Обнаружение магнитного поля

При помощи органов чувств человек не может обнаружить магнитное поле. Наличие магнитного поля можно установить при его воздействии на:

• магнитную стрелку,
• проводник с током,
• движущийся электрический заряд.

Так, магнитное поле способно поворачивать в пространстве магнитные стрелки и рамки с токами, то есть на данные объекты наше поле оказывает ориентирующее воздействие. На проводник с током и перемещающийся заряд в магнитном поле действуют магнитные силы, перпендикулярные направлению перемещения зарядов.

Ориентирующее действие магнитного поля

Поместим малую (пробную) рамку с током в магнитное поле.

Замечание 1

Пробная рамка с током отвечает следующим требованиям:

1. Она имеет малые размеры, такие, что ее поведение отражало бы характер поля в точке.
2. Сила тока в рамке должна быть малой, такой, что влияние этого тока на источники исследуемого магнитного поля было бы несущественным.

Помощь со студенческой работой на тему

Обнаружение магнитного поля

Повернем нашу рамку на некоторый угол $\alpha $ относительно ее положения равновесия. Тогда на рамку будет оказывать действие момент сил, зависящий от силы тока в рамке $I$, площади ее поверхности $S$:

$M\sim IS\sin {\alpha \, \left( 1 \right),}$

где $\alpha $ – угол поворота рамки.

Если рамку развернуть перпендикулярно силовым линиям поля, тогда $\alpha =\frac{\pi }{2},$, а вращающий момент сил становится наибольшим:

$M_{max}\sim IS\left( 2 \right)$.

Отношение $M_max$ к силе тока и площади сечения рамки будет характеристикой магнитного поля в точке расположения рамки:

$B=\frac{M_{max}}{IS}\left( 3 \right)$.

где $B$ – величина вектора магнитной индукции поля, являющаяся одним из основных параметров, описывающих поле.

Действие магнитного поля на заряженные частицы

Проведем следующий эксперимент. В трубке осциллографа получим прямолинейный пучок электронов, которые движутся по прямой линии. Падая на экран, этот пучок оставит лед в виде небольшого пятна. Приблизим к этому пучку снизу северный полюс линейного магнита. Пучок электронов сместится. Изменим полюс магнита, смещение пучка произойдет в противоположную сторону. Данный эксперимент указывает на то, что перемещающиеся электроны испытывают действие некоторой специфической силы в магнитном поле. Причем опыты показали, что эта сила пропорциональна скорости движения электронов. Подобным образом ведут себя любые другие заряженные частицы, перемещающиеся в магнитном поле.

Сила, действующая на заряженную частицу, перемещающуюся в магнитном поле, называется силой Лоренца, она равна:

$\vec{F}_{L}=q\left( \vec{v}\times \vec{B} \right)\left( 4 \right)$,

где характеристиками частицы являются:

• $q$ – величина заряда частицы;
• $\vec v$ — скорость движения частицы.

характеристикой поля является вектор магнитной индукции.

Выражение (4) является справедливым для постоянных и переменных магнитных полей.

Замечание 2

На заряд, находящийся в покое, магнитное поле не оказывает действия. Индикатором наличия магнитного поля служит перемещающийся заряд.

Формула (4) показывает принципиальный способ измерения индукции магнитного поля по силе воздействия поля на движущийся заряд.

С этой целью убеждаются в отсутствии электрического поля при помощи неподвижного заряда.

Находят такое направление скорости ($\vec v$), при котором сила Лоренца становится равной нулю. Это будет происходить, если вектор скорости сонаправлен или направлен в противоположную сторону вектору индукции. Так, с точностью до знака определяется направление магнитного поля.

Измеряют силу Лоренца при движении заряда нормально к вектору индукции поля. При этом:

$F_{L}=q\left( \vec{v}_{n}\times \vec{B} \right)\left( 5 \right)$,

где $\vec{v}_{n}\quad $ – скорость движения частицы перпендикулярная вектору поля ($\left( \vec{v}_{n}\vec{B} \right)=0)$. Следовательно:

$\vec{B}=\frac{1}{{qv}_{n}^{2}}\left( \vec{F}_{L}\times \vec{v}_{n}\right)\left( 6 \right)$.

Формула (6) однозначно определяет вектор магнитной индукции.

Действие магнитного поля на токи

Эксперименты, показывающие действие магнитного поля на движущиеся заряды, обычно проводят не с отдельными частицами, а с их потоками.

Пусть ток создают движущиеся одинаковые частицы с зарядом $q$. Тогда плотность этого тока выразим как:

$\vec{j}=nq\vec{v}\left( 7 \right)$.

Сила, которая действует в магнитном поле на элемент объема ($dV), равна:dV), равна:

$d\vec{F}=nq\left( \vec{v}\times \vec{B} \right)dV=(\vec{j}\times\vec{B})dV\left( 8 \right)$,

где $N=ndV$ — число частиц в объеме $dV$.

Если ток течет по очень тонкому проводу, площадь сечения которого равна $S$, длина его $dl$ (малая длина), тогда сила, действующая на него в магнитном поле равна:

$d\vec{F}=I\left( d\vec{l}\times \vec{B} \right)\left( 9 \right)$.

где $\vec jdV=I d\vec j$. Направление вектора $ d\vec j$ — совпадает с направлением силы тока.

Выражение (9) называется законом Ампера, а сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, называется силой Ампера.

Так, обнаружить магнитное поле можно по его воздействию силой Ампера на проводник с током.

Для тока, текущего в прямом проводнике, находящегося в однородном магнитном: поле, силу Ампера можно определить как:

$\vec{F}_{A}=I\left( \vec{l}\times \vec{B} \right)\left( 10 \right)$,

где $l$ — длина прямого проводника.

Модуль силы Ампера из (10) равен:

$F_{A}=IBL\sin \left( \hat{\vec{l}\vec{B}} \right)\left( 11 \right)$.

Вектор силы Ампера перпендикулярен плоскости, в которой лежат $\vec l$ и $\vec B$ и направлен по правилу правого винта.

Магнитное поле, которое создается проводником с током можно обнаружить по его действию на другой проводник с током. Если токи в проводниках направлены в одну сторону, то проводники притягиваются. Будем считать, что наши проводники параллельны, и находятся в вакууме, тогда силы притяжения равны:

$dF=\frac{\mu_{0}I_{1}I_{2}}{2\pi R}dl\left( 12 \right)$,

где R – расстояние между проводниками, $dF$ — сила с которой один проводник действует на элемент ($dl$) другого проводника.

Если токи в проводниках направлены в противоположные стороны, тогда они отталкиваются.

Воздействие токов на магниты

Магниты оказывают действие на электрические токи. В свою очередь токи воздействуют на магниты.

Рассмотрим эксперимент, который проводил Эрстед. Ученый разместил над магнитной стрелкой прямой провод (рис.1) параллельно плоскости стрелки. Стал пропускать ток по проводнику. При этом стрелка, способная вращаться около вертикальной оси, отклонялась и устанавливалась нормально к проводнику. Эрстед изменял направление течения тока, стрелка поворачивалась на 180 °. Тот же эффект возникал, когда проводник переносили под стрелку. Опыт Эрстеда показал связь между электрическими и магнитными явлениями.

Рисунок 1. Эксперимент Эрстеда. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

с помощью чего можно определить наличие магнитного поля а) магнитной стрелкой б)рамки с током

Період гармонічних коливань тіла дорівнює 4 с. Вкажіть, через який найменший час (в СІ) після проходження положення рівноваги кінетична енергія тіла з … меншиться вдвічі. Период гармонических колебаний тела равна 4 с. Укажите, через какое наименьшее время (в СИ) после прохождения положения равновесия кинетическая энергия тела уменьшится вдвое.

Мотоциклист массой m 52,0 кг, двигаясь по горизонтальной дороге, выполняет поворот по окружности радиусом R 76,8 м. Чему равен модуль скорости мотоцик … ла, если модуль силы давления мотоциклиста на сиденье мотоцикла P 650 Н?*************** Решите по этой формуле которая на фото ​

Пожалуйста подробное решение ​

Помогите пожалуйста зарание спасибо Дано и Решение с формулами ​

Вопрос по физике. Вопрос по физике.

в плоский воздушный конденсатор к одной из обкладок приложили диэлектрик из кварца с относительной проницаемостью 4. как изменится электроемкость конд … енсатора? толщинакварцевой пластинки в два раза меньше расстояния между обкладками

металлический шар радиусом 5 см несет электрический заряд. определить величину этого заряда, если при перемещении точечного заряда 2нКл из точки распо … ложенной на расстоянии 10 см от поверхности шара, в точку расположенную на расстоянии 55 см от его поверхности, эл. поле шара совершило работу 36 мДж. Ответ дать в мКл.

Помогите сделать все задания Подробное решение пожалуйста ​

Пожалуйста помогите мне с физикой подробное решение дано и решение ​

Между двумя горизонтальными и разноимённо заряженными пластинами расстояние d. Между ними падает с постоянной скоростью заряженная капелька массой m, … когда на пластины подано напряжение U. Если же пластины отключить от источника напряжения, то капелька падает вдвое быстрее. Сила сопротивления воздуха, действующая на капельку, прямо пропорциональна скорости её падения. Найти заряд капельки q

Проявить магнитное поле: ученые НИТУ «МИСиС» создали уникальный прибор, позволяющий визуализировать магнитное поле

Научному коллективу НИТУ «МИСиС» удалось решить проблему определения магнитных полей в пространстве: при помощи разработанного магнитометра можно получать точную информацию о силе, конфигурации, величине и даже дефектах магнитного поля. Прибор будет применяться для тестирования магнитных полей и создания оптимальной конфигурации магнитной системы при создании экономичных и массовых моделей магнитно-резонансных томографов (МРТ) для городских поликлиник и частных медицинских кабинетов.

