Электричество и магнетизм
В диэлектриках, помимо силовой характеристики электрического поля Е, мы ввели также вспомогательную величину — вектор электрического смещения
В наиболее распространенном случае линейной зависимости поляризованности изотропного диэлектрика от напряженности поляризующего поля имело место соотношение
Для магнетиков аналогичным образом также вводится вспомогательная величина — напряженность магнитного поля Н
|
|
(7.12) |
обратите внимание на разные знаки, с которыми входят Р для диэлектриков и вектор J для магнетиков). С учетом полученных выше соотношений имеем
так что
|
|
(7. |
13)
|
В СИ единицей измерения напряженности магнитного поля является ампер на метр (А/м):
|
Подчеркнем, что аналогом вектора напряженности электрического поля является именно вектор магнитной индукции , а векторы и играют вспомогательную роль. Следует избегать ложных иллюзий, вызванных исторически закрепившимся названием «напряженность» магнитного поля для вектора
|
|
(7.14) |
где — магнитная восприимчивость магнетика.
Мы видели, что циркуляция магнитной индукции в вакууме определялась током, пронизывающим выбранный контур L
Аналогичное выражение, естественно, справедливо и для циркуляции вектора
приведет к появлению в правой части суммы молекулярных токов, которые нам не известны. Это крайне неудобно. Положение спасает введенный вектор напряженности магнитного поля Н. Из определения (7.12) и соотношения (7.10) следует
|
|
(7.15) |
так что циркуляция вектора напряженности магнитного поля определяется только
|
|
(7. |
16)где I — полный макроскопический ток через контур L. Его можно выразить через плотность тока через любую поверхность S, натянутую на контур L
|
|
(7.17) |
где dS = ndS, а вектор — единичный нормальный вектор к элементарной площадке площадью dS.
Для иллюстрации применения полученных формул вычислим магнитную индукцию в соленоиде с линейной плотностью витков n и силой тока I, если витки намотаны на сердечник с магнитной проницаемостью m. Найдем циркуляцию вектора напряженности магнитного поля Н по тому же контуру, что и прежде (см.
(ср. с (6.34)). Контур охватывает тот же суммарный ток nlI, и (7.16) приводит к равенству
Используя теперь связь В = m0mH, получаем выражение для магнитной индукции поля соленоида, заполненного магнетиком
|
|
(7.18) |
По сравнению с выражением (6.35) для соленоида без сердечника, здесь появился дополнительный множитель
Вектор напряженности магнитного поля
Для описания магнитного поля используются две его основные характеристики — индукция B→ и напряженность H→. Эти величины связаны между собой. Рассмотрим, что такое напряженность магнитного поля, чему она равна, каков физический смысл этой величины.
Напряженность магнитного поля
ОпределениеНапряженность магнитного поля — векторная физическая величина, в общем случае равная разности векторов индукции магнитного поля B→ и намагниченности Pm→.
Напряженность обозначается буквой Н→. Единица измерения напряженности магнитного поля в системе СИ — ампер на метр (Амперметр).
Формула напряженности магнитного поля:
Н→=1μ0B→-Pm→.
Здесь коэффициент μ0 — магнитная постоянная. μ0=1,25663706 НА2.
Физический смысл напряженности магнитного поля
Индукция магнитного поля — силовая характеристика. Индукция определяет, с какой силой магнитное поле действует на заряд, движущийся в поле с определенной скоростью.
Напряженность поля характеризует густоту силовых линий (линий магнитной индукции).
В вакууме или при отсутствии среды, способной к намагничиванию (например, в воздухе) напряженность магнитного поля совпадает с магнитной индукцией с точностью до коэффициента μ0.
В средах, способных к намагничиванию (магнетиках) напряженность несет смысл как бы «внешнего поля». Она совпадает с вектором магнитной индукции, который был бы, если бы магнетика не было.
Циркуляция вектора напряженности магнитного поля
Существует теорема о циркуляции магнитного поля. Это одна из основных теорем электродинамики, сформулированная Анри Ампером. Ее также иногда называют теоремой или законом Ампера. Теорема о циркуляции магнитного поля — своеобразный аналог теоремы Гаусса о циркуляции вектора напряженности электрического поля.
Циркуляция вектора напряженности магнитного поля по замкнутому контуру равна алгебраической сумме токов проводимости, охваченных контуром, по которому рассматривается циркуляция.
∮H→dr→=∑Im
ПримерОпределить циркуляцию вектора напряженности для замкнутого контура L.
I1=5A, I2=2A, I3=10A, I4=1A.
По теореме о циркуляции:
∮H→dr→=∑Im
Рассматриваемый контур охватывает токи I1, I2, I3.
Подставим значения c учетом указанных на рисунке направлений токов и вычислим циркуляцию:
∮H→dr→=∑Im=5A12A+10A=13A.
Магнитное поле — вихревое поле, которое не является потенциальным. Циркуляция вектора напряженности в общем случае отлична от нуля.
Решение задач
от 1 дня / от 150 р.
Курсовая работа
от 5 дней / от 1800 р.
Реферат
от 1 дня / от 700 р.
Автор: Роман Адамчук
Преподаватель физики
Навигация по статьям
Магнетон Бора
Следующая статья
Акустика
- Вихревой характер магнитного поля
- Закон Био-Савара.
Теорема о циркуляции - Закон электромагнитной индукции Фарадея
- Классификация магнетиков
- Классическое описание диамагнетизма
- Все темы по физике
Теорема о циркуляции- Курсовые работы
- Рефераты
- Контрольные работы
- Отчет по практике
- Эссе
Узнать подробнее
Кукуруза Предметрастениеводство
Вид работы:
Домашняя работа
Выполнена:
20 апреля 2022 г.
Стоимость:
800 руб
Заказать такую же работу
Предмет Введение в проф деятельность для зооветеринарного специалиста
Вид работы:
Реферат
Выполнена:
21 марта 2022 г.
Стоимость:
1 100 руб
Заказать такую же работу
Предмет Микробиология
Вид работы:
Реферат
Выполнена:
15 марта 2022 г.
Стоимость:
1 100 руб
Заказать такую же работу
вариант из таблицы
Вид работы:
Контрольная работа
Выполнена:
1 марта 2022 г.
Стоимость:
800 руб
Заказать такую же работу
к курсовой Технология процесса ректификации с приминением барботажных абсорбционных колонн
Заказать такую же работу
Роль мс при осуществлении ухода за пациентками с токсикозом первой половины беременности на амбулаторнополиклиническом этапе
Вид работы:
Курсовая работа
Выполнена:
18 декабря 2021 г.
Стоимость:
2 000 руб
Заказать такую же работу
Смотреть все работы по агрономии
|
Random converter |
Конвертер напряженности магнитного поляКонвертер длины и расстоянияКонвертер массыКонвертер мер объема сыпучих продуктов и продуктов питанияКонвертер площадиКонвертер объема и единиц измерения в кулинарных рецептахКонвертер температурыКонвертер давления, механического напряжения, модуля ЮнгаКонвертер энергии и работыКонвертер мощностиКонвертер силыКонвертер времениКонвертер линейной скоростиПлоский уголКонвертер тепловой эффективности и топливной экономичностиКонвертер чисел в различных системах счисления. Исходная величина ампер на метрампер-виток на метркилоампер на метрэрстед Преобразованная величина ампер на метрампер-виток на метркилоампер на метрэрстед Поверхностное натяжение в природеЗнаете ли вы, что некоторые ящерицы умеют бегать по воде? Если нет — Всего один щелчок — и вы узнаете! Опилки в магнитном поле кубических магнитов Общие сведения Историческая справка Напряжённость магнитного поля. Напряжённость магнитного поля. Физика явлений Применение напряжённости магнитного поля в технике Магнитометры Металлодетекторы Эффект Холла и устройства на его основе Применение измерения напряжённости магнитного поля в медицине Визуализация напряжённости магнитного поля Изучайте технический русский язык с этим видео! — Learn technical Russian with this video! Общие сведенияМагнитная пленка-визуализатор позволяет «заглянуть внутрь» мощного неодимового магнита Напряжённость магнитного поля и магнитная индукция. Казалось бы, зачем было физикам усложнять и без того сложные физические понятия при описании явлений магнетизма? Два вектора, одинаково направленные, отличающиеся разве что коэффициентом пропорциональности — ну какой в этом смысл с точки зрения простого человека, не слишком обременённого знаниями из области современной физики? Тем не менее, именно в этом различии скрываются нюансы, позволившие учёным открыть и удивительные свойства различных веществ, и законы их взаимодействия с магнитным полем, и даже изменить наши представления об окружающем мире. В действительности за этой разницей скрывается различный методологический подход. Упрощенно говоря, в случае использования понятия напряжённости магнитного поля мы пренебрегаем влиянием магнитного поля на вещество в конкретном случае; в случае применения понятия магнитной индукции, мы учитываем этот фактор. С технической точки зрения, напряжённость магнитного поля сколь угодно сложной конфигурации достаточно просто рассчитать, а результирующую магнитную индукцию — измерить. Левитация пиролитического графита За этой кажущейся простотой скрывается титанический труд целой плеяды учёных, разделённых во времени и пространстве. Их идеи и концепции определили и определяют развитие науки и техники в прошлом, настоящем и будущем. И неважно, как скоро мы овладеем термоядерной энергией с помощью нового поколения термоядерных реакторов, основанных на удержании «горячей» плазмы магнитным полем. Когда отправим в космос новые поколения исследовательских роботов на ракетах, основанных на применении иных принципов, чем сжигание химического топлива. Магнитная пленка показывает как намагничен магнит для холодильника Уже современному поколению учёных и инженеров двадцать первого века, вооружённому накопленными знаниями своих предшественников, покорится задача магнитной левитации, пока апробированная в лабораториях и пилотных проектах; и проблема извлечения энергии из окружающей среды с помощью технической реализации «демона Максвелла» с использованием невиданных до сих пор материалов и взаимодействий нового типа. Первые прототипы таких устройств уже появились на Kiсkstarter. При этом будет решена главная проблема человечества — превращения в тепло накопленных за сотни миллионов лет запасов углей и углеводородов, нещадно изменяющих продуктами сгорания климат нашей планеты. Дело за малым — временем; доживём — увидим! Историческая справкаНесмотря на то, что сами магниты и явление намагничивания были известны издавна, научное изучение магнетизма началось с работ французского средневекового учёного Пьера Пелерена де Марикура в далёком 1269 году. Де Марикур подписывал свои труды именем Петруса Перегрина (лат. Petrus Peregrinus). Слева направо: Симеон Дени Пуассон, Шарль Огюстен де Кулон, Ханс Кристиан Эрстед, Андре-Мари Ампер, Уильямо Гилберт. Источник: Википедия Исследуя поведение железной иглы возле сферического магнита, учёный обнаружил, что игла по-особенному ведёт себя возле двух точек, названных им полюсами. Так и подмывает дать аналогию с магнитными полюсами Земли, но в то время за такой образ мыслей легко можно было отправиться на костёр! Кроме того, исследователь обнаружил, что любой магнит всегда имеет (в современном представлении) северный и южный полюса. «Крамольная» идея о том, что Земля сама по себе является магнитом, была опубликована английским врачом и натуралистом Уильямом Гилбертом в работе «De Magnete», увидевшей свет почти три века спустя в 1600 году. Слева направо: Уильям Томпсон (лорд Кельвин), Феликс Савар, Франц Эрнст Нейман, Майкл Фарадей, Карл Фридрих Гаусс, Жан-Батист Био. Источник: Википедия В 1750 году английский учёный Джон Митчелл установил, что магниты притягиваются и отталкиваются (взаимодействуют) в соответствии с законом «обратных квадратов». В 1785 году французский учёный Шарль Огюстен де Кулон экспериментально проверил предположения Митчелла и установил, что северный и южный магнитные полюса не могут быть разъединены. Тем не менее, по аналогии с открытым им ранее законом взаимодействия электрических зарядов, Кулон всё же предположил существование и магнитных зарядов — гипотетических магнитных монополей. Основываясь на известных ему на то время фактов о магнетизме и на преобладающем в то время в науке методологическом подходе к построению теорий взаимодействия как о некоторых жидкостях, в 1824 году соотечественник Кулона Симеон Дени Пуассон создал первую успешную модель магнетизма. В его теоретической модели магнитное поле описывалось диполями магнитных зарядов. Но буквально сразу же три открытия подряд поставили под сомнение модель Пуассона. Рассмотрим их ниже. Датский физик Ханс Кристиан Эрстед в 1819 году заметил отклонение стрелки магнитного компаса при включении и отключении электрического тока, протекающего через проводник в виде проволоки, обнаружив, таким образом, взаимосвязь между электричеством и магнетизмом. В 1820 году французский учёный Андре-Мари Ампер установил, что проводники с токами, текущими в одном направлении притягиваются, а в противоположном — отталкиваются. В том же 1820 году французские физики Жан-Батист Био и Феликс Савар открыли закон названный впоследствии их именами. Обобщая полученные теоретические и экспериментальные данные, Ампер высказал идею об эквивалентности электрических токов и проявлений магнетизма. Он разработал свою модель магнетизма, в которой заменил магнитные диполи циркуляцией электрических токов в крошечных замкнутых петлях. Модель проявления магнетизма Ампера имела преимущество перед моделью Пуассона, поскольку объясняла невозможность разделения полюсов магнитов. Демонстрация электромагнитной индукции с помощью катушки, гальванометра и постоянного магнита Ампер также предложил для описания таких явлений термин «электродинамика», который расширил применение науки об электричестве к динамическим электрическим объектам, дополняя тем самым электростатику. Пожалуй, наибольшее влияние на понимание сути проявлений магнетизма оказала концепция представления взаимодействия магнитов через силовое поле, описываемое силовыми линиями, предложенная английским учёным Майклом Фарадеем. Окончательную точку в споре двух моделей магнетизма поставил в 1850 году выдающийся английский физик Уильям Томпсон (лорд Кельвин). Введя понятие намагниченности среды M, в которой имеется магнитное поле, он не только установил зависимость между напряжённостью магнитного поля H и вектором магнитной индукции B, но и определил области применимости этих понятий. Напряжённость магнитного поля. ОпределениеНапряжённость магнитного поля — это векторная физическая величина, равная разности вектора магнитной индукции B и вектора намагниченности М. H = (1/μ0) · B — M где μ₀ — магнитная постоянная, иногда её называют магнитной