Обнаружение магнитного поля по его действию на электрический ток. Правило левой руки

Благодаря сегодняшнему видеоуроку мы узнаем, как происходит обнаружение магнитного поля по его действию на электрический ток. Запомним правило левой руки. С помощью опыта мы узнаем, как происходит обнаружение магнитного поля по его воздействию на другой электрический ток. Изучим, в чём состоит правило левой руки.

На этом уроке мы обсудим вопрос, связанный с обнаружением магнитного поля по его действию на электрический ток, и познакомимся с правилом левой руки.

Обратимся к опыту. Первый подобный эксперимент по исследованию взаимодействия токов был проведен французским ученым Ампером в 1820 году. Эксперимент заключался в следующем: по параллельным проводникам пропускали электрический ток в одном направлении, затем в разных направлениях наблюдали взаимодействие этих проводников.

Рис. 1. Опыт Ампера. Сонаправленные проводники с током притягиваются, противонаправленные отталкиваются

Если взять два параллельных проводника, по которым проходит электрический ток в одном направлении, то в этом случае проводники будут друг к другу притягиваться. Когда в тех же самых проводниках электрический ток проходит в разных направлениях, проводники отталкиваются. Таким образом, мы наблюдаем силовое действие магнитного поля на электрический ток. Итак, можно сказать следующее: магнитное поле создается электрическим током и обнаруживается по его действию на другой электрический ток (сила Ампера).

Когда было проведено большое количество аналогичных экспериментов, то было получено правило, которое связывает между собой направление магнитных линий, направление электрического тока и силовое действие магнитного поля. Это правило получило название правило левой руки . Определение: левую руку нужно расположить таким образом, чтобы магнитные линии входили в ладонь, четыре вытянутых пальца указывали направление электрического тока — тогда отогнутый большой палец укажет направление действия магнитного поля.

Рис. 2. Правило левой руки

Обратите внимание: мы не можем говорить о том, что, куда направлена магнитная линия, туда и действует магнитное поле.

Здесь взаимосвязь между величинами несколько сложнее, поэтому мы пользуемся правилом левой руки .

Вспомним, что электрический ток — это направленное движение электрических зарядов. Значит, магнитное поле действует на движущийся заряд. И мы можем воспользоваться в данном случае так же правилом левой руки для определения направления этого действия.

Обратите внимание на рисунок, на котором приведены различные случаи использования правила левой руки, и проанализируйте каждый случай самостоятельно.

Рис. 3. Различные случаи применения правила левой руки

Напоследок, еще один важный факт. Если электрический ток или скорость заряженной частицы направлены вдоль линий магнитного поля, то никакого действия магнитного поля на эти объекты не будет.

Список дополнительной литературы:

Асламазов Л.Г. Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях // Квант. — 1984. — № 4. — С. 24-25. Мякишев Г.Я. Как работает электродвигатель? // Квант. — 1987. — № 5. — С. 39-41. Элементарный учебник физики. Под ред. Г.С. Ландсберга. Т. 2. — М., 1974. Яворский Б.М., Пинский А.А. Основы физики. Т.2. — М.: Физматлит, 2003.

Из курса физики 8 класса вы знаете, что на всякий проводник с током, помещённый в магнитное поле и не совпадающий с его магнитными линиями, это поле действует с некоторой силой.

Наличие такой силы можно показать с помощью установки, изображённой на рисунке. Трёхсторонняя рамка ABCD, изготовленная из медной проволоки, подвешена на крюках так, что может свободно отклоняться от вертикали. Сторона ВС находится в области наиболее сильного магнитного поля дугообразного магнита, располагаясь между его полюсами (рис. а). Рамка присоединена к источнику тока последовательно с реостатом и ключом.

Рис. Действие магнитного поля на проводник с током

При замыкании ключа в цепи возникает электрический ток, и сторона ВС втягивается в пространство между полюсами (рис. б).

Если убрать магнит, то при замыкании цепи проводник ВС двигаться не будет. Значит, со стороны магнитного поля на проводник с током действует некоторая сила, отклоняющая его от первоначального положения.

Действие магнитного поля на проводник с током может быть использовано для обнаружения магнитного поля в данной области пространства.

Конечно, обнаружить магнитное поле проще с помощью компаса. Но действие магнитного поля на находящуюся в нём магнитную стрелку компаса, по существу, тоже сводится к действию поля на элементарные электрические токи, циркулирующие в молекулах и атомах магнитного вещества, из которого изготовлена стрелка.

Таким образом, магнитное поле создаётся электрическим током и обнаруживается по его действию на электрический ток.

Изменим направление тока в цепи, поменяв местами провода в гнёздах изолирующей штанги (рис.). При этом изменится и направление движения проводника ВС, а значит, и направление действующей на него силы.

Рис. Направление силы, действующей в магнитном поле на проводник с током, зависит от направления тока

Направление силы изменится и в том случае, если, не меняя направления тока, поменять местами полюсы магнита (т.

е. изменить направление линий магнитного поля). Следовательно, направление тока в проводнике, направление линий магнитного поля и направление силы, действующей на проводник, связаны между собой.

Направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле, можно определить, пользуясь правилом левой руки.

В наиболее простом случае, когда проводник расположен в плоскости, перпендикулярной линиям магнитного поля, это правило заключается в следующем: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре пальца были направлены по току, то отставленный на 90° большой палец покажет направление действующей на проводник силы (рис).

Рис. Применение правила левой руки к проводнику с током

Пользуясь правилом левой руки, следует помнить, что за направление тока в электрической цепи принимается направление от положительного полюса источника тока к отрицательному. Другими словами, четыре пальца левой руки должны быть направлены против движения электронов в электрической цепи. В таких проводящих средах, как растворы электролитов, где электрический ток создаётся движением зарядов обоих знаков, направление тока, а значит, и направление четырёх пальцев левой руки совпадает с направлением движения положительно заряженных частиц.

С помощью правила левой руки можно определить направление силы, с которой магнитное поле действует на отдельно взятые движущиеся в нём частицы, как положительно, так и отрицательно заряженные.

Для наиболее простого случая, когда частица движется в плоскости, перпендикулярной магнитным линиям, это правило формулируется следующим образом: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре пальца были направлены по движению положительно заряженной частицы (или против движения отрицательно заряженной), то отставленный на 90° большой палец покажет направление действующей на частицу силы (рис.).

Рис. Применение правила левой руки к заряженным частицам, движущимся в магнитном поле

По правилу левой руки можно также определить направление тока (если знаем, как направлены линии магнитного поля и действующая на проводник сила), направление магнитных линий (если известны направления тока и силы), знак заряда движущейся частицы (по направлению магнитных линий, силы и скорости движения частицы) и т. д.

Следует отметить, что сила действия магнитного поля на проводник с током или движущуюся заряженную частицу равна нулю, если направление тока в проводнике или скорость частицы совпадают с линией магнитной индукции или параллельны ей (рис.).

Рис. Магнитное поле не действует в случаях, если прямолинейный проводник с током или скорость движущейся заряженной частицы па раллельны линиям магнитного поля или совпадают с ними

Домашняя работа.

Задание 1. Ответь на вопросы.

1. Какой опыт позволяет обнаружить наличие силы, действующей на проводник с током в магнитном поле?
2. Как обнаруживается магнитное поле?
3. От чего зависит направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле?
4. Сформулируйте правило левой руки для находящегося в магнитном поле проводника с током; для движущейся в этом поле заряженной частицы.
5. Что можно определить, пользуясь правилом левой руки?
6. В каком случае сила действия магнитного поля на проводник с током или движущуюся заряженную частицу равна нулю?

Задание 2. Реши ребус.

К занятию прикреплен файл «Это интересно!». Вы можете скачать файл в любое удобное для вас время.

Использованные источники:

http://www.tepka.ru/fizika_9/36.html

Вопросы.

1. Как на опыте обнаружить наличие силы, действующей на проводник с током в магнитном поле?

Нужно разместить проводник с током между полюсами магнита так, чтобы направление тока было перпендикулярно линиям магнитного поля, а крепление позволяло проводнику двигаться. При пропускании тока проводник будет отклоняться, но этого не произойдет, если убрать магнит.

2. Как обнаруживается магнитное поле?

Магнитное поле можно обнаружить по его действию на магнитную стрелку или на проводник с током.

3. От чего зависит направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле?

От направления тока и направления магнитных линий.

4. Как читается правило левой руки для находящегося в магнитном поле проводника с током? для движущейся в этом поле заряженной частицы?

Если расположить левую руку так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь перпендикулярно к ней, а вытянутые четыре пальца указывали направление тока (направление движения положительно заряженной частицы), то отставленный на 90° большой палец покажет направление силы, действующей на проводник.

5. Что принимается за направление тока во внешней части электрической цепи?

Это направление от положительного полюса к отрицательному.

6. Что можно определить, пользуясь правилом левой руки?

Направление силы, действующей на проводник, зная направление тока и линий магнитного поля. Направление тока, зная направление силы и магнитных линий. Направление линий магнитного поля, зная направление тока и силы, действующей на проводник.

7. В каком случае сила действия магнитного поля на проводчик с током или движущуюся заряженную частицу равна нулю?

В случае когда направление движения тока или направление скорости частиц совпадает с направлением линий магнитной индукции сила действия магнитного поля равна нулю.

Упражнения.

1. В какую сторону покатится легкая алюминиевая трубочка при замыкании цепи (рис. 112)?

По правилу левой руки определяем, что вправо.

2. На рисунке 113 изображены два оголенных проводника, соединенных с источником тока, и легкая алюминиевая трубочка АВ. Вся установка находится в магнитном поле. Определите направление тока в трубочке АВ, если в результате взаимодействия этого тока с магнитным полем трубочка катится по проводникам в направлении, указанном на рисунке. Какой полюс источника тока является положительным, а какой — отрицательным?

По правилу левой руки ток движется от точки А к В, следовательно верхний полюс источника тока — положительный, а нижний — отрицательный.

3. Между полюсами магнитов (рис. 114) расположены четыре проводника с током. Определите, в какую сторону движется каждый из них.

Слева — вверх, вниз. Справа — вниз, вверх.

4. На рисунке 115 изображена отрицательно заряженная частица. движущаяся со скоростью v в магнитном поле. Сделайте такой же рисунок в тетради и укажите стрелочкой направление силы, с которой поле действует на частицу.

5. Магнитное поле действует с силой F на частицу, движущуюся со скоростью v (рис. 116). Определите знак заряда частицы.

Знак заряда частицы — отрицательный (применяем правило левой руки).

Обнаружение магнитного поля по его действию на электрический ток. Правило левой руки
Электромагнитные явления

Благодаря сегодняшнему видеоуроку мы узнаем, как происходит обнаружение магнитного поля по его действию на электрический ток. Запомним правило левой руки. С помощью опыта мы узнаем, как происходит обнаружение магнитного поля по его воздействию на другой электрический ток. Изучим, в чём состоит правило левой руки.

На этом уроке мы обсудим вопрос, связанный с обнаружением магнитного поля по его действию на электрический ток, и познакомимся с правилом левой руки.

Обратимся к опыту. Первый подобный эксперимент по исследованию взаимодействия токов был проведен французским ученым Ампером в 1820 году. Эксперимент заключался в следующем: по параллельным проводникам пропускали электрический ток в одном направлении, затем в разных направлениях наблюдали взаимодействие этих проводников.

Рис. 1. Опыт Ампера. Сонаправленные проводники с током притягиваются, противонаправленные отталкиваются

Если взять два параллельных проводника, по которым проходит электрический ток в одном направлении, то в этом случае проводники будут друг к другу притягиваться. Когда в тех же самых проводниках электрический ток проходит в разных направлениях, проводники отталкиваются. Таким образом, мы наблюдаем силовое действие магнитного поля на электрический ток. Итак, можно сказать следующее: магнитное поле создается электрическим током и обнаруживается по его действию на другой электрический ток (сила Ампера).

Когда было проведено большое количество аналогичных экспериментов, то было получено правило, которое связывает между собой направление магнитных линий, направление электрического тока и силовое действие магнитного поля. Это правило получило название правило левой руки . Определение: левую руку нужно расположить таким образом, чтобы магнитные линии входили в ладонь, четыре вытянутых пальца указывали направление электрического тока — тогда отогнутый большой палец укажет направление действия магнитного поля.

Рис. 2. Правило левой руки

Обратите внимание: мы не можем говорить о том, что, куда направлена магнитная линия, туда и действует магнитное поле. Здесь взаимосвязь между величинами несколько сложнее, поэтому мы пользуемся правилом левой руки .

Вспомним, что электрический ток — это направленное движение электрических зарядов. Значит, магнитное поле действует на движущийся заряд. И мы можем воспользоваться в данном случае так же правилом левой руки для определения направления этого действия.

Обратите внимание на рисунок, на котором приведены различные случаи использования правила левой руки, и проанализируйте каждый случай самостоятельно.

Рис. 3. Различные случаи применения правила левой руки

Напоследок, еще один важный факт. Если электрический ток или скорость заряженной частицы направлены вдоль линий магнитного поля, то никакого действия магнитного поля на эти объекты не будет.

Список дополнительной литературы:

Асламазов Л. Г. Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях // Квант. — 1984. — № 4. — С. 24-25. Мякишев Г.Я. Как работает электродвигатель? // Квант. — 1987. — № 5. — С. 39-41. Элементарный учебник физики. Под ред. Г.С. Ландсберга. Т. 2. — М., 1974. Яворский Б.М., Пинский А.А. Основы физики. Т.2. — М.: Физматлит, 2003.

Магнитное поле и электрическое поле в чем разница

Подобно тому, как покоящийся электрический заряд действует на другой заряд посредством электрического поля, электрический ток действует на другой ток посредством магнитного поля. Действие магнитного поля на постоянные магниты сводится к действию его на заряды, движущиеся в атомах вещества и создающие микроскопические круговые токи.

Что такое электрическое поле?

В физике под этим понятием принято понимать векторное поле, которое формируется вокруг частиц или тел, обладающих определенным зарядом. Электрическое поле считается одной из двух неотъемлемых составляющих электромагнитного поля.

Чтобы лучше разобраться в природе этого явления, нужно вспомнить, что такое кулоновская сила. Закон Кулона служит для определения степени взаимодействия между каждым из пары точечных электрических зарядов. При этом он учитывает сведения об интервале между ними.

Чтобы разобраться в напряженности явления, стоит обратиться к такому примеру:

1. Есть 2 тела, которые обладают зарядом. При этом одно из них является неподвижным, а второе – перемещается вокруг первого.
2. Кулоновская сила в этом случае равняется произведению заряда и напряженности.
3. Напряженность будет включать параметр центрального заряда и квадрат расстояния от центра до второго тела.

Примечательно, что для каждой точки электрического поля параметр кулоновской силы и направление будут отличаться. В силу разницы направлений в разных точках понятие считается векторным.

Что такое магнитное поле?

В качестве лучшего примера стоит привести планету Земля. Ее центральная часть состоит из раскаленного железа. Как и другие металлические объекты, он может перемещать по себе электроны. Именно поэтому наибольшее магнитное поле на Земле формируется самой планетой, или ее центром, если сказать точнее. Если это поле исчезнет, высока вероятность катастроф и даже гибели живых организмов.

Мнение эксперта Карнаух Екатерина Владимировна Закончила Национальный университет кораблестроения, специальность «Экономика предприятия» В качестве более стандартного примера такого понятия стоит привести электромагниты. Они, как правило, включают провода, которые обмотаны вокруг ферромагнетиков. Эти элементы представляют собой ряд веществ, которые приобретают магнитные характеристики лишь в том случае, если их температура ниже конкретного уровня. Последний параметр называют в физике температурой Кюре. По сути, ферромагнетики считаются уникальными элементами. Они вступают во взаимодействие с магнитным полем, но при этом не несут движущихся зарядов.

В чем разница между электрическим полем и магнитным полем?

Оба рассматриваемых понятия считаются силовыми. Это означает, что в каждой точке пространства, в которой действует поле, на заряд влияет конкретная сила. В другой точке ее значение будет отличаться. Электромагнитное поле оказывает воздействие на заряженные тела и частицы. При этом оно действует на все заряды, тогда как магнитное поле – исключительно на движущиеся.

Существуют вещества, которые взаимодействуют с магнитным полем, но не включают движущиеся заряды. К ним, в частности, относятся ферромагнетики. Этим понятие отличается от электрического поля, поскольку аналогичных веществ для него не существует. У магнитов, естественных или намагниченных тел существует 2 полюса. Их называют южным и северным.

Мнение эксперта Карнаух Екатерина Владимировна Закончила Национальный университет кораблестроения, специальность «Экономика предприятия» Обычные электрические заряды считаются сравнительно однородными. Они не включают полюсов. При этом для таких зарядов характерно 2 типа – положительные и отрицательные. Знак оказывает воздействие на направление кулоновской силы. Как следствие, это влияет на взаимодействие двух заряженных частиц. Знак не будет оказывать влияния на взаимодействие других заряженных частиц с магнитным полем. Он только поменяет местами полюса.

Отличается и графическое изображение рассматриваемых физических явлений. Линии напряженности электрического поля обладают началом и концом. Их можно визуализировать. В качестве примера стоит привести кристаллы хинина в масле. Линии индукции замкнуты. Их тоже можно визуализировать. Примером этого служат металлические опилки.

Отдельно стоит упомянуть электромагнитное поле, которое обладает характеристиками как электрического, так и магнитного поля. Это означает, что оно способно в определенных условиях поворачивать стрелку компаса и перемещать электрически заряженные частицы. Обе составляющие имеют тесную взаимосвязь друг с другом. Каждая из них отличается своим энергетическим запасом. Именно он влияет на энергию всего электромагнитного поля.

Мнение эксперта Карнаух Екатерина Владимировна Закончила Национальный университет кораблестроения, специальность «Экономика предприятия» Возникновение электромагнитного поля возможно при любом, даже небольшом изменении тока в проводниках. При этом оно оказывает влияние на прилегающие зоны пространства, передает им собственную энергию. В результате в этих местах тоже появляется электромагнитное поле.

Что такое магнитное поле, его свойства

Многие видели и держали в руках магниты. Легко заметить ту силу, которая возникает между ними.

Каждый магнит обладает двумя полюсами: противоположные притягиваются, а одинаковые отталкиваются. Кроме того, магниты всегда окружены областью, где эта сила возникает. Магнитные поля как раз и описывают такую силу.

Таким образом, магнитное поле — это концепция, которую используют, чтобы описать то, как сила распределяется в пространстве вокруг магнита и в нем самом. Впервые на это явление обратил внимание французский ученый Перегрин, а затем исследовали Ампер и Фарадей.

Явление магнетизма и магнитных полей — одна из составляющих электромагнитных сил, которые для природы базовые. Появляется магнитное поле там, где происходит движение зарядов. Когда большие заряды двигаются с высокими скоростями, то сила магнитного поля возрастает.

Магнитное поле вокруг магнита

Какова природа магнитного поля? Существуют способы, которые организовывают движение зарядов так, чтобы они такое поле порождали. Например:

• Можно пустить ток по проводнику, присоединенному к батарее. Если силу тока увеличивать (то есть наращивать количество движущихся зарядов), то пропорционально усилится и магнитное поле. Его сила будет уменьшаться пропорционально расстоянию от проводника. Данное явление называют закон Ампера.
• Можно использовать свойства электронов. Они имеют отрицательный заряд и совершают движение вокруг ядра атомов, что и есть основой принципа работы постоянного магнита. Не все материалы получится намагнитить. Для этого необходимы один или несколько так называемых непарных электронов (обычно электроны всегда образуют пары). Например, у атома железа есть четыре непарных электрона, поэтому из такого материала получится хороший магнит.

Каждый кусочек любого материала состоит из миллиардов атомов. Когда они ориентируются в пространстве произвольно, то их поле угасает, даже при наличии непарных электронов. Только в стабильных веществах можно получить постоянную ориентацию электронов, то есть постоянный магнит или ферромагнетик.

Некоторым материалам для этой цели необходим внешний источник магнитного поля. Оно способно сориентировать вращение электронов и задать им нужное направление, но стоит исчезнуть внешнему полю, и общая ориентация тоже пропадет. Такие материалы получили название парамагнетиков.

Хороший пример парамагнетика — металлическая дверца холодильников. Сама по себе она не магнит, но может притягивать приложенные к ней магниты. Это свойство многие используют, когда с помощью магнита крепят к дверце холодильника список покупок или записку.

Экспериментально подтвержденные свойства магнитного поля таковы:

• оно материальное, то есть существует в объективной реальности, даже если о нем не знаем;
• его порождают лишь движущиеся электрические заряды, то есть любое движущееся заряженное тело окружено таким полем. Магнитные поля создаются и магнитами, но и в этом случае причина появления кроется в движении электронов. Переменные электрические поля также создают их;
• обнаруживают данные поля, действуя некоторой силой на движущиеся электрические заряды или проводники с током;
• в пространстве его распространение происходит со скоростью, которая равна скорости света в условиях вакуума.

Таким образом, магнитное поле, определение которому дали выше, — это явление загадочное и невидимое, но в то же время вполне объяснимое.

В чём измеряется магнитное поле?

Магнитное поле является векторной величиной и для его измерения/определения нужно знать его направление и силу.

Для определения направления можно положить рядом с магнитным предметом магнитный компас. Таким образом, стрелка компаса остановится вдоль силовой линии.

Сила магнитного поля измеряется:

1. Либо в СИ в единицах Тесла (Тл) или микротесла (мкТл)

2. Либо в единицах Гаусс (Гс) или миллигаусс (мГс), до сих пор используется экспериментально.

• 1 Тл = 10 000 Гс
• 1 Гс = Тл
• 1 мГс = 0,1 мкТл

Как создаётся магнитное поле?

Магнитные поля создаются движущимися электрически заряженными частицами, т.е. поле появляется там, где движутся электрические заряды. Например, пропуская электрический ток по проводнику.

Другой способ — комбинировать собственные магнитные поля электронов, что случается в некоторых материалах. Их называют постоянными магнитами (например, магнитики на наших холодильниках).

Если очень больший заряд будет двигаться с ещё большей скоростью, то и сила его магнитного поля тоже возрастёт.

Характеристики магнитного поля

• магнитная индукция
• магнитный поток
• магнитная проницаемость

Магнитная индукция (B)

Это интенсивность магнитного поля. Чем сильнее магнит или электромагнит создаёт магнитное поле, тем больше индукция.

Формула: B = Ф / S.cos ()

• B — магнитная индукция (в Тл — Тесла)
• Ф — магнитный поток (в Вб — вебер)
• S — площадь поверхности (в м²)
• cos — угол (образованный угол между линиями B с вектором n, перпендикулярен плоскости S)

Магнитный поток (Ф)

Магнитная индукция (B) проходит через определённую поверхность (с площадью S), и индукция внутри неё будет значиться как магнитный поток (Ф). Формула: Ф = BS.

Это общее число магнитных силовых линий, которые пронизывают определённую ограниченную поверхность.

Магнитная проницаемость

Ещё магнитная индукция зависит и от среды, где создано магнитное поле. Эту величину характеризует магнитная проницаемость. Среда с большей магнитной проницаемостью создаст магнитное поле с большей индукцией.

Распространение магнитного поля

Магнитным полем называют одну из форм проявления электромагнетизма: поле, оказывающее воздействие на заряды, которые перемещаются, а также на намагниченные тела в разных состояниях.

Магнитное поле создают источники в виде:

• проводников, по которым протекает электрический ток;
• зарядов и заряженных тел, находящихся в движении;
• тел, которые намагничены;
• переменных электрических тел.

Интенсивность магнитного поля определяют с помощью магнитной индукцией. Эта величина соответствует приложенной силе, с которой она оказывает воздействие на проводник длиной один метр с протекающим по нему током в 1 А. Единица измерения магнитной индукции является 1 Тл (тесла).

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

• F – является наибольшей силой, которая оказывает действие на проводник;
• L – представляет собой длину проводника;
• I – определяет силу тока заряженных частиц в металле.

Эмпирический способ нахождения скорости электромагнитных волн

Скорость, с которой распространяются электромагнитные волны, можно определить эмпирическим методом. При этом изучают неподвижные волны, полученные в цепи. К примеру, такую картину можно наблюдать, когда выход генератора подсоединен к проводам линии через конденсаторы. Во время работы генератора между проводами возникают колебания напряжения, что свидетельствует о наличии колебаний электрического поля. Таким образом образуется электромагнитная волна.

Понять интенсивность колебаний в разных точках линии можно, если включить лампы накаливания. Благодаря подобному опыту, удается выяснить, что возникновение стоячих волн в линии обусловлено определенной частотой генератора, совпадающей с частотой собственных колебаний линий.

Проводя измерения расстояния (△x), на которое удалены соседние узлы в стоячей волне, можно сделать вывод о том, что данная величина равна 1/2 длины волны (λ). Если измерить ν, то есть частоту колебаний генератора, то можно определить скорость распространения электромагнитной волны по формуле:

Опыт Эрстеда

Самое главное экспериментальное доказательство того, что магнитное поле возникает из-за движения зарядов — это опыт Эрстеда. В1820 году Эр­стед опыт­ным пу­тём свя­зал элек­три­че­ст­во и маг­не­тизм с по­мо­щью экс­пе­ри­мен­та с от­кло­не­ни­ем стрел­ки ком­па­са.

Это явление использовали, когда создавали первые ам­пер­мет­ры, так как от­кло­не­ние стрел­ки про­пор­цио­наль­но ве­ли­чи­не то­ка. Оно ле­жит в ос­но­ве лю­бо­го элек­тро­маг­ни­та.

Магнитосфера Земли

Геомагнитное поле (магнитосфера Земли) формируется в результате вращения жидкого внешнего ядра Земли, которое является хорошим проводником электрического тока, так как состоит в основном из железа и никеля. Ось геомагнитного поля не совпадает с географическими полюсами планеты.

Содержание:

• 1 Общие сведения о магнитосфере Земли
• 2 Колебания геомагнитного поля и их влияние на биосферу
• 3 Открытие геомагнитного поля
• 4 Инверсия геомагнитного поля
• 5 Магнитные поля у других тел Солнечной Системы
• 6 Магнитные поля белых карликов и нейтронных звезд

Общие сведения о магнитосфере Земли

Упрощенная схема геомагнитного поля

Геомагнитное поле защищает нашу планету от роя заряженных частиц солнечного происхождения (солнечного ветра). Благодаря геомагнитному полю, наша планета теряет гораздо меньше атмосферы по сравнению с другими телами Солнечной Системы, где отсутствует подобное магнитное поле (к примеру, Марс и Венера). Форму поля задаёт солнечный ветер: в направлении Солнца его радиус минимален, в то время, в тени Солнца следы поля протягиваются на миллионы километров. Заряженные элементарные частицы солнечного ветра вместе с космическими лучами после отклонения геомагнитным полем скапливаются в определенных областях, которые называются радиационными поясами Земли. В западной литературе эти пояса часто называются поясами Ван Аллена, в честь американского физика, который впервые их заподозрил в 1958 году на основе измерений спутника “Экспловер-1”. Радиационные пояса представляют собой большую опасность для электроники и электросистем космических аппаратов, в связи с этим инженеры стараются минимизировать их нахождение внутри поясов.

Данные пояса делятся на две области: внешние и внутренние пояса

Первые расположены на высоте около 17 тысячах км от поверхности Земли и состоят в основном из отрицательно заряженных элементарных частиц (электронов), вторые находятся в 4 тысячах км от поверхности Земли и состоят в основном из положительно заряженных частиц (протонов). Расстояние радиационных поясов от поверхности Земли находится в сильной зависимости от географического положения. Ближе всего к поверхности Земли радиационные пояса проходят над Бразилией (Южно-Атлантическая геомагнитная аномалия или Бразильская геомагнитная аномалия).

Карта плотности заряженных элементарных частиц на высоте около 0,5 тысяч км от поверхности Земли по данным спутника ROSAT

На вышеприведенной карте хорошо видно, что наибольшая плотность таких частиц наблюдается как раз над Бразилией. В этой области сила геомагнитного поля на уровне моря подобна характеристикам геомагнитного поля над другими областями на высоте около тысячи километров.

Регулярные наблюдения за аномалией показывают снижение в ней интенсивности геомагнитного поля при одновременном увеличении её площади

Южная Атлантическая геомагнитная аномалия создаёт значительные помехи в работе низкоорбитальных телескопов. Так телескоп “Хаббл” не осуществляет наблюдения в этой области, а на снимках телескопа WISE в этой области наблюдается множество артефактов (следов от заряженных частиц), на которые часто обращали внимание участники волонтерского проекта по поиску гипотетической девятой планеты.

Колебания геомагнитного поля и их влияние на биосферу

Так как солнечный ветер является переменным по интенсивности и составу элементарных частиц (наиболее сильные ливни рождаются в мощных солнечных вспышках), то и геомагнитное поле испытывает постоянные колебания. Во время особо сильных вспышек на Солнце частицы солнечного ветра могут проникать в верхние слои атмосферы и вызывать сияния в виде зеленоватых всполохов (полярные сияния). Чаще всего это происходит в полярных регионах Земли, где геомагнитное поле является наиболее слабым (именно там находятся геомагнитные полюса). Хотя при особо сильных солнечных вспышках полярные сияния наблюдаются даже в тропиках (к примеру, во время геомагнитной бури 1859 года полярные сияния наблюдались в тропическом Карибском море). Возмущения геомагнитного поля Земли вызывают не только полярные сияния, но и могут приводить к сбоям электроники, авариям на линиях электропередач и даже к катастрофам (к примеру, вызвать отказ навигационных систем самолета или выключение системы аварийной защиты атомной электростанции). В дополнение на тему влияния геомагнитного поля на земную жизнь можно отметить, что многие животные на Земле используют геомагнитное поле для навигации (к примеру, перелетные птицы). Очевидно, что геомагнитные возмущения оказывают влияние и на центральную нервную систему человека (в человеческом организме присутствует небольшое количество железа, именно благодаря ему, кровь человека обладает красным цветом, а нервная система представляет собой инфраструктуру для передачи электромагнитных импульсов). Художественную иллюстрацию о том, какое сильное влияние геомагнитное поле оказывает на биосферу Земли, можно посмотреть в фильмах-катастрофах “Земное ядро” и “Знамение”.

Изменения в геомагнитном поле происходят не только по причине колебаний в интенсивности солнечного ветра. Другой причиной подобных изменений являются слабоизученные процессы, которые происходят в ядре нашей планеты.

Открытие геомагнитного поля

Впервые закономерность того, что намагниченные предметы располагаются в строгом направлении, было открыто в Китае ещё несколько тысяч лет назад. Это открытие привело к изобретению компаса, который оказал важнейшее влияние на морскую навигацию во времена Великих географических открытий (навигация по астрономическим объектам затруднена из-за частой облачности). Первоначально считалось, что северный геомагнитный полюс совпадает с направлением на Полярную звезду. Однако во время плавания Колумба к берегам Американского континента было отмечено, что эти направления различаются на 12 градусов.

В месте расположения геомагнитных полюсов стрелка компаса может принимать вертикальное положение. В северном геомагнитном полюсе стрелка компаса направлена вниз, а в южном геомагнитном полюсе наоборот вверх. В связи с асимметричностью геомагнитного поля, прямая линия, которая соединяет геомагнитные полюса не проходит через центр Земли.

Северный геомагнитный полюс был впервые обнаружен в 1831 году английским мореплавателем Джоном Россом, южный геомагнитный полюс соответственно в 1841 году его племянником (Джеймсом Россом). С тех пор исследования показали, что оба полюса испытывают ежегодные перемещения по поверхности Земли.

Северный геомагнитный полюс за последние 500 лет переместился из района Канадского архипелага в район Центральной Арктики.

Инверсия геомагнитного поля

Аномально высокая скорость движения северного геомагнитного полюса и уменьшение интенсивности геомагнитного поля в последние годы порождают спекуляции на тему скорой инверсии геомагнитного поля. Инверсией геомагнитного поля называют процесс перестановки местами южного и северного геомагнитного полюсов. В нормальном состоянии геомагнитного поля северный геомагнитный полюс находится вблизи северного географического полюса. В обратном состоянии же наблюдается противоположная картина: северный геомагнитный полюс находится вблизи южного географического полюса.

Во времени наступления инверсий не обнаружено никакой периодичности (в отличие от, к примеру, 22-летней периодичности в инверсиях магнитного поля Солнца, которая равна двухкратному периоду солнечной активности).

Типичное время между инверсиями составляет от 0. 1 до 1 миллиона лет, сами инверсии длятся между 1 и 10 тысячами лет. Предполагается, что во время инверсий происходит очень сильное ослабление геомагнитного поля, и, следовательно, создаётся нешуточная угроза земной жизни (частицы солнечного ветра в больших количествах проникают в земную атмосферу). В тоже время не отмечено никакой корреляции между массовыми вымираниями земных видов и периодами инверсий геомагнитного поля.

Последняя достоверная инверсия геомагнитного поля случилась 780 тысяч лет назад. Её длительность составила от 1200 до 10000 лет в зависимости от географического положения изученных пород с остаточной намагниченностью. С другой стороны изучается возможность более свежей кратковременной инверсии геомагнитного поля, которая случилась всего 41 тысячу лет назад. Событие получило название Laschamp, так как впервые было обнаружено в 60х годах 20 века в остаточной намагниченности лавового потока с таким названием во Франции. Позже следы этой инверсии были обнаружены и в других местах Земли. Длительность инверсии составила 250-440 лет, во время неё геомагнитное поле было ослаблено на 75%.

Схема движения геомагнитных полюсов во время этой инверсии

В тоже время в спокойные периоды геомагнитные полюсы испытывают лишь хаотичный дрейф вблизи географических полюсов.

Пример вероятного движения северного геомагнитного полюса после 200 года нашей эры

Кроме того можно отметить, что текущее ослабление геомагнитного поля за последние 180 лет на 10% не является уникальным. Изучение остаточной намагниченности пород в Ливане показывает, что 2500 лет назад геомагнитное поле было в 2.5 раза сильнее, чем сейчас, после чего оно ослабло сразу почти на 30% всего за 180 лет.

Магнитные поля у других тел Солнечной Системы

Кроме Земли мощное магнитное поле в Солнечной Системе наблюдается у Солнца,

Меркурия, Юпитера, Ганимеда, Сатурна, Урана, Нептуна.

Сравнительная таблица характеристик магнитных полей у Солнца, планет или лун Солнечной Системы

1 Гс – это системная единица измерения силы магнитного поля (названа в честь великого математика Карла Фридриха Гаусса). 1 Гс в 10 тысяч раз меньше, чем одна Тесла. Одна Тесла соответствует мощности такого магнитного поля, в котором на 1 метр длины проводника электрического поля, которое перпендикулярно направлению магнитной индукции, с током силой 1 ампер действует сила в 1 ньютон.

Сравнение магнитных полей у Земли, Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна

Отсутствие магнитного поля на Венере (планете, которая очень близка к Земле по массе и размеру) объясняется небольшой угловой скоростью вращения планеты (около 243 земных суток). Другим объяснением этого феномена является отсутствие на Венере тектонической активности плит, что приводит к слабым конвективным потокам в ядре. Отсутствие тектонической активности на Венере объясняется дефицитом воды (которая может играть роль смазки) или высокими температурами на поверхности (невозможностью нормального затвердевания коры или повышенной активностью местных вулканов).

Магнитные поля ледяных гигантов (Урана и Нептуна), в отличие от других планет, обладают сразу четырьмя магнитными полюсами (по два северных и южных магнитных полюса). Теоретики предполагают, что магнитные поля ледяных гигантов образуются на небольших глубинах, к примеру, в океане жидкого аммиака.

Магнитное поле ближайшей к нам звезды было открыто в начале 20 века через регистрацию зеемановского расщепления спектральных линий в солнечных пятнах. В вышеприведенной таблице указано, что индукция магнитного поля на Солнце составляет около 4 тысяч гаусс. С другой стороны в 2014 году японские астрофизики зарегистрировали у одной из светлых областей солнечной поверхности диаметром около 1000 км рекордную величину индукции в рекордные 6250 Гаусс.

Магнитные поля белых карликов и нейтронных звезд

Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!

Просмотров записи: 17499

Запись опубликована: 25.05.2018
Автор: Борислав Славолюбов

Читать об электрических и магнитных полях

ЧТО ТАКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ?

Мы можем думать о силе как о толчке и притяжении, и обычно мы представляем себе, как один объект толкает или тянет другой объект, касаясь его. Но иногда объект может толкать или тянуть другой объект, не касаясь его. Силы, которые могут действовать на таком расстоянии, объясняются полями, которые могут окружать объект и воздействовать на другие объекты в пределах этой области. Двумя примерами полей являются электрические поля и магнитные поля. Хотя мы не можем видеть эти поля напрямую, мы можем нанести их на карту, основываясь на том, как они влияют на объекты в поле.

Чтобы лучше понять электрические и магнитные поля…

ЧТО ТАКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ?. Мы можем думать о силе как о толчке и притяжении, и обычно мы представляем себе, как один объект толкает или тянет другой объект, касаясь его. Но иногда объект может толкать или тянуть другой объект, не касаясь его. Силы, которые могут действовать на таком расстоянии, объясняются полями, которые могут окружать объект и воздействовать на другие объекты в пределах этой области. Двумя примерами полей являются электрические поля и магнитные поля. Хотя мы не можем видеть эти поля напрямую, мы можем нанести их на карту, основываясь на том, как они влияют на объекты в поле. Чтобы лучше понять электрические и магнитные поля…

ДАВАЙТЕ РАЗЪЯСНИМ!

Магнитные поля

Вы знаете, что магниты могут притягиваться или отталкиваться друг от друга, даже не соприкасаясь. Магниты могут делать это, потому что они создают магнитные поля, которые могут толкать или притягивать другие магниты и определенные типы металлов. Магниты не притягивают все металлы, но железо, никель, кобальт и сталь являются наиболее распространенными примерами металлов, которые притягиваются магнитами. Мы можем использовать железные опилки для картографирования магнитных полей. Магнитное поле выглядит как линии, идущие от одного полюса магнита и изгибающиеся к другому полюсу. Магнитные поля заставляют одинаковые полюса (север-север или юг-юг) двух магнитов отталкиваться друг от друга, а противоположные полюса (север-юг) притягивать друг друга.

Магнитные поля Вы знаете, что магниты могут притягиваться или отталкиваться друг от друга, даже не соприкасаясь. Магниты могут делать это, потому что они создают магнитные поля, которые могут толкать или притягивать другие магниты и определенные типы металлов. Магниты не притягивают все металлы, но железо, никель, кобальт и сталь являются наиболее распространенными примерами металлов, которые притягиваются магнитами. Мы можем использовать железные опилки для картографирования магнитных полей. Магнитное поле выглядит как линии, идущие от одного полюса магнита и изгибающиеся к другому полюсу. Магнитные поля заставляют одинаковые полюса (север-север или юг-юг) двух магнитов отталкиваться друг от друга, а противоположные полюса (север-юг) притягивать друг друга.

Электрические поля

Объекты, имеющие положительный или отрицательный электрический заряд, также создают поля. Объекты обычно заряжаются при трении друг о друга и переносе отрицательно заряженных электронов из одной области в другую. Подобно магнитным полюсам, одинаковые заряды (+/+ или -/-) отталкиваются друг от друга, а противоположные заряды (+/-) притягиваются. Вы можете обнаружить магнитное поле, наблюдая, как оно влияет на заряженный объект. Электрические поля не имеют одинаковой напряженности. Объект с большим зарядом будет иметь более сильное поле, и поле становится сильнее по мере приближения к объекту.

Электрические поля Объекты, имеющие положительный или отрицательный электрический заряд, также создают поля. Объекты обычно заряжаются при трении друг о друга и переносе отрицательно заряженных электронов из одной области в другую. Подобно магнитным полюсам, одинаковые заряды (+/+ или -/-) отталкиваются друг от друга, а противоположные заряды (+/-) притягиваются. Вы можете обнаружить магнитное поле, наблюдая, как оно влияет на заряженный объект. Электрические поля не имеют одинаковой напряженности. Объект с большим зарядом будет иметь более сильное поле, и поле становится сильнее по мере приближения к объекту.

Сила магнитных полей

Как и электрические поля, магнитные поля также становятся сильнее по мере приближения к магниту. Магнит большего размера имеет более сильное магнитное поле, чем магнит меньшего размера, когда два магнита сделаны из одного и того же материала.

Сила магнитных полей Как и электрические поля, магнитные поля также становятся сильнее по мере приближения к магниту. Магнит большего размера имеет более сильное магнитное поле, чем магнит меньшего размера, когда два магнита сделаны из одного и того же материала.

Электромагниты

Электромагниты — это магниты, которые можно включать и выключать, а простейшие электромагниты можно изготовить, многократно свернув кусок проволоки. Некоторые электромагниты также имеют металлический сердечник внутри проволочной катушки. Когда электрический ток течет по катушке провода, он создает магнитное поле. Добавление большего количества катушек или увеличение количества электричества, проходящего через катушку, сделает магнитное поле сильнее.

Электромагниты Электромагниты — это магниты, которые можно включать и выключать, а простейшие электромагниты можно изготовить, многократно свернув кусок проволоки. Некоторые электромагниты также имеют металлический сердечник внутри проволочной катушки. Когда электрический ток течет по катушке провода, он создает магнитное поле. Добавление большего количества катушек или увеличение количества электричества, проходящего через катушку, сделает магнитное поле сильнее.

Реальные приложения электрических и магнитных полей

Любое устройство с динамиком, такое как телефон или наушники, использует магнитные поля для воспроизведения звука. Каждый динамик содержит постоянный магнит и проволочную катушку, которая становится электромагнитом при прохождении через нее электрического тока. Взаимодействие постоянного магнита и электромагнита заставляет динамик вибрировать и воспроизводить звук. Лазерные принтеры являются примером устройств, в работе которых используются электрические поля. Частицы тонера прилипают к бумаге, потому что они заряжены отрицательно. Как только частицы прилипают к бумаге, они плавятся на месте, чтобы сформировать окончательное изображение.

Реальные приложения электрических и магнитных полей Любое устройство с динамиком, такое как телефон или наушники, использует магнитные поля для воспроизведения звука. Каждый динамик содержит постоянный магнит и проволочную катушку, которая становится электромагнитом при прохождении через нее электрического тока. Взаимодействие постоянного магнита и электромагнита заставляет динамик вибрировать и воспроизводить звук. Лазерные принтеры являются примером устройств, в работе которых используются электрические поля. Частицы тонера прилипают к бумаге, потому что они заряжены отрицательно. Как только частицы прилипают к бумаге, они плавятся на месте, чтобы сформировать окончательное изображение.

СЛОВАРЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

Компас

Прибор, содержащий намагниченную стрелку, указывающую на магнитный север.

Поле

Область вокруг объекта, которая может притягивать или отталкивать другие объекты в своей области.

Сила

Толкание или притяжение между двумя объектами.

Магнит

Предмет или материал, создающий магнитное поле.

Магнитное поле

Поле, воздействующее на магниты или определенные металлы, такие как железо, никель и кобальт.

Магнитные полюса

Противоположные точки на магните, где линии магнитного поля сходятся (южный полюс) или расходятся (северный полюс).

Электрическое поле

Поле, образующееся, когда объекты собирают электрические заряды.

Электрический заряд

Дисбаланс положительных и отрицательных частиц в объекте.

Электроны

Отрицательно заряженные частицы, которые могут переноситься с одного объекта на другой.

Электромагнит

Проволочная катушка, иногда наматываемая на металлический сердечник, создающая магнитное поле, когда электричество проходит по проводу.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ ВОПРОСЫ ДЛЯ ОБСУЖДЕНИЯ

Как можно увеличить силу магнитного поля, воздействующего на такой предмет, как канцелярская скрепка?

Магнитные силы усиливаются по мере приближения магнита к объекту, который он притягивает или отталкивает. Если два магнита сделаны из одного и того же материала, то больший магнит будет иметь более сильное магнитное поле. Сила магнита также зависит от материала, из которого он изготовлен. Например, неодимовые магниты будут иметь более сильное магнитное поле, чем магниты, сделанные из Alnico (сплав алюминия, никеля и кобальта).

Почему можно использовать железные опилки для визуализации магнитного поля?

Каждый крошечный кусочек железа намагничивается, и его полюса совпадают с линиями магнитного поля. Следовательно, железные опилки выстраиваются в линию, чтобы показать линии поля, и их можно использовать для определения относительной напряженности поля. Плотно расположенные линии указывают на более сильное поле; широко расставленные линии указывают на более слабое поле.

Как два шарика могут оттолкнуть друг друга, не касаясь друг друга?

Воздушные шары, натертые одним и тем же материалом, получат такой же заряд. Заряженные объекты окружены электрическими полями, которые могут воздействовать на другие заряженные объекты. Два шарика с одинаковым зарядом будут отталкиваться друг от друга.

Почему важно, чтобы ток в койлгане включался, а затем быстро отключался?

При включении тока катушка намагничивается и притягивает металлический снаряд, заставляя его двигаться вниз по стволу. Если бы ток оставался включенным, снаряд двигался бы к катушке, а затем останавливался. Отключение катушки позволяет снаряду продолжать движение вниз и из ствола.

Как можно увеличить силу электромагнита?

На видео показаны два фактора, которые могут увеличить силу электромагнита: увеличение тока, проходящего через проволочную катушку, и увеличение количества витков проволоки в катушке. Еще одним фактором, который может увеличить силу электромагнита, является добавление металлического сердечника. Железные сердечники являются наиболее распространенными, но из неодимовых сердечников получаются самые сильные электромагниты.

Если частицы тонера в лазерном принтере имеют отрицательный заряд, то как вы думаете, какой заряд имеет поверхность бумаги в принтере? Откуда вы знаете?

Противоположные заряды притягиваются, и частицы тонера притягиваются к бумаге. Поэтому поверхность бумаги должна иметь положительный заряд.

Вернуться к уроку

электромагнетизм | Определение, уравнения и факты

электрическое поле

См. все средства массовой информации

Ключевые люди:

Майкл Фарадей Уильям Томсон, барон Кельвин Джеймс Клерк Максвелл Карл Фридрих Гаусс Дж.Дж. Томсон

Похожие темы:

электромагнитное излучение электричество Кулоновская сила магнитная сила электромагнитное поле

Просмотреть весь связанный контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

электромагнетизм , наука о заряде и силах и полях, связанных с зарядом. Электричество и магнетизм — два аспекта электромагнетизма.

Электричество и магнетизм долгое время считались отдельными силами. Лишь в 19 веке к ним, наконец, стали относиться как к взаимосвязанным явлениям. В 1905 году специальная теория относительности Альберта Эйнштейна вне всяких сомнений установила, что оба явления являются аспектами одного общего явления. Однако на практическом уровне электрические и магнитные силы ведут себя совершенно по-разному и описываются разными уравнениями. Электрические силы создаются электрическими зарядами либо в состоянии покоя, либо в движении. Магнитные силы, с другой стороны, создаются только движущимися зарядами и действуют исключительно на движущиеся заряды.

Поймите, как концепция прикосновения меняется при наличии электронов между двумя объектами

Посмотреть все видео к этой статье

Электрические явления происходят даже в нейтральной материи, потому что силы действуют на отдельные заряженные составляющие. В частности, электрическая сила отвечает за большинство физических и химических свойств атомов и молекул. Она невероятно сильна по сравнению с гравитацией. Например, отсутствие хотя бы одного электрона из каждого миллиарда молекул у двух 70-килограммовых (154 фунтов) людей, стоящих на расстоянии двух метров (двух ярдов) друг от друга, отталкивало бы их с силой в 30 000 тонн. В более привычном масштабе электрические явления ответственны за молнии и гром, сопровождающие некоторые бури.

Электрические и магнитные силы можно обнаружить в областях, называемых электрическими и магнитными полями. Эти поля фундаментальны по своей природе и могут существовать в пространстве вдали от заряда или тока, которые их породили. Примечательно, что электрические поля могут создавать магнитные поля и наоборот независимо от внешнего заряда. Изменяющееся магнитное поле создает электрическое поле, как обнаружил английский физик Майкл Фарадей в работе, которая лежит в основе производства электроэнергии. И наоборот, изменяющееся электрическое поле создает магнитное поле, как пришел к выводу шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл. Математические уравнения, сформулированные Максвеллом, включили световые и волновые явления в электромагнетизм. Он показал, что электрические и магнитные поля путешествуют вместе в пространстве как волны электромагнитного излучения, при этом изменяющиеся поля взаимно поддерживают друг друга. Примерами электромагнитных волн, распространяющихся в пространстве независимо от материи, являются радио- и телевизионные волны, микроволны, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовый свет, рентгеновские лучи и гамма-лучи. Все эти волны распространяются с одинаковой скоростью, а именно со скоростью света (примерно 300 000 километров или 186 000 миль в секунду). Они отличаются друг от друга только частотой, с которой колеблются их электрическое и магнитное поля.

Викторина «Британника»

Викторина «Все о физике»

Кто был первым ученым, проведшим эксперимент по управляемой цепной ядерной реакции? Какова единица измерения циклов в секунду? Проверьте свою физику с помощью этого теста.

Уравнения Максвелла до сих пор дают полное и элегантное описание электромагнетизма вплоть до субатомного масштаба, но не включая его. Однако интерпретация его работ была расширена в 20 веке. Специальная теория относительности Эйнштейна объединила электрические и магнитные поля в одно общее поле и ограничила скорость всего вещества скоростью электромагнитного излучения. В конце 19В 60-х годах физики обнаружили, что другие силы в природе имеют поля с математической структурой, аналогичной электромагнитному полю. Этими другими силами являются сильное взаимодействие, ответственное за выделение энергии при ядерном синтезе, и слабое взаимодействие, наблюдаемое при радиоактивном распаде нестабильных атомных ядер. В частности, слабое и электромагнитное взаимодействия были объединены в общую силу, называемую электрослабой силой. Цель многих физиков объединить все фундаментальные силы, включая гравитацию, в одну великую единую теорию до сих пор не достигнута.

Важным аспектом электромагнетизма является наука об электричестве, которая занимается изучением поведения агрегатов заряда, включая распределение заряда в материи и перемещение заряда с места на место. Различные типы материалов классифицируются как проводники или изоляторы в зависимости от того, могут ли заряды свободно перемещаться через составляющие их вещества. Электрический ток является мерой потока зарядов; законы, управляющие токами в материи, важны в технике, особенно в производстве, распределении и контроле энергии.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Понятие напряжения, так же как заряда и тока, является фундаментальным для науки об электричестве. Напряжение — это мера склонности заряда перетекать из одного места в другое; положительные заряды обычно имеют тенденцию перемещаться из области высокого напряжения в область более низкого напряжения. Распространенной проблемой в электричестве является определение соотношения между напряжением и током или зарядом в данной физической ситуации.

В этой статье делается попытка дать качественное понимание электромагнетизма, а также количественную оценку величин, связанных с электромагнитными явлениями.

Повседневная жизнь современного человека пронизана электромагнитными явлениями. Когда лампочка включена, через тонкую нить в колбе течет ток, который нагревает нить до такой высокой температуры, что она светится, освещая все вокруг. Электрические часы и соединения связывают простые устройства такого типа в сложные системы, такие как светофоры, которые отсчитывают время и синхронизируются со скоростью транспортного потока. Радиоприемники и телевизоры получают информацию, переносимую электромагнитными волнами, распространяющимися в пространстве со скоростью света. Чтобы запустить автомобиль, токи в электростартере генерируют магнитные поля, которые вращают вал двигателя и приводят в движение поршни двигателя, сжимая взрывоопасную смесь бензина и воздуха; искра, инициирующая горение, представляет собой электрический разряд, образующий мгновенный ток.

электромагнетизм — Как магнитное поле заставляет объекты двигаться?

Спросил 8 лет, 3 месяца назад

Изменено 4 года, 4 месяца назад

Просмотрено 17 тысяч раз

$\begingroup$

Я понимаю электричество и магнетизм и взаимосвязь между ними. Чего я никогда не понимал и никогда не видел объяснения ни в одной книге или на веб-сайте, так это того, как противоположные магнитные поля заставляют физические объекты фактически двигаться (либо вместе, либо вдали друг от друга). Кроме того, если каждая реакция имеет равную и противоположную реакцию, когда два магнита движутся вместе (или удаляются друг от друга), что является противоположной реакцией?

• электромагнетизм
• магнитные поля
• электрические поля

$\endgroup$

5

$\begingroup$

как противоположные магнитные поля заставляют физические объекты фактически двигаться (вместе или вдали друг от друга).

Вот магнит,

Направление магнитного поля идет от северного полюса к южному полюсу магнита, и наблюдения говорят нам, что северные полюса притягиваются к южным полюсам, когда у человека много магнитов.

Таким образом, магнит сдвинет другой магнит, если его сблизить по правилу, одни и те же полюса отталкиваются, разные полюса притягиваются.

Тела, не являющиеся постоянными магнитами, так как эти металлические шарики

без разбора притягиваются к магнитным полюсам, северным или южным. Это происходит потому, что магнитные материалы состоят из крошечных магнитов, ориентированных во всех направлениях. Поле от постоянного магнита ориентирует их, те, что ближе к южному полюсу, поворачиваются к нему своим северным полюсом, а те, кто ближе к северному полюсу, поворачиваются к нему своим южным полюсом. Не у всех материалов крошечные диполи могут быть переориентированы таким образом, что приводит к разделению на ферромагнитные и парамагнитные материалы и немагнитные материалы.

Также, если каждое действие имеет равную и противоположную реакцию, когда два магнита движутся вместе (или удаляются друг от друга), что является противоположной реакцией?

Как говорится в ответе Атиндера, одно тело реагирует на другое тело, и нельзя разделить действие/реакцию.

$\endgroup$

$\begingroup$

Я использую свои ограниченные знания, чтобы ответить на ваш вопрос.

Как я знаю, в магнитных объектах много магнитных диполей, что в свою очередь представляет собой петлевой ток.

Таким образом, магнитное поле, создаваемое первым объектом, будет действовать с силой (силой Лоренца) на петлевые токи второго объекта. Это похоже на силу двух параллельных токов, действующих друг на друга.

Насчет нарушения (или нет) третьего закона Ньютона в электромагнетизме, я думаю, что это очень тонкая тема и для ее понимания требуются глубокие познания в теории относительности. Вот ссылка по теме:

Нарушение 3-го закона Ньютона и сохранения импульса

Электромагнетизм не является ньютоновским инвариантом, это предмет, лежащий в области относительности.

$\endgroup$

$\begingroup$

Два магнита можно рассматривать как токовые петли, как показано на рисунке. Рассмотрим магнитное поле из-за нижнего магнита и тока в верхнем магните. Магнитное поле имеет радиальную составляющую в наружном направлении, проходящую через верхний контур. Ток в верхнем контуре течет против часовой стрелки сверху, что дает силу в направлении вниз. Вы можете увидеть тот же эффект для нижней петли, и, следовательно, они притягиваются друг к другу, подтверждая третий закон Ньютона.

Когда мы говорим о действии и противодействии, это взаимные явления между двумя телами. Всякий раз, когда два тела испытывают притяжение или отталкивание, они взаимно притягиваются или отталкиваются друг от друга. Дело не в том, что один привлекает другого, а другой просто отвечает на это влечение.

Поскольку это взаимные явления, вы никогда не сможете сказать, где действие, а где реакция. Проще говоря, все силы появляются парами!

$\endgroup$

$\begingroup$

Я не физик, но такой же любопытный человек, как и вы.