Точное определение магнитного поля и его параметров является важным условием развития современных технологий — автоматизация промышленной техники и системы определения координат, магнитные карты и сотовые телефоны — все они и многие другие основаны на определении магнитного поля Земли. Мощное магнитное поле удерживает конструкцию во время сварочных или монтажных работ, определяет дефекты в стратегических объектах: полотне железной дороги, трубопроводах, мостах, с его помощью достигнут рекорд скорости наземного транспорта — 603 км/ч, которую развивает знаменитый шанхайский поезд-маглев и тд.

Однако существующие методы обнаружения и оценки магнитных полей, так называемые методы «декорации» (например, магнитная жидкость и пластины) весьма условны, и не дают точной информации. Чтобы определить распределение магнитных полей в пространстве, требуется применение специальных приборов. Именно эту проблему и удалось решить коллективу инженеров кафедры цветных металлов и золота НИТУ «МИСиС».

«Сканирующий магнитометр, созданный в нашей лаборатории, представляет собой немагнитную сканирующую систему на основе 2D-плоттера, трехкомпонентный датчик магнитного поля и систему сбора данных, — рассказал руководитель проекта, научный сотрудник кафедры цветных металлов и золота НИТУ „МИСиС“ к.ф.-м.н. Сергей Гудошников. Оригинальность прибора заключается в том, что при его изготовлении широко распространенные модули используются в новом качестве — для визуализации локальных магнитных различных магнитных объектов».

Сканирующий магнитометр позволяет измерить компоненты магнитного поля вблизи поверхности исследуемого объекта, после чего по этим данным можно построить картину магнитного поля для каждой точки. Например, на рисунке 2, полученным при помощи созданного магнитометра, можно увидеть как выглядит магнитное поле над полюсом магнита.

Как можно использовать эти данные? Например, можно измерить магнитное поле и, при наличии неоднородностей поля, обнаружить возможные дефекты.

Сканирующий магнитометр, разработанный в НИТУ «МИСиС» будет применяться для тестирования магнитных полей и создания оптимальной конфигурации магнитной системы при создании экономичных и массовых моделей магнитно-резонансных томографов (МРТ). Такие МРТ, в отличие от основанных на сверхпроводящих системах, будут на порядок дешевле в обслуживании, и планируются к массовому применению в городских поликлиниках и частных медицинских кабинетах.

Прибор уже прошел лабораторные испытания и используется для тестирования постоянных магнитов в системах «низкополевого» магниторезонансного томографа (МРТ).

Работа проведена при финансовой поддержке Министерства науки высшего образования Российской Федерации в рамках выполнения обязательств по Соглашению о предоставлении субсидии от 26 сентября 2017 г. № 14.578.21.0255 (уникальный идентификатор соглашения RFMEFI57817X0255).

Магнитное поле земли и здоровье человека

Сейфулла Р.Д. 
М.: ООО «Самполиграфист», 2013. 120 с.

Магнитное поле Земли в первом приближении представляет собой диполь, полюса которого располагаются рядом с полюсами планеты. Магнитное поле – разновидность электромагнитного поля, создаваемого движущимися электрическими зарядами или токами и оказывающая силовое воздействие на движущиеся заряды или токи. Поле определяет магнитосферу, которая отклоняет частицы солнечного ветра. Они накапливаются в радиационных поясах – двух концентрических областях в форме экватора вокруг Земли. Около магнитных поясов эти частицы могут «высыпаться» в атмосферу и приводить к появлению полярных сияний. Нашу планету окружает магнитное поле, которое существует с момента её формирования. Всё, что находится на Земле подвержено действию невидимых силовых линий этого поля. Именно это обстоятельство заинтересовало нас в большей степени, так как структура и функция Земли, а также и человеческого организма тесным образом связана с наличием электрических зарядов, которые определяют все процессы, связанные с жизнедеятельностью всех организмов, находящихся на её поверхности, в воде, в почве, в воздухе. Земля обладает электрическим и магнитным полем. Вся планета имеет отрицательный заряд, а ионосфера положительный. Линии напряженности электрического поля направлены сверху (от ионосферы) вниз (к Земле). Напряженность поля порядка Е = 120 – 130 в/м. Проведя несложные вычисления был сделан вывод, что в электромагнитном поле Земли заключена колоссальная энергия. Проблема получения энергии из магнитного поля Земли весьма актуальна для человечества. Такой приёмник — генератор был сделан ещё в 1889 году Николой Тесла, но правительство США запретило разглашать эту тайну по коммерческим соображениям. В теле человека имеется своё силовое поле, вследствие протекания крови по сосудам. В здоровом теле человека и в нормальных атмосферных условиях имеется полное соответствие и взаимодействие внешнего и внутреннего магнитных полей. Кроме того, существует магнитное поле Солнца, космических галактик и Земли, которые оказывают своё действие на поведение человека и животных (перелётных птиц, рыб, членистоногих, насекомых), которые безошибочно определяют направления движения на тысячи километров.

Оказалось, что изменение магнитного поля Земли является причиной многих заболеваний, которые лечатся другими способами, что требует особого внимания специалистов и лечащих врачей. Так называемые магнитные бури, в которых принимают участие Солнце, солнечный ветер, а также магнитное поле Земли создают много проблем и являются причиной ненормального поведения человека, в том числе и криминального, а также тяжелейших заболеваний: инсультов мозга, инфарктов миокарда, психических расстройств, ДТП и другого криминального и суицидального поведения, о чем пойдёт речь ниже. Японский врач – исследователь Киочи Накагава обратил внимание в середине ХХ века на то, что дефицит магнитного поля Земли является причиной многочисленных заболеваний, которые он объединил общим названием синдром дефицита магнитного поля Земли . Накагава, а также другие ученые поддержали это открытие и предложили проводить коррекцию магнитного поля при его дефиците, при помощи магнитотерапии, что позволило проводить профилактику и лечение многих заболеваний при помощи компенсации недостающего магнитного поля. Это касается, прежде всего, сердечно-сосудистой системы, которая занимает в настоящее время первое место среди других заболеваний. Дело в том, что каждая молекула в магнитном поле вытягивается и поляризуется. Один её конец становится северным магнитным полюсом, а другой — южным. В таком виде каждая молекула легче вступает в электрохимические реакции и в организме идёт правильный обмен веществ. Резкое усиление магнитного поля при магнитной буре или геомагнитной зоне всегда отрицательно сказывается на самочувствии человека. Однако, отсутствие или ослабление магнитного поля является для организма критической ситуацией. Дополнительным фактором риска является электромагнитный смог (создаваемый компьютерными дисплеями, электробытовыми приборами, TV и другими) уменьшают воздействие на наш организм геомагнитного поля Земли. У вернувшихся из космического полёта космонавтов обнаруживали остеопороз, тяжелую депрессию и другие патологические состояния. Важной составляющей для нормализации физиологических функций является восстановление полярности клеток и активизация работы ферментных систем, а также улучшения кровообращения. Автор в течение 33 лет занимается проблемами спортивной фармакологии со спортсменами высшей квалификации, что требует нестандартных, недопинговых подходов (к подготовке спортсменов экстра — класса) особенно восстановления. Поэтому нас заинтересовала, в своё время, проблема дефицита магнитного поля Земли и соответствующие меры её коррекции для того, чтобы повысить работоспособность физически одарённых спортсменов без применения искусственных стимуляторов. Автор не ставил перед собой задачи процитировать всех авторов, которые занимались проблемами магнитного поля Земли, так как их существует многие тысячи как в нашей стране, так и за рубежом, а попытался продемонстрировать основные тенденции этой проблемы, касающихся здоровья человека.

Издание носит научно-популярный характер. В космосе постоянно работают и накапливают необходимый опыт для межпланетных полётов коллективы отечественных и зарубежных ученых исследователей для перспективы создания постоянно действующих обитаемых станций с человеком и разработки полезных ископаемых.
 

---

Часть I.
Природа магнитного поля Земли и влияние его на человека

Глава 1. Вселенная и строение солнечной системы
Глава 2. Солнечная система во вселенной
Глава 3. Напряженность магнитного поля Земли
Глава 4. Позитивные свойства магнитного поля Земли
Глава 5. Роль магнитного поля в жизнедеятельности человека
Глава 6. Атмосфера Земли
Глава 7. Влияние магнитных бурь на организм человека

Часть II.
Электрические и магнитные свойства при передаче нервного импульса

Глава 8. Поляризация мембраны живой клетке
Глава 9. Живые ткани как источник энергетических потенциалов
Глава 10. Синдром дефицита магнитного поля Земли
Глава 11. Коррекция магнитного поля спортсменов при помощи магнитотерапии
Глава 12. Естественный баланс дефицита магнитного поля Земли
Глава 13. Влияние магнитного поля Земли на космонавтов
Глава 14. Биоэлектрические явления (при эпилепсии) в процессах передачи информации в организме
Глава 15. Патофизиологические причины эпилепсии
Глава 16. Межнейронные связи при передаче информации в организме 
Глава 17. Необходимые условия для нормальной работы ЦНС
Глава 18. Профилактическое действие магнитотерапии при дефиците магнитного поля
Глава 19. О пользе магнитов при дефиците магнитного поля Земли
Глава 20. Перспективы развития цивилизаций

Компас внутри: вы хотели бы чувствовать магнитные поля?

• Джейсон Голдман
• BBC Future

23 мая 2017

Автор фото, iStock

Как мы знаем, некоторые животные ориентируются по магнитному полю Земли. А может, мы тоже так умеем, просто об этом не задумываемся? Обозреватель BBC Future рассказывает о скрытых возможностях людей и зверей.

В 2006 году Стив Хэуорт, биохакер из Аризоны, совершил надрез на безымянном пальце Куинн Нортон, поместил туда небольшой магнит из редкоземельных металлов и зашил.

«Когда я трогаю телефонный шнур или провожу рукой по определенным частям ноутбука, палец начинает покалывать», — сказала она в интервью радиоканалу NPR (а перед этим написала о своем эксперименте статью для издания Wired).

«Иногда потянусь за чем-нибудь, а палец начинает покалывать — значит, рядом телефонный провод. В таких проводах не очень высокое напряжение, но и изоляции у них почти нет. Поэтому поле вокруг них ощущается особенно сильно», — рассказывает она.

Автор фото, iStock

Подпись к фото,

Даже низковольтный телефонный провод вызывает у Куинн Нортон покалывание в пальце

Нортон не стремилась стать супергероем — ее вовсе не прельщало перемещать предметы на расстоянии, как Магнето из «Людей Икс», или что-нибудь еще в этом роде.

Она просто хотела попробовать научиться чувствовать магнитные поля.

Как ей помог магнит?

В кончике пальца тысячи рецепторов — нервных окончаний, передающих в мозг информацию о том, к чему вы прикасаетесь.

При попадании в магнитное поле имплантированный в палец крохотный магнит может начать чуть-чуть двигаться или вибрировать — и этого будет достаточно, чтобы активировать нервные окончания.

Конечно, мы круглые сутки находимся в водовороте разных магнитных полей — они есть у Земли, Солнца, у каждого холодильника, лампочки, смартфона и телевизионного пульта.

Электричество и магнетизм неразрывно связаны, поэтому магнитное поле возникает везде, где есть электрический ток, — и наоборот.

Но биохакерский проект Хэуорта и Нортон и не предусматривал того, чтобы человек начал видеть все эти поля разом.

Как Нортон пояснила в радиоинтервью, ей чаще всего приходилось прикоснуться к предмету, чтобы почувствовать его магнитное поле.

Животным гораздо проще. Еще в конце 1960-х ученые выяснили, что некоторые птицы определяют направление перелета, ориентируясь по магнитному полю Земли. И они обходятся без хирургических операций — за них всё сделала эволюция.

Например, у малиновки (зарянки) в клетках сетчатки есть такое вещество, как криптохром, которое регулирует чувствительность зрительных нервов в зависимости от магнитного поля.

Благодаря этому часть картинки становится темнее, а часть светлее — птичка буквально видит магнитное поле Земли. И она в этом не одинока.

У голубей есть чувствительные к магнитному полю нейроны, а головастые морские черепахи ориентируются по магнитным полям при миграции.

Лисы предположительно используют магнитную чувствительность при охоте. Собаки, справляя нужду, стараются вставать по оси север — юг.

Коровы же поссорили зоологов, которые не могут договориться о том, выстраиваются ли стада коров (и оленей) вдоль линий магнитного поля.

Автор фото, fotoVoyager

Подпись к фото,

Неужели эти коровы чувствуют что-то, что нам недоступно?

Получается, магниторецепция (умение чувствовать магнитные поля) — вовсе не редкость в царстве животных. Напрашивается вопрос: а как же человек?

Если бы магнит от холодильника прилипал к руке, мы бы это, конечно, заметили.

Но не стоит исключать, что магнитные поля влияют на нас менее заметным образом — может быть, даже помимо нашего сознания.

В 1980 году британский зоолог Робин Бейкер опубликовал отчет о серии экспериментов, которые стали известны как манчестерские.

«При перемещении в другое место многие виды животных могут определить, в каком направлении следует двигаться, чтобы вернуться», — писал он в журнале Science.

Аналогичные эксперименты с людьми показали, что у них есть похожая способность.

Бейкер был уверен, что люди находят «дорогу домой» не за счет построения внутренней карты или чего-либо подобного.

Для него вывод был очевиден: homo sapiens умеет чувствовать магнитное поле Земли.

Студентов Манчестерского университета загружали в минифургоны группами от пяти до одиннадцати человек. После этого им завязывали глаза и везли «по извилистой дороге» от шести до 52 километров.

Когда студента выводили из фургона и разрешали снять повязку с глаз, его просили указать направление в сторону университета, назвав сторону света — например, «север» или «юго-восток».

Бейкер повторил этот эксперимент десять раз с десятью группами студентов, и в среднем они действительно чаще указывали в верном направлении (или близком к нему), чем в противоположном.

Затем Бейкер повторил эксперимент еще раз, по просьбе одной из телепередач.

На этот раз у половины участников к затылку был пристегнут магнит. Другой половине дали кусочек меди, не обладающий магнитными свойствами, но для чистоты эксперимента тоже сказали, что это магнит.

Те, у кого к затылку была приложена медь, чаще указывали в нужную сторону, как и участники первого эксперимента.

Те же, кому достались настоящие магниты, путали направление, что позволило сделать вывод, что на выявленную способность ориентироваться в пространстве легко повлиять.

Автор фото, Josh Clark/Flickr/CC BY Sa

Подпись к фото,

Наличие молекул магнетита в мозге человека и криптохрома в тканях сетчатки — доводы в пользу гипотезы о том, что мы тоже чувствуем магнитные поля

Хотя манчестерские эксперименты и не стали однозначным доказательством того, что у человека есть магнеторецепция, они послужили стимулом для дальнейшей работы в этой области.

Ученые по всему миру провели десятки исследований, стремясь воспроизвести полученные Бейкером результаты. Но это оказалось не так просто.

Например, биологи Джеймс Гулд и Кеннет Эйбл восемь раз пытались получить обнаруженный Бейкером эффект, но не смогли.

«Отсутствие результата в каждом из проведенных экспериментов свидетельствует о том, что рассматриваемое явление носит более сложный и непостоянный характер, чем ожидалось», — написали они в журнале Science.

Даже пригласив самого Бейкера в Нью-Джерси, чтобы он помог организовать эксперименты надлежащим образом, авторам не удалось выявить какие-либо признаки магнеторецепции.

Однако в 1987 году Бейкер провел метаанализ, в котором пришел к выводу, что если объединить данные всех неудачных экспериментов, предпринятых в Великобритании, США и Австралии, просматривается именно та закономерность, о которой он писал.

Ученые до сих пор не пришли к единому мнению о том, как толковать результаты «манчестерских экспериментов».

Бесспорно одно: у нас в мозге и костях есть минеральное вещество магнетит, а в клетках сетчатки содержится криптохром — следовательно, не исключено, что наш организм тоже реагирует на магнитные поля. Исследователи продолжают искать подтверждение этой гипотезы.

Иными словами, даже если у нас есть хоть какое-то «магнитное чувство», доказать его наличие непросто.

Похоже, что пока самый верный способ продемонстрировать такую сверхспособность — имплантировать в кончики пальцев по магниту. Но мы настоятельно не рекомендуем это делать.

Прочитать оригинал этой статьи на английском языке можно на сайте BBC Future.

Можно ли делать МРТ с имплантами зубов? Разрушаем мифы о процедуре МРТ.

МРТ или магнитно-резонансная томография — современный метод высокоточного исследования организма человека, основанный на действии магнитных волн. И в этом причина определенных ограничений для проведения процедуры, в том числе, пациентам с имплантами зубов. В каких случаях обследование безопасно и есть ли жесткие ограничения для людей с имплантами зубов?

Принцип работы МРТ

Конечный результат МРТ обследования — это изображения организма человека “изнутри”, создаваемое с помощью магнитных волн. В аппарате образуется магнитное поле, в которое помещается пациент, и компьютер фиксирует исходящий от молекул его тела обратный сигнал.

Полученное изображение — не просто фотография. Магнитные импульсы создают трехмерную послойную картинку, то есть, рассмотреть организм можно на разной глубине и с разных сторон. Метод позволяет получить точную информацию:

• о месте локализации новообразований, даже малой формы;
• о микроинсультах и кровоизлияниях;
• незаметной для других типов сканирования деформации сосудов, аневризме и рассеянном склерозе;
• не определяемых на других устройствах межпозвоночных грыжах.

Влияние процедуры МРТ на импланты

Поскольку обследование базируется на использовании магнитных волн, у многих пациентов возникает логичный вопрос: можно ли делать МРТ с имплантами зубов? Эти опасения понятны, но не всегда обоснованы.

В стоматологии, как и в любом другом направлении медицины, технология протезирования постоянно развивается, появляются новые материалы и методики. Так, если раньше зубные коронки изготавливались из сплава меди и золота, то сегодня вам предложат металлокерамику или титановый сплав.

В чем разница? Старая технология медь-золото давала искажения на снимках МРТ, но при этом не влияла на здоровье или состояние пациента во время процедуры. Сегодня в стоматологии массово используется титан с небольшими примесями других элементов, что делает протез более легким и прочным. По своей природе титан химически инертен, поэтому не окисляется, не выделяет вредных веществ и не реагирует на магнитные волны, а значит не дает искажения на снимках. Все это касается не только зубов, но и протезов костей, суставов.

Металлокерамика при МРТ также не влияет ни на самочувствие, ни на результат диагностики.

Но, кроме самого импланта есть еще штифты, пластины и винты, на которые он крепится. В них и может заключаться проблема. Детали креплений имплантов изготавливаются из различных ферромагнетиков, особых сплавов железа, которые имеют положительную магнитную восприимчивость. Воздействие на них магнитного поля может давать искаженные результаты и влиять на самочувствие пациента во время процедуры.

Как воздействуют железные детали имплантатов на различные области при МРТ

Вне зависимости от области обследования перед процедурой необходимо обязательно снять все металлические предметы:

• кнопки,
• заклепки,
• крючки,
• молнии,
• пряжки,
• ключи,
• монеты,
• брелоки,
• украшения,
• часы,
• мобильные телефоны,
• магнитные носители (кассеты, дискеты),
• кредитные карточки.

Кроме того, необходимо предупредить медицинский персонал о наличии в теле имплантов или протезов, особенно с содержанием металлов. При МРТ головы и шейного отдела позвоночника сплавы железа в крепеже зубных протезов могут нагреваться и двигаться. Это может привести не только к искажению результатов диагностики, но и к дискомфорту или возможной травме обследуемого. Однако, подобный исход возможен только при наличии в теле больших фрагментов металла, а масса штифта или пластины ничтожно мала. Поэтому даже при наличии большого количества имплантов возникновение подобной ситуации практически невозможно. И уж точно, присутствие в теле импланта не повод отказываться от МРТ.

На остальные виды МРТ – костей, суставов, грудного и поясничного отделов позвоночника – наличие металлических креплений в зубных имплантатах никакого влияния не оказывает. Непосредственно МРТ диагностику зубов назначают редко, к челюсти сложно «подобраться» с помощью этого томографа.

А МРТ конечностей, поясницы и позвоночника проходят без последствий. Диагностику зубов этим методом назначают редко — к челюсти сложно «подобраться» с помощью МРТ.

Мифы о процедуре МРТ

Чему не стоит верить, отправляясь на МРТ:

1. Во время процедуры нагреваются и двигаются импланты.

Удельный вес металлической детали крепления имплантата ничтожно мал, а значит и дефектов на снимках и дискомфорта для пациента от нее не будет. Но все же стоит предупредить медицинский персонал, если она состоит из диоксида циркония, чистой керамики или дорогих сплавов, противопоказаний к МРТ нет, а вот если металлокерамика, необходимо уточнить, из каких металлов и примесей состоит имплантат. Если в составе много металлов ферромагнитов, скорее всего, качество изображения будет снижено и оценить структуры, находящиеся за конструкцией, будет невозможно.

2. Нельзя делать МРТ при беременности.

Это неправда только отчасти. В первом триместре беременности происходит закладка тканей и жизненно-важных органов ребенка, поэтому любое физическое, химическое и биологическое воздействие должно быть исключено. Поэтому МРТ в этот период проводят лишь по экстренным показаниям. Однако на поздних сроках диагностика позволяет определить положение ребенка, выявить узкий таз у беременной и даст возможность акушеру подготовиться к правильному принятию родов.

3. Проходить МРТ с протезами больно.

Нет, это абсолютно безболезненная и безопасная процедура. Можно проходить МРТ даже с титановыми пластинами, они не подвержены воздействию магнитного поля и не могут нанести вред. В процедуре могут отказать только при имплантированной стальной пластине в теле пациента, поскольку она нагревается и смещается под воздействием магнитного поля, что может травмировать пациента.

Что может стать настоящей причиной для отказа от МРТ?

1. Клаустрофобия. Пациента помещают в закрытый аппарат на непродолжительное время, что может спровоцировать паническую атаку. Но здесь все зависит от степени клаустрофобии и вида обследования. Кроме того, каждый аппарат имеет “тревожную” кнопку, при нажатии которой процедура немедленно останавливается и к пациенту подходит медицинский персонал.
2. Установленный кардиостимулятор может прийти в опасный резонанс с магнитными волнами и прекратить работу.
3. Слуховой аппарат перед началом обследования необходимо обязательно снять, так как под воздействием магнитного поля может быть поврежден магнит в составе аппарата. А наличие имплантов среднего и внутреннего уха является абсолютным противопоказанием, так как в их составе часто используются сплавы металлов с сильными магнитными свойствами.
4. Инсулиновая помпа является абсолютным противопоказанием для проведения МРТ.

Перед процедурой необходимо обязательно сказать врачу обо всем, что может отразиться на вашем здоровье и результате диагностики. Нельзя замалчивать что-то в страхе, что МРТ не сделают. Как правило, любая проблема решаема, а в случае с металлическими протезами и имплантами в теле пациента врач просто настроит томограф, так, что с учетом расположения и состава протеза прибор выдаст максимально качественный четкий снимок. При абсолютных противопоказаниях к проведению МРТ врач подберет наиболее информативный и разрешенный в вашем случае вид исследования.

Если же пациент “забудет” о ненастоящей идеальной улыбке, снимки получатся смазанными, и придется проходить МРТ заново, уже честно признавшись во всех вмешательствах в организм.

Если вы планируете пройти МРТ диагностику у квалифицированных специалистов, на современном оборудовании экспертного класса в комфортных условиях и в кратчайшие сроки — позвоните по номеру телефона, указанному на сайте, или оставьте заявку в форме обратной связи. Специалисты медицинского центра «Адмиралтейские верфи» ответят на ваши вопросы и проведут все необходимые обследования в течение одного рабочего дня. Давайте заботиться о вашем здоровье вместе!

Магнитный метод (дефектоскопия) неразрушающего контроля

Магнитный контроль (МК) решает задачи, связанные с обнаружением дефектов внутри и на поверхности конструкций из ферромагнетиков (железо, кобальт, никель). Выявление флокенов, неметаллических включений, волосовин и прочих повреждений методами МК осуществимо, только когда они поверхностные или залегающие на глубине, не превышающей 2-3 мм.

В основе метода – регистрация и анализ магнитных полей рассеяния, образующихся вокруг ферромагнитных объектов после их намагничивания. О наличии дефектов свидетельствует перераспределение магнитных потоков, и формирование магнитных полей рассеяния над определенным местом.

Разновидности методов МК

Чтобы выявлять и фиксировать потоки рассеяния, указывающие на присутствие деформаций и повреждений, применяют несколько методов МК, различающихся в соответствии с ГОСТ 24450-80 по способам получения исходных данных:

1. Магнитопорошковый – наиболее распространенный и востребованный метод. Отличающийся простотой применения, высокой сенсетивностью и универсальностью, он используется для обнаружения поверхностных и расположенных на глубине до 2 мм деформаций с помощью магнитного порошка в качестве индикатора
2. Индукционный – основан на применении индукционных преобразователей (катушек), улавливающих локальные потоки возмущения поля, образующиеся над повреждениями намагниченного объекта контроля
3. Магниторезисторный – использует магниторезистивные преобразователи для выявления и регистрации потоков рассеивания над деформациями намагниченного объекта контроля
4. Магнитографический – использование записи магнитного поля исследуемого объекта на соответствующем носителе. Воспроизведение полученной сигналограммы анализируется для выявления дефектов
5. Пондеромоторный – построен на пондеромоторном взаимодействии фиксируемого магнитного поля исследуемого объекта и магнитного поля постоянного магнита, электромагнита или рамки с током
6. Феррозондовый – использование феррозондовых преобразователей для обнаружения и регистрации рассеяния магнитных полей сварочных швов и прочих исследуемых объектов
7. Метод эффекта Холла – применение одноименных преобразователей для фиксации локальных возмущений полей над объектами контроля

Основой всех методов МК является обнаружение локальных возмущений поля, образуемых повреждениями намагниченного ферромагнетика. Магнитный поток перемещается по исследуемому объекту, создавая над обнаруженными дефектами поля рассеяния. Их форма и амплитуда отражают размер, параметры и глубину залегания разрушений

Выявляемые дефекты

Методы МК впервые были использованы в 19 веке. С их помощью оценивали прочность, а также структурное состояние ружейных затворов и оболочек разрывных снарядов. С тех пор успели сформироваться три основные сферы МК:

• Контроль сплошностей в ферромагнетиках
• Оценка прочности и структурного состояния ферромагнитных сталей и сплавов
• Определение фаз в конкретном сплаве

Контроль качества магнитными методами дает возможность выявлять повреждения, обладающие характеристиками:

• Брак с шириной раскрытия на поверхности обследуемого участка от 0,002 мм при глубине от 0,01 мм
• Крупные внутренние дефекты, залегающие на глубине от 2 мм
• Поверхностные повреждения глубиной до 2 мм
• Брак под немагнитным покрытием толщиною до 0,25 мм

Сегодня магнитный контроль востребован практически во всех промышленных отраслях:

• Нефтехимия
• Металлургия
• Машиностроение
• Энергетика (ТЕЦ, АЭС)
• НГК (трубопроводы, промышленные емкости)
• Авиа-, судо- и автомобилестроение

Грамотное применение методов МК позволяет на ранней стадии выявлять и устранять поверхностные и углубленные повреждения ферромагнетиков

Особенности технологии МК

Метод МК не требует специальной предварительной подготовки, поскольку является бесконтактным. Его суть заключается в анализе поля рассеяния, образующегося в местах скопления дефектов при намагничивании исследуемых объектов.

Проведение МК регулируется национальными и международными стандартами, включая, ГОСТ 21105-87, РД-13-05-2006 и EN 1290:1998.

1. Магнитная проницаемость несплошности гораздо ниже, чем у остальной части исследуемого объекта. Ее наличие искривляет магнитные силовые линии. Некоторые из них выходят на поверхность пораженного участка, чтобы обойти повреждение и образуют локальный магнитный поток рассеяния
2. Возникновение полей возмущения фиксируется магнитными преобразователями, среди которых наиболее распространены датчик Холла и его индукционные, феррозондовые, и магниторезистивные вариации
3. Мероприятия контроля завершаются размагничиванием каждой используемой детали в поле солеонида, питаемого переменным током

Бесконтактный магнитный контроль чаще всего применяют в диагностике:

• Магистральных трубопроводов:
• Отдельных труб с любым диаметром
• Прокатных листов
• Арматуры
• Вертикальных стальных резервуаров

Проведение аттестации и обучение специалистов по неразрушающему контролю

Приборы и оборудование

Для намагничивания контролируемых объектов используют стационарные и портативные магнитные дефектоскопы. Первые позволяют с высокой точностью выявлять поверхностные и более глубокие повреждения любой направленности, вторые – контролировать объекты в полевых условиях.

Недостаток диагностических магнитных дефектоскопов заключается в узкой направленности и требовательности к температурному режиму. Для получения более корректных результатов эксперты рекомендуют использовать многоканальную модель с функцией ультразвукового анализа.

1. Работа прибора начинается его калибровкой с проверкой по эталонам и очищением поверхности контролируемой детали
2. Намагничивание детали в соответствии с типом намагничивания и параметрами чувствительности
3. Нанесение индикаторного вещества
4. Визуальный осмотр детали с возможностью фиксации индикаторного рисунка для дальнейшего анализа с помощью многофункционального дефектоскопа

На основании сравнения полученных рисунков с нормативными образцами делают заключение о возможности целевого применения исследуемого объекта.

Отправьте заявку на исследование магнитным методом контроля

Благодарственные письма наших клиентов

Среди наших клиентов

Как измерить магнитное поле?

Может, стоит включить пару уравнений. Во-первых, две силы, действующие на электрический заряд, можно записать как силу Лоренца.

Да, это векторное произведение магнитной части силы. Кроме того, если у вас есть электрическое поле, изменение электрического потенциала между двумя точками будет:

Если электрическое поле является постоянным как по направлению, так и по величине, то величина изменения электрического потенциала будет просто E * с .

Теперь мы готовы к датчику Холла. Вот небольшой кусок материала с током, помещенный в магнитное поле. Поле будет направлено на экран. Самый простой способ показать этот тип вектора — представить его как «X». Думайте о «X» как о конце стрелки (перья). Позвольте мне просто показать один движущийся электрон в этом материале.

Поскольку ток направлен вверх, скорость электронов будет уменьшаться (отрицательный заряд).Однако произведение на и на будет вверх, поскольку заряд отрицательный. Магнитная сила на этом заряде будет слева. Обратите внимание, что эта сила перпендикулярна как скорости, так и магнитному полю.

Что эта магнитная сила делает с движущимся электроном в токе? Ясно, что он не будет двигаться по прямой в направлении течения. Вместо этого электрон будет изгибаться влево. Если все эти электроны в токе изгибаются влево, в конечном итоге на левой стороне этого материала будут избыточные отрицательные заряды.
Поскольку материал имеет общий нейтральный заряд, на правой поверхности также должны быть положительные заряды.

В конечном итоге материал будет выглядеть так (я собираюсь нарисовать только один вектор магнитного поля):

Это изображение немного сложнее, чем я хотел, но вот ключевые моменты:

• Поверхность заряд накапливается сбоку из-за магнитной силы, действующей на движущиеся носители заряда.
• Этот поверхностный электрический заряд создает электрическое поле.
• Электрическое поле (из-за боковых поверхностных зарядов — также существует электрическое поле, которое вызывает ток) оказывает силу на движущиеся заряды.
• Заряды на боковых поверхностях будут накапливаться до тех пор, пока не появится боковая электрическая сила, которая нейтрализует магнитную силу, и электроны снова не начнут двигаться в направлении провода.
• Это электрическое поле также означает изменение электрического потенциала в материале (которое мы можем измерить).

Если вы знаете размер материала и скорость электронов (технически называемую скоростью дрейфа), то я могу установить магнитную силу равной боковой электрической силе.

Изменение электрического потенциала (поперек материала) можно измерить с помощью вольтметра. Если поперечное электрическое поле постоянно, то:

И это дает вам магнитное поле. Конечно, вам все еще нужна скорость дрейфа электронов, но вы можете ее получить, если знаете тип материала и величину электрического тока. Как насчет обзора?

• Поместите материал в магнитное поле.
• Пропустите ток через этот материал.
• Магнитное поле будет создавать «боковое» изменение электрического потенциала в материале, которое вы можете измерить.
• Используя это изменение потенциала и размера материала, вы получите величину магнитного поля.

Но подождите! У вас нет магнитного поля. Вы получаете составляющую магнитного поля, перпендикулярную датчику. В iPhone (я почти уверен) есть три датчика, так что вы можете получить все три компонента магнитного поля Земли и, таким образом, определить направление магнитного поля.

Конечно, существуют и другие методы измерения магнитного поля, но это два варианта, к которым у вас, вероятно, есть легкий доступ. Я покажу, как вы можете использовать эти методы, чтобы посмотреть на силу различных магнитов, но в более позднем посте.

Обнаружение магнитного поля Роном Куртусом

SfC Home> Физика> Магнетизм>

Рона Куртуса (редакция 20 марта 2020 г.)

Любой источник магнетизма, такой как магнит или электромагнит, окружен магнитным полем .Это поле может быть обнаружено различными устройствами, которые также могут предоставить информацию о направлении поля и даже его напряженности.

Простой компас может обнаруживать магнитное поле и указывать его направление. Железные опилки можно использовать, чтобы показать форму магнитного поля. На сложном уровне гауссметр может обнаруживать поле и указывать его силу, измеряемую в единицах Гаусса.

Вопросы, которые могут у вас возникнуть:

• Как компас обнаруживает магнитное поле?
• Как железные опилки демонстрируют магнитное поле?
• Что такое гауссметр?

Этот урок ответит на эти вопросы.Полезный инструмент: Конвертация единиц

---

---

Компас обнаруживает поле

Компас — это просто тонкий магнит или намагниченная железная игла, балансирующая на оси. Его можно использовать для обнаружения небольших магнитных полей. Игла будет вращаться, чтобы указывать на противоположный полюс магнита. Он может быть очень чувствителен к небольшим магнитным полям.

Использование компаса для отображения магнитного поля

Когда вы подносите компас к предмету, который предположительно намагничен или имеет магнитное поле, компас повернется и укажет на соответствующий полюс объекта.

Стрелка компаса притягивается к полюсу N магнита

Известный эксперимент показал, что провод, по которому проходит постоянный электрический ток, создает магнитное поле. Когда было включено электричество, соседний компас сдвинулся, чтобы указать на наличие магнитного поля.

Земля — ​​огромный магнит

С помощью компаса выяснилось, что Земля — ​​это огромный магнит. Северный полюс стрелки компаса всегда будет указывать на северный магнитный полюс Земли.

Железные опилки демонстрируют поле

Разложив мелкие железные опилки или пыль на листе бумаги, положенном поверх магнита, вы можете увидеть очертания магнитных силовых линий или магнитного поля. Картинка внизу

Железные опилки и компасы показывают форму и направление магнитного поля

Этот эксперимент также показывает, что магнетизм действует через многие материалы, например бумагу. Сработал бы эксперимент, если бы для посыпания опилок использовали лист железа? А как насчет алюминиевой фольги?

Гауссметр для измерения поля

Гауссметры используются для измерения напряженности магнитного поля.Они используют электронный чип, называемый устройством на эффекте Холла, который излучает крошечный электрический ток при воздействии магнитного поля. Ток усиливается с помощью электронной схемы, а счетчик показывает количество гаусс (единиц напряженности магнитного поля).

Эти устройства используются для обнаружения и измерения магнитных полей в научных экспериментах, в промышленности и даже в домах людей.

Сводка

Магнитные объекты окружены магнитным полем. Устройства могут обнаруживать поле, а также предоставлять информацию о направлении поля и даже его силе.Компас может обнаруживать магнитное поле и указывать его направление. Железные опилки могут отображать форму магнитного поля. Гауссметр может обнаруживать поле и указывать его силу.

---

Следуй за своим компасом к успеху

---

Ресурсы и ссылки

Полномочия Рона Куртуса

Сайты

Как работают компасы

Создайте свой собственный гауссметр — Домашние инструкции

Недорогой гауссметр — Не так уж и дешево, но вы можете увидеть информацию о гауссметре

Ресурсы магнетизма

Книги

Книги по магнетизму с самым высоким рейтингом

---

Вопросы и комментарии

Есть ли у вас какие-либо вопросы, комментарии или мнения по этой теме? Если да, отправьте свой отзыв по электронной почте.Я постараюсь вернуться к вам как можно скорее.

---

Поделиться страницей

Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:

---

Студенты и исследователи

Веб-адрес этой страницы:
www.school-for-champions.com/science/
магнитный_detection.htm

Пожалуйста, включите его в качестве ссылки на свой веб-сайт или в качестве ссылки в своем отчете, документе или тезисе.

Авторские права © Ограничения

---

Где ты сейчас?

Школа чемпионов

Магнетизм темы

Обнаружение магнитного поля

---

Как работают магнитные поля?

Обновлено 28 декабря 2020 г.

Автор: С. Хуссейн Атер

••• Сайед Хуссейн Атер

Магнитные поля описывают, как магнитная сила распределяется в пространстве вокруг объектов.Как правило, для магнитного объекта линии магнитного поля проходят от северного полюса объекта к южному полюсу, точно так же, как и для магнитного поля Земли, как показано на диаграмме выше.

Та же самая магнитная сила, которая заставляет предметы прилипать к поверхности холодильника, используется в магнитном поле Земли, которое защищает озоновый слой от вредного солнечного ветра. Магнитное поле формирует пакеты энергии, которые не позволяют озоновому слою терять углекислый газ.

Вы можете наблюдать это, засыпая железные опилки, маленькие порошкообразные кусочки железа в присутствии магнита.Подложите магнит под лист бумаги или легкий кусок ткани. Вылейте железные опилки и посмотрите, какие формы и формы они принимают. Определите, какие силовые линии должны быть, чтобы опилки располагались и распределялись таким образом в соответствии с физикой магнитных полей.

Чем больше плотность линий магнитного поля, проведенных с севера на юг, тем больше величина магнитного поля. Эти северный и южный полюса также определяют, будут ли магнитные объекты привлекательными (между северным и южным полюсами) или отталкивающими (между идентичными полюсами).Магнитные поля измеряются в единицах Тесла, T .

Наука о магнитных полях

Поскольку магнитные поля образуются всякий раз, когда заряды движутся, магнитные поля индуцируются электрическим током через провода. Поле дает вам способ описать потенциальную силу и направление магнитной силы в зависимости от тока через электрический провод и расстояния, которое проходит ток. Силовые линии магнитного поля образуют концентрические круги вокруг проводов.Направление этих полей можно определить с помощью «правила правой руки».

Это правило говорит вам, что если вы поместите большой палец правой руки в направлении электрического тока по проводу, результирующие магнитные поля будут в том направлении, в котором изгибаются пальцы вашей руки. Чем больше ток, тем сильнее индуцируется магнитное поле.

Как определить магнитное поле?

Вы можете использовать различные примеры правила правой руки , общего правила для определения направления различных величин, включая магнитное поле, магнитную силу и ток.Это эмпирическое правило полезно во многих случаях, связанных с электричеством и магнетизмом, поскольку это диктуется математикой величин.

••• Syed Hussain Ather

Это правило правой руки также может применяться в другом направлении для магнитного соленоида или серии электрического тока, намотанного на проволоку вокруг магнита. Если вы направите большой палец правой руки в направлении магнитного поля, пальцы правой руки будут сгибаться в направлении электрического тока.Соленоиды позволяют использовать силу магнитного поля через электрические токи.

••• Syed Hussain Ather

Когда электрический заряд перемещается, создается магнитное поле, поскольку вращающиеся и перемещающиеся электроны сами становятся магнитными объектами. Элементы, которые имеют неспаренные электроны в основном состоянии, такие как железо, кобальт и никель, могут быть выровнены так, что они образуют постоянные магниты. Магнитное поле, создаваемое электронами этих элементов, облегчает прохождение электрического тока через эти элементы.Сами магнитные поля также могут нейтрализовать друг друга, если они равны по величине в противоположных направлениях.

Ток, протекающий через батарею I излучает магнитное поле B на радиусе r в соответствии с уравнением для закона Ампера :

B = 2 \ pi r \ mu_0 I

, где μ ₀ — магнитная постоянная вакуумной проницаемости, 1,26 x 10 ^-6 Гн / м («Генри на метр», где Генри является единицей индуктивности) .Увеличение тока и приближение к проводу увеличивают результирующее магнитное поле.

Типы магнитов

Чтобы объект был магнитным, электроны, составляющие объект, должны иметь возможность свободно перемещаться между атомами в объекте. Для того чтобы материал был магнитным, идеальными кандидатами являются атомы с неспаренными электронами одного и того же спина, поскольку эти атомы могут образовывать пары друг с другом, позволяя электронам свободно перемещаться. Тестирование материалов в присутствии магнитных полей и изучение магнитных свойств атомов, из которых состоят эти материалы, могут рассказать вам об их магнетизме.

Ферромагнетики обладают постоянным магнитом. Парамагнетики , напротив, не будут проявлять магнитные свойства, если только в присутствии магнитного поля не выравнивает спины электронов так, чтобы они могли свободно перемещаться. Диамагнетики имеют такой атомный состав, что на них вообще не действуют магнитные поля или на них очень мало влияют магнитные поля. У них нет или мало неспаренных электронов, через которые проходят заряды.

Парамагнетики работают, потому что они сделаны из материалов, которые всегда имеют магнитных моментов , известных как диполи. Эти моменты — их способность выравниваться с внешним магнитным полем из-за спина неспаренных электронов на орбиталях атомов, из которых состоят эти материалы. В присутствии магнитного поля материалы выравниваются, чтобы противостоять силе магнитного поля. Парамагнитные элементы включают магний, молибден, литий и тантал.

Внутри ферромагнетика диполь атомов является постоянным, обычно в результате нагрева и охлаждения парамагнитного материала.Это делает их идеальными кандидатами для электромагнитов, двигателей, генераторов и трансформаторов для использования в электрических устройствах. Диамагнетики, напротив, могут создавать силу, которая позволяет электронам свободно течь в форме тока, который затем создает магнитное поле, противоположное любому приложенному к ним магнитному полю. Это нейтрализует магнитное поле и не дает им стать магнитными.

Магнитная сила

Магнитные поля определяют, как магнитные силы могут распределяться в присутствии магнитного материала.В то время как электрические поля описывают электрическую силу в присутствии электрона, магнитные поля не имеют такой аналогичной частицы, на которой можно было бы описать магнитную силу. Ученые предположили, что магнитный монополь может существовать, но не было экспериментальных доказательств того, что эти частицы существуют. Если бы они существовали, эти частицы имели бы магнитный «заряд» почти так же, как заряженные частицы имеют электрические заряды.

Магнитная сила возникает из-за электромагнитной силы, силы, которая описывает как электрические, так и магнитные компоненты частиц и объектов.Это показывает, насколько магнетизм присущ тем же явлениям электричества, как ток и электрическое поле. Заряд электрона — это то, что заставляет магнитное поле отклонять его посредством магнитной силы, так же, как электрическое поле и электрическая сила.

Магнитные поля и электрические поля

Хотя только движущиеся заряженные частицы излучают магнитные поля, а все заряженные частицы излучают электрические поля, магнитные и электромагнитные поля являются частью одной и той же фундаментальной силы электромагнетизма.Электромагнитная сила действует между всеми заряженными частицами во Вселенной. Электромагнитная сила принимает форму повседневных явлений электричества и магнетизма, таких как статическое электричество и электрически заряженные связи, которые удерживают молекулы вместе.

Эта сила наряду с химическими реакциями также формирует основу электродвижущей силы, которая позволяет току течь через цепи. Когда магнитное поле переплетается с электрическим полем, полученный продукт известен как электромагнитное поле.

Уравнение силы Лоренца

F = qE + qv \ times B

описывает силу, действующую на заряженную частицу q , движущуюся со скоростью v в присутствии электрического поля E и магнитное поле B . В этом уравнении x между qv и B представляет собой перекрестное произведение. Первый член qE представляет собой вклад электрического поля в силу, а второй член qv x B представляет собой вклад магнитного поля.

Уравнение Лоренца также говорит вам, что магнитная сила между скоростью заряда v и магнитным полем B составляет qvbsinϕ для заряда q , где ϕ («фи») — это угол между v и B , который должен быть меньше 1 80 градусов. Если угол между v и B больше, то вы должны использовать угол в противоположном направлении, чтобы исправить это (из определения перекрестного произведения).Если ϕ равно 0, например, скорость и магнитное поле указывают в одном направлении, магнитная сила будет равна 0. Частица будет продолжать двигаться, не отклоняясь от магнитного поля.

Перекрестное произведение магнитного поля

••• Сайед Хуссейн Атер

На диаграмме выше перекрестное произведение между двумя векторами a и b равно c . Обратите внимание на направление и величину c . Это в направлении, перпендикулярном a и b , если задано правилом правой руки.Правило правой руки означает, что направление результирующего перекрестного произведения c задается направлением большого пальца, когда указательный палец правой руки находится в направлении b , а средний палец правой руки находится в направление a .

Перекрестное произведение — это векторная операция, которая приводит к вектору, перпендикулярному как qv , так и B , заданному правилом правой руки трех векторов и с величиной площади параллелограмма, которая векторы qv и B простираются.Правило правой руки означает, что вы можете определить направление перекрестного произведения между qv и B , поместив указательный палец правой руки в направлении B , средний палец в направлении направление qv , и полученное направление вашего большого пальца будет направлением перекрестного произведения этих двух векторов.

••• Syed Hussain Ather

На приведенной выше диаграмме правило правой руки также демонстрирует взаимосвязь между магнитным полем, магнитной силой и током через провод.Это также показывает, что перекрестное произведение между этими тремя величинами может представлять собой правило правой руки, поскольку перекрестное произведение между направлением силы и полем равно направлению тока.

Магнитное поле в повседневной жизни

Магнитные поля от 0,2 до 0,3 тесла используются в МРТ, магнитно-резонансной томографии. МРТ — это метод, который врачи используют для изучения внутренних структур тела пациента, таких как мозг, суставы и мышцы. Обычно это делается путем помещения пациента в сильное магнитное поле так, чтобы оно проходило вдоль оси тела.Если вы представите пациента магнитным соленоидом, электрические токи будут обволакивать его или ее тело, а магнитное поле будет направлено в вертикальном направлении по отношению к телу, как это диктуется правилом правой руки.

Затем ученые и врачи изучают, как протоны отклоняются от своего нормального положения, чтобы изучить структуры внутри тела пациента. Благодаря этому врачи могут проводить безопасную неинвазивную диагностику различных состояний.

Человек не чувствует магнитное поле во время процесса, но, поскольку в человеческом теле очень много воды, ядра водорода (которые являются протонами) выстраиваются под действием магнитного поля.Сканер МРТ использует магнитное поле, из которого протоны поглощают энергию, и, когда магнитное поле отключается, протоны возвращаются в свое нормальное положение. Затем устройство отслеживает это изменение положения, чтобы определить, как протоны выровнены, и создать изображение внутренней части тела пациента.

Магнитное поле вокруг провода, I

Когда ток проходит через проводник, создается магнитное поле.

Всякий раз, когда ток проходит через проводник, создается магнитное поле, на что однажды наткнулся Ганс Кристиан Эрстед около 1820 года.В зависимости от формы проводника контур магнитного поля будет меняться. Однако, если проводник представляет собой провод, магнитное поле всегда принимает форму концентрических окружностей, расположенных под прямым углом к ​​проводу. Магнитное поле является самым сильным в области, ближайшей к проводу, и его направление зависит от направления тока, который создает поле, как показано в этой интерактивной анимации.

В руководстве представлен прямой провод, по которому течет ток.Знаки плюс и минус указывают полюса аккумулятора (не показан), к которому подключен провод. Обычное направление тока указано большой черной стрелкой. (Согласно соглашению, поток тока противоположен фактическому направлению электронов , показанных желтым цветом). Линии магнитного поля , генерируемые вокруг провода из-за наличия тока, показаны синим цветом. Чтобы наблюдать направление поля в любой заданной точке на окружности провода, щелкните и перетащите стрелку компаса (северный полюс красный, южный полюс синий).Направление магнитного поля вокруг провода также указано маленькими стрелками на отдельных линиях поля . Нажмите кнопку Reverse , чтобы изменить направление тока и наблюдать, как это изменение оказывает на магнитное поле провода.

Существует простой метод определения направления магнитного поля, создаваемого вокруг токоведущего провода, обычно называемого правилом правой руки. Согласно этому правилу, если большой палец правой руки направлен в направлении обычного тока, то направление, в котором остальные пальцы должны согнуться, чтобы сжать кулак (или обернуть рассматриваемый провод), будет направление магнитного поля.

Лаборатория магнитных полей | Национальное географическое общество

1. Активируйте предыдущие знания учащихся о магнитных полях.
Спросите: Что вы уже знаете о магнитных полях? Какой повседневный объект, измеряющий магнитные поля, вы можете придумать? Выясните у студентов, что компас использует магнитное поле Земли для определения направления. Затем покажите студентам видеоролик НАСА «Магнитометрия 101». Попросите их пересказать своими словами, как можно измерить и нарисовать магнитные поля.Скажите студентам, что в этом упражнении они будут создавать и наблюдать феррожидкости, чтобы понять силовые линии магнитного поля и то, как силовые линии могут влиять на планеты.

2. Попросите учащихся исследовать направление магнитного поля.
Попросите пары учеников поместить стержневой магнит на белый лист бумаги. Вылейте на бумагу очень небольшое количество опилок. Опилки должны образовывать линии. Попросите учащихся определить направление линий, поместив компас на линии и нарисовав стрелку, показывающую направление на север на компасе.Нарисовав несколько стрелок, попросите учащихся обозначить, какой конец магнита представляет север, а какой — юг. Если они не уверены, попросите их пометить еще несколько строк, созданных в документах. При необходимости окажите поддержку.

3. Создайте базовую информацию о феррожидкостях.
Объясните студентам, что мы можем наблюдать магнитные поля, используя материал под названием феррожидкость . Феррожидкость — это жидкость, которая сильно намагничивается в присутствии магнитного поля.Покажите студентам фотографии намагниченных феррожидкостей и позвольте им задать вопросы. Спросите: Как вы думаете, почему что-то с такими свойствами может быть полезно на Земле или в космосе? Объясните студентам, что на Земле феррожидкости используются для образования жидких уплотнений в электронных устройствах. В космосе феррожидкости используются для управления потоком жидкого топлива и вращением космических аппаратов.

4. Представьте деятельность.
Сообщите студентам, что в этом упражнении они собираются исследовать магнитные поля и использовать эту информацию для анализа работы феррожидкостей.Предоставьте каждой паре учеников комплект материалов и место для работы. Раздайте по одному комплекту рабочих листов «Исследование ферромагнитной жидкости» и «Наблюдения за ферромагнитной жидкостью» каждой паре. Скажите студентам, что они будут заполнять Часть 1 «Наблюдения за ферромагнитной жидкостью» по мере продвижения по этапам расследования.

5. Попросите учащихся завершить и обсудить первую часть лабораторного эксперимента.
Попросите учащихся выполнить шаг 1 в раздаточном материале «Исследование феррожидкости» и затем остановиться. Спросите: Что вы наблюдаете в отношении документов? Студенты должны заметить, что опилки образуют шипы, похожие на дикобраза.Объясните, что это связано с магнитным полем, а также с жидкой суспензией. Каждая остроконечная точка — это приглушенное представление магнитных линий. Если бы жидкость не удерживала опилки, шипы продолжали бы вырастать в линии, подобные тем, которые можно увидеть, когда стержневой магнит помещают под тарелку с металлическими опилками, не взвешенными в жидкости. Спросите: Что это говорит вам о магнитном поле? Студенты должны быть в состоянии подтвердить, что магнитное поле проявляется в виде серии линий, собранных вверху и внизу стержневого магнита.

6. Попросите учащихся завершить и обсудить оставшиеся части лабораторного эксперимента.
Попросите учащихся продолжить с шагов 2–5, заполнив данные «Наблюдения за ферромагнитной жидкостью», а затем остановиться. Спросите:

• Что вы замечаете, когда перемещаете магнит? (Шипы перемещаются вместе с магнитом. По мере того, как магнит отодвигается, шипы становятся менее заметными и меньше. В конце концов, они перестают существовать, и феррожидкость падает на дно преформы.)
• Каковы возможные объяснения такого поведения? (Феррожидкость металлическая, на нее действует магнитное притяжение магнита.Шипы образуют и отражают магнитное поле, пытаясь сформировать магнитные круги, подобные тем, которые наблюдаются с магнитным полем Земли и других планет.)
• Как вы думаете, что произойдет, если вы повторите лабораторную работу, но с использованием только тонера или опилок и без масла? (Студенты должны понимать, что они увидят опилки или тонер, перетекающий от положительной полярности магнита к отрицательной.)

7. Попросите учащихся сравнить и сопоставить свои наблюдения и данные Геологической службы США.
Показать для студентов веб-страницу USGS: National Geomagnetism Programme. Спросите:

• Что вы заметили в магнитном поле Земли? (Магнитное поле Земли течет от северного магнитного полюса к южному магнитному полюсу).
• Чем это похоже или отличается от того, что вы видели в своем эксперименте? (Кажется, что шипы имеют равные расстояния и выглядят так, как будто они продолжаются до противоположного конца магнита от одного полюса к другому.)
• Как вы думаете, почему ваш эксперимент с ферромагнитной жидкостью больше походил на дикобраза, чем на линии?

Убедитесь, что учащиеся понимают, что участок, который они наблюдали с феррожидкостью, будет продолжать двигаться к противоположной стороне магнита, демонстрируя те же «линии», что и на опилках, из-за полярности магнитов. Жидкая суспензия удерживает опилки. Опилки, не подвешенные в жидкости, образуют магнитные линии от одного полюса магнита к другому.Мы наблюдаем это же явление здесь, на Земле. Помогите студентам установить связь с магнитными полями на Земле и других планетах. Объясните: у многих планет есть магнитные поля, но у некоторых нет магнитного поля или слабое магнитное поле. Магнитные поля служат щитом, защищающим планеты от солнечной радиации. Солнечные частицы отклоняются в полярные области вдоль силовых линий магнитного поля. Если на планете очень слабое магнитное поле или его нет, то люди или транспортные средства, исследующие эту планету, не могут защитить себя.

Расширение возможностей обучения

Предложите студентам прочитать статью NASA: Science News «Отвратительные солнечные вспышки». Затем попросите учащихся сравнить и сопоставить планеты в нашей солнечной системе с магнитными полями и то, что это может означать для планет и всех, кто может исследовать эти планеты:

• Земля — ​​30 000-60 000 нанотесла (нТл)
• Меркурий — в 100 раз слабее Земли.
• Венера — в 25000 раз слабее Земли
• Марс — в 5000 раз слабее Земли
• Юпитер — в 20 000 раз больше Земли
• Сатурн — в 540 раз больше Земли
• Уран — в 40 раз больше Земли
• Нептун — четверть Земли

Задайте вопрос: Учитывая то, что вы знаете о том, как магнитные поля защищают планеты от солнечного излучения, какие планеты вы бы предпочли посетить?

Lab 7 — Магнитное поле длинного прямого провода

Введение

Магнитные поля создаются токоведущими проводниками.Присутствие этих магнитных полей можно обнаружить и измерить по силе, которую они оказывают на другие магнитные материалы и проводники с током. Например, когда компас подносят к проводнику с током, стрелка компаса отклоняется, тем самым указывая на наличие магнитного поля. Эта связь между электричеством и магнетизмом была впервые замечена Гансом Кристианом Эрстедом. Магнитное поле имеет направление и величину. Направление магнитного поля, окружающего прямой провод с током, задается правилом правой руки, а сила поля может быть получена из закона Ампера.

Обсуждение принципов

Магнитное поле длинного прямого провода определяется выражением где

μ ₀

— проницаемость свободного пространства, I — ток, протекающий в прямом проводе, а r — перпендикулярное (или радиальное) расстояние точки наблюдения от провода. Магнитное поле измеряется в единицах Тесла (Тл). Обратите внимание, что магнитное поле B обратно пропорционально расстоянию r .

Рисунок 1 : Токоведущий провод

На рис. 1 точка A находится на расстоянии – от провода, а величина магнитного поля в точке A определяется формулой. (1). Если вы рассмотрите круг радиуса r , величина магнитного поля будет одинаковой во всех точках этого круга. Точно так же точки на окружности другого радиуса будут иметь одинаковое магнитное поле. Другими словами, магнитное поле, создаваемое проводом с током, представляет собой концентрические круги с центром вокруг провода.

Рисунок 2 : Диаграмма магнитного поля из-за тока в проводе

На рис. 2 показана картина магнитного поля, возникающего из-за тока в длинном прямом проводе. Чтобы найти направление поля в любом месте, мы используем правило правой руки. Это отличается от правила правой руки для определения силы, создаваемой магнитным полем на проводе с током. Обведите провод правой рукой, указав большим пальцем по направлению тока.Пальцы указывают в направлении магнитного поля. На рис. 3 синими кружками показаны картины магнитного поля. В определенном месте такой окружности направление магнитного поля задается касательной к окружности в этой точке. Глядя на провод сверху, мы говорим, что силовые линии направлены против часовой стрелки.

Рисунок 3 : Использование правила правой руки

На компас рядом с токоведущим проводом будет действовать магнитное поле, создаваемое током.Рассмотрим следующую ситуацию. Длинный провод, по которому проходит ток I , ориентирован на север, как показано на рис. 4. Согласно правилу правой руки, в местах над проводом поле будет направлено за пределы страницы, а в местах ниже провода поле будет направлен на страницу. Напомним, что X обозначает вектор, указывающий на страницу, а кружок с точкой представляет вектор, указывающий за пределы страницы.

Рисунок 4 : Магнитное поле в двух местах из-за тока в проводе

Стрелка компаса всегда указывает в направлении общего магнитного поля.В отсутствие каких-либо близлежащих ферромагнитных материалов или внешних магнитных полей это направление направлено к северному полюсу Земли. В точке A на рис. 4 магнитное поле, создаваемое проводом, выходит за пределы страницы, что также является восточным направлением, поскольку на приведенной выше диаграмме север указывает вправо. Компас, расположенный в точке A, будет подвергаться воздействию двух магнитных полей: одно из-за горизонтальной составляющей магнитного поля Земли, которая указывает на север, а другое из-за тока в проводе.Таким образом, стрелка компаса будет отклоняться на угол

θ

, чтобы указывать в направлении чистого магнитного поля. Измеряя угол отклонения и учитывая, что горизонтальная составляющая поля Земли составляет приблизительно 2,2 × 10 ^–5 Тл (см. «Калькулятор магнитного поля»), мы можем вычислить величину поля, создаваемого током в проводе. Для любой ситуации, когда провода B и B _E перпендикулярны, на рис.5 показывает направление сетевого поля.

Рисунок 5 : Комбинация двух полей

Из диаграммы выше мы видим, что и, следовательно,

(2)

B _провод = B _E tan θ .

Объектив

Цель этого эксперимента — установить связь между полем, создаваемым токоведущим проводом, и расстоянием между точкой наблюдения и проводом, а также экспериментально определить значение

μ ₀ ,

проницаемости свободного места.

Оборудование

• Прямоугольная рама из ПВХ
• Длинный провод
• Компас
• Источник питания
• Куски пенопласта
• Метрическая палка
• Мультиметр
• Соединительные провода

Процедура

Распечатайте лист для этой лабораторной работы.Этот лист понадобится вам для записи ваших данных.

Для этого эксперимента постарайтесь держать металлические предметы как можно дальше от компаса. Длинная проволока приклеивается к прямоугольной рамке из ПВХ, образуя прямоугольную петлю из проволоки.

1

Поместите рамку из ПВХ в угол лабораторного стола так, чтобы на столе лежала только одна часть прямоугольной проволочной петли.

2

Выровняйте раму и провод из ПВХ так, чтобы и провод, и компас были направлены на север (см. Рис.6 и 7).

3

Определите толщину одного куска пенополистирола, сложив десять кусков, измерив высоту стопки и разделив на десять. Исходя из этого, вы можете определить высоту циркуля по проволоке в зависимости от количества используемых вами кусков пенополистирола.

Рисунок 6 : Эскиз экспериментальной установки, вид с торца

Рисунок 7 : Фотография экспериментальной установки

4

Компас должен опираться на красную точку на проводе, опираясь с обеих сторон на куски пенополистирола.См. Рис.8.

Рисунок 8 : Вид сверху, показывающий ориентацию компаса и провода

5

Подключите источник питания, как показано на рис. 9, последовательно с проводом и мультиметром. Мультиметр будет использоваться как амперметр для измерения тока через провод.

Рисунок 9 : Подключение цепей

Контрольная точка 1:
Попросите своего технического специалиста проверить соединения вашей цепи.

6

Включите источник питания и поверните ручку «грубой» регулировки напряжения примерно наполовину.

7

Используйте «грубый» ток, чтобы отрегулировать ток так, чтобы стрелка компаса отклонялась примерно на 40 °.

8

Отрегулируйте ручку «точной» регулировки тока так, чтобы стрелка компаса отклонялась точно на 40 °.

9

Запишите ток и его неопределенность в рабочий лист. Можно предположить, что неопределенность по току составляет 1%.

10

Добавьте по одному куску пенопласта с каждой стороны. Запишите отклонение компаса, сохраняя силу тока такой же, как на шаге 9.

11

Повторите эту процедуру еще два раза, чтобы получить четыре расстояния и четыре отклонения.

Контрольная точка 2:
Попросите своего технического специалиста проверить ваши значения, прежде чем продолжить.

12

Предположим, что магнитное поле имеет вид

B = K r ⁿ ,

, где мы хотели бы найти значение n .Если мы возьмем натуральный логарифм обеих сторон, то получим

(3)

ln B = ln (Kr ⁿ ) = ln K + n ln r.

Это имеет форму линейного уравнения,

y = mx + b,

, где

y = ln B, x = ln r,

наклон равен n , а точка пересечения — ln K .

13

Используйте Excel, чтобы построить график ln B в сравнении с ln r . См. Приложение G.

14

Используйте функцию linest в Excel, чтобы определить наклон, точку пересечения и их неопределенности.См. Приложение J. Запишите эти значения на листе.

15

Вычислите n и его погрешность по наклону графика.

16

Формула неопределенности

μ ₀

имеет следующий вид: Определите точку пересечения графика как b , затем

K = e ^b

и

σ _K

=

σ _b K.

Используйте эту информацию для вычисления

μ ₀

и ее неопределенности от точки пересечения.

17

Вычислите погрешность в процентах между экспериментальным и принятым значениями

μ ₀ .

См. Приложение B.

Контрольная точка 3:
Попросите своего технического специалиста проверить ваш график и расчеты в Excel.

Copyright © 2012 Advanced Instructional Systems, Inc. и Государственный университет Северной Каролины | Кредиты

Компас | Магнетизм | Сиявула

15.4 Компас (ESAEN)

Компас — это инструмент, который используется для определения направления магнитного поля. Компас состоит из небольшой металлической иглы, которая сама намагничивается и может вращаться в любом направлении. Следовательно, в присутствии магнитного поля игла может выровняться в том же направлении, что и поле.

Магнитный камень, намагниченная форма оксида железа, ориентируется в направлении север-юг, если его оставить для вращения посредством подвешивания на струне или поплавка в воде.Поэтому магнитный камень использовался в качестве раннего навигационного компаса.

Компасы в основном используются в навигации для определения направления на Земле. Это работает, потому что сама Земля имеет магнитное поле, подобное магнитному полю (см. Рисунок ниже). Стрелка компаса совпадает с направлением магнитного поля Земли и указывает север-юг. Как только вы узнаете, где находится север, вы сможете определить любое другое направление. Справа показана фотография компаса.

Некоторые животные могут обнаруживать магнитные поля, что помогает им ориентироваться и ориентироваться.Животные, которые могут это делать, включают голубей, пчел, бабочек-монархов, морских черепах и некоторых рыб.

Компас

Фотография Alex на Flickr

Магнитное поле Земли (ESAEO)

На картинке ниже вы можете увидеть изображение магнитного поля Земли, которое очень похоже на магнитное поле гигантского стержневого магнита, такого как тот, который находится справа на картинке. У Земли есть два магнитных полюса , северный и южный полюсы, как у стержневого магнита.

Помимо магнитных полюсов у Земли есть еще два географических полюса . Два географических полюса — это точки на поверхности Земли, где линия оси вращения Земли встречается с поверхностью. Чтобы визуализировать это, вы можете взять любой круглый фрукт (лимон, апельсин и т. Д.) И воткнуть карандаш в середину так, чтобы он выходил с другой стороны. Поверните карандаш, карандаш — это ось вращения, а географические полюса — это место, где карандаш входит и выходит из плода. Мы называем географический северный полюс , истинный север .

Магнитное поле Земли было измерено очень точно, и ученые обнаружили, что магнитные полюса не точно соответствуют географическим полюсам.

Итак, Земля имеет два северных полюса и два южных полюса: географических полюсов и магнитных полюсов .

Направление магнитного поля Земли меняет направление примерно раз в \ (\ text {200 000} \) лет! Вы можете представить это как стержневой магнит, северный и южный полюсы которого периодически меняются сторонами.Причина этого до сих пор не выяснена.

Считается, что магнитное поле Земли вызвано течением жидких металлов во внешнем ядре планеты, которое вызывает электрические токи и магнитное поле. Из рисунка видно, что направления магнитного севера и истинного севера не идентичны. Географический северный полюс находится примерно на \ (\ text {11,5} \) \ (\ text {°} \) направлении от направления на северный магнитный полюс (куда будет указывать компас).Однако магнитные полюса все время немного смещаются.

Еще одна интересная вещь, которую следует отметить, заключается в том, что если мы думаем о Земле как о большом стержневом магните и знаем, что силовые линии магнитного поля всегда указывают с севера на юг , то компас говорит нам, что то, что мы называем магнитным северным полюсом — это на самом деле южный полюс стержневого магнита!

Явления, связанные с магнитным полем Земли (ESAEP)

Важность магнитного поля для жизни на Земле

Магнитное поле Земли очень важно для людей и других животных на Земле, потому что оно защищает нас от бомбардировки (удара) заряженными частицами высокой энергии, которые испускаются Солнцем.Поток заряженных частиц (в основном положительно заряженных протонов и отрицательно заряженных электронов), исходящий от Солнца, называется солнечным ветром. Когда эти частицы приближаются к Земле, они отклоняются магнитным полем Земли и не могут изливаться на поверхность, где они могут нанести вред живым организмам. Космонавты в космосе подвержены риску облучения солнечным ветром, потому что они находятся за пределами зон, в которых находятся заряженные частицы.

Визуализация магнитосферы

Область над атмосферой Земли, в которой заряженные частицы подвержены влиянию магнитного поля Земли, называется магнитосферой.Относительно часто, помимо обычного солнечного ветра, Солнце может выбросить из внешней атмосферы большой пузырек вещества (протоны и электроны) с собственным магнитным полем. Иногда эти пузыри движутся к Земле, где их магнитные поля могут соединяться с магнитным полем Земли. Когда это происходит, в магнитосферу Земли выделяется огромное количество энергии, вызывая геомагнитную бурю. Эти штормы вызывают быстрые изменения в магнитосфере Земли, которые, в свою очередь, могут повлиять на электрические и магнитные системы на Земле, такие как электрические сети, сети сотовой связи и другие электронные системы.

Полярное сияние (произносится как Ор-рев-и)

Другой эффект, вызванный магнитным полем Земли, — это захватывающие северное и южное сияние, которые также называют северным сиянием и австралийским северным сиянием соответственно.

Когда заряженные частицы солнечного ветра достигают магнитосферы Земли, они вращаются по спирали вдоль силовых линий магнитного поля к северному и южному полюсам. Если они сталкиваются с частицами в атмосфере Земли, они могут вызвать красный или зеленый свет, который простирается через большую часть неба и называется полярным сиянием.

Aurora borealis сфотографировано на Аляске

Aurora australis сфотографировано из космоса

Поскольку это происходит только вблизи Северного и Южного полюсов, мы не можем видеть полярные сияния из Южной Африки.