электрические токи — Магнитные поля

Взаимодействия между электрическими токами и магнитными полями создают силы. Магнитная сила на токе в магнитное поле = ток x смещение поперек магнитного поля . Эту силу можно предсказать, используя правило правой руки. Когда два тока направлены через магнитные поля в одном направлении, они притягиваются. Когда они направлены в противоположные стороны, они будут отталкиваться.

электрический ток магнитное поле

Хорошо, давайте поговорим о взаимодействии между токами и магнитными полями. Теперь есть два основных типа взаимодействия. У нас есть только ток, который находится в магнитном поле, он почувствует на себе силу, и это первое, о чем мы собираемся поговорить, а затем есть еще одно взаимодействие, связанное с магнитным полем, которое будет генерировать сам ток, и это отдельный мы поговорим об этом через минуту.

Итак, во-первых, если у меня есть ток в магнитном поле, ток состоит из множества движущихся зарядов, и каждый раз, когда у меня есть движущиеся заряды в магнитном поле, у меня есть сила, так что давайте посмотрим, можем ли мы связать эту силу, используя закон силы Лоренца, с током. Что ж, у нас будет пересечение скорости заряда с магнитным полем. Что мы собираемся сделать, так это представить скорость как смещение над изменением во времени, а затем мы собираемся подложить это изменение во времени под заряд. Что хорошо в этом, так это то, что заряд с течением времени представляет собой ток, а это говорит нам о том, что магнитная сила, действующая на ток в магнитном поле, равна просто произведению тока на смещение, пересекающее магнитное поле. Хорошо, давайте посмотрим на это в действии. Хорошо, магнитное поле направлено на доску, у нас есть ток, и я хочу знать, в каком направлении сила, хорошо, это дельта или смещение, которое представляет собой вектор, который просто идет вверх от того места, где он входит, туда, где он выходит из поля там так, что сила слева.

Хорошо, а теперь предположим, что у меня такая же ситуация, когда провода изогнуты? Что ж, дельта r, пока магнитное поле постоянно, дельта r — это вектор от места, где ток входит в поле, до места, где он выходит, так что это будет дельта r, так что теперь все, что мне нужно сделать, это положить большой палец в направлении дельты. r, мои пальцы в направлении магнитного поля и моя ладонь указывает в направлении силы. Обратите внимание, что это своего рода комбинация между тем, что было бы, если бы у меня было просто прямо вверх, и тем, что было бы, если бы у меня было просто горизонтально, хорошо, это комбинация, это векторная сумма этих двух вещей.

Хорошо, давайте решим пример задачи, поэтому я хочу узнать силу, приложенную к 50-сантиметровому проводу, несущему ток 5 ампер вверх в магнитном поле 3 Тесла вне доски. Хорошо, сначала давайте проложим направление, 3 Тесла вне доски, верно? У меня ток идет вверх и большой палец тоже пойдет, пальцы сила направлена ​​вправо все в порядке. Что это за сила? Хорошо, f равно ILB, I — ток, L — длина вектора смещения, теперь мы можем использовать это только в том случае, если смещение с током и магнитное поле перпендикулярны, иначе нам понадобилась бы часть того, что было перпендикулярно, но большинство этих задач уже перпендикулярны, поэтому мы будем делать ток. Что это было? 5 ампер длина 50 сантиметров, но, конечно, мы должны работать в единицах СИ, поэтому мы напишем пункт 5, хорошо? И тогда у нас есть магнитное поле 3 Тесла 5 раз точка 5 два с половиной, два с половиной раза 3 о боже, три четверти это 75 центов, так что это будет 7 с половиной ньютонов, и вот вы идете это так просто, единственное, о чем иногда вам, возможно, придется беспокоиться, это то, что, возможно, ток не перпендикулярен магнитному полю, и тогда вам просто нужно взять компонент, который перпендикулярен, это не должно быть легко найти не должно быть трудно .

Хорошо, давайте посмотрим на второй случай. Теперь это несколько отличается, поэтому сила между проводами. Хорошо, если у меня есть два провода, по которым течет ток в одном направлении, они будут воздействовать друг на друга, почему? Ну, потому что этот верхний провод создает магнитное поле только потому, что он несет ток, так что магнитное поле я получаю, используя правило правой руки, хватая этот верхний провод большим пальцем в направлении тока, а затем смотрю вниз под провод, магнитное поле направлен в плату, так что это означает, что этот ток, поскольку он находится в непосредственной близости от этого другого провода, находится в магнитном поле, которое направлено в плату, хорошо, бум, бум, посмотри на это! На этот нижний провод действует сила, действующая вверх, а это означает, что если два тока имеют одинаковое направление, магнитная сила между ними будет притягательной. Теперь мы можем понять это непосредственно из диаграммы магнитного поля, так что вот два тока, они оба выходят из платы, что означает, что они в одном направлении, верно? Поэтому я хочу знать, как выглядит магнитное поле для обоих этих парней. Итак, начнем. Я схвачу провод большим пальцем, указывающим в направлении тока, а мои пальцы будут магнитным полем, так что это магнитное поле будет вращаться вот так.

А здесь? То же самое, хорошо, есть следующая строка, следующая строка, и теперь, когда мы становимся больше, замечаем, что в середине это магнитное поле ослабевает, а то поднимается, так что это позволит им отменить, так что мы получаем эти странные очки, выглядящие как фигура. хорошо, а затем мы продолжим и посмотрим, как вы можете видеть притяжение на этой диаграмме, потому что магнитное поле может гаснуть в середине, и это означает, что оно не так сильно в середине, хорошо? И это будет хорошо притягивать два провода вместе. Давайте посмотрим, что произойдет, когда мы изменим направление этого донного течения, так что теперь оно пойдет в другую сторону. Магнитное поле остается прежним, потому что я не изменил верхний ток, но теперь посмотрите, что происходит, когда я выполняю правило правой руки, я получаю отталкивающую силу, поэтому, когда два тока идут в противоположном направлении, я получаю отталкивание, так что это немного странно, потому что с зарядами противоположности притягиваются, но с токами противоположности отталкиваются, так что давайте посмотрим, как это происходит, у нас здесь есть отталкивание, и давайте посмотрим, что покажет нам линия магнитного поля, так что мы вышли из, хорошо давайте нарисуем эти. Теперь здесь я должен вставить большой палец, так что это означает, что я буду получать круги, но они будут идти в другую сторону, ну, в середине обратите внимание, что они больше не могут отменить, так что это означает, что, пока я продолжаю рисовать их они собираются распространить на другую сторону, но я больше не могу делать эту фигуру из очков, потому что теперь все эти силовые линии направлены одинаково, так что это отталкивание, так что, когда токи направлены в противоположных направлениях, они отталкиваются То же направление, в котором они притягиваются, на самом деле было тем, что привело к определению ампера.

Ампер — это сила тока, которая течет по двум идентичным очень длинным проводам, параллельно расположенным на расстоянии одного метра друг от друга, и ощущает силу, равную 2 умножить на 10 до минус 7 ньютонов, и это на самом деле определение ампера, немного странное, но это взаимодействие токов с магнитными полями.

электромагнетизм — Может ли магнитное поле существовать без электрического поля?

Спросил 4 года, 3 месяца назад

Изменено 3 года, 5 месяцев назад

Просмотрено 21k раз

$\begingroup$

Я знаю, что электрическое поле может существовать без магнитного поля, как в случае, когда у вас есть стационарный точечный заряд.

Но магнитные поля создаются движущимися зарядами , так разве вам не всегда нужно электрическое поле, чтобы иметь магнитное поле? Даже в случае с постоянными магнитами, насколько я знаю, это выровненные движущиеся электроны в атомах материала, которые вызывают магнитные свойства, так что не означает ли это, что всегда есть электрическое поле, чтобы иметь магнитное поле?

• электромагнетизм
• магнитные поля
• системы отсчета
• электрические поля

$\endgroup$

3

$\begingroup$

«Магнитное поле» — это концепция классической электродинамики. Уравнения Максвелла были разработаны в середине 19 века, когда фундаментальная атомная физика все еще находилась в зачаточном состоянии.

В современном историческом контексте постоянный магнит является прекрасным примером магнитного поля без электрического поля. В рамках теории классической электродинамики нет объяснения тому, почему существует магнитное поле, а только то, что оно действительно существует и как оно связано с электрическим полем. Постоянные магниты обладают магнитным полем как неотъемлемым фундаментальным свойством, подобным тому, по которому камни имеют массу. Они просто делают.

За последние полтора столетия были разработаны другие теории. Например, магнитное поле может быть объяснено специальной теорией относительности как сокращение длины, очевидно создающее дисбаланс заряда, поэтому можно сказать, что магнитное поле не существует как фундаментальное свойство, а скорее является проявлением электрического поля в движущейся системе отсчета. а квантовая физика объясняет постоянные магниты движущимися зарядами на субатомных масштабах.

Таким образом, в контексте современной физики фундаментальное магнитное поле вообще не нужно, поскольку его можно объяснить в терминах электрического поля и движения.

Открытие магнитного монополя изменило бы это положение, но, хотя оно принесло бы элегантную симметрию существующим видам частиц, экспериментально пока не было обнаружено никаких доказательств наличия магнитного монополя.

$\endgroup$

2

$\begingroup$

Я полагаю, что это вариант ответа квантовой спагеттификации, но очевидным примером является токовая петля, используемая в электромагнитах с тех пор, как люди впервые открыли электричество.

Нет чистого электрического поля, потому что существует одинаковое количество положительных и отрицательных зарядов, поэтому их поля уравновешиваются. Однако существует магнитный диполь из-за движения электронов.

$\endgroup$

1

$\begingroup$

Нет, у вас может быть магнитное поле без электрического поля. Рассмотрим стержень с равным количеством положительных и отрицательных зарядов (таким, что они расположены на одинаковом расстоянии друг от друга). Пусть плюс движется влево со скоростью $v$, а минус вправо со скоростью $v$. Это приведет к магнитному полю, но не к электрическому полю.

$\endgroup$

10

$\begingroup$

В каком-то смысле это простой вопрос, как отмечали другие. Довольно просто построить примеры случаев с нулевым электрическим полем и ненулевым магнитным полем.

С другой стороны, это не тривиальный вопрос. Например, если в одном кадре вы видите только магнитное поле, то в другом кадре вы увидите магнитное и электрическое поля, которые смещаются при изменении скорости. Тогда есть пример эффекта Аронова-Бома. В этом случае у вас есть область, где и электрическое, и магнитное поля равны нулю, но электрон все еще чувствует электромагнитную силу.

Принципиальным является четырехвекторный потенциал $A_\mu$. Электрические и магнитные поля представляют собой частные сочетания частных производных этого поля. Именно $A_\mu$ появляется в уравнениях, описывающих электромагнетизм, таких как уравнение Максвелла или уравнение Дирака. В некоторых важных частных случаях мы можем игнорировать $A_\mu$ и работать с полями $E_i$ и $B_i$. Но основное понимание всегда будет основываться на $A_\mu$.

$\endgroup$

1

$\begingroup$

На уровне фундаментальных элементарных частиц ответ таков: пока не обнаружены магнитные монополи, диполю магнитного поля нужна заряженная частица.

Электрон имеет магнитный момент:

В атомной физике магнитный момент электрона или, точнее, магнитный дипольный момент электрона — это магнитный момент электрона, обусловленный присущими ему свойствами спина и электрического заряда. 92 > 0$, то можно перейти в систему отсчета, где электрическое поле равно нулю, а магнитное поле отлично от нуля.

$\endgroup$

Магнитное поле [Encyclopedia Magnetica]

Содержание

• Магнитное поле

  • Различные подходы к магнитным полям, B и H

  • Магнитное поле в теоретической физике

    • Магнитное поле B

    • Намагничивание M

    • Поляризация J

    • Вспомогательное поле H

    • Восприимчивость и проницаемость

  • Магнитное поле в технике

    • Напряженность магнитного поля H

    • Плотность магнитного потока B

    • Проницаемость и восприимчивость

  • Количество и единицы

  • Энергия магнитного поля

  • Трудности с определением магнитного поля

  • Электромагнитное и магнитостатическое поле

    • Среда магнитного и электромагнитного поля

    • Линии магнитного поля

    • Магнитный диполь и момент

    • Магнитные столбы

  • Тип магнетизма

  • Уравнения Максвелла

  • Генерация магнитного поля

    • Электрический ток

    • По собственным магнитным моментам

    • С помощью излучения фотонов

  • Магнитное поле и релятивистские эффекты

  • См. также

  • Внешние видеоматериалы

  • Каталожные номера

Стэн Зурек, Магнитное поле, Encyclopedia Magnetica, E-Magnetica.pl

Магнитное поле — область пространства, в которой наблюдаются магнитные силы. Магнитные силы — это механические силы, действующие в результате магнитных взаимодействий.

. оба B и v

Магнитное поле всегда создается вокруг электрического тока или, в более общем смысле, движущимися электрическими зарядами или переменным электрическим полем E , а также собственными магнитными дипольными моментами субатомных частиц. ^{Существование магнитного поля отвечает за магнетизм и электромагнетизм.}

В вакууме сила F (сила Лоренца), действующая на электрический заряд q движется со скоростью v за счет электрического поля E и магнитного поля B (плотность магнитного потока): $\vec{F} = q·\vec{E} + q·\vec{v} × \vec{B}$

Поле, которое удовлетворяет действию вектора B в уравнении силы Лоренца, считается определением магнитного поля .

В физике поле — это величина или значение, присвоенное каждой точке пространства или объема. Следовательно, магнитное поле можно математически описать, приписав каждой точке пространства, заполненной этим полем, физическую величину. В зависимости от требуемой математической обработки описание может быть скалярным полем векторного поля, также являющимся функцией положения или времени.

Для полной количественной оценки воздействия магнитного поля на данный материал или среду целесообразно использовать две величины, такие как плотность магнитного потока B и напряженность магнитного поля H .

→ → → Полезная страница? Поддержите нас! → → →

PayPal

← ← ← Помогите нам с всего за $0,10 в месяц? Давай… ← ← ←

Iron filings attracted in magnetic field of a horseshoe magnet

Iron filings follow magnetic field lines around a single wire with current (perpendicular to the page ) ^{от Popular Science Montly, Vol. 56, 1899–1900, общественное достояние}

Стрелки компаса следуют направлению магнитного поля ( B или H ) вокруг провода с током I6 9040 правило)

Различные подходы к магнитным полям, B и H

И B , и H строго определены с точки зрения единиц измерения, а также их физического и технического значения. ^{Однако существует два основных подхода к анализу, полезности и важности магнитных полей B и H : теоретическая физика и инженерия .}

Если используется одна и та же система единиц, т.е. SI, то оба подхода полностью эквивалентны с точки зрения числовых значений и единиц. Только названия или проблематичны, а не единицы измерения или математические расчеты.

Эти два подхода дополняют друг друга, предоставляя доступ к типу уравнения, который более полезен для данного расчета. Одно не «лучше» другого просто потому, что одна группа людей считает его более «фундаментальным». «Качество» любой формы определения зависит от ее полезности для конкретной цели, такой как расчет эффектов с релятивистскими явлениями или разработка эффективного трансформатора или электромагнита.

Однако теоретическая физика уделяет больше внимания B , тогда как в технике и H , и B считаются одинаково важными. Соглашения об именах могут существенно различаться. Кроме того, ранее использовавшаяся система единиц СГС (до сих пор используемая некоторыми странами и отраслями науки) имеет еще один набор наименований и коэффициентов. Все это создает часто запутанную смесь, и во многих книгах по электромагнетизму приводится полный список коэффициентов преобразования между различными системами.

См. также: Путаница между B и H.

Особое внимание следует уделить некоторым уравнениям, потому что они могут быть записаны в заданной форме, которая требует выполнения определенных неявных условий — эти условия часто не указываются.

Например, закон Био-Савара, записанный в физической форме $B = f (μ_0 · I)$, справедлив только в вакууме, тогда как инженерная форма $H = f (I)$ является более общей и справедливой для любая однородная изотропная среда.

Магнитное поле в теоретической физике

В теоретическом подходе больше внимания уделяется выводу уравнений из первых принципов и полезности данных выражений для вывода других уравнений. Микроскопическое (атомный и субатомный уровень) понимание является фундаментальным, но между и внутри атомов любой материи существует вакуум. Ферромагнитным материалам уделяется ограниченное внимание или вообще не уделяется ^{, с объяснениями, соответствующими инженерному подходу.}

Единицы используются с соблюдением всех обычных физических и математических правил. Однако отношения между единицами измерения и именами переменных, по-видимому, трактуются менее строго: тесла и А/м используются почти взаимозаменяемо для B , H и M с использованием магнитной постоянной $μ_0$ как средство преобразования.

Магнитное поле В

С точки зрения теоретической физики, единственной формой магнитного поля, необходимой для любого анализа, является магнитное поле B , которое считается «бесспорно фундаментальным». ^{Определение B — это поле, которое вызывает силу, описываемую уравнением (1).}

В зависимости от типа обозначений в различной литературе могут использоваться либо обозначения с жирным шрифтом, обозначающие векторы (уравнение (1a)) либо со стрелками над переменными (уравнение (1b)) — оба в точности эквивалентны.

(1a)	$$ \mathbf{F} = q·\mathbf{E} + q·\mathbf{v} × \mathbf{B} $$	(Н)
(1b)	$$ \vec{F} = q·\vec{E} + q·\vec{v} × \vec{B} $$
где: $q$ — электрический заряд (Кл), $E$ — электрическое поле (В/м), $v$ — скорость (м/с) заряда, $B$ — магнитное поле (Тл)

Сила из-за электрического поля действует в направлении этого поля (скалярное произведение «·» в уравнениях (1ab)). Сила из-за магнитного поля действует перпендикулярно как направлению движения заряда, так и направлению магнитного поля (перекрестное произведение «×» в уравнениях (1ab)).

, в) общая сила F = F _e + F _м в обоих полях; зеленая сплошная стрелка показывает скорость и направление движения, зеленая пунктирная стрелка — развитие траектории

Другие названия для B , такие как «плотность магнитного потока» и «магнитная индукция», даже считаются «абсурдным выбором». ^{Количество H рассматривается как «вспомогательное» и не имеющее названия. Некоторые теоретики даже считают единицы СИ «произвольными и немного глупыми». Другие системы единиц могут использоваться для теоретических расчетов, таких как Лоренц-Хевисайд или естественные единицы, которые могут быть определены с проницаемостью вакуума или скоростью света как единица (безразмерная), что может упростить некоторые расчеты.}

Магнитное поле B создается электрическим током и собственными магнитными дипольными моментами субатомных частиц.

Магнитная сила, определяемая силой Лоренца, пропорциональна B , и такая сила принимается за определение плотности потока B . Полная форма уравнения Максвелла всегда показывает B , а не H . Это связано с тем, что дивергенция B всегда равна нулю, тогда как для 9 она может быть отличной от нуля.0639 Н .

На микроскопическом уровне между атомами и внутри них существует вакуум, и для всех расчетов можно использовать B .

Если используются единицы СИ, то B имеет размерность тесла.

Намагничивание M

Магнитные свойства вещества являются следствием макроскопического усреднения микроскопических эффектов, особенно за счет векторного суммирования магнитных дипольных моментов субатомных частиц (и атомов), которые могут ориентироваться на магнитное поле, приложенное к материалу. Материал реагирует намагничиванием M при воздействии некоторого магнитного поля B . Если достигается полное выравнивание всех свободных магнитных моментов, то говорят, что материал магнитонасыщен, и значение M больше не может увеличиваться.

Намагниченность М сумма магнитных дипольных моментов на единицу объема Намагничивание M is определил ^{как сумму магнитных моментов на единицу объема в данном материале согласно уравнению (2).}

(2)	$$ \vec{M} \equiv \frac{\text{магнитный момент}}{\text{единица объема}} \equiv \frac{ \sum_i \vec{m_i} } {V} $$	(А·м 2 / м 3 ) ≡ (А/м)
где: $\vec{m}$ — магнитный дипольный момент (А·м 2 ), $i$ — счетный индекс (безразмерный), $V$ — единица объема (м 3 )

Во многих исследовательских работах по физике намагниченность выражается как массовая намагниченность, при этом отклик измеряется единицей массы, а не единицей объема, с популярной единицей emu/g.

Коэффициент преобразования в единицы СИ: 1 эме/г = 1 А⋅м ² /кг, а плотность материала можно использовать для преобразования его в объемную намагниченность.

Поляризация J

Намагничивание М (А/м) иногда также называют «магнитной поляризацией».

В исследовательских работах, написанных физиком-теоретиком, если намагниченность M используется для выражения измеряемой величины в единицах тесла (а не в А/м), то это значение просто умножается на $μ_0$ (проницаемость вакуума) или выражается непосредственно в теслах (с неявным предположением, что оно умножается на $μ_0$).

Даже в некоторых превосходных книгах по теоретическому электромагнетизму (например, ссылки ^{) поляризация J не упоминается (и, следовательно, не определяется).}

Однако магнитная поляризация J может быть определена и рассчитана как: $J = μ_0 · M$, с единицей тесла.

Вспомогательное поле H

С макроскопической точки зрения существуют дополнительные эффекты, потому что атомы взаимодействуют друг с другом магнитным образом, и признано, что «вспомогательное» поле H может быть определено, и хотя оно «нелогично», оно может быть «полезным», потому что его можно непосредственно связанные со свободными токами, так что прямая зависимость между током и H можно указать.

Следовательно, вспомогательное поле H определяется как ^{, как в уравнении (3).}

(3)	$$ \vec{H} \equiv \frac{ \vec{B} }{µ_0} — \vec{M} $$	(А/м)
где: $B$ — магнитное поле (Тл), $μ_0$ — проницаемость вакуума (Гн/м), $M$ — намагниченность (А/м)

Даже если используются единицы СИ, иногда H выражается в теслах.

Восприимчивость и проницаемость

Магнитная восприимчивость χ может быть определена более чем одним способом. ^{Для материалов, которые линейно реагируют на приложенное магнитное поле, при допущении, что M пропорционально B или H , объемная восприимчивость может быть определена как: $ \vec{M} = χ_{(B)} · \frac{ \vec{B} }{µ_0} $$ (А/м) (4b) $$ \vec{M} = χ_{(H)} · \vec{H} $$ (A/m)}

Для диамагнетиков восприимчивость отрицательна, для парамагнетиков положительна. Для вакуума он равен нулю.

Эти два определения (4a, 4b) отличаются тем, что:

(5)

$$ χ_{(H)} = \frac{χ_{(B)}}{1 — χ_{(B)}} $$

(безразмерное)

Для немагнитных материалов $χ << 1$ и разница незначительна, ^{и $χ = χ_{(H)} \ приблизительно χ_{(B)}$.}

Однако при больших значениях $χ$, встречающихся в ферромагнетиках, определения (4а,б) менее полезны, так как (5) расходится и вместо восприимчивости используется магнитная проницаемость.

Магнитная проницаемость мк определяется по отношению к восприимчивости:

(6а)	$$ µ \экв µ_0 · (1 + χ) $$	(Н/м)
(6b)	$$ μ = μ_0 · μ_r $$	(H/m)
где: $μ_r$ — относительная проницаемость (безразмерная)

и может использоваться как коэффициент пропорциональности между B и H :

(7)

$$ \vec{B} = µ · \vec{H} = µ_0 · µ_r · \vec{H} $$

(T)

Однако у этого уравнения есть ограничения, так как в ферромагнетиках $µ_r$ является нелинейной функцией B или H .

Магнитное поле в технике

В инженерном подходе меньше внимания уделяется фундаментальным физическим понятиям, а больше — свойствам непосредственно измеряемых величин, полезных для практических приложений и проектирования устройств. Магнитные величины связаны с макроскопическими электрическими величинами, которые можно непосредственно измерить или контролировать в электромагнитных устройствах, таких как электрическое напряжение и ток.

Это приводит к другой концепции взаимосвязи возбуждения и реакции и к соглашению об именах, как это определено в международной системе единиц СИ.

Напряженность магнитного поля H

См. также основную статью: Напряженность магнитного поля.

Напряженность магнитного поля H измеряется в амперах на метр, А/м (или масштабируется с помощью множителей СИ: кА/м, МА/м и т. д.)

Закон Био-Савара: $P$ — точка, в которой рассчитывается напряженность магнитного поля $\vec H$, $R$ — перпендикулярное расстояние от проводника, $I$ — ток, $\vec J$ — плотность тока, $d \vec l$ — бесконечно малая длина проводника, дающего вклад в магнитное поле, $r$ — расстояние, $\vec r$ — вектор пути, $\hat r$ — орт вдоль направления $r $, $\theta$ — угол между $d \vec l$ и $r$

Источником H являются электрические токи. Пропорциональность определяется длиной рассматриваемого пути (длиной магнитного пути) и суммарной величиной тока I , содержащейся в одном проводнике, или числом N проводников. Вычисление H может быть основано либо на законе Био-Савара, либо на схемном законе Ампера, причем оба подхода дают одинаковые результаты для одной и той же конфигурации. 92}$$ (А/м) $I$ — сила тока (А), $d \vec l$ — бесконечно малая длина (м) проводника, дающего вклад в магнитное поле, $\hat r$ — орт вдоль направления $r$ (безразмерный), $ r$ — радиальное расстояние (м)

В альтернативном подходе интеграл по замкнутому контуру тангенциальной составляющей H дает значение замкнутого холостого тока. ^{Из окружного закона Ампера:}

(9)	$$ \int_C \vec{H} · d \vec{l} = I $$	(A)
где: C — замкнутый путь, по которому вычисляется интеграл

Electric current I generates around itself magnetic field strength H

Как показано выше, оба уравнения можно сформулировать так, чтобы магнитная проницаемость не появлялась — магнитные свойства материи (или проницаемость вакуума) не важны для генерации H (строго применим только в однородной и изотропной среде, независимо от того, является ли она немагнитной, магнитной, нелинейной и т. д.)

Уравнение (9) можно переформулировать так, чтобы электрический ток I создавал вокруг себя четко определенную напряженность магнитного поля H , амплитуда которого не зависит от типа намагниченного материала. Для однородной среды (без дополнительных источников магнитного поля, таких как магнитные полюса из-за размагничивающего фактора) существует прямая зависимость между I и H (например, мгновенное изменение I приводит к мгновенному изменению H , если предположить, что изменения пренебрежимо медленны со скоростью света):

(10)	$$ H = \frac{N · I}{l} $$	(А/м)
где: $N$ — число жил в проводе или витков в катушке (безразмерное), $I$ — ток (А), $l$ — длина магнитного пути (м)

Например, ток 1 А в прямом проводе дает H , циркулирующий по проводу (по правилу правой руки), такой, что на радиусе r = 0,1 м (от центра провода), относящийся к окружности с длиной пути $l = 2· π·r$ = 0,628 м, что примерно равно H = 1,59 А/м (см. также: Расчет магнитного поля прямого круглого проводника).

Простая магнитопровод: сердечник и воздушный зазор

Если среда не изотропна или имеется несколько разных материалов, то на распределение поля влияет размагничивающее поле, вызванное магнитными полюсами. Эти полюса становятся новыми источниками магнитного поля, которые изменяют распределение исходного приложенного поля.

Произведение Н·л также известно как магнитодвижущая сила (МДС), которую можно рассматривать как приложенное возбуждение, а составляющая Г·л представляет падение МДС в магнитной цепи (по аналогии к падению напряжения в электрической цепи). Если магнитная цепь содержит магнитопровод с высокой магнитной проницаемостью и воздушный зазор (оба имеют одинаковую площадь поперечного сечения), то уравнение (10) можно применить как:

(11а)	$$ H_{жила}·l_{жила} + H_{зазор}·l_{зазор} = N · I $$	(А) или ( ампер-витков )
, но $H_{core}·l_{core} \ll H_{gap}·l_{gap}$, так что:
(11b)	$$ H_{разрыв}·l_{разрыв} \приблизительно N · I $$	(А) или ( ампер-витков )

и он широко используется для проектирования электродвигателей, электромагнитов, магнитных датчиков, трансформаторов обратного хода и т. д.

В единицах СГС H измеряется в эрстедах (Э) с коэффициентом преобразования: 1 Э = 1000 / (4⋅π) А/м ≈ 79,58 А/м.

Плотность магнитного потока B

См. также основную статью: Плотность магнитного потока.

В ферромагнетиках зависимость B-H нелинейна, зависит от истории и обычно анизотропна

1 1 10881

Плотность магнитного потока B представляет собой реакцию среды на намагничивание H . Амплитуда B зависит как от приложенного возбуждения, так и от свойств материала (и магнитной предыстории материала в случае предварительного намагничивания ферромагнетиков).

Как упоминалось выше, H можно количественно определить по току намагничивания (но также используются прямые методы измерения, такие как H-катушка). B измеряется с помощью закона индукции Фарадея (одно из уравнений Максвелла), который можно записать как:

(12a)	\frac{dB}{dt} $$	(В)
(12b)	$$V(t) = N · A · \frac{dB}{dt} $$	(V)
(12c) (для синуса)	$$V_{rms} = π · \sqrt{2} · f ·B_p · N · A $$	(В)
где: ЭДС(т) — электродвижущая сила (В), В(т) — измеренное напряжение (В), Н — число витков сенсорной катушки, А — активное перекрестное площадь сечения (м 2 ), В действующее значение — действующее значение напряжения (В), B p — пик синусоидальной индукции (Тл)

Иллюстрация зависимости в ферромагнетике между напряженностью магнитного поля H , плотность магнитного потока B , намагниченность M и магнитная поляризация J

Таким образом, значение B (или непрерывный сигнал) может быть получено вычислением интеграла измеренного напряжения (с помощью аналоговой схемы с интегрирующим операционным усилителем или с помощью цифровых расчетов дискретизированного сигнала).

Разница знаков в обоих уравнениях возникает из-за того, что (12а) описывает электродвижущую силу (ЭДС), индуцируемую внутри данной чувствительной катушки (В-катушки), но эта информация никак не доступна — только внешнее напряжение (12б) может измеряться. Эта разница часто неявно предполагается, но иногда даже неправильно понимается, показывая знак минус даже для измеренных напряжений.

Поскольку уравнение (12a,b) определяет зависимость посредством производной, невозможно измерить постоянную составляющую так же просто, как переменную составляющую. Требуется некоторая изменчивость, которая может быть достигнута путем перемещения катушки (баллистические измерения, магнитометр с вибрационной катушкой) или перемещения образца (магнитометр с вибрационным образцом).

Для преобразования энергии очень полезно использовать возбуждение переменным током. Если применяется полный цикл возбуждения и обе формы волны H и B , затем можно построить петлю B-H (петля гистерезиса), как показано на рисунке.

Площадь петли пропорциональна всей энергии, потерянной при намагничивании материала, и это основной инструмент, с помощью которого измеряются полные магнитные потери в материале. Все составляющие магнитных потерь включаются автоматически (гистерезис, вихревые токи, избыточные потери), поэтому так важно практически точно измерить обе: напряженность магнитного поля H и плотность магнитного потока B . Уравнение (12с) является основой для проектирования всех силовых трансформаторов, работающих с синусоидальным напряжением.

Существует несколько международных стандартов, определяющих такие процедуры измерения потерь для важных в промышленном отношении магнитомягких материалов, таких как электротехническая сталь.

Проницаемость и восприимчивость

См. также основную статью: Магнитная проницаемость.

Проницаемость магнитных материалов (например, ферромагнетиков $μ_{ferro}$) намного выше, чем у немагнитных материалов (например, вакуум $μ_0 = μ_{vac}$, диамагнетики $μ_{dia}$ и парамагнетики $µ_{para}$)

Магнитная проницаемость μ – это величина, выражающая коэффициент пропорциональности между H и B . Магнитомягкие материалы играют ключевую роль в эффективном преобразовании энергии, поэтому им уделяется много внимания, а значение проницаемости используется как показатель качества. Для любого такого материала можно написать, что:

(13a)	$$B = μ · H$$	(T)
(13b)	$$B = µ_r · µ_0 · H$$
где: $µ = µ_r · µ_0$ (Гн/м), и, следовательно, относительная магнитная проницаемость $µ_r = µ / µ_0$ (безразмерная)

Для вакуума зависимость B-H полностью линейна, и $μ_0$ = 4·π·10 ^-7 (Гн/м), что является универсальной физической константой, ^{и $μ_r = 1$. На практике для большинства немагнитных материалов $µ_r$ настолько близко к единице, что этой разницей можно пренебречь.}

Проницаемость среды, отличной от вакуума, может быть определена как произведение безразмерного числа на $μ_0$. Следовательно, $µ = µ_r · µ_0$. Так, например, относительная проницаемость $μ_r$ = 100 означает, что данный материал имеет проницаемость в 100 раз выше, чем значение $μ_0$ (измеряется в Гн/м). Это означает, что для того же нанесенного H материал будет реагировать с B , что в 100 раз больше, чем для вакуума (или немагнитного материала).

Отношение B / H в данной точке кривой намагничивания может быть использовано для расчета значения проницаемости

Для однородных и изотропных материалов проницаемость может быть выражена как скаляр, хотя H и B являются векторами. Для анизотропных материалов проницаемость различна в разных направлениях и для более точного представления необходимо использовать векторный или тензорный подход. Однако на практике часто используется скалярный подход из-за его простоты (и достаточно точных результатов для большинства практических целей, таких как проектирование магнитных цепей).

Когда возбуждение H изменяется во времени, появляются дополнительные эффекты, например вихревые токи, которые влияют на кажущуюся проницаемость. На эффективную проницаемость также влияет анизотропия формы. В магнитных материалах, таких как ферромагнетики, соотношение между B и H может быть нелинейным, зависящим от истории и сильно анизотропным.

Существует множество различных типов проницаемости, которые могут быть получены из измеренных характеристик B-H, необходимых для конкретного практического применения: относительная, амплитудная, реверсивная, импульсная и т. д. Расчет всегда выполняется как отношение $μ = f (ΔB/ΔH )$, где дельта Δ определяет точку отсчета (например, начало графика, положение предыдущего импульса и т. д.)

Магнитомягкие материалы насыщаются, если применяется достаточно сильное возбуждение. Это приводит к уменьшению отношения B/H и, следовательно, проницаемости. При приближении к полному насыщению относительная проницаемость будет приближаться к единице (т.е. такой же, как для вакуума).

Для магнитотвердых материалов значение магнитной проницаемости малопригодно, и оно не обсуждается с такой же глубиной или даже опускается в некоторых книгах.

Восприимчивость редко используется в инженерных приложениях.

Количество и единицы

Электрические заряды (в форме электронов и протонов) являются основными компонентами, ответственными за все макроскопические электрические явления. Однако в практической электротехнике гораздо полезнее оперировать такими величинами, как напряжение $V$ (связанное с концентрацией и распределением электрических зарядов) и электрический ток $I$ (отражающий движение электрических зарядов).

Комбинация этих двух значений полностью определяет влияние электричества, например, рассеиваемую мощность P , так как $P = V·I$. Дополнительные параметры, такие как сопротивление R , определяют пропорциональность электрического отклика или зависимость V-I (закон Ома) $I = V / R$ для данного материала. Проводимость G (обратная величине сопротивления, $G = 1 / R$) может быть использована для выражения уравнения в другой, но эквивалентной форме: $I = G·V$.

По аналогии, в технике для количественной оценки эффектов магнетизма в материи, например накопленной или потерянной энергии, требуются как плотность магнитного потока $B$, так и напряженность магнитного поля $H$ (или их эквиваленты). ^{Эти две величины определяются отдельно в Международной системе единиц (СИ), где $H$ соответствует единице измерения ампер на метр (А/м), а $B$ — тесла (Тл).}

Плотность энергии в данном магнитном материале можно рассчитать как $E_{density}=B·H$. Проницаемость µ определяет пропорциональность магнитного отклика: $B = µ·H$. Эти соотношения широко используются в инженерном подходе.

Магнитное поле – это понятие энергии, содержащейся в данном объеме пространства. Эта энергия может быть физически и математически описана различными средствами или величинами. Есть шесть наиболее часто используемых магнитных величин, которые взаимосвязаны, как показано в таблице ниже.

Общее поле		Поле, связанное с намагниченным веществом		Свойство материала
$B$ (Тл) плотность магнитного потока ( магнитная индукция, магнитное поле )	$H$ (А/м) напряженность магнитного поля ( магнитное поле, напряженность магнитного поля )	$J$ (T) магнитная поляризация ( собственная магнитная индукция, собственная индукция, индукция железа )	$M$ (А/м) намагниченность ( магнитная поляризация )	$µ_r$ (безразмерная) относительная проницаемость	$χбезразмерная восприимчивость
в материи:
$$B = µ_r · µ_0 · H$$	$$H = \frac{B}{µ_0} — M$$	$$J = µ_0 · M$$	$$M = χ · \frac{B}{µ_0}$$	$$µ_r = χ + 1$$	$$χ = \frac{µ_0·M}{B}$$
$$B = µ_0 · H + µ_0 · M$$ $$B = µ_0 · H + J$$		$$J = B — µ_0 · H$$	$$M = \frac {B}{µ_0} — H$$	$$µ_r = \frac{B}{µ_0 · H}$$	$$χ = µ_r — 1$$
в вакууме:
$$B = µ_0 · H$$	$$H = \frac{B}{µ_0}$$	$$J = 0$$	$$M = 0$$	$$μ_r = 1$$	$$χ = 0$$
$μ_0$ = 4·π·10 -7 (Гн/м) — проницаемость вакуума, $μ = μ_r · μ_0$ (Гн/м) — проницаемость данного материала

Энергия магнитного поля

Магнитное поле содержит энергию, объемную плотность которой можно рассчитать по следующему уравнению (для среды с постоянной магнитной проницаемостью).

9T \left( \frac{dB}{dt} · H \right) dt $$

(14а)	(Вт/кг)
где: $T$ — период (с) возбуждения переменного тока, $f$ — частота (Гц), $D$ — плотность материала (кг/м 3 ), ед.: H (A /м), В (Т)

Возможность временного накопления энергии может быть использована с немагнитным материалом, напр. в воздушном зазоре дросселя или обратноходового трансформатора. В такой магнитопроводе, если $B_{материал} \приблизительно B_{зазор}$ (что обычно имеет место при малом воздушном зазоре), то значение $H$ будет отличаться в множитель относительной магнитной проницаемости материал, поэтому воздушный зазор может хранить значительно больше энергии, чем магнитопровод.

Optimum operating point P for a permanent magnet is where the product B and H reaches maximum BH _max

В постоянных магнитах теоретическая максимальная величина плотности энергии, которая может быть получена для данного материала, пропорциональна квадрату значения остаточной намагниченности $B_r = J_r$. На практике достижимо только около 60% этого значения. 92}{4 · μ_0}$$
(Дж/м ³ )

Оптимальная рабочая точка P для постоянного магнита находится там, где произведение B и H достигает максимума BH _max .

Трудности с определением магнитного поля

Трудно дать простое определение магнитного или электромагнитного поля.

Прогресс науки и техники базируется на некоторых величинах, которые пока не могут быть точно определены. Например, основной электрический заряд q или время t упоминаются без определения того, что они собой представляют. Ученые могут описать, но все еще не могут объяснить, что такое время или электрический заряд. Предполагается, что они существуют, имеют некоторый физический смысл и измеримы в данной системе единиц.

Магнитное поле может быть создано электрическим током, который сам по себе определяется как поток электрического заряда во времени. Эмпирически известно, что магнитное поле действует с механической силой на движущиеся заряженные частицы особым образом, описываемым уравнениями Максвелла. Следовательно, действие таких специфических механических сил в конечном итоге определяет наличие или отсутствие магнитного поля.

Или, другими словами, обнаружение магнитного поля можно свести к анализу таких механических сил, действующих на движущиеся электрически заряженные частицы. Это причина того, что в этой статье используется вводное определение, которое относится только к магнитным силам (механическим силам, вызванным магнитным полем). Такое определение кажется несколько замкнутым, но, как указано выше, из-за необъяснимой природы лежащей в его основе физики его нельзя сделать более точным.

По этим причинам многие книги и публикации по магнетизму либо вообще не дают определения, либо используют определение, подобное приведенному выше в этой статье. Типичные примеры приведены в таблице ниже.

Публикация	Определение Магнитное поле	Определение .
Ричард М. Бозорт Ферромагнетизм	Магнит притягивает кусок железа, даже если они не соприкасаются, и это действие на расстоянии считается вызванным магнитным полем. поле или силовое поле.	Напряженность силового поля, напряженность магнитного поля или намагничивающая сила H могут быть определены с точки зрения магнитных полюсов: в одном сантиметре от единичного полюса напряженность поля равна одной эрстеде.	Фарадей показал, что некоторые свойства магнетизма можно уподобить потоку, и представил бесконечные линии индукции , которые представляют направление и, благодаря их концентрации, поток в любой точке. […] Общее количество линий, пересекающих данную область под прямым углом, является потоком в этой области. Поток на единицу ар – это плотность потока, или магнитная индукция и обозначается символом B.
Дэвид С. Джайлс Введение в магнетизм и магнитные материалы	Одной из самых фундаментальных идей в магнетизме является концепция магнитного поля. Когда поле генерируется в объеме пространства, это означает, что происходит изменение энергии этого объема и, кроме того, существует градиент энергии, так что создается сила, которую можно обнаружить по ускорению электрического заряда, движущегося в нем. поле, силой, действующей на проводник с током, крутящим моментом на магнитном диполе, таком как стержневой магнит, или даже переориентацией спинов электронов внутри определенных типов атомов.	Существует несколько способов определения напряженности магнитного поля H. В соответствии с развитыми здесь идеями мы хотим подчеркнуть связь между магнитным полем H и генерирующим электрическим током. Поэтому мы определим единицу напряженности магнитного поля, ампер на метр, в терминах генерирующего тока. Самое простое определение состоит в следующем. Ампер на метр — это напряженность поля, создаваемого бесконечно длинным соленоидом, содержащим n витков на метр катушки и пропускающий ток 1 /n ампер.	Когда магнитное поле H создается в среде током, в соответствии с законом Ампера, реакция среды представляет собой ее магнитную индукцию B, также иногда называемую плотностью потока.
Магнитное поле , Британская энциклопедия	Магнитное поле, область вблизи магнитного поля, электрического тока или изменяющегося электрического поля, в которой наблюдаются магнитные силы.	Магнитное поле H можно рассматривать как магнитное поле, создаваемое протеканием тока в проводах […]	[…] магнитное поле B [можно рассматривать] как полное магнитное поле включая также вклад магнитных свойств материалов в поле.
Э. М. Перселл, Д. Дж. Морин, Электричество и магнетизм	Это взаимодействие токов и других движущихся зарядов можно описать, введя магнитное поле. […] Мы предлагаем продолжать называть $\mathbf{B}$ магнитным полем.	Если мы теперь определим векторную функцию $\mathbf{H}(x, y, z)$ в каждой точке пространства соотношением $$ \mathbf{H} \equiv \frac{\mathbf{ B}}{µ_0} — \mathbf{M} $$ […] Что касается $\mathbf{H}$, хотя для него придуманы и другие названия, мы будем называть его полем $\mathbf{H} $, или даже магнитное поле $\mathbf{H}$.	[…] на любую движущуюся заряженную частицу, оказавшуюся в этом поле, действует сила […], определяемая выражением $$ \mathbf{F} = q·\mathbf{E} + q·\mathbf{v} × \mathbf{B} $$ […] Мы возьмем уравнение в качестве определения $\mathbf{B}$.

Название электромагнитное поле используется для обозначения поля, непрерывно изменяющегося во времени. Говорят, что переменное электрическое поле (движущиеся электрические заряды) создает переменное магнитное поле, а переменное магнитное поле, в свою очередь, создает переменное электрическое поле. В результате возникает электромагнитное поле, в котором электрическая и магнитная составляющие неразрывно связаны между собой.

Однако, если, например, магнитное поле создается постоянным магнитом, результирующее поле не меняется со временем, поэтому составляющая электрического поля не создается. Такое поле тогда упоминается как магнитостатическое поле (постоянное во времени), чтобы явно отличить его от «электромагнитного поля» (которое изменяется во времени и сосуществует с переменной составляющей электрического поля).

Различие аналогично анализу электрических цепей с электростатическими эффектами. ^{Если нет изменений в распределении заряда (т. е. нет протекания тока), то анализ называют электростатическим, чтобы отличить его от других случаев.}

Магнитное поле вокруг движущегося электрона; распределение магнитного поля можно рассчитать по закону Био-Савара, предполагая, что скорость намного меньше скорости света

В своем узком значении название « магнитное поле » относится только к магнитостатическому полю или магнитной составляющей электромагнитного поля.

Однако в более широком смысле «магнитное поле» также используется для обозначения электромагнитного поля. Это потому, что электромагнитное поле содержит компонент магнитного поля , в котором магнитные силы «наблюдаемы» в соответствии с определением магнитного поля (см. также приведенную выше таблицу с кавычками различных определений). Более узкое или более широкое значение обычно ясно из контекста, если не определено явно.

Движущийся электрический заряд присоединил к себе магнитное поле, распределение которого подчиняется закону Био-Савара. Такое магнитное поле называется полем скорости и не излучается, если заряд движется с постоянной скоростью. Электростатическое поле простирается до бесконечности как от статического, так и от движущегося заряда.

Однако, когда заряд ускоряется (или замедляется), на протяжении всего времени ускорения и электрическое, и магнитное поля, окружающие заряд, искажаются. Пульсация включает в себя обе составляющие поля и излучается в сторону от заряда, неся с собой некоторую энергию.

Схема, иллюстрирующая создание электромагнитного поля электрическим зарядом: статический заряд (серый маленький кружок в центре) создает электростатическое поле (синяя область), которое статически распространяется в космос. Внезапное ускорение заряда (темно-синий маленький кружок) создает электромагнитный импульс (красное кольцо), который излучается в космос со скоростью света, а далекое пространство все еще содержит электростатическое поле того времени, когда заряд был неподвижен ( как показано серыми линиями). Заряд движется с постоянной скоростью v создает электрическое и магнитное поле, связанное с зарядом (зеленая область). Линии поля (черные линии) показывают направление и напряженность электрического поля.

Если заряд движется синусоидально, то и излучение принимает синусоидальный характер, что обеспечивает основу для беспроводной передачи информации (эквивалентной некоторому количеству энергии) через объем пространства.

Прием электромагнитных волн представляет собой тот же процесс, но в обратном порядке: электрические и магнитные компоненты поля могут перемещать заряды в антенне и, таким образом, создавать напряжение и ток, которые затем могут обрабатываться соответствующей электронной схемой для восстановления информации. (беспроводная связь) или энергии (беспроводная зарядка). Резонансные LC-цепи используются для повышения эффективности передачи-приема.

При анализе электромагнитных полей вводятся понятия ближнего поля и дальнего поля. Все магнитостатические эффекты можно рассматривать как возникающие в ближней области поля.

Электромагнитная волна с длиной волны λ , распространяющаяся в направлении x , содержащая компоненту электрического поля E в фазе с магнитным полем 0 B ; все три направления ( E , B и x ортогональны друг другу

Среда магнитного и электромагнитного поля

Статическое магнитное поле проникает в вещество, за исключением сверхпроводников, которые могут вытеснять поле изнутри ( B =0, H >0, M <0), поддерживая поверхностные токи.

Математические уравнения могут использоваться для описания электромагнитного поля либо как волны (электромагнитные волны), либо как частицы (например, фотоны), и оба представления оказались правильными с конкретной экспериментальной точки зрения. Если электромагнитное поле является волной, то неизвестно, в какой среде должна существовать такая волна, так как она одинаково хорошо распространяется и через вакуум, не содержащий никакой материи.

В квантовых теориях поля, таких как квантовая хромодинамика (КХД), отсутствие элементарных частиц не обязательно должно означать отсутствие какой-либо среды. Например, можно анализировать воздействие электромагнитного поля на вакуум в различных энергетических режимах. В результате такого анализа вакуум больше не является «свободным пространством», и теоретически частицы могут непрерывно создаваться и уничтожаться. ^{Таким образом, это свойство может быть причиной распространения электромагнитной энергии в кажущейся «пустой» среде.}

В квантовой теории поля электростатические силы между двумя зарядами можно рассматривать как возникающие из-за обмена виртуальными фотонами, которые представляют собой «флуктуации» пустого пространства.

Линии магнитного поля

См. также основную статью: Линии магнитного поля.

Силовые линии магнитного поля являются теоретическим понятием, и в действительности «линий» не существует. Однако эта концепция очень полезна для визуализации распределения магнитного потока или электрического поля. Линии представляют направление, которое касается направления данной векторной величины, такой как плотность магнитного потока в данном месте.

Если частицы железа поместить вблизи магнита, то они образуют вытянутые структуры, которые следуют линиям, проходящим между магнитными полюсами. Точно так же стрелка магнитного компаса, помещенная рядом с магнитом или электромагнитом, будет следовать контурам, созданным магнитными частицами.

Моделирование МКЭ, иллюстрирующее воображаемые линии магнитного поля вокруг стержневого магнита

Железо.

«линии магнитного поля» простираются в трехмерное пространство вокруг магнита ^{от JanDerChemiker, CC-BY-3.0}

По этой причине их также можно назвать «магнитными силовыми линиями», и их можно использовать для визуализации магнитного поля вокруг данного источника при нанесении на заданное поперечное сечение (двумерную плоскость). Плотность линий (например, количество линий на единицу площади) представляет амплитуду (чем ближе линии друг к другу, тем больше амплитуда). Линии никогда не могут пересекаться, и каждая линия представляет собой замкнутую кривую (т. е. не имеет ни начала, ни конца). Линии являются теоретической концепцией и поэтому могут простираться на бесконечную длину.

С чисто теоретической точки зрения силовые линии магнитного поля могут простираться до бесконечности, что означает, что один движущийся электрон может создавать магнитное поле, распространяющееся на всю вселенную, а если имеет место электромагнитное излучение, электромагнитное поле действительно может распространяться на огромные расстояния по всей вселенной. .

Однако напряженность магнитного поля уменьшается по мере удаления от источника. Поэтому на практике поля становятся исчезающе малыми на достаточно больших расстояниях от данного источника.

Аналогичная концепция используется для силовых линий электрического поля, но они начинаются с положительных зарядов и заканчиваются с отрицательными (линии электрического поля имеют источники, силовые линии магнитного поля — нет).

Магнитный диполь и момент

Магнитный дипольный момент $\vec m$ петли тока $\vec I$ с площадью петли $A$ и единичным вектором $\vec a$ (нормально к $А$)

Круговая петля с током — одна из простейших цепей, создающих магнитное поле. На большом расстоянии от такой петли поле подобно полю, создаваемому магнитный диполь из двух гипотетических магнитных монополей с противоположными зарядами, разнесенными на заданное расстояние (по аналогии с диполем, созданным двумя электрическими зарядами).

Магнитный момент будет действовать на магнитный диполь, помещенный во внешнее магнитное поле. Действующий момент будет пропорционален векторному произведению двух векторов: магнитного момента и плотности потока.

Магнитные моменты важны при анализе магнитных явлений, потому что орбита электрона в атоме в некотором смысле аналогична петле тока, следовательно, с ней связан магнитный момент. Эта аналогия лежит в основе объяснения диамагнетизма, при котором на орбитальные «петлевые токи» электронов воздействует внешнее магнитное поле.

Магнитные столбы

Простейший магнитный диполь создается петлей тока. Силовые линии, входящие в петлю с одной стороны, образуют южный магнитный полюс, а те, которые выходят из петли с другой стороны, создают противоположный северный магнитный полюс, так что линии указывают с севера на южный магнитный полюс.

Магнитные полюса создаются для любого контура электрического тока

Стержневой магнит с маркировкой магнитных полюсов N и S

Правило правой руки определяет направление и смысл векторов, и общепринятое соглашение состоит в том, что если смотреть на токовую петлю с током, текущим против часовой стрелки, то это северный полюс. В то же время, если смотреть с другого конца, будет казаться, что ток течет по часовой стрелке, и будет южный полюс.

Соглашение также таково, что конец стрелки компаса, указывающий на север, считается самим северным полюсом. Поскольку противоположные полюса притягиваются, то на географическом северном полюсе Земли находится магнитный южный полюс. Это просто следствие принятого соглашения об именах.

Магнитные полюса могут быть созданы в разных местах благодаря наличию магнитного материала. Из-за магнитной индукции материал будет намагничиваться и сам станет источником магнитного поля, простым примером является стержневой магнит.

Расположение магнитных полюсов зависит от геометрии магнитной цепи, ее магнитной истории, распределения источников магнитодвижущей силы и размагничивающего фактора цепи.

Магнитные монополи были теоретически предложены Полем Дираком в 1931 году как возможное объяснение квантования электрического заряда. ^{До сих пор все эксперименты по прямому обнаружению существования магнитных монополей не увенчались успехом.}

Тип магнетизма

По определению, магнитные эффекты вызываются магнитным полем, и все такие явления называются магнетизмом. Название «электромагнетизм» используется взаимозаменяемо с «магнетизмом», поскольку изменения электрического поля всегда создают магнитное поле.

Однако слово «магнетизм» также имеет несколько различных значений. Вся материя, состоящая из атомов, проявляет некоторый тип магнитного поведения, из которых существует несколько основных типов, зависящих от типа используемых химических элементов, атомной и кристаллической структуры, температуры и т. д. ^{Все они возникают из-за взаимодействия собственных магнитных диполей в атомах, благодаря магнитному полю:}

• диамагнетизм

• парамагнетизм

• ферромагнетизм

• ферримагнетизм

• антиферромагнетизм

• суперпарамагнетизм

• и другие, менее технические значения: суперферромагнетизм, супердиамагнетизм, гелимагнетизм, метамагнетизм, микромагнетизм, спиновое стекло, спиновый лед

Уравнения Максвелла

См. также основную статью: Уравнения Максвелла.

Уравнения Максвелла в дифференциальной форме
Закон Гаусса для электростатики	$$ \text{div } \mathbf{E} = \frac {\rho_{charge}}{\epsilon_0}$$
Закон Гаусса для магнетизма	$$ \text{div } \mathbf{B} = 0$$
Закон электромагнитной индукции Фарадея	$$ \text{curl } \mathbf{E} = — \frac {\partial \mathbf{B}}{\partial t}$$
Круговой закон Ампера	$$ \text{curl } \mathbf{B} = \mu_0 · \mathbf{J} + \mu_0 · \epsilon_0 · \frac {\partial \mathbf{E}}{\partial т}$$

Уравнения Максвелла математически полностью описывают взаимосвязь между электрическим и магнитным полями. Ранняя версия этих уравнений была впервые сопоставлена ​​шотландским физиком Джеймсом Клерком Максвеллом. Впоследствии они были унифицированы и выражены в векторной записи Оливером Хевисайдом, так что сегодня используются четыре фундаментальных уравнения, физический смысл которых можно резюмировать следующим образом:

• Закон Гаусса для электростатики ^{связывает распределение электрического заряда с электрическим полем,}

• Закон Гаусса для магнетизма ^{утверждает, что магнитных монополей не существует,}

• Закон электромагнитной индукции Фарадея ^{утверждает, что электрические поля создаются переменными магнитными полями,}

• Контурный закон Ампера ^{гласит, что магнитные поля создаются электрическими токами или изменяющимися электрическими полями.}

Уравнения могут быть математически записаны разными способами (например, в дифференциальной или интегральной форме) или в разных единицах (например, СГС или МКС). Их также можно сформулировать на основе более фундаментальной теории квантовой электродинамики.

В вакууме уравнения упрощаются, потому что нет ни зарядов, ни токов, ни свойств материала.

Генерация магнитного поля

Существует три основных источника магнитного поля, все они неразрывно связаны с электрическими зарядами и их свойствами:

• электрический ток (макроскопический)

• магнитные моменты субатомных частиц (собственные магнитные дипольные моменты, такие как спиновой момент электрона)

• испускание фотонов (электромагнитное излучение) из-за девозбуждения электронов в атомах.

Сила магнитного поля, действующая на магнитные полюса (соответственно отклоняется положение висящего магнита), слева направо: одинаковые полюса отталкиваются, противоположные полюса притягиваются, гвоздь (мягкий ферромагнитный материал) притягивается намагничивается и притягивается к любому полюсу магнита, сила на немагнитных материалах, таких как пластик и медь (без электрического тока), как правило, незначительна, электромагнитная катушка с током может отталкивать или притягивать магнит (в зависимости от полярности тока) , а сила на немагнитную нержавеющую сталь (например, типа 316) пренебрежимо мала

По электрическому току

Компасы обнаруживают магнитное поле внутри и вокруг катушки с электрическим током

Макроскопически генерация магнитного поля связана с неуравновешенным движением электрических зарядов. Например, в проводнике положительные заряды остаются связанными преимущественно с неподвижными атомами, а электроны могут свободно двигаться.

При подаче напряжения электроны дрейфуют и генерируют магнитное поле, распространяющееся на большие расстояния вокруг такого тока. Каждый отдельный электрон и каждый отдельный движущийся электрический заряд (положительный или отрицательный) создает вокруг себя магнитное поле.

В практических приложениях общее количество тока может быть увеличено за счет использования нескольких витков в обмотке. Например, ток на уровне миллиампер можно сделать эквивалентным нескольким амперам, используя достаточное количество витков (это значение 9).0639 N в уравнении (10)).

Все электрические токи генерируют магнитное поле, и даже очень слабые электрические сигналы посылаются в нервную систему, а нейроны генерируют обнаруживаемые магнитные поля. Такую активность можно обнаружить с помощью устройств SQUID, чтобы можно было провести магнитоэнцефалографию.

Ток в проводе можно измерить с помощью трансформатора тока путем обнаружения магнитного поля вокруг провода

Меньший ток можно использовать для создания сильного магнитного поля, используя несколько витков провода (как в катушке этого реле)

Электромагнит — источник магнитного поля

Изменение электрического поля приводит к генерации изменяющегося магнитного поля, и наоборот. Таким образом создается электромагнитное поле, включающее в себя как электрическую, так и магнитную составляющие. ^{Высокочастотные синусоидальные токи (с некоторой модуляцией) могут использоваться для излучения электромагнитных волн от и к антеннам.}

Молния – это внезапный разряд электрического тока, генерирующий импульс магнитного поля ^{от Nico36, Public Domain}

намагниченный кусок железа, притягивающий и удерживающий

В природе примером генерации магнитного поля является молния, представляющая собой внезапный разряд электрического тока, создающий вокруг себя импульс магнитного поля, а также электромагнитные волны широкого спектра, включая видимый свет. Такой магнитный импульс способен намагничивать природные минералы, такие как магнетит.

Эти естественные эффекты были первыми проявлениями магнетизма, которые позволили людям открыть, приручить и использовать магнитные и электромагнитные эффекты.

By intrinsic magnetic moments

Simplified illustration of electron’s orbital magnetic moment $\vec m_o$ and spin magnetic moment $\vec m_s$

На атомном и субатомном уровне такие частицы, как электрон, протон или нейтрон, обладают магнитным моментом.

Магнитные моменты можно концептуально представить как движение электрона (орбитальное или вращательное), которое было бы эквивалентно электрическому току. Однако эти эффекты не следуют классической физике — вместо этого они являются квантовыми явлениями.

Следовательно, они также являются источниками магнитного поля и соответственно взаимодействуют друг с другом. При соответствующих условиях взаимодействия достаточно сильны, чтобы спины электронов выровнялись параллельно друг другу, что привело к ферромагнетизму, ответственному за большинство «магнитных» эффектов в обычном понимании.

Ферромагнитные материалы (так называемые магнитомягкие материалы) обладают относительно высокой магнитной проницаемостью, поэтому они реагируют большим значением B для того же возбуждения, что и H (по сравнению с неферромагнитными материалами). По этой причине они используются для концентрации и проведения магнитного поля, чтобы можно было создать подходящую магнитную цепь, такую ​​как в электромагните, трансформаторе или электродвигателе.

Постоянные магниты используются в двигателях, генераторах, приводах, громкоговорителях, держателях, игрушках и т. д.

Если требуются очень сильные магнитные поля, то полезность ферромагнетиков уменьшается. Поля, превышающие 3 Тл, могут быть созданы с помощью электромагнитов Биттера, сверхпроводящих магнитов, импульсных методов или методов сжатия магнитного потока. Они способны создавать магнитные поля без помощи магнитного сердечника, но за счет других параметров, таких как очень высокие уровни электрической мощности, криогенное охлаждение, очень короткая длительность импульса и т. д.

Постоянный магнит представляет собой ферромагнитный материал, который изготовлен таким образом, чтобы максимизировать накопление энергии. Обычно это достигается за счет соответствующего химического состава и состава кристаллов, которые препятствуют движению доменных стенок, чтобы максимизировать коэрцитивную силу. В процессе намагничивания внутренние спины перестраиваются так, что их векторная сумма приводит к значительной магнитной поляризации.

Антенна в мобильном телефоне может быть просто плоской медной полосой (0,2 × 10 × 30 мм)

После удаления внешнего поля постоянные магниты сохраняют намагниченность и, таким образом, становятся новым источником магнитного поля ^{без необходимости в источнике питания.}

Для некоторых приложений нет необходимости в магнитных сердечниках или их использование нецелесообразно. Большинство телекоммуникаций, основанных на электромагнитных волнах (например, мобильный телефон), могут использовать неферромагнитные антенны для передачи и приема электромагнитных сигналов.

Затем электромагнитное поле передается через непроводящие среды (воздух, вакуум, строительные материалы, стекло). Проводящие материалы вызывают поглощение или отражение волн. Имеют место и другие волновые явления, такие как преломление и дифракция.

Антенны приводятся в действие электрическими токами высокой частоты (обычно от кГц до диапазона кГц, в зависимости от применения).

По фотонному излучению

Электрон переходит в более высокое энергетическое состояние, поглощая квант энергии, и высвобождается фотон, когда электрон переходит на более низкий энергетический уровень.

Фотон — это квант электромагнитной энергии, и, как и все электромагнитные волны, он содержит компоненты магнитного и электрического поля.

Электроны в атомах занимают квантованные энергетические уровни, и если все электроны занимают нижние позиции, говорят, что атом находится в основном состоянии.

Энергия может быть поглощена атомом электронами, перескакивающими на более высокий энергетический уровень. А если есть незанятый нижний энергетический уровень, то есть некоторая вероятность, что такой возбужденный электрон прыгнет вниз, испустив при этом фотон. Энергия такого фотона напрямую связана с разницей энергий между двумя состояниями электрона. Таким образом можно генерировать фотоны очень высокой энергии, с энергией жесткого рентгеновского излучения и выше.

Используя упрощенную аналогию, прыжок электрона — это движение, требующее ускорения, поэтому в некотором смысле это сродни генерации электромагнитной волны за счет электрического тока, как описано выше. Однако эта аналогия также неверна, потому что аналогия классической физики не может полностью представить квантовое по своей сути явление испускания фотона.

Высокоэнергетические процессы, такие как молния, создают плазму с сильно возбужденными электронами, которые излучают свет, когда перескакивают на более низкие энергетические уровни. ^{По той же причине пламя и огонь производят фотоны, причем цвет света зависит от вовлеченных химических компонентов.}

Однако даже обычное тепло способно возбуждать электроны, а вся материя выше абсолютного нуля излучает электромагнитное излучение. На этом основана работа тепловизионных камер, обнаруживающих инфракрасное излучение. Если вещество достаточно горячее, оно светится в видимом человеческому глазу спектре.

Магнитное поле и релятивистские эффекты

Магнитное поле или его эффекты зависят от системы отсчета: на верхнем изображении показан провод (серый) с положительными зарядами в неподвижном состоянии и отрицательными зарядами в движении — магнитная сила F _м толкает один движущийся заряд к проводу; на нижнем изображении система отсчета перемещается с движущимся зарядом (поэтому этот заряд остается неподвижным) — магнитная сила исчезает, и отрицательный заряд прижимается к проводу из-за электростатической силы F _e ^{потому что в проводе изменяется концентрация зарядов (из-за лоренцева сокращения)}

Существование магнитного поля зависит от системы отсчета. Магнитная сила зависит от скорости движущегося заряда. Поэтому, если инерциальная система отсчета (без ускорения) выбрана такой, что она движется вместе с зарядом, то заряд становится неподвижным и на него в этот момент не действует магнитная сила.

Из-за лоренцева сокращения из-за релятивистских эффектов кажущаяся плотность электрических зарядов изменяется, так что возникает электростатический дисбаланс и вместо магнитной силы может появиться электростатическая сила.

Движение электронов внутри атома не может быть описано классической физикой, но требует квантовой механики, которая также должна учитывать релятивистские эффекты.

Решения уравнений Максвелла, включающие замедление времени, требуют вывода очень сложных математических уравнений.

Хотя само существование магнитного поля связано с релятивистскими эффектами, для большинства практических целей и конструкций (особенно на более низких частотах) анализ можно свести к упрощенным случаям, безопасно игнорируя принципы относительности. Это похоже на законы движения Ньютона, для которых при обычных скоростях релятивистскими эффектами можно пренебречь.

См. также

• Электромагнетизм

• Напряженность магнитного поля

• Плотность потока

• Путаница между B и H

• Линии магнитного поля

• Магнитные материалы

Внешние видеоматериалы

Ссылки

---

¹⁾ Магнитное поле, Британская энциклопедия, {дата обращения 27 ноября 2013 г.}

^{2) 2) 2) , 2) , 2) , 2) , 2) , 2) , 2) , 2) , 2)} Дэвид С. Джайлс, Введение в магнетизм и магнитные материалы, 2-е издание, CRC Press, 1998, ISBN 9780412798603

^{3) , 3)} Никола А. Спалдин, Магнитные материалы, основы и приложения, второе издание, Cambridge University Press, 2011, ISBN 9780521886697

^{4) , 4) , 4) , 4) , 4) , 4) , 4) , 4) , 4) , 4) , 4) , 4) , 4) , 4) , 4) , 4) , 4) , 4) , 4) , 4) , 4)} Э. М. Перселл, Д.Дж. Морин, Электричество и магнетизм, 3-е издание, Cambridge University Press, 2013, ISBN 9781107014022

^{5) , 5) , 5) , 5) , 5) , 5) , 5) , 5) , 5) , 5) , 5) , 5)} Дэвид Дж. Гриффитс, Введение в электродинамику, 4-е изд., Пирсон, Бостон, 2013, ISBN 0321856562

⁶⁾ Алан Джеффри, Advanced Engineering Mathematics, Academic Press, стр. 2, 2008 . 626

⁷⁾ Производные единицы, выраженные в базовых единицах, брошюра СИ, {по состоянию на 6 января 2014 г.}

⁸⁾ Единицы со специальными названиями и символами; единицы, которые включают специальные названия и символы, брошюра SI, {по состоянию на 6 января 2014 г.}

^{9) , 9) , 9)} Дэвид Тонг, Электромагнетизм, Кембриджский университет, часть IB и часть II. Редди, К. М. и другие. Прогресс в синтезе тонких пленок уникального магнитомягкого высокоэнтропийного сплава CoCuFeNiZn. Научный доклад 11, 8836 (2021)

¹¹⁾ Rajasekhar Madugundo, Ozlem Koylu-Alkan, and George C. Hadjipanayis, «Постоянные магниты на основе Mn-Al-C, полученные различными методами», AIP Advances 6, 056009 (2016)

6 ) T.M. Pekarek, P.S. Edwards, T.L. Olejniczak, C. Lampropoulos, I. Miotkowski, and A.K. Ramdas, «Магнитные свойства слоистого III-VI разбавленного магнитного полупроводника Ga1-xFexTe», AIP Advances 6, 056222 (2016)

^{13) , 13) , 13)} IEEE Magnetics, MAGNETIC UNITS, {дата обращения: 01.05.2021}

¹⁴⁾ Zhang, Y., Zuo, T., Cheng, Y. et al. Высокоэнтропийные сплавы с высокой намагниченностью насыщения, удельным электрическим сопротивлением и ковкостью. Sci Rep 3, 1455 (2013)

¹⁵⁾ Y. Wu, X. L. Dong, H. X. Yang, X. J. Wang, X. J. Huang, J. Q. Li, F. Zhou, X. J. Zhou, and Z. X. Zhao, «Магнитный переход в α-NaCuPO4 с цепями Cu-O», AIP Advances 2, 032172 (2012)

¹⁶⁾ Джи Чен, Мансур Бин Абдул Джалил и Сенг Гхи Тан, «Спиновый крутящий момент на поверхности графена при наличии спин-орбитального расщепления», AIP Advances 3, 062127 (2013)

^{0 17) , 17)} Bureau International des Poids et Mesures, Международная система единиц (СИ), 9-е издание, 2019 г., {дата обращения: 10.04.2021}

^{18) , 18) , 18)} Славомир Туманьски, Справочник по магнитным измерениям, CRC Press / Taylor & Francis, Boca Raton, FL, 2011, ISBN 9780367864958

^{19) , 19) , 19) , 19) , 19) , 19)} С. Зурек, Характеристика магнитомягких материалов при намагничивании вращением, CRC Press, 2019, ISBN 97803678

^{20) , 20) , 20) , 20)} Марцин Леонович, Ежи Й. Выслоцкий, Современные магниты, технологии, механизмы коэрцитивной силы, приложения (на польском языке: Współczesne magnesy, Technologie, Mechanizmy koercji, Zastosowania), Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Варшава, 2005, ISBN 3 0926

²¹⁾ Мэри Энн Уайт, Физические свойства материалов, второе издание, CRC Press, 2011, ISBN 9781439866511, с. 359

²²⁾ Производные единицы, выраженные в базовых единицах, брошюра СИ, {по состоянию на 6 января 2014 г.} единицы, которые включают специальные названия и символы, брошюра SI, {по состоянию на 6 января 2014 г.}

^{24) , 24) , 24)} Б.Д. Каллити, К.Д. Грэм, Введение в магнитные материалы, 2-е издание, Wiley, IEEE Press, 2009, ISBN 9780471477419

²⁵⁾ Райнер Хильзингер, Вернер Родевальд, Магнитные материалы, основы, продукты, свойства, приложения, VAC Vacuumschmelze201, Publicis , ISBN 9783895783524

²⁶⁾ Бхаг Сингх Гуру, Хусейн Р. Хизироглу, Основы теории электромагнитного поля, Cambridge University Press, 2004, ISBN 9781139451925, с. 1

²⁷⁾ Ричард М. Бозорт, Ферромагнетизм, IEEE Press, 2003, ISBN 0780310322, с. 1-3

²⁸⁾ Магнитное поле, Британская энциклопедия онлайн, {дата обращения: 07.03.2020}

²⁹⁾ На момент написания этой статьи не было отдельной записи под названием «напряженность магнитного поля» {проверено 7 марта 2020 г.}. Краткое определение было включено в статью «Магнитное поле» Британской энциклопедии онлайн, {по состоянию на 07 марта 2020 г.}.

³⁰⁾ На момент написания этой статьи не было отдельной записи под названием «плотность магнитного потока» {дата обращения: 07.03.2020}. Краткое определение было включено в статью «Магнитное поле» Британской энциклопедии онлайн, {по состоянию на 07 марта 2020 г.}.

³¹⁾ Мехта Нирадж, Прикладная физика для инженеров, PHI Learning Pvt. Ltd., ISBN 9788120342422, с. 541

³²⁾ Джулиус Адамс Стрэттон, Электромагнитная теория, John Wiley & Sons, 2007, ISBN 9780470131534, с. 225

³³⁾ C. Максфилд и др., Электротехника: все знать, Newnes, 2011, ISBN 9780080949666, с. 1004

³⁴⁾ Натан Ида, Инженерная электромагнетика, Springer Science & Business Media, 2004, ISBN 9780387201566, с. 1149

³⁵⁾ Элизабет Вербос, Вакуумные свойства КХД в электромагнитном поле, Мэрилендский университет, Колледж-Парк. Физика, ISBN 978110

52, с. 1-32

³⁶⁾ Махмуд Нафуси, Виртуальные частицы, включая виртуальные фотоны, https://medium.com / виртуальные частицы, {дата обращения: 15 мая 2021 г.}

³⁷⁾ Джон Битесон , Визуализация магнитных полей, Решатели численных уравнений в действии, Academic Press, 2001, ISBN 9780120847310, с. 7-9

^{38) , 38)} Джо Розен, Энциклопедия физики, Infobase Publishing, 2009, ISBN 9781438110134, с. 198-200

³⁹⁾ Trower, W., Магнитное обнаружение магнитных монополей, IEEE Transactions on Magnetics, vol. 19 (5), 1983, с. 2061

⁴⁰⁾ М. В. Рэй, Э. Руококоски, С. Кандель, М. Мёттонен, Д. С. Холл, Наблюдение монополей Дирака в синтетическом магнитном поле, Nature, 505, январь 2014 г., с. 657

⁴¹⁾ Уравнения Максвелла, Британская энциклопедия, {по состоянию на 18 декабря 2013 г.}

^{42) , 42) , 42)} Махеш С. Джайн, Учебник инженерной физики, часть 2, PHI Learning Pvt. ООО, с. 4.42-4.70, ISBN 9788120340602

⁴³⁾ Дипак Л. Сенгупта, Валдис В. Лиепа, Прикладная электромагнетика и электромагнитная совместимость, John Wiley & Sons, 2005, ISBN 978024517462 28

⁴⁴⁾ Хьюберт Прейсль, Магнитоэнцефалография, Gulf Professional Publishing, 2005, ISBN 9780123668691, с. хи

⁴⁵⁾ Бхаг Сингх Гуру, Хусейн Р. Хизироглу, Основы теории электромагнитного поля, Cambridge University Press, 2004, ISBN 9781139451925, с. 8

⁴⁶⁾ JFW Bowles, R.A. Howie, DJ Vaughan, J. Zussman, Породообразующие минералы, Лондонское геологическое общество, 2011, ISBN 97818623, с. 403

^{47) , 47)} J.M.D. Коуи, Магнетизм и магнитные материалы, Cambridge University Press, 2010, ISBN 9780521816144

⁴⁸⁾ Тапан Чаттерджи, Рассеяние нейтронов на магнитных материалах, Gulf Professional Publishing, 2005, ISBN 9780080457055, с. 3

⁴⁹⁾ Алмадена Щелканова, Стюарт А. Вольф, Ив Идзерда, Магнитные взаимодействия и спиновой перенос, Springer, 2003, ISBN 9780306473524, с. 316

^{50) , 50)} Сошин Чикадзуми, Физика ферромагнетизма, 2-е издание, Oxford University Press, 2009 г., ISBN 9780199564811

⁵¹⁾ Уоррен Л. Штуцман, Гэри А. Тиле, Теория и конструкция антенн, John Wiley & Sons, 2012, ISBN 9780470576649, стр. 88

^{52) , 52)} Чарльз Х. Холброу, Джеймс Н. Ллойд, Джозеф К. Амато, Энрике Гальвес, М. Элизабет Паркс, Современная вводная физика, 2-е изд., Спрингер, Нью-Йорк, ISBN 97803877

^{53) , 53)} Ринальдо М., Нири и Вудман. (2020, 5 ноября). Электрические и магнитные поля и специальная теория относительности, Libretexts.org, {дата обращения: 10 мая 2021 г.}

Магнитное поле, Теория магнетизма, Counter

5 фактов о том, что увеличивает силу магнитного поля? – Lambda Geeks

Сила проводника с током в магнитном поле увеличивается за счет увеличения тока, возникающего в проводнике за счет увеличения энергии магнитного поля. Магнитное поле и напряженность магнитного поля обозначаются буквами B и H.

Магнитное поле может полностью воздействовать на электрический заряд, если его бегущий заряд генерирует магнитное поле. Эта сила увеличивается с одним, а с другим увеличивается заряд и напряженность магнитного поля. Кроме того, сила больше, когда заряды имеют большие скорости. Формула силы, выраженная как F= qvB sinƟ, где Ɵ — угол меньше 180 градусов.

Что увеличивает магнитную силу магнита?

Подводя один магнит к другому, насыпь является примером, насыпные магниты будут функционировать как один большой магнит и использовать более высокие магнитные достижения. При соединении дополнительных магнитов прочность увеличивается, поскольку длина насыпи совпадает с диаметром.

По мере наложения дополнительного заряда в дополнительном или большем движении, стойкость магнитного поля увеличивается. Мы можем усилить магнит, связав катушку куском железа, например железным гвоздем, подведя дополнительные витки к катушке и увеличив ток, протекающий через катушку.

Магнит, притягивающий монеты Изображение предоставлено: pixabay

Рассмотрим стержневой магнит. Поднесите железный гвоздь к магниту; по мере того, как мы приближаем магнит к гвоздю, в какой-то момент гвоздь движется к магниту и прилипает к магниту, это из-за магнитной силы притяжения магнита и гвоздя увеличивается. Гвоздь прикладывает эту силу; следовательно, это магнитная сила.

Магнитное поле усиливается путем связывания катушки с железом Изображение предоставлено pixabay

Что увеличивает магнитную силу Земли?

Заземляющая втулка нагревается и расплывается. Следовательно, конвективный ток в земной ступице увеличивает магнитную силу Земли. Магнитная сила Земли также увеличивается за счет электрического тока в водном внешнем центре или жидком внешнем ядре. Общая магнитная сила Земли составляет от 25 000 до 65 000 нТл.

Центр Земли состоит из расплавленной жидкости, состоящей из таких металлов, как железо и никель. Из-за механизма сбора эти металлы имеют множество свободных электронов, начиная с этих сплавленных металлов. Это означает, что сплавленные жидкости вместе со свободными электронами начинаются с центра земли.

Движущиеся электроны называют током, который создает магнитное поле вокруг объекта; следовательно, благодаря этому жесту свободные электроны могут увеличить магнитную силу Земли. Земляной хаб имеет температуру более 1043 К.

Магнитная сила земли Изображение предоставлено: pixabay

Что увеличивает силу магнитного поля между двумя пластинами?

Ток, протекающий в пластинах, и плотность потока в воздушном зазоре ответственны за увеличение силы магнитного поля между двумя пластинами. Если расстояние между двумя пластинами увеличить вдвое, магнитные силы между ними упадут до четверти начального значения.

Если две пластины заряжаются, происходит изменение электрического поля. Это модифицированное электрическое поле порождает точно такое же магнитное поле, приобретаемое током по проводу. Линии магнитного поля загибаются по окружности по траектории между пластинами.

Сила магнитного поля между двумя пластинами увеличивается, потому что ток течет в обратном направлении в двух пластинах и создает магнитное поле B путем размещения или наложения. Поле, в результате, на одной из пластин всего 21В. Сила, действующая на пластину, составляет 21B×i×длина×ширина=2µ0B2 на единицу площади.

Что увеличивает силу магнитного поля провода?

Величина силы, действующей на проводник с током, увеличивается при увеличении емкости магнитной связи. Безмерность магнитной силы также зависит от размеров провода в магнитном поле. Чем выше провод в магнитном поле, тем больше сила на проводе.

Плавкий провод, несущий электрический ток, объединил с собой магнитное поле. Безмерность магнитного поля, создаваемого в точке доступа, увеличивается по мере увеличения тока и длины провода. Магнитное поле, создаваемое допустимым током в проводнике, уменьшается по мере удаления его от него.

Небольшие магнитные поля, приобретаемые током во всех витках катушки, суммируются друг с другом, создавая мощное всестороннее магнитное поле. Мощность магнитного поля над соленоидом можно увеличить, увеличив несколько витков катушки, увеличив ток.

Сила магнитного поля в проводе увеличивается Изображение предоставлено: pixabay

Что увеличивает силу магнитного поля объекта?

Два объекта, имеющих заряд с одинаковой ориентацией движения, содержат между собой вынужденную магнитную силу, увеличивающую силу магнитного поля объекта. Следовательно, магнитная сила является развитием электромагнитной силы и вызывается движением зарядов.

Магнитные поля — это места, где Объект отображает магнитное воздействие. Поля изменяют соседние объекты через вещи, называемые силовыми линиями магнитного поля. Магнитный объект может захватить или оттолкнуть другой магнитный объект. Магнитные силы не имеют отношения к гравитации.

Невидимое положение вокруг магнитного объекта относительно него или отталкивание магнитного объекта от него называется магнитным полем. Емкость магнита можно увеличить, увеличив количество проволочных петель на железной ступице и увеличив ток или напряжение.

Что увеличивает силу магнитного поля на движущийся заряд?

Магнитное поле может воздействовать на электрический заряд, только если он находится в движении, только так, как движущийся заряд создает магнитное поле. Эта сила увеличивается как с увеличением заряда, так и с силой магнитного поля. Кроме того, магнитное поле — это сила, которая выше, когда заряды имеют большие скорости.

Магнитная сила не может быть приложена. Следовательно, он каждый раз находится под прямым углом к ​​скорости. Силы нет, если скорость объекта совпадает с направлением вектора магнитного поля. Сила увеличивается с зарядом, скоростью и емкостью магнитного поля.

Магнитное поле, создаваемое движущимися зарядами, представляет собой электрическое поле, являющееся следствием специальной теории относительности. Правило правой руки определяет направление магнитного поля. Сила определяется зарядами, умноженными на произведение скорости и магнитного поля.

Наиболее часто задаваемые вопросы

Что такое магнитное поле?

Магнитное поле определяется как «часть пространства, примыкающая к магнитному телу или телу с током, в котором возникает магнитная форма. В результате тело или ток могут быть идентифицированы».

Ряд магнитных частиц или движение электрического заряда, ограниченное силой магнетизма, приводит в действие. Магнитное поле — это векторная область в окружении магнита, электрического тока или запрещающего электрического поля, в которой заметны магнитные силы.

Магнитные поля, подобные земным, заставляют магнитные стрелки компаса и еще один вечный магнит выстраиваться в соответствии с ориентацией поля. Магнитные поля заставляют электрически заряженные молекулы двигаться по округлой или спиральной траектории.

Как лечат магниты?

Магниты не лечат. Магнитно-резонансная томография применяет очень мощные магнитные поля и еще более мощные, чем может генерировать обычный магнит; магнитно-резонансная томография не оказывает прямого влияния на состояние больного и может иметь косвенный эффект в качестве инструмента атрибуции.

Железо в нашей крови находится на слишком низком уровне конвергенции, чтобы быть поврежденным слабыми магнитными полями обычных магнитов. Более того, молекулы железа в нашей крови сдерживаются молекулами гематина. Атом железа в молекуле гематина удерживается химической связью, опосредованной состоянием электронов, что приводит к снижению ферромагнитных характеристик атома железа.

Дефицит исцеляющих персонажей для магнитов был представлен много раз через командную демонстрацию.

Магнитно-резонансная томография Изображение предоставлено: pixabay

Какое самое сильное магнитное поле когда-либо наблюдалось?

Самые сильные магнитные поля, которые воспринимаются с точки зрения защиты, находятся в магнетарах, а магнетары — это нейтронные звезды со странно большими или высокими магнитными полями, примерно в 100 000 раз превышающими магнитное поле обычного пульсара.

Чрезвычайно сильное магнитное поле скрыто под и снаружи звезды, но внезапно вырывается наружу, создавая чрезвычайно сильную кратковременную вспышку твердого рентгеновского излучения, а также значительно улучшая обычное рентгеновское

переменное состояние. В остальное время магнетары сравнительно малоподвижны и в последнее время вращаются со сравнительно небольшими дипольными полями.

Почему все металлы магнитятся?

Магнетизм в металле создается неравномерным рассеянием электронов в молекуле определенных компонентов. Неравномерная циркуляция и движение, возникающие в результате этого неравномерного рассеяния электронов, передают заряд внутрь молекул туда и обратно, создавая магнитные диполи.

Магнитные материалы постоянно собираются из металла, но не каждый металл является магнитным. Железо магнитное, поэтому каждый металл и железо в нем будут пленены магнитом. Сталь состоит из железа, так что этот стальной зажим для драгоценных камней тоже будет притягиваться к магниту. Большинство разнородных металлов, таких как алюминий, золото и медь, не обладают магнитными свойствами.

Все металлы не являются магнитными, потому что при применении они должны быть магнитными материалами, и они должны иметь поглощательную способность больше, чем у свободной площади, которая, как считается, имеет поглощательную способность на единицу большую, чем единица, означает, что изменчивость предпочтительно может происходить вместе с материалом, чем пройти через область рядом с ним.