проницаемостью вакуума В системе единиц СГС напряженность магнитного поля определяется по другой формуле: Н = B — 4·π·М В Международной системе единиц СИ напряжённость магнитного поля измеряется в амперах на метр (А/м), в системе СГС — в эрстедах (Э). В электротехнике встречается также внесистемная единица измерения напряжённости — ампер-виток на метр. С другими величинами измерения напряжённости магнитного поля, применяемыми в различных приложениях, и их переводами из одной величины в другую, можно ознакомиться в конвертере физических величин. Измерительные приборы для измерения величины напряжённости магнитного поля, как и приборы для измерения магнитной индукции, называют тесламетрами или магнитометрами. Напряжённость магнитного поля. Физика явленийИсследовательский токамак (тороидальная камера с магнитными катушками), работавший в научно-исследовательском институте государственной энергетической компании Hydro-Québec в пригороде Монреаля c 1987 по 1997 год, когда проект был закрыт для экономии бюджетных средств. Установка находится в экспозиции Канадского музея науки и техники В вакууме (в классическом понимании этого термина) или в отсутствие среды, способной к магнитной поляризации или в случаях, когда магнитной поляризацией среды можно пренебречь, напряжённость магнитного поля Н совпадает (с точностью до коэффициента) с вектором магнитной индукции В. Для системы СГС этот коэффициент равен 1, для системы единиц СИ — μ0. Напряжённость магнитного поля обусловлена свободными (внешними) токами, которые легко измерить или рассчитать. То есть напряжённость имеет смысл для внешнего магнитного поля, создаваемого катушкой с током, в которую вставлен материал, способный намагничиваться. Поскольку большинство электромагнитных устройств работает в воздушной среде, важно знать её магнитную проницаемость. Абсолютная магнитная проницаемость воздуха приблизительно равна магнитной проницаемости вакуума и в технических расчётах принимается равной 4π• 10⁻⁷ Гн/м. Иное дело, когда нас интересует именно поведение среды, способной к намагничиванию, например, при использовании ядерных магниторезонансных явлений. При ЯМР ядра атомов, иначе называемые нуклонами и обладающие полуцелым спином (магнитным моментом), при воздействии магнитного поля поглощают или излучают электромагнитную энергию на определённых частотах. В видеомагнитофонах, которые были популярными в конце XX и начале XXI века, используется несколько шаговых двигателей, в основе которых лежит как раз использование магнитного поля обмоток Применение напряжённости магнитного поля в техникеВ большинстве случаев практического применения магнитного поля, например, для его создания или для измерения его величины, напряжённость магнитного поля играет ключевую роль. Существует множество примеров использования магнитного поля, в первую очередь в измерительной технике и в различных установках для проведения экспериментов. Магнитное поле определённой силы и конфигурации удерживает плазменные шнуры или потоки заряженных частиц в исследовательских термоядерных реакторах и в ускорителях элементарных частиц, предотвращая тем самым охлаждение плазмы при контакте с ограждающими стенками. Оно же отклоняет потоки ионов или электронов в спектрометрах и кинескопах. Измерение напряжённости магнитного поля Земли в различных точках очень важно для оценки состояния её магнитосферы. Детектор магнитных аномалий берегового патрульного самолета Королевских ВВС Канады Lockheed CP-140 Aurora Измерение напряженности поля даёт возможность проводить различные изыскания, сортировать материалы и мусор, а также обеспечивать нашу безопасность, обнаруживая оружие террористов или заложённые мины. МагнитометрыМагнитометрами называется целый класс измерительных приборов, предназначенных для измерения намагниченности материалов или для определения силы и направления магнитного поля. Первый магнитометр был изобретён великим немецким математиком и физиком Карлом Фридрихом Гауссом в 1833 году. Этот прибор представлял собой оптический прибор с крутящимся намагниченным стержнем, подвешенным на золотой нити, и приклеенным к нему перпендикулярно оси магнита зеркалом. Ныне используются более чувствительные магнитометры на иных принципах, в частности, на датчиках Холла, джозефсоновских туннельных контактах (СКВИД-магнитометры) индукционные и на ЯМР-резонансе. Они находят широкое применение в различных приложениях: измерении магнитного поля Земли, в геофизических исследованиях магнитных аномалий и в поиске полезных ископаемых; в военном деле для обнаружения объектов типа подводных лодок, затонувших кораблей или замаскированных танков, искажающих своим полем магнитное поле Земли; для поиска неразорвавшихся или заложенных боеприпасов на местах ведения боевых действий. В связи с миниатюризацией и снижением потребления тока, современными магнитометрами оснащаются смартфоны и планшеты. Ныне магнитометры входят как неотъемлемый компонент в оборудование разведывательных беспилотных летательных аппаратов и спутников-шпионов. Металлоискатель на пляже Любопытная деталь: в связи с повышением чувствительности магнитометров, одним из факторов перехода строительства подводных лодок на титановые корпуса вместо стальных корпусов было именно радикальное снижение их заметности в магнитном поле. Магнитометры применяются при бурении скважин и проходке штолен, в археологии для оконтуривания раскопок и поиска артефактов, в биологии и медицине. МеталлодетекторыПопытки использования напряжённости магнитного поля в военном деле предпринимались со времён Первой мировой войны, оставившей на полях сражений миллионы неразорвавшихся боеприпасов и установленных мин. Наиболее удачной оказалась разработка в начале 40-х годов прошлого столетия, поручика польской армии Юзефа Станислава Косацкого, принятая на вооружение британской армией и сослужившая немалую пользу при обезвреживании минных полей во время преследовании отступающих немцев войсками генерала Монтгомери при второй битве под Эль-Аламейном. Несмотря на то, что оборудование Коcацкого было выполнено на электронных лампах, оно весило всего 14 килограммов вместе с аккумуляторами питания и было настолько эффективным, что его модификации использовались британской армией в течение 50 лет. Теперь нас не удивляет, в связи с распространением терроризма, прохождение перед посадкой на самолёт или на футбольные матчи сквозь индукционные рамки металлодетекторов, обследование охраной объектов нашего багажа или личный досмотр ручными металлоискателями на предмет обнаружения оружия. Широкое распространение получили и бытовые металлоискатели, на пляжах модных курортов стала привычной картина искателей утерянных сокровищ, прочёсывающих местные пляжи в надежде найти что-либо ценное. Эффект Холла и устройства на его основеИспользование датчика Холла в мобильном телефоне. Слева: магнитная пленка-визуализатор показывает наличие магнита в крышке чехла для телефона. Центр: если крышка закрыта, находящийся в ней магнит активизирует датчик Холла и телефон показывает часы, которые видны в окошке крышки. Справа: тот же эффект достигается с помощью магнита Эдвин Холл (1855–1938). Источник: Википедия Существует отдельный класс измерительных приборов, основанных на эффекте, открытом американским учёным Эдвином Холлом в 1879 году. В середине семидесятых датчики Холла широко использовались в клавиатурах; в клавишах были магнитики, которые управляли датчиками Холла Поскольку сигнал, вырабатываемый за счёт эффекта Холла, относительно слаб, он требует дополнительного усиления. С развитием интегральной усилительной схемотехники появилась возможность технической реализации датчиков Холла, интегрированных с аналоговыми усилителями постоянного тока. Приложение Компас для смартфона с операционной системой Андроид По принципу действия датчики Холла относятся к датчикам бесконтактного типа, они нечувствительны к разного рода загрязнениям и воздействию воды, компактны и потребляют мало электроэнергии. Неудивительно, что по этим причинам линейные и логические датчики Холла широко применяются в современных технологиях. Например, вы, скорее всего, не подозреваете, что Ваш автомобиль буквально напичкан датчиками Холла: они работают в системе зажигания автомобиля, в системе автоблокировки колёс и торможения, в блокировке дверей и датчиках расхода топлива, контроля зарядки аккумулятора (датчик тока на основе эффекте Холла) и тахометрах. И принтер, выдающий вам на заправке чек, использует датчики Холла в бесколлекторных двигателях постоянного тока и в датчиках бумаги. Использование датчика Холла в мобильном телефоне Этот перечень можно продолжать достаточно долго, достаточно упомянуть применение датчиков Холла для определения положения крышки чехла в современных смартфонах. Следует отметить, что в качестве электронного компаса в смартфонах обычно используются магниторезистивные датчики так как их чувствительность к изменению магнитного поля намного выше, чем чувствительность датчиков Холла. Применение измерения напряжённости магнитного поля в медицинеАлександр Грейам Белл (1847–1922). Источник: Википедия В 1874 году французский изобретатель Гюстав Труве разработал первое устройство для обнаружения пуль и осколков снарядов в теле раненых бойцов. Позднее изобретатель телефона американец Александр Белл (который обижался, когда его называли именно так, поскольку у него были не менее революционные изобретения в других областях техники) усовершенствовал этот аппарат и даже пытался с помощью него спасти раненого президента США Джеймса Гарфилда. Густав Пиер Труве (1839–1902). Источник: Википедия Сейчас предложение врачей пройти МРТ-обследование в аппаратах, которые используют в работе напряженность магнитного поля, вызывает тревогу только из-за его возможных результатов, тем не менее, необходимость прохождения обследования не вызывает сомнения. Визуализация напряжённости магнитного поляУвидеть само магнитное поле и распределение его напряжённости в пространстве помогают современные магниточувствительные материалы — магнитные жидкости и плёнки. Конечно, можно пилить напильником какую-нибудь стальную деталь для получения некоторого количества железных опилок с целью повторить опыты с магнитами времён Средневековья. Современные высокотехнологичные разработки дают возможность их неоднократного использования без непроизводительного перевода материалов. Ферромагнитная жидкость Порой получаются довольно занимательные картинки прямо из мира, который нам не дано ощущать в силу нашего ограниченного восприятия. Не менее занимательны опыты по воспроизведению шумов переориентации магнитных доменов, известных как эффект Баркгаузена. Обычно для этих опытов используют катушку металлической проволоки и вставленное в нее тело из материала, который легко намагничивается. Катушку подключают к усилителю чтобы слышать шум, вырабатываемый во время переориентации доменов. Когда тело намагничивается, магнитные домены перемещаются так, что вместо случайно направленных они становятся направленными в определенном направлении. Это движение и вызывает характерный шум, который слышен через усилитель и громкоговоритель. Для его перевода в ощутимый эффект, необходимо использовать дополнительные усилители и вставлять фильтр по частоте переменного тока (в Европе это фильтр на 50 Гц, в Штатах и Канаде — фильтр на 60 Гц) или фильтровать сигналы сетевой частоты программно. Видите, как много полезных и интересных применений у напряженности магнитного поля? Надеюсь, что мы убедили вас попробовать некоторые наблюдения и эксперименты из этой статьи. Ферромагнитная жидкость Автор статьи: Сергей Акишкин Unit Converter articles were edited and illustrated by Анатолий Золотков Вас могут заинтересовать и другие конвертеры из группы «Магнитостатика, магнетизм и электродинамика»:Конвертер магнитодвижущей силы Конвертер магнитного потока Конвертер магнитной индукции Конвертер частоты и длины волны Конвертер энергии и работы Конвертер мощности Конвертер силы Компактный калькулятор Полный калькулятор Определения единиц Вы затрудняетесь в переводе единицы измерения с одного языка на другой? Коллеги готовы вам помочь. Опубликуйте вопрос в TCTerms и в течение нескольких минут вы получите ответ. |
Конвертер единиц измерения количества информацииКурсы валютРазмеры женской одежды и обувиРазмеры мужской одежды и обувиКонвертер угловой скорости и частоты вращенияКонвертер ускоренияКонвертер углового ускоренияКонвертер плотностиКонвертер удельного объемаКонвертер момента инерцииКонвертер момента силыИмпульс (количество движения)Импульс силыКонвертер вращающего моментаКонвертер удельной теплоты сгорания (по массе)Конвертер плотности энергии и удельной теплоты сгорания топлива (по объему)Конвертер разности температурКонвертер коэффициента теплового расширенияКонвертер термического сопротивленияКонвертер удельной теплопроводностиКонвертер удельной теплоёмкостиКонвертер энергетической экспозиции и мощности теплового излученияКонвертер плотности теплового потокаКонвертер коэффициента теплоотдачиКонвертер объёмного расходаКонвертер массового расходаКонвертер молярного расходаКонвертер плотности потока массыКонвертер молярной концентрацииКонвертер массовой концентрации в раствореКонвертер динамической (абсолютной) вязкостиКонвертер кинематической вязкостиКонвертер поверхностного натяженияКонвертер паропроницаемостиКонвертер плотности потока водяного параКонвертер уровня звукаКонвертер чувствительности микрофоновКонвертер уровня звукового давления (SPL)Конвертер уровня звукового давления с возможностью выбора опорного давленияКонвертер яркостиКонвертер силы светаКонвертер освещённостиКонвертер разрешения в компьютерной графикеКонвертер частоты и длины волныОптическая сила в диоптриях и фокусное расстояниеОптическая сила в диоптриях и увеличение линзы (×)Конвертер электрического зарядаКонвертер линейной плотности зарядаКонвертер поверхностной плотности зарядаКонвертер объемной плотности зарядаКонвертер электрического токаКонвертер линейной плотности токаКонвертер поверхностной плотности токаКонвертер напряжённости электрического поляКонвертер электростатического потенциала и напряженияКонвертер электрического сопротивленияКонвертер удельного электрического сопротивленияКонвертер электрической проводимостиКонвертер удельной электрической проводимостиЭлектрическая емкостьКонвертер индуктивностиКонвертер реактивной мощностиКонвертер Американского калибра проводовУровни в dBm (дБм или дБмВт), dBV (дБВ), ваттах и др.
единицахКонвертер магнитодвижущей силыКонвертер напряженности магнитного поляКонвертер магнитного потокаКонвертер магнитной индукцииРадиация. Конвертер мощности поглощенной дозы ионизирующего излученияРадиоактивность. Конвертер радиоактивного распадаРадиация. Конвертер экспозиционной дозыРадиация. Конвертер поглощённой дозыКонвертер десятичных приставокПередача данныхКонвертер единиц типографики и обработки изображенийКонвертер единиц измерения объема лесоматериаловВычисление молярной массыПериодическая система химических элементов Д. И. Менделеева
Определение
Или, в частности, решим задачу коррекции орбит микроспутников двигателями Холла. Или насколько полно сможем утилизировать энергию Солнца, как быстро и дёшево мы сможем передвигаться по нашей планете — имена первопроходцев науки навеки останутся в нашей памяти.
И грядущая термоядерная революция, гарантирующая, вслед за её бездумным освоением, тепловую смерть всякой органической жизни на Земле, не станет смертным приговором цивилизации. Ведь энергия любого вида, которую мы расходуем, в конце концов превращается в тепло и нагревает нашу планету.
И как не распиливай магнит в продольном или в поперечном сечении, всё равно каждый из полученных магнитов всегда будет иметь два полюса, как бы тонок он ни был.
Этот закон позволял рассчитать напряжённость магнитного поля вокруг любого проводника с током вне зависимости от его геометрической конфигурации.
Открытое в 1831 году Фарадеем явление электромагнитной индукции позднее было объяснено немецким математиком Францем Эрнстом Нейманом. Последний доказал, что возникновение электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него, является просто следствием закона Ампера. Нейман ввел в обиход науки понятие векторного магнитного потенциала, который во многом эквивалентен напряжённости силовых линий магнитного поля Фарадея.
В Международной системе единиц (СИ) значение напряжённости магнитного поля определяется формулой:
Если нас не интересует поведение материала под действием магнитного поля, то достаточно оперировать только напряжённостью магнитного поля. Например, напряженности будет достаточно для технического расчёта взаимодействия магнитных полей двух или более катушек с током. Результирующая напряжённость будет векторной суммой полей, создаваемых отдельными катушками с током.
В этих случаях необходимо учитывать именно магнитную индукцию.
Существует даже целая сеть наземных станций и группировок научных спутников для мониторинга напряжённости магнитного поля Земли. Их работа позволяет предсказывать магнитные бури, возникающие на Солнце, сводя к минимуму, насколько это возможно, их последствия.
Измерялось различие колебаний намагниченного и размагниченного стержня.
Ранее подлодкам со стальным корпусом, как, впрочем, и надводным кораблям, приходилось время от времени проходить процедуру демагнетизации.
Суть этого явления заключается в возникновении поперечной разности потенциалов (электрического поля) в проводнике с постоянным током, помещённым в магнитное поле, перпендикулярном направлению тока. Разность потенциалов вызвана различным действием силы Лоренца на носители зарядов противоположных знаков — они накапливаются возле противоположных сторон образца, пока электрическое поле не скомпенсирует действие силы Лоренца. Эффект Холла проявляется в различных материалах: в металлах он обусловлен отклонением электронов, в полупроводниках — отклонением электронов и дырок, в плазме — отклонением электронов и ионов.
Также они могут интегрироваться в едином корпусе с аналого-цифровыми преобразователями и логическими схемами, образуя интерфейс для подключения к портам микроконтроллеров и компьютеров. Такие датчики находят применение в различных областях науки и техники.
Когда вы заходите в свой офис, открывая дверь магнитной карточкой, вы также пользуетесь считывателями магнитных карточек на основе датчиков Холла.
К сожалению, попытка локализации пули оказалась неудачной.
Но, возможно, именно они натолкнут вас на идею их применения в новом качестве и для новых целей.
Если вы не хотите проводить их сами, то на YouTube много занимательных видео на эту тему.
Магнитное поле в любой точке определяется направлением и силой и таким образом является векторным полем. Магнитное поле характеризуется двумя основными величинам — вектором магнитной индукции В и вектором напряженности магнитного поля H.
», то есть «…умножить на десять в степени…». Компьютерная экспоненциальная запись широко используется в научных, математических и инженерных расчетах.
com на YouTubeИзмерение параметров магнитного поля рельсов в эксплуатационных условиях
Авторы: Толмашов Азархан Константинович, Бородин Константин Владимирович, Иптышев Станислав Николаевич
Рубрика: Технические науки
Опубликовано в Молодой учёный №40 (382) октябрь 2021 г.
Дата публикации: 29.09.2021 2021-09-29
Статья просмотрена: 116 раз
Скачать электронную версию
Скачать Часть 1 (pdf)
Библиографическое описание: Толмашов, А.
К. Измерение параметров магнитного поля рельсов в эксплуатационных условиях / А. К. Толмашов, К. В. Бородин, С. Н. Иптышев. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 40 (382). — С. 31-34. — URL: https://moluch.ru/archive/382/84266/ (дата обращения: 01.10.2022).
Ежегодно на железных дорогах Российской Федерации происходят тысячи сбоев в работе автоматической локомотивной сигнализации (АЛС), как в релейных системах АЛСН, так и в микропроцессорных устройствах безопасности КЛУБ. Причиной многих сбое являются искажения кодовых сигналов помехами, возникающими из-за высокой индукции и неравномерности магнитного поля элементов верхнего строения пути.
Ключевые слова: магнитное поле рельсов, напряжённость магнитного поля, магнитная индукция, А9, ИТРЦ, МФ-23ИМ, СТЫК-3Д.
При движении по рельсам, изолирующим стыкам и элементам стрелочных переводов с повышенным уровнем индукции и неравномерностью магнитного поля в приемных катушках АЛС возникают импульсные электрические сигналы, создающие помеху в принимаемом основном кодовом сигнале.
Неравномерная высокая намагниченность элементов ВСП возникает из-за транспортировки и погрузки рельсов на металлургических комбинатах подъемными кранами с магнитными захватами и способности длительное время сохранять состояние намагниченности, взаимодействия рельсов с магнитами путевой техники при ремонте пути.
В случае изолирующих стыков высокие значения индукции обусловлены рассеянием магнитного поля на концах рельсов в стыке.
При осуществлении способа контроля намагниченности рельсов определяют значение магнитной индукции, сравнивают величину магнитной индукции рельсов с предельно допустимыми значениями магнитной индукции для обеспечения работы автоматической локомотивной сигнализации без сбоев, которые определяют при автономной тяге поездов, тяге переменного и постоянного токов.
Под термином «магнитное поле» принято подразумевать определенное энергетическое пространство, в котором проявляются силы магнитного взаимодействия. Они влияют на:
– отдельные вещества: ферримагнетики (металлы — преимущественно чугуны, железо и сплавы из них;
– движущиеся заряды электричества.
Магнитное поле представлено различными векторными полями, обозначаемым как B (магнитной индукцией) и H (напряжённостью магнитного поля).
Магни́тная инду́кция- векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля в данной точке пространства (проще говоря сила магнитного поля, которую производит источник).
1 Тл — это индукция такого однородного магнитного потока, который воздействует с силой в 1 ньютон на каждый метр длины прямолинейного проводника, перпендикулярно расположенного направлению поля, когда по этому проводнику проходит ток 1 ампер.
Напряжённость магнитного поля (H), векторная характеристика магнитного поля, не зависящая от магнитных свойств среды (проще говоря это фактическая сила магнитного поля с учетом физической свойств среды, в которой находится сам источник маг. поля). В вакууме H совпадает с магнитной индукцией В. В СИ измеряется в А/м (Ампер на метр) и Э (Эрстед).
Эрсте́д (русское обозначение: Э; международное обозначение: Oe) — единица измерения напряжённости магнитного поля и численно равен напряжённости магнитного поля в вакууме при индукции 1 гаусс.
1 эрстед = 1000/(4π) A/м ≈ 79,57 А/м ≈ 0,7957 А/см.
Интенсивность МП рельсов оценивают в единицах напряженности магнитного поля (Н) в А/м или в единицах магнитной индукции (В) в Тл, которые связаны между собой следующим соотношением:
1 А/м = 12,53 мТл; 1мТл = 7,98 А/см
Таблица 1
Характеристика приборов для измерение магнитного поля элементов верхнего строения пути
А9–1 | ИТРЦ-М | МФ-23ИМ | СТЫК-3Д | |
Единицы измерения | мТл | мТл | мТл и А/см | мТл |
Принцип действия | Основан на измерении индукции магнитного поля с помощью преобразователя Холла с цифровой индикацией результатов измерения. | Измерение напряженности магнитного поля по 3-м пространственным координатам и силового градиента магнитного поля с помощью 6-ти датчиков Холла | ||
Предельные замеры | 0,1 до 100 мТл | от 0 до 20 мТл | от 4 до 8000 А/см от 0,5 до 1000 мТл | От 1 до 50 мТл |
Погрешность | ±20 % измеряемого значения (без нормированной погрешности от 50–100 мТл) | Нет данных | [5+0,0025(X H /X И -1)] % X H — показания индикатора в мТл или А/см X И — верхний предел измерений в мТл ил А/см | ±10 мкТл |
Время установления показаний | Не более 10 секунд | Нет данных | 3 с | 5±0,2 сек |
Масса | 0,7 кг | 0,3 кг | 0,15 кг | 0,3 кг |
Габариты | 190 х 90 х 45 мм. | 120 х 70 х 30 мм | 120х60х25 | 150 х 60 х 23 |
Рабочие условия применения | -30 до +50ºС | -30 до +40ºС | -20 до +40ºС | -20 до +40ºС |
Объем памяти | — | — | 4080 замеров | 999 замеров |
Связь с компьютером | — | — | По ИК-порту | через интерфейс USB в виде файлов данных |
Измерение магнитного поля элементов верхнего строения пути в эксплуатационных условиях производятся следующими приборами: преобразователь тока селективный А9–1, индикатор тока рельсовых цепей ИТРЦ-М, магнитометр дефектоскопический МФ-23ИМ и магнитометры цифровые трехкомпонентные сканирующие СТЫК-3Д.
В данной таблице приведены сравнительные характеристики рассматриваемых приборов.
Приборы А9–1 и ИТРЦ-М могут измерять как МП, так и ряд других параметров рельсовой линии.
СТЫК-Д позволяет спрогнозировать возможность закорачивания изолирующих стыков металлическими предметами, а также может сохранить до 999 замера и передать замеры на компьютер для дальнейшей обработки результатов. При применении прибора СТЫК-3Д работниками разных дистанций пути нет единого принципа измерения намагниченности этим прибором — одни измеряют индукцию магнитного поля в мТл, а другие — градиент поля магнитного поля в мТл/м2. Хотя в Инструкции по контролю намагниченности приведен норматив 10 мТл. Отдельной проблемой отмечается сложность поверки данных приборов.
Из всех представленных приборов для измерения МП лучше всех является МФ-23ИМ, так как имеет большие пределы замеров (0,5–1000мТл и 4–8000А/см), может измерять магнитную индукцию и напряжённостью магнитного поля, имеет малое время производимое на замер, может сохранять до 4080 замеров и может передать замеры на компьютер для дальнейшей обработки.
Литература:
- Качество электроэнергии в системах светодиодного освещения. Колмаков В. О., Пантелеев В. И. В сборнике: Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования. Национальный исследовательский Томский политехнический университет; Редакторы: Кудрин Б. И., Лукутин Б. В., Сайгаш А. С., 2012. С. 87–90.
- Схемотехническое обеспечение качества электрической энергии в сетях с нелинейными электроприемниками массового применения. Колмаков В. О. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Сибирский федеральный университет. Красноярск, 2014.
- Мониторинг состояния тяговых трансформаторов на основе тензорного анализа. Петров М. Н., Колмаков О. В., Колмаков В. О., Орленко А. И. В сборнике: Эксплуатация и обслуживание электронного и микропроцессорного оборудования тягового подвижного состава. Труды Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Под редакцией И. К. Лакина. 2020. С. 263–269.
- Analysis of dynamic characteristics of frequency-dependent links. Kolmakov V. O., Kolmakov O. V., Iljin E. S., Ratushnyak V. S. В сборнике: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. С. 012026.
- Снижение пожароопасности тепловозов с гибридной системой привода. Колмаков О. В., Довженко Н. Н., Минкин А. Н., Бражников А. В., Колмаков В. О., Колмакова А. И., Шилова В. А.
- Безопасность регионов — основа устойчивого развития. 2014. Т. 1–2. С. 140–144.
- Энергосберегающее оборудование и электромагнитная совместимость. Колмаков В. О., Колмакова Н. Р. В сборнике: Инновационные технологии на железнодорожном транспорте. Труды XXII Межвузовской научно-практической конференции КрИЖТ ИрГУПС. Ответственный редактор В. С. Ратушняк. 2018. С. 46–53.
- Способ определения постоянной времени нагрева сухого трансформатора. Плотников С. М., Колмаков В. О. Патент на изобретение RU 2683031 C1, 26. 03.2019. Заявка № 2018116287 от 28.04.2018.
- Упрощенное определение момента инерции асинхронного двигателя серии 4А. Плотников С. М., Колмаков В. О. Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2019. Т. 62. № 1. С. 87–91.
- Оптимизация динамического торможения двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Плотников С. М., Колмаков В. О. Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2018. Т. 61. № 5. С. 13–17.
- Электромагнитная совместимость и энергосберегающее оборудование. Колмаков В. О., Пантелеев В. И. Энергетик. 2012. № 11. С. 47–49.
- Оптимизация динамического торможения двигателя постоянного тока независимого возбуждения. Плотников С. М., Колмаков В. О. Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2018. Т. 61. № 5. С. 13–17.
- Метод динамической диагностики механических узлов. Колмаков О. В., Колмаков В. О. В сборнике: 120 лет железнодорожному образованию в сибири. материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Красноярский институт железнодорожного транспорта — филиал ИрГУПС. 2014. С. 198–203.
- Определение коэффициента затухания частотозависимых звеньев. Колмаков О. В. В сборнике: Инновационные технологии на железнодорожном транспорте. Труды XXII Межвузовской научно-практической конференции КрИЖТ ИрГУПС. Ответственный редактор В. С. Ратушняк. 2018. С. 3–5.
- Метод расчета емкости компенсирующего конденсатора асинхронных двигателей малой мощности. Плотников С. М., Колмаков О. В. Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2016. № 5. С. 59–63.
- Экспериментальные исследования размагничивания генератора постоянного тока. Плотников С. М., Колмаков О. В. Journal of Advanced Research in Technical Science. 2020. № 18. С. 37–40.
- Анализ состояния силовых трансформаторов тяговых подстанций Красноярской железной дороги: / Орленко А. И., Петров М. Н., Колмаков В. О., Колмаков О. В. // Научное издание под ред. проф. Петрова М. Н. — Красноярск: 2020 г. — 119 с.
Лакина. 2020. С. 263–269.
03.2019. Заявка № 2018116287 от 28.04.2018.
Красноярский институт железнодорожного транспорта — филиал ИрГУПС. 2014. С. 198–203.
— 119 с.Основные термины (генерируются автоматически): магнитное поле, магнитная индукция, верхнее строение пути, замер, магнитное поле элементов, USB, автоматическая локомотивная сигнализация, прибор.
Ключевые слова
магнитная индукция, магнитное поле рельсов, напряжённость магнитного поля, А9, ИТРЦ, МФ-23ИМ, СТЫК-3Дмагнитное поле рельсов, напряжённость магнитного поля, магнитная индукция, А9, ИТРЦ, МФ-23ИМ, СТЫК-3Д
Похожие статьи
Современные
приборы бесконтактного кодирования рельсовых.
..Основные термины (генерируются автоматически): бесконтактный коммутатор тока, автоматическая локомотивная сигнализация, бесконтактный прибор кодирования, прибор, реле, числовая кодовая автоблокировка, бесконтактный кодово-путевой трансмиттер, движение…
Причины сбоев в работе
автоматической локомотивной…Это достигается с помощью устройств автоматической локомотивной сигнализации АЛС.
Более совершенной является автоматическая локомотивная сигнализация непрерывного действия АЛСН, в которой для передачи информации с пути на локомотив в большинстве…
Изменение
индукции магнитного поля, создаваемого.
..Результаты измерения индукции магнитного поля в окрестностях ПМ представлены в таблице 2.
Основные термины (генерируются автоматически): магнитное поле, XOY, нормированное значение индукции, высота, изменение индукции, центр, литий-ионный аккумулятор…
Механизм движения поезда на магнитах и батарейке
Рассмотрим подробнее магнитное поле такой катушки. В рамках данной модели, проволока намотано плотно, значит поле внутри нее можно считать однородным.
Найдем ее значение. Пусть индукция магнитного поля на оси симметрии катушки определяется выражением
Умные системы защиты
устройств автоблокировки от грозовых.
..При электротяге переменного тока приборы автоблокировки и автоматической локомотивной сигнализации также защищают от перенапряжений, возникающих в низковольтных силовых
Это достигается с помощью устройств автоматической локомотивной сигнализации АЛС.
Конспект урока физики на тему «
Индукция магнитного поля…» Цель урока: ввести понятие индукции магнитного поля как физической величины, характеризующей магнитное поле.
а) формирование представлений об отличиях магнитных полей, организация усвоения основных понятий по данной теме таких как: индукция…
Великие опыты Майкла Фарадея | Статья в журнале.
..Отклонение магнитной стрелки около проводника с током и отклонение проводника с током в магнитном поле имеют одну причину — магнитное действие электрического тока. При движении соленоида с током внутри проволочной катушки возникает ток Рис. 5.
Оптимальное
автоматическое регулирование рельсовых цепейПрименение системы автоматического регулирования рельсовых цепей (САР РЦ) позволяет
Облегчаются требования по содержанию верхнего строения пути в плане обеспечения
В шунтовом и контрольном режимах релейный элемент блокируется, соответственно…
Приборы контроля сопротивления изоляции электрических цепей…Кроме автоматического контроля такой сигнализатор давал возможность производить измерения сопротивления изоляции контролируемых сетей как относительно «земли», так и относительно друг друга.
Затем было налажено производство сигнализаторов заземления на…
Похожие статьи
Современные
приборы бесконтактного кодирования рельсовых…Основные термины (генерируются автоматически): бесконтактный коммутатор тока, автоматическая локомотивная сигнализация, бесконтактный прибор кодирования, прибор, реле, числовая кодовая автоблокировка, бесконтактный кодово-путевой трансмиттер, движение…
Причины сбоев в работе
автоматической локомотивной…Это достигается с помощью устройств автоматической локомотивной сигнализации АЛС.
Более совершенной является автоматическая локомотивная сигнализация непрерывного действия АЛСН, в которой для передачи информации с пути на локомотив в большинстве.
..
Изменение
индукции магнитного поля, создаваемого…Результаты измерения индукции магнитного поля в окрестностях ПМ представлены в таблице 2.
Основные термины (генерируются автоматически): магнитное поле, XOY, нормированное значение индукции, высота, изменение индукции, центр, литий-ионный аккумулятор…
Механизм движения поезда на магнитах и батарейке
Рассмотрим подробнее магнитное поле такой катушки. В рамках данной модели, проволока намотано плотно, значит поле внутри нее можно считать однородным.
Найдем ее значение. Пусть индукция магнитного поля на оси симметрии катушки определяется выражением
Умные системы защиты
устройств автоблокировки от грозовых.
..При электротяге переменного тока приборы автоблокировки и автоматической локомотивной сигнализации также защищают от перенапряжений, возникающих в низковольтных силовых
Это достигается с помощью устройств автоматической локомотивной сигнализации АЛС.
Конспект урока физики на тему «
Индукция магнитного поля…» Цель урока: ввести понятие индукции магнитного поля как физической величины, характеризующей магнитное поле.
а) формирование представлений об отличиях магнитных полей, организация усвоения основных понятий по данной теме таких как: индукция…
Великие опыты Майкла Фарадея | Статья в журнале.
..Отклонение магнитной стрелки около проводника с током и отклонение проводника с током в магнитном поле имеют одну причину — магнитное действие электрического тока. При движении соленоида с током внутри проволочной катушки возникает ток Рис. 5.
Оптимальное
автоматическое регулирование рельсовых цепейПрименение системы автоматического регулирования рельсовых цепей (САР РЦ) позволяет
Облегчаются требования по содержанию верхнего строения пути в плане обеспечения
В шунтовом и контрольном режимах релейный элемент блокируется, соответственно…
Приборы контроля сопротивления изоляции электрических цепей…Кроме автоматического контроля такой сигнализатор давал возможность производить измерения сопротивления изоляции контролируемых сетей как относительно «земли», так и относительно друг друга.
Затем было налажено производство сигнализаторов заземления на…
Магнитные поля расскажут о Вселенной
Известно, что магнитные поля присутствуют практически во всех типах космических структур во Вселенной — от небольших планет до галактик и крупнейших скоплений галактик. Есть основания полагать, что и на самых больших, космологических масштабах Вселенная пронизана магнитными полями, пусть и меньшей величины. Определение характеристик таких космологических полей имеет важное значение для космологии и физики космических частиц. Основной характеристикой магнитного поля является магнитная индукция — именно она определяет силу поля, действующую на движущиеся заряды.
Российские ученые из Государственного астрономического института им. П.К. Штернберга и Института ядерных исследований Российской академии наук вместе с зарубежными коллегами
получили самую точную на сегодняшний день оценку максимальной величины космологических магнитных полей.
Результаты исследования опубликованы в престижном научном журнале Physical Review Letters и попали в рубрику Editor’s Suggestion — «Выбор редакции». Работу удалось осуществить благодаря финансовой поддержке Российского научного фонда (РНФ). Авторы статьи использовали большой обзор далеких радиоисточников. Данные обзора позволили поставить сильные верхние ограничения на индукцию космологических полей.
Максим Пширков с коллегами применили метод изучения космологических магнитных полей с помощью явления фарадеевского вращения плоскости поляризации радиоизлучения: при распространении поляризованного излучения от далекого источника его плоскость поляризации поворачивается на некоторый угол, величина которого зависит от величины космических магнитных полей. Таким образом, изучая величины поворотов, можно оценивать эти магнитные поля.
Максим Пширков и соавторы использовали уже имевшиеся результаты измерений для примерно 3 тыс. радиоисточников, распределенных по большей части небесной сферы.
При анализе данных был учтен локальный вклад в эффект Фарадея, возникающий внутри Млечного Пути.Сравнивая данные наблюдений с предсказаниями модели с дополнительным вкладом от космологических полей, исследователи смогли получить строгие ограничения сверху на величину этих полей — около 1 нГс.
«До последнего времени было известно очень мало о космологических полях, — говорит Максим Пширков. — Около шести лет назад наблюдения спутника «Ферми» дали косвенные указания на существование очень слабых внегалактических магнитных полей (10–17 Гс), то есть была сделана оценка снизу для силы этих полей. Для сравнения, на поверхности Земли сила поля составляет примерно 0,5 Гс.
Оценку сверху на максимальную силу космологических полей делали и ранее, но полученные тогда ограничения были в пять раз больше, чем полученные нами сейчас.
Совсем недавно с использованием данных со спутника Planck была дана оценка максимальной величины космологических полей, которую теперь нам удалось улучшить в два раза.
Однако Planck изучал реликтовое излучение, то есть полученные им данные могут ограничить только магнитные поля, существовавшие на ранних стадиях эволюции Вселенной».
Среди ученых пока нет единого мнения о природе космологического магнитного поля. Существует две гипотезы. В соответствие с первой, это поле первично, оно образовалось на ранних стадиях эволюции Вселенной. По другой гипотезе, это поле образовалось позже, в первый миллиард лет существования галактик. В этих ранних галактиках образовывалось магнитное поле, которое затем было вынесено из них и «загрязнило» окружающую межгалактическую среду.
Полученные учеными данные важны для изучения космических лучей сверхвысоких энергий — они помогут решить задачу отождествления источников космических лучей, которая остается нерешенной уже более полувека.
«Если бы космологическое магнитное поле оказалось больше, скажем, 3 нГс, то космические лучи от далеких источников испытывали бы сильное отклонение, и мы не смогли бы отождествить их с источниками, — объясняет Максим Пширков.
— Полученное нами ограничение сверху означает, что лучи в межгалактическом пространстве отклоняются не очень значительно.
Также возможно, что полученные нами ограничения помогут ученым-теоретикам в выборе правильной модели эволюции ранней Вселенной».
Работа ученых была выполнена в рамках гранта Российского научного фонда (РНФ) «За пределами возможностей земных ускорителей: происхождение космических лучей, нейтрино и фотонов с энергиями (1015–1020) эВ» под руководством Сергея Троицкого из Института ядерных исследований Российской академии наук. Этот грант нацелен на исследования в области астрофизики частиц — новой области науки, в которой астрономические исследования используются для целей фундаментальной физики, многие из которых просто не могут быть проверены экспериментально в земных лабораториях. Для примера, энергии космолучей доходят до 1020 эВ, что в 10 млн раз больше энергий частиц на Большом адронном коллайдере.
Tags
СМИ о Фонде, Физика и космос
2.
Магнитное поле. Магнитная индукция, напряженность магнитного поля. Понятие об электромагнитном поле.Природа магнитного поля была выяснена Эрстедом, который в 1820 году показал, что вокруг проводника с током образуется магнитное поле, направление которого определяется правилом «буравчика». Ампер изучил зависимость силы взаимодействия между проводниками с током от их конфигураций, установив закон, получивший его имя. Так, два параллельных проводника с токами, текущими в одном направлении, взаимодействуют с силой, приходящейся на единицу длины:
где
= 4.10-7 Гн/м — абсолютная магнитная проницаемость
вакуума, I1 и I2 -токи,
текущие в проводниках, а г — расстояние
между проводниками. Эта формула
используется для установления основной
электрической единицы системы Си — силы
тока (Ампер). При силе тока в один ампер
два проводника, расположенные на
расстоянии один метр друг от друга
взаимодействуют
с силой 2 10-7 Ньютона на один метр.
Проводники с
противоположно
направленными токами отталкиваются. В
определенном смысле формула (9) является
аналогом закона Кулона.
Таким образом, можно дать определение, что магнитным полем называется особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие электрических токов или движущихся электрических зарядов.
Магнитное поле можно обнаружить с помощью магнитной стрелки, на которую будет действовать в магнитном поле пара сил. Магнитную стрелку можно заменить рамкой с током. Она характеризуется величиной магнитного момента: pm = I.S, равного произведению силы тока в рамке I на площадь рамки S. Магнитный момент — вектор, направление которого определяется по правилу правого винта. В магнитном поле на рамку с током действует пара сил, стремящаяся установить магнитный момент рамки по направлению внешнего магнитного поля. В соответствии с этим вводят силовую характеристику магнитного поля В, называемую индукцией магнитного поля, которая равна отношению максимального момента пары сил, действующих на рамку с током в магнитном поле к магнитному моменту этой рамки рm:
Измеряется
величина магнитной индукции в Теслах.
Тл = Н.м/А.м2.
В веществе (магнетике) магнитная индукция изменяет свое значение: В=Во, где — относительная магнитная проницаемость, В0 — магнитная индукция поля в вакууме. Величина Н = В/называется напряженностьюмагнитного поля. Найти магнитное поле, создаваемое любой конфигурацией проводников, позволяет закон Био-Савара- Лапласа. Так магнитная индукция поля, создаваемого бесконечным проводником с током, равняется :
Направление вектора индукции определяется правилом «буравчика» и совпадает с направлением касательной к окружности радиуса г, перпендикулярной вектору тока. В центре кругового проводника с током индукция равна:
В катушке индуктивности, содержащей N витков с током, длиной l, индукция равна:
где n — число витков на единицу длины катушки.
На электрический
заряд, движущийся в магнитном поле со
скоростью v,
действует сила, называемая силой
Лоренца.
Численное значение этой силы равно: Fл = qvBsina,
где a
— угол между направлением скорости v
и индукции магнитного поля В. Если
разложить вектор скорости заряженной
частицы на две составляющие — по
направлению магнитного поля и
перпендикулярно к нему, то можно видеть,
что траектория движения частицы будет
представлять собой винтовую линию.
На проводник с током в магнитном поле действует сила, называемая силой Ампера. Природа этой силы такая же, как и у силы Лоренца. Абсолютное значение этой силы равно: F = BIlsina, где I — ток в проводнике, 1 — длина проводника, a — угол между направлением силы тока в проводнике и вектором магнитной индукции В. Направление действия силы Ампера определяется правилом левой руки: левую руку нужно расположить так, чтобы силовые линии магнитного поля входили в ладонь, четыре пальца указывали направление силы тока, а отогнутый большой палец укажет направление действия силы.
Потоком вектора магнитной индукции В через площадь S называется интеграл от нормальной составляющей вектора В по площади S:
Поток измеряется
в Веберах: Вб = Тл м .
Если поле В однородное, то индуктивность выходит из-под интеграла и поток равен: Фв = BScos a, где a — угол между вектором В и нормалью к плоскости контура, а S — площадь контура.
Английский физик М.Фарадей в 1831 году открыл закон, который носит его имя. Суть закона сводится к тому, что при всяком изменении магнитного потока в контуре, охватывающем площадь S, возникает электродвижущая сила магнитной индукции, равная скорости изменения потока, взятой с обратным знаком.
Знак минус выражает собой правило Ленца и является следствием закона сохранения энергии.
Таким
образом, можно утверждать, что изменение
магнитного поля вызывает появление
электрического поля. Если контур
реальный, т.е. представлен
в виде проводника, то в нем будет протекать
ток, порождающий
магнитное поле, которое согласно правилу
Ленца будет препятствовать
изменениям вызвавшего его появление
магнитного поля.
Частным случаем электромагнитной индукции является возникновение электродвижущей силы в контуре при изменении силы тока в этом же контуре. Магнитный поток, создаваемый в контуре, прямо пропорционален протекающему по нему току: Ф = LI, где L -индуктивность контура.
Индуктивность зависит от размера и формы контура и магнитной проницаемости среды. Единицей индуктивности является Генри.
При изменении силы тока в контуре изменяется магнитный поток, пронизывающий этот контур, что приводит к возникновению электродвижущей силы самоиндукции:
В
результате самоиндукции изменение силы
тока в цепи происходит не мгновенно.
Поэтому, в частности, при размыкании
любой реальной цепи возникает
искра или дуга на контактах выключателя.
Для соленоида, имеющего
N витков на длине 1 и площадь поперечного
сечения S,
индуктивность
равна: L
=
,
т.е. зависит от геометрии катушки иотносительной
магнитной проницаемости материала, из
которого изготовлен сердечник.
Одним из проявлений электромагнитной индукции является возникновение замкнутых индукционных токов (токи Фуко) в сплошных проводящих телах: металлических деталях, растворах электролитов, биологических тканях.
Вихревые токи образуются при перемещении проводящего тела в магнитном поле, при изменении со временем индукции поля, а также при совокупном действии обоих факторов. Сила вихревых токов зависит от электрического сопротивления тела и, следовательно, от удельного сопротивления и размеров, а также от скорости изменения магнитного потока.
В физиотерапии разогревание отдельных частей тела человека вихревыми токами назначается как лечебная процедура, называемая индуктотермией.
Единая теория
электромагнитного поля была создана
английским физиком Д.К.Максвеллом. В
основу своей теории он положил гипотезу
о том, что всякое переменное электрическое
поле порождает вихревое магнитное поле.
Переменное электрическое поле было
названо Максвеллом током смещения, так
как оно, подобно обычному току, вызывает
магнитное поле.
Чтобы найти выражение для силы тока смещения, можно рассмотреть прохождение переменного тока по цепи, в которую включен конденсатор с диэлектриком. В проводниках это обычный ток проводимости 1пр, обусловленный изменением заряда на обкладках конденсатора. Можно предположить, что ток проводимости замыкается в конденсаторе током смещения Iсм, причем Iсм = Iпр = dq/dt. Заряд на обкладках конденсатора
q = CU = .
Тогда сила тока смещения :
Так как электрическое поле конденсатора однородно, то разделив силу тока на площадь пластин, получим выражение для плотности тока смещения:
Из данного выражения следует, что ток смещения направлен в сторону dE/dt. Например, при увеличении напряженности электрического поля -вдоль Е.
Магнитное
поле токов смещения было экспериментально
обнаружено В.
К.
Рентгеном.
Из основных уравнений теории Максвелла следует, что возникновение какого-либо поля, электрического или магнитного, в некоторой точке пространства влечет за собой целую цепь взаимных превращений: переменное электрическое поле порождает магнитное, а изменение магнитного поля порождает поле электрическое. Так образуется единое электромагнитное поле.
Закон Ампера – College Physics: OpenStax
Глава 22 Магнетизм
Резюме
- Рассчитайте ток, создающий магнитное поле.
- Используйте правило правой руки 2, чтобы определить направление тока или направление контуров магнитного поля.
Какой ток необходим для создания значительного магнитного поля, возможно, такого же сильного, как поле Земли? Геодезисты скажут вам, что воздушные линии электропередач создают магнитные поля, которые мешают показаниям их компаса. Действительно, когда в 1820 году Эрстед обнаружил, что ток в проводе влияет на стрелку компаса, он не имел дело с чрезвычайно большими токами.
Как форма проводов, по которым течет ток, влияет на форму создаваемого магнитного поля? Ранее мы отмечали, что токовая петля создает магнитное поле, подобное магнитному стержню, но как насчет прямого провода или тороида (бублика)? Как направление создаваемого током поля связано с направлением тока? Ответы на эти вопросы исследуются в этом разделе вместе с кратким обсуждением закона, управляющего полями, создаваемыми токами.
Магнитные поля имеют как направление, так и величину. Как отмечалось ранее, одним из способов определения направления магнитного поля является использование компаса, как показано для длинного прямого провода с током на рисунке 1. Датчики Холла могут определять величину поля. Обнаружено, что поле вокруг длинного прямого провода представляет собой кольцевые петли. Из этого исследования вытекает правило правой руки 2 (RHR-2), которое справедливо для любого сегмента тока: направьте большой палец в направлении тока, а остальные пальцы согните в направлении петель магнитного поля , созданный им.
Напряженность (величина) магнитного поля , создаваемая длинным прямым проводом с током 9{-7} \;\textbf{T} \cdot \textbf{m/A}}[/latex] — проницаемость свободного пространства. ([латекс]\boldsymbol{\mu _0}[/латекс] — одна из основных констант в природе. Позже мы увидим, что [латекс]\жирныйсимвол{\му _0}[/латекс] связан со скоростью свет.) Поскольку провод очень длинный, величина поля зависит только от расстояния от провода [латекс]\boldsymbol{r}[/латекс], а не от положения вдоль провода.
Пример 1: расчет тока, создающего магнитное поле
9{-7} \; \textbf{T} \cdot \textbf{m/A}}} \\[1em] & \boldsymbol{25 \;\textbf{A}} \end{array}[/latex]Обсуждение
Таким образом, умеренно большой ток создает значительное магнитное поле на расстоянии 5,0 см от длинного прямого провода.
Обратите внимание, что ответ указан только с двумя цифрами, поскольку в этом примере поле Земли указано только с двумя цифрами.
Магнитное поле длинного прямого провода имеет больше значений, чем вы можете предположить на первый взгляд. Каждый отрезок тока создает магнитное поле, подобное магнитному полю длинного прямого провода, а полное поле тока любой формы представляет собой векторную сумму полей, создаваемых каждым отрезком. Формальная формулировка направления и величины поля, обусловленного каждым сегментом, называется законом Био-Савара . Интегральное исчисление необходимо для суммирования поля для тока произвольной формы. Это приводит к более полному закону, называемому законом Ампера , который связывает магнитное поле и ток в общем виде. Закон Ампера, в свою очередь, является частью Уравнения Максвелла , которые дают полную теорию всех электромагнитных явлений. Рассмотрение того, как уравнения Максвелла кажутся разным наблюдателям, привело к современной теории относительности и осознанию того, что электрические и магнитные поля — это разные проявления одного и того же явления.
Большая часть этого выходит за рамки этого текста как на математическом уровне, требующем исчисления, так и на том количестве места, которое может быть уделено этому. Но для заинтересованных студентов, и особенно для тех, кто продолжает заниматься физикой, инженерией или подобными занятиями, дальнейшее углубление в эти вопросы откроет описания природы, которые элегантны и глубоки. В этом тексте мы будем помнить об общих особенностях, таких как RHR-2 и правила для линий магнитного поля, перечисленные в Главе 22.3 Магнитные поля и силовые линии магнитного поля, концентрируясь на полях, создаваемых в некоторых важных ситуациях.
Установление связей: относительность
Слушая все, что мы делаем об Эйнштейне, у нас иногда создается впечатление, что он изобрел теорию относительности из ничего. Напротив, одним из побуждений Эйнштейна было решить трудности, связанные с пониманием того, как разные наблюдатели видят магнитные и электрические поля.
Магнитное поле вблизи проволочной петли с током показано на рисунке 2.
Как направление, так и величина магнитного поля, создаваемого петлей с током, являются сложными. RHR-2 можно использовать для определения направления поля вблизи контура, но для получения более подробной информации необходимо картографирование с помощью компаса и правил относительно силовых линий, приведенных в главе 22.3 «Магнитные поля и силовые линии магнитного поля». Есть простая формула для напряженность магнитного поля в центре круглой петли. Это
[латекс]\boldsymbol{B =}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{\mu _0I}{2R}}[/латекс] [латекс]\textbf{(в центре петли)}[/ латекс]
, где [латекс]\boldsymbol{R}[/латекс] — радиус петли. Это уравнение очень похоже на уравнение для прямого провода, но оно действительно только в центре круглой петли из проволоки. Сходство уравнений указывает на то, что аналогичная напряженность поля может быть получена в центре контура. Один из способов получить большее поле — это [латекс]\boldsymbol{N}[/латекс] петель; тогда поле равно [латекс]\boldsymbol{B = N \mu _0I/(2R)}[/латекс].
Обратите внимание, что чем больше петля, тем меньше поле в ее центре, поскольку ток проходит дальше.
Соленоид представляет собой длинную катушку провода (с множеством витков или петель, в отличие от плоской петли). Из-за своей формы поле внутри соленоида может быть очень однородным, а также очень сильным. Поле сразу за катушками почти равно нулю. На рис. 3 показано, как выглядит поле и как его направление задается RHR-2.
Рис. 3. (a) Из-за своей формы поле внутри соленоида длиной l удивительно однородно по величине и направлению, на что указывают прямые и равномерно расположенные силовые линии. Поле вне катушек почти равно нулю. (b) На этом разрезе показано магнитное поле, создаваемое током в соленоиде.
Магнитное поле внутри соленоида с током очень однородно по направлению и величине. Лишь ближе к концам он начинает ослабевать и менять направление. Поле снаружи имеет такую же сложность, как и плоские петли и стержневые магниты, но напряженность магнитного поля внутри соленоида просто
[латекс]\boldsymbol{B = \mu _0nI \; (\textbf{внутри соленоида})},[/latex]
, где [латекс]\boldsymbol{n}[/латекс] — количество петель на единицу длины соленоида ([латекс]\жирныйсимвол{n = N/l}[/латекс], где [латекс]\жирныйсимвол{ N}[/latex] — количество петель, а [latex]\boldsymbol{l}[/latex] — длина). Обратите внимание, что [латекс]\boldsymbol{B}[/латекс] — это напряженность поля в любом месте внутри однородной области, а не только в центре. Большие однородные поля, распределенные по большому объему, возможны с соленоидами, как следует из примера 2.
Пример 2: Расчет напряженности поля внутри соленоида
Каково поле внутри соленоида длиной 2,00 м, который имеет 2000 витков и пропускает ток силой 1600 А?
Стратегия
Чтобы найти напряженность поля внутри соленоида, мы используем [латекс]\boldsymbol{B = \mu _0nI}[/латекс].
{-1}}.[/latex] 9{-1}) \; (1600 \;\textbf{A})} \\[1em] & \boldsymbol{2.01 \;\textbf{T}}. \end{array}[/latex]
Обсуждение
Это большая напряженность поля, которая может быть установлена на соленоиде большого диаметра, например, при медицинском использовании магнитно-резонансной томографии (МРТ). Однако очень большой ток указывает на то, что поля такой силы получить нелегко. Такой большой ток через 1000 витков, втиснутых в длину метра, произвел бы значительный нагрев. Более высокие токи могут быть достигнуты с помощью сверхпроводящих проводов, хотя это дорого. Существует верхний предел тока, поскольку сверхпроводящее состояние нарушается очень большими магнитными полями.
Есть интересные варианты плоской катушки и соленоида. Например, тороидальная катушка, используемая для удержания реактивных частиц в токамаках, очень похожа на соленоид, согнутый в окружность. Поле внутри тороида очень сильное, но круглое. Заряженные частицы движутся по кругу, следуя линиям поля, и сталкиваются друг с другом, возможно, вызывая синтез.
Но заряженные частицы не пересекают силовые линии и не покидают тороид. Целый ряд форм катушек используется для создания всевозможных форм магнитного поля. Добавление ферромагнитных материалов увеличивает напряженность поля и может существенно повлиять на форму поля. Ферромагнитные материалы имеют тенденцию улавливать магнитные поля (силовые линии изгибаются в ферромагнитном материале, оставляя за его пределами более слабые поля) и используются в качестве экранов для устройств, на которые неблагоприятно воздействуют магнитные поля, в том числе магнитное поле Земли.
PhET Исследования: Генератор
Генерация электричества с помощью стержневого магнита! Откройте для себя физику этого явления, исследуя магниты и то, как вы можете использовать их, чтобы зажечь лампочку.
Рис. 4. Генератор- Сила магнитного поля, создаваемого током в длинном прямом проводе, равна
[латекс]\boldsymbol{B=}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{\mu _0I}{2 \pi r}}[/латекс] [латекс]\textbf{(длинная прямая проволока) },[/латекс]
- Направление магнитного поля, создаваемого длинным прямым проводом, определяется правилом правой руки 2 (RHR-2): Направьте большой палец правой руки в направлении тока, а остальные пальцы согните в направлении создаваемые им петли магнитного поля .
- Магнитное поле, создаваемое током, следующим по любому пути, представляет собой сумму (или интеграл) полей, создаваемых сегментами вдоль пути (величина и направление, как для прямого провода), что приводит к общей зависимости между током и полем, известной как закон Ампера. .
- Напряженность магнитного поля в центре круглой петли определяется как
[латекс]\boldsymbol{B =}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{\mu _0I}{2R}}[/латекс] [латекс]\textbf{(в центре петли)}[ /латекс]
- где [латекс]\boldsymbol{R}[/латекс] — радиус петли. Это уравнение принимает вид [латекс]\boldsymbol{B = \mu _0nI/(2R)}[/латекс] для плоской катушки из [латекса]\boldsymbol{N}[/латекс] петель. РХР-2 дает направление поля вокруг петли. Длинная катушка называется соленоидом.
- Напряженность магнитного поля внутри соленоида равна .
[латекс]\boldsymbol{B = \mu _0nI \; (\textbf{внутри соленоида})},[/latex]
- где [латекс]\boldsymbol{n}[/латекс] — количество петель на единицу длины соленоида. {-7} \;\textbf{T} \cdot \;\textbf{m/A}}[/latex]
- напряженность магнитного поля в центре круглой петли
- определяется как [латекс]\жирныйсимвол{B = \frac{\mu _0I}{2R}}[/латекс], где [латекс]\жирныйсимвол{R}[/латекс] — радиус петли
- соленоид
- тонкая проволока, свернутая в катушку, создающую магнитное поле при пропускании через нее электрического тока
- напряженность магнитного поля внутри соленоида
- определяется как [латекс]\boldsymbol{B = \mu _0nI}[/латекс], где nn — количество петель на единицу длины соленоида ([латекс]\boldsymbol{n = N/l}[/латекс], где [latex]\boldsymbol{N}[/latex] — количество петель, а [latex]\boldsymbol{l}[/latex] — длина)
- Закон Био-Савара
- физический закон, описывающий магнитное поле, создаваемое электрическим током, с помощью специального уравнения
- Закон Ампера
- физический закон, утверждающий, что магнитное поле вокруг электрического тока пропорционально току; каждый отрезок тока создает магнитное поле, как у длинного прямого провода, а полное поле тока любой формы представляет собой векторную сумму полей, создаваемых каждым отрезком
- Уравнения Максвелла
- набор из четырех уравнений, описывающих электромагнитные явления
12.
4 Магнитное поле токовой петли – University Physics Volume 2Глава 12. Источники магнитных полей
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
- Объяснять, как закон Био-Савара используется для определения магнитного поля, вызванного током в проволочной петле в точке вдоль линии перпендикулярно плоскости петли.
- Определить магнитное поле дуги тока.
Круговой контур на рис. 12.11 имеет радиус R , по нему течет ток I , и он лежит в плоскости xz . Чему равно магнитное поле, обусловленное током в произвольной точке P по оси петли?
Рисунок 12.11 Определение магнитного поля в точке P вдоль оси токоведущего контура из проволоки.Мы можем использовать закон Био-Савара, чтобы найти магнитное поле, вызванное током. Сначала мы рассмотрим произвольные сегменты на противоположных сторонах петли, чтобы качественно показать векторными результатами, что чистое направление магнитного поля находится вдоль центральной оси петли.
Отсюда мы можем использовать закон Био-Савара, чтобы получить выражение для магнитного поля.Пусть P будет расстоянием y от центра петли. Согласно правилу правой руки, магнитное поле [латекс]d\stackrel{\to }{\textbf{B}}[/latex] при P , создаваемое элементом тока [латекс]I\фантом{\правило {0.2em}{0ex}}d\stackrel{\to }{\textbf{l}},[/latex] направлен под углом [latex]\theta[/latex] над осью y , как показано . Поскольку [latex]d\stackrel{\to }{\textbf{l}}[/latex] параллелен вдоль оси x , а [latex]\hat{\textbf{r}}[/latex] находится в 9{\prime}[/latex], перпендикулярные оси y , поэтому сокращаются, и при расчете чистого магнитного поля необходимо учитывать только компоненты вдоль оси y . Компоненты, перпендикулярные оси петли, попарно равны нулю. Отсюда в точке P :
[латекс] \ stackrel {\ to } {\ textbf {B}} = \ hat {\ textbf {j}} \ underset {\ text {loop}} {\ int} дБ \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}}\mathrm{cos}\phantom{\rule{0.
{3}}.[/латекс] 9{3}}.[/латекс]Расчет магнитного поля из-за круговой токовой петли в точках вне оси требует довольно сложной математики, поэтому мы просто посмотрим на результаты. Линии магнитного поля имеют форму, показанную на рис. 12.12. Обратите внимание, что одна линия поля следует за осью петли. Это линия поля, которую мы только что нашли. Кроме того, в непосредственной близости от провода линии поля почти круглые, как линии длинного прямого провода.
Рисунок 12.12 Эскиз силовых линий магнитного поля круглой петли с током.Пример
Магнитное поле между двумя контурами
Два контура провода пропускают одинаковый ток 10 мА, но текут в противоположных направлениях, как показано на Рис. 12.13. Одна петля имеет радиус [латекс]R=50\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{см}[/латекс], а другая петля имеет радиус [латекс]2R= 100\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{см}.[/latex] Расстояние от первого контура до точки измерения магнитного поля равно 0,25 м, а расстояние от этой точки до вторая петля 0,75 м.
Рисунок 12.13 Две петли разного радиуса имеют одинаковый ток, но текут в противоположных направлениях. Магнитное поле в точке P равно нулю. Какова величина чистого магнитного поля в точке 9?0019 Р ?Стратегия
Магнитное поле в точке P определено по уравнению 12.15. Поскольку токи текут в противоположных направлениях, чистое магнитное поле представляет собой разницу между двумя полями, создаваемыми катушками. Затем, используя заданные в задаче величины, рассчитывается суммарное магнитное поле. 9{\text{−9}}\text{T}\phantom{\rule{0.2em}{0ex}}\text{вправо}.\hfill \end{массив}[/latex]
Значение
Катушки Гельмгольца обычно имеют петли одинакового радиуса с током, текущим в одном направлении, чтобы иметь сильное однородное поле в средней точке между петлями. Аналогичное применение распределения магнитного поля, создаваемого катушками Гельмгольца, можно найти в магнитной бутылке, которая может временно улавливать заряженные частицы.
См. Магнитные силы и поля для обсуждения этого.Проверьте свое понимание
Используя пример 12.5, на какое расстояние вам придется переместить первую катушку, чтобы иметь нулевое измеряемое магнитное поле в точке P ?
Show Solution0,608 метра
Резюме
- Напряженность магнитного поля в центре круглой петли определяется выражением [латекс]B=\frac{{\mu }_{0}I}{2R}\phantom{\rule{0.2em}{ 0ex}}\text{(в центре петли)},[/latex] где R — радиус петли. РХР-2 дает направление поля вокруг петли.
Концептуальные вопросы
Является ли магнитное поле токовой петли однородным?
Что происходит с длиной подвешенной пружины, когда через нее проходит ток?
Показать решениеДлина пружины уменьшается, так как каждая катушка имеет магнитное поле, создаваемое северным полюсом, рядом с южным полюсом следующей катушки.
По двум концентрическим круглым проводам разного диаметра текут токи в одном направлении.
Опишите силу, действующую на внутреннюю проволоку. 9{\text{−5}}\text{T}[/латекс]По круговой петле радиусом R течет ток I . На каком расстоянии вдоль оси петли магнитное поле составляет половину своего значения в центре петли?
Две плоские круглые катушки, каждая с радиусом R и намотанные на N витков, установлены вдоль одной оси так, чтобы они были параллельны на расстоянии d друг от друга. Каково магнитное поле в середине общей оси, если ток 9{3\текст{/}2}}[/латекс]
Для катушек в предыдущей задаче, каково магнитное поле в центре каждой катушки?
Лицензии и атрибутыМагнитное поле токовой петли. Автор : Колледж OpenStax. Расположен по адресу : https://openstax.org/books/university-physics-volume-2/pages/12-4-magnet-field-of-current-loop. Лицензия : CC BY: Attribution . Условия лицензии : Загрузите бесплатно по адресу https://openstax.
org/books/university-physics-volume-2/pages/1-introduction7 важных фактов – Lambda Geeks
Автор Abhishekin Physics
В этой статье мы ответим на вопрос: меняется ли величина магнитного поля? Перед этим мы узнаем, какие факторы влияют на величину магнитного поля.
Магнитное поле является мерой магнитного воздействия на электрические заряды, электрические токи и материалы, проявляющие магнетизм. На эти частицы действует сила, перпендикулярная их движению. Величина потока магнитного поля зависит от силы отдельных полюсов.
Что такое магнитное поле?Это векторное поле, которое используется для описания магнитного воздействия на электрические заряды и материалы, подчиняющиеся магнетизму.
Мы не можем видеть магнитное поле, но можем его визуализировать. Мы можем представить магнитное поле с помощью силовых линий магнитного поля. Эти линии говорят нам о напряженности магнитного поля.
Как возникает магнитное поле в катушке? В местах, где напряженность поля больше, силовые линии будут сгущаться, и наоборот. Переменный ток создает магнитное поле, когда он проходит через катушку. Катушка состоит из железного стержня, обмотанного катушкой с током.
Когда переменный ток проходит через катушку, между электрическими полюсами создается магнитное поле, и эти полюса начинают действовать как магнитные полюса. И наоборот, когда через катушку проходит переменное магнитное поле, возникает ЭДС.
когда изменяется величина магнитной силы?Магнитная сила зависит от напряженности магнитного поля, скорости частиц, заряда скорости движения и угла между скоростью и магнитным полем.
Если изменить любой из вышеперечисленных факторов, изменится и величина магнитной силы. Магнитная сила может быть определена по формуле, обсуждаемой в разделе ниже:
F=qvBsintheta
Величина магнитного поля зависит от того, чтоМагнитное поле зависит от многих факторов.
Факторы включают количество проходящего тока, количество витков в катушке и радиус кругового контура. Эти факторы подробно обсуждаются в разделе, приведенном ниже:- Количество проходящего тока – Количество тока, проходящего через катушку, напрямую влияет на величину магнитного поля. Величина магнитного поля прямо пропорциональна величине тока, проходящего через катушку. Чем больше текущий ток, тем больше будет напряженность магнитного поля.
- Количество витков в катушке — Количество витков является очень важным фактором, влияющим на величину магнитного поля. Величина магнитного поля будет увеличиваться по мере увеличения числа витков в катушке.
- Радиус круговой петли – Много обсуждалось, как на магнитное поле влияет радиус круговой петли. По мере увеличения радиуса катушки величина магнитного поля продолжает уменьшаться. Отсюда следует обратная зависимость от радиуса катушки.
В предыдущем разделе мы обсуждали факторы, влияющие на магнитное поле.
Если значение любого из факторов изменится, то изменится и величина магнитного поля.Факторы, влияющие на величину магнитного поля, включают величину тока, проходящего через катушку, количество витков в катушке и радиус катушки. Магнитное поле прямо пропорционально количеству витков провода в петле и току, протекающему в катушке. Величина магнитного поля находится в обратной зависимости от куба расстояния.
Как изменяется величина магнитной силы?Факторы, влияющие на величину магнитной силы, обсуждаются в предыдущем разделе. При изменении любого из этих свойств изменяется и величина магнитной силы. Сила магнитного поля оказывает большое влияние на магнитную силу.
Если мы изменим силу полюсов, то изменится величина магнитного поля, что также приведет к изменению величины магнитной силы. Точно так же, если мы изменим угол катушки или скорость частицы, мы увидим, что величина магнитной силы также изменилась.
Где изменяется величина магнитной силы? Магнитная сила будет изменяться при изменении величины магнитного поля. Мы можем наблюдать, что магнитное поле имеет наибольшую интенсивность там, где линии наиболее плотные, потому что силовые линии будут сходиться на полюсах и расходиться по мере удаления от него.
Магнитные линии сгущаются возле полюсов. Следовательно, магнитное поле максимально на полюсах. Таким образом, мы можем сказать, что магнитная сила наименьшая в средней части магнита и продолжает увеличиваться на полюсах. Вблизи полюсов мы будем испытывать наибольшую величину магнитной силы.
Уменьшается ли магнитное поле с расстоянием?Магнитное поле будет уменьшаться по мере удаления от провода. Это, безусловно, связано с тем, что силовые линии будут становиться все реже и менее плотными по мере удаления от полюсов. Это связано с тем, что силовые линии сходятся у полюсов и расходятся по мере удаления от полюсов.
Величина магнитного поля обратно пропорциональна кубу расстояния. Это означает, что на напряженность магнитного поля сильно влияет увеличение расстояния. Оно продолжает резко уменьшаться по мере того, как мы удаляемся от провода. Плотность силовых линий также уменьшается.
Изображение: силовые линии магнитного поля подковообразного магнитаИзображение предоставлено Википедией
Почему магнитное поле уменьшается с расстоянием?Магнитное поле будет иметь наибольшую напряженность в местах, где силовые линии наиболее плотные. Это происходит вблизи зоны, ближайшей к проводам и столбам. По мере удаления от полюсов количество силовых линий на единицу площади начинает уменьшаться, следовательно, величина магнитного поля.
Линии поля начинаются от полюсов и заканчиваются на полюсах. Линии поля образуют петлю, выходя из одного полюса и возвращаясь к другому. Таким образом, линии накапливаются возле столбов/проводов и становятся менее плотными по мере увеличения расстояния.
Заключение Таким образом, величина магнитного поля также становится все меньше и меньше по мере увеличения расстояния. Математически можно сказать, что магнитное поле обратно пропорционально третьей степени расстояния от провода. Мы видели, что величина магнитного поля ослабевает по мере удаления от провода. Это можно визуализировать, нарисовав силовые линии, сходящиеся вблизи полюсов и расходящиеся, когда они удаляются от полюсов.
Последние сообщения
ссылка на май В пассивном залоге: 5 фактов (когда, как и примеры)Май в пассивном залоге: 5 фактов (когда, как и примеры)
модальные вспомогательные глаголы. Давайте здесь узнаем, как глагол «может» может быть изменен в пассивный залог. Модальный вспомогательный глагол…
Продолжить чтение
ссылка на Является ли электрическое поле вектором? 5 фактов, которые вы должны знатьЯвляется ли электрическое поле вектором? 5 фактов, которые вы должны знать
Электрическое поле создается заряженной частицей.
В этой статье будет выяснено, является ли электрическое поле скалярной или векторной величиной.
Электрическое поле является вектором, поскольку оно имеет…Продолжить чтение
Калькуляторы магнитного поля Земли — Инструкции
Он-лайн калькуляторы для оценки текущих и прошлых значений магнитного поля.
Если вам нужно только магнитное склонение (вариация) за один день с 19:00 по настоящее время, посетите наш калькулятор склонения .
Если вам нужны все семь компонентов магнитного поля для одного дня или диапазона лет с 1900 года по настоящее время, посетите наш Калькулятор магнитного поля . Прежде чем использовать этот калькулятор, прочтите приведенные ниже инструкции.
Калькулятор исторического склонения США Этот калькулятор использует модели склонения США для расчета склонения только для совпадающих США с 1750 года по настоящее время. Из-за различий в доступности данных (зарегистрированные наблюдения магнитного поля) западная часть США может не иметь значений до начала 1800-х годов.
Вы также можете вычислить значения для области . См. инструкция по району.
Солнечные возмущения могут вызвать значительные различия между расчетными и фактическими значениями поля. Вы можете проверить текущие солнечные условия от NOAA Центр прогнозирования космической погоды.
Значения вычисляются с использованием текущей Международное геомагнитное эталонное поле , принятое Международная ассоциация геомагнетизма и аэрономии .
Значения являются оценками, основанными на IGRF10, и обычно имеют точность в пределах 30 угловых минут для D и I и 100–250 нТл для силовых элементов (F, H, Z, X и Y).Требуется ввод:
- Местоположение (широта и долгота), вводится либо в десятичных градусах или градусов, минут и секунд (целые числа, разделенные пробелами) .
Примечание. Если вы не знаете свою широту и долготу и живете в Соединенных Штатах, введите свой почтовый индекс в соответствующее поле и используйте кнопку « Получить местоположение » или поле выбора страны и города слева. Также предоставляются ссылки на US Gazetteer и Getty Thesaurus, хорошие источники информации о широте и долготе для США и мира соответственно. - Высота (рекомендуется для использования в самолетах и спутниках) в футах, метрах или километрах над средним уровнем моря.
- Дата в формате Год, Месяц, День (по умолчанию используется текущий день). Имеются две записи даты, обеспечивающие возможность расчета значений магнитного поля в течение ряда лет. Обе даты по умолчанию соответствуют текущему дню. Если вам нужны только текущие значения полей, больше ничего вводить не нужно! Если вы хотите узнать значения магнитного поля за ряд лет (например, с 1967 по 2017 год), введите Самая старая дата в поле Дата начала и самая последняя дата в поле Дата окончания поле.
- Размер шага даты (используется только для диапазона лет) — количество лет между расчетами. Например, если вы хотите узнать значения магнитного поля от 19от 67 до 2017 для каждых двух лет, введите 1967 в качестве начального года, 2017 в качестве конечного года и 2 в качестве размера шага.
- Чтобы вычислить значения поля, нажмите Compute! Кнопка .
Результаты включают семь полевых параметров и текущую скорость изменения за последний год:
- Склонение (D) положительное восточное, в градусах и минутах
Годовое изменение (dD) положительное на восток, в минутах в год - Положительный наклон (I) вниз, в градусах и минутах
Годовое изменение (dI) положительное вниз, в минутах в год - Горизонтальная интенсивность (H), в наноТесла
Годовое изменение (dH) в наноТесла в год - Север Компонент H (X), положительный север, в наноТесла
Годовое изменение (dX) в наноТесла в год - Восток Компонент H (Y), положительный восток, в наноТесла
Годовое изменение (dY) в наноТесла за год - Вертикальная интенсивность (Z), положительное вниз, в наноТесла
Годовое изменение (dZ) в наноТесла в год - Общее поле (F), в наноТесла
Годовое изменение (dF) в наноТесла в год
Вы можете увидеть больше информации о необходимом вводе или полученные результаты.
Для получения дополнительной информации о магнетизме, регулировке компаса, вычислении пеленга, пожалуйста, посетите наш
Страница ответов на часто задаваемые вопросы (FAQ). Перейти к Вычислить значения полей .Вернуться к началу страницы
Требуемый ввод
Ввод информации о местоположении
Если вас интересует местоположение в США, вы можете ввести свой почтовый индекс в отведенное место и нажать кнопку « Получить местоположение ». Широта и долгота для этого почтового индекса (сохраненные в Бюро переписи населения США) будут автоматически заполнены в области местоположения. Если значение не отображается, вероятно, возникла проблема с получением местоположения для введенного почтового индекса. В этом случае введите широту и долготу непосредственно в соответствующие поля.
Если вы вводите местоположение в градусах, минутах и секундах, введите значения для всех трех, разделяя их пробелами, даже если значение равно нулю .
Например, если вы находитесь на широте 35° 30′ 0″, введите 35 30 0. Помните, что в минуте 60 секунд, а в градусе 60 минут, поэтому 35° 30′ 0″ эквивалентно 35 500 Не вводите в поле обозначение N, S, E или W! Вместо этого убедитесь, что для вашего местоположения установлен правильный выбор справа от поля. N означает широту северного полушария, S — широту южного полушария, W — долготу западного полушария, E — долготу восточного полушария. США (в основном) расположены в северном (N) и западном (W) полушарии.Широта колеблется от 90° южной широты (южный полюс) до 90° северной широты (северный полюс), где 0° означает экватор. Долгота колеблется от 0° (Гринвич, Англия) на восток до 90° восточной долготы (Бангладеш) до 180 градусов и на запад через Атлантический океан до 90° западной долготы (Джексон, Мичиган) до 180 градусов западной долготы. Например, местоположение Луисвилля, штат Кентукки, США: 38,2247° с. ш., 85,7412° з. д., что также выражается как 38° 13′ 29″ с.
ш., 85° 44′ 28″ з.Ввод информации о дате
Имеются две записи даты, обеспечивающие возможность вычисления значений магнитного поля в течение ряда лет. Если вам нужен диапазон дат, введите свою самую старую дату в поле «Дата начала», самую последнюю дату в поле «Дата окончания» и введите количество лет между вычислениями в поле «Размер шага даты». Например, если вы хотите узнать значения магнитного поля с 1900 по 2017 год с интервалом в 3 года, введите 1900 1 1 в качестве начальной даты, 2017 1 1 в качестве конечной даты и 3 в качестве размера шага. Дата окончания должна быть больше или равна дате начала. Не вводите размер шага (по умолчанию равен нулю), если вы не вычисляете диапазон лет.
Модель магнитного поля IGRF обновляется каждые 5 лет, чтобы обеспечить возможность опережающего расчета магнитного поля. Например, IGRF12, принятый в 2005 г., действовал до 1 января 2020 г. Если вы введете дату окончания, превышающую период действия модели, вы получите сообщение об ошибке с просьбой ввести действительную дату.
Вход на высоту
Высота над уровнем моря особенно важна при расчете магнитного поля в самолете или на больших высотах. Если вы не уверены в своей высоте и интересуетесь местоположением на поверхности Земли, достаточно значения по умолчанию 0. Пожалуйста, введите высоту в километрах (от -1 до 600)
Нажмите кнопку «Вычислить» , когда будете готовы.
Вернуться к началу страницы
Область ввода
Чтобы вычислить значения поля для области, введите крайнюю северную и самую южную широту, размер шага для широты, крайнюю западную и крайнюю восточную долготу и размер шага для долготы. Например, если вас интересует сетка склонений для граничащих США со значениями, вычисляемыми через каждые 5 градусов широты и долготы, вы должны ввести (щелкните пример, чтобы увеличить изображение):
Вернуться к началу страницы
Чтение результатов
Магнитные параметры склонение, наклонение, горизонтальная составляющая, северная составляющая, восточная составляющая, вертикальная составляющая и полное поле (D, I, H, X, Y, Z и F) вычисляются на основе последних данных Международного эталонного геомагнитного поля ( IGRF) модель основного магнитного поля Земли.
Точность угловых составляющих (склонение, D и наклон, I) сообщается в градусах и угловых минутах и обычно находится в пределах 30 минут. Точность компонентов силы (горизонтальная — H, север — X, восток — Y, вертикальная — Z и общая сила — F) обычно находится в пределах от 100 до 250 нанотесла. Локальные возмущения и попытки использовать модель за пределами допустимого диапазона дат могут привести к большим ошибкам. Перед использованием IGRF ознакомьтесь с «Предупреждением о вреде для здоровья». Везде используются следующие условные обозначения: склонение (D) положительный восток, наклон (I) и вертикальная интенсивность (Z) положительный вниз, северная составляющая (X) положительный север и восточная составляющая (Y) положительный восток. Горизонтальная (H) и общая (F) интенсивности всегда положительны. Подробнее о параметрах магнитного поля Земли см.
Часто задаваемые вопросы. Вернуться к началу страницы
Магнетизм и Солнце: магнитные поля
Магнетизм и Солнце: магнитные поляМагнитные поля Один из способов описать магнетизм — через 90 653 магнитных поля 90 654 .<-Назад | Далее->
Главная | Введение | Магнитные поля | Магнитная сила | Сохранено Энергия в магнитных полях | Магнетизм на Солнце | Дальнейшее исследование | Библиография Магнитный
поле определяет магнитную силу, «толчок» или «притяжение», ощущаемую частицей
не зависит от его заряда и скорости (скорости и направления
частица) из-за наличия других движущихся зарядов. Чем сильнее
поля, тем сильнее магнитная сила, ощущаемая частицей. Так же,
чем слабее поле, тем слабее магнитная сила. В дополнение к описанию
сила магнитного поля в различных точках пространства, магнитное
поле также описывает направление силы, действующей на частицу относительно
к его скорости.Магнитные поля можно визуализировать с помощью линий магнитного поля . Эти линии являются кривыми, где:
- В каждой заданной точке касательная (прямая, пересекающая кривую только в данной точке на бесконечно малом расстоянии) находится в том же направление как магнитное поле . Если бы кто-то поместил компас в магнитное поле, стрелка будет направлена по касательной к магнитному полю линия.
- Величина магнитного поля пропорциональна плотности линий. чем ближе силовые линии, тем сильнее магнитное поле. Чем больше
они разбросаны, тем слабее магнитное поле.
Оборудование:
стержневые магниты
Сборка:
кусок картона намного больше, чем стержневой магнит.
железные опилки
стол- Поместите стержневой магнит на стол
- Поместите картон поверх магнита.
- Равномерно разбросайте железные опилки по картону.
- Обратите внимание на железные опилки. Направлены ли они в каком-то определенном направлении? Где концентрируются ли опилки вблизи областей с более слабым или сильным магнитным полем? поле?
- Используя узор, образованный железными опилками, в качестве ориентира, нарисуйте магнитное поле.
диаграмма силовых линий данного магнита.
- На диаграмме линий магнитного поля отметьте, где линии поля рассредоточены или сконцентрированы. С помощью пары магнитов определите, какой части магнита сильнее или слабее. Установить отношения между магнитные силы, которые вы почувствовали, используя пару магнитов и концентрацию линий поля на вашей диаграмме.
Магнитное поле, создаваемое стержневым магнитом, индуцирует магнитное поле в железных опилках. Железные опилки становятся маленькими магнитами. Потому что железные опилки имеют стержнеобразную форму, они имеют тенденцию формировать свои полюса в продольном направлении. В результате они указывают в одном направлении приложенного магнитного поля стержневого магнита, точно так же, как стрелка компаса делать, когда подносят к магниту.
Магнитные поля Земли: Гигантский стержневой магнит
Магнитные поля на Солнце
Та же картина, которую мы наблюдали в эксперименте с магнитными полями . может
увидеть на Земле. Земля со своим глобальным магнитным полем действует как
гигантский стержневой магнит. Поскольку мы не можем размещать железные опилки вокруг Земли
для наблюдения за магнитными полями мы будем моделировать поля, используя
Java-апплет.
Магнитограммы
В отличие от Земли, Солнце имеет очень слабое общее магнитное поле. поле (среднее дипольное поле). Однако поверхность Солнца имеет очень сильное и чрезвычайно сложные магнитные поля. Поскольку поверхность магнитная поля настолько сложны, что ученые-солнечники используют компьютеры и моделируют Магнитные поля Солнца, точно так же, как мы сделали это для Земли с помощью апплета Java. в предыдущей деятельности. Изображение выше с компьютера моделирование того, как солнечная корона или внешняя атмосфера нагревается своим «магнитным ковром». Петли, выходящие в корону, магнитны. силовые линии, соединяющие северный и южный полюса в «магнитном ковре».Магнитный поля также можно визуализировать как магнитограмм , которые используются для наблюдений за Солнцем.
Магнитограммы визуальные
представления полярности и силы магнитных полей, которые
направлены прямо в сторону или в сторону наблюдателя. Черные регионы имеют самые сильные
южное поле (поле направлено от наблюдателя к Солнцу),
а белые регионы имеют самое сильное северное поле (точки поля
к наблюдателю и от Солнца). Серые области имеют мало или
нет магнитного поля. Один из таких инструментов, который генерирует магнитограммы
его наблюдения — это доплеровский имидж-сканер Майкельсона (MDI) на борту SOHO.
спутник. Повседневная
доступны магнитограммы этого прибора.
<-Назад | Далее->
Главная | Введение | Магнитные поля | Магнитная сила | Сохранено Энергия в магнитных полях | Магнетизм на Солнце | Дальнейшее исследование | БиблиографияВозвращаться К деятельности
Последняя редакция Евгения 26 августа 1999 г.
5.3 Напряженность магнитного поля: сила, действующая на движущийся заряд в магнитном поле
Цели обучения Правило правой руки 1
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете делать следующее:
- Описать влияние магнитных полей на движущиеся заряды
- Используйте правило правой руки 1 для определения скорости заряда, направления магнитного поля и направления магнитной силы, действующей на движущийся заряд
- Расчет магнитной силы на движущийся заряд
Информация, представленная в этом разделе, поддерживает следующие цели обучения и научные практики AP®:
- 2.D.1.1 Учащийся может применять математические процедуры для выражения силы, действующей на движущийся заряженный объект магнитным полем. (СП 2.2)
- 3. C.3.1 Учащийся может использовать правила правой руки для анализа ситуации, связанной с проводником с током и движущимся электрически заряженным объектом, чтобы определить направление магнитной силы, действующей на заряженный объект из-за магнитное поле, создаваемое проводником с током. (СП 1.4)
Каков механизм, посредством которого один магнит воздействует на другой? Ответ связан с тем фактом, что весь магнетизм вызван током, потоком заряда. Магнитные поля воздействуют на движущиеся заряды , и поэтому они воздействуют на другие магниты, все из которых имеют движущиеся заряды.
Правило правой руки 1
Магнитная сила, действующая на движущийся заряд, является одной из самых фундаментальных известных. Магнитная сила так же важна, как электростатическая или кулоновская сила. И все же магнитная сила более сложна как по количеству воздействующих на нее факторов, так и по своему направлению, чем относительно простая кулоновская сила.
Величина магнитной силы FF размером 12{F} {} на заряд qq размером 12{q} {}, движущийся со скоростью vv размером 12{v} {} в магнитном поле напряженностью BB размером 12{B} { } задается5.1 F=qvBsinθ,F=qvBsinθ, размер 12{F= ital «qvB»»sin»θ} {}
, где θθ размер 12{θ} {} — угол между направлениями vv и B.B. размер 12{B} {} Эту силу часто называют силой Лоренца. Фактически так мы определяем напряженность магнитного поля В—В—размер 12{В} {} через силу, действующую на заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле. Единица СИ для напряженности магнитного поля BB размера 12{B} {} называется тесла (Т) в честь эксцентричного, но блестящего изобретателя Николы Теслы (1856–1819 гг.).43). Чтобы определить, как тесла соотносится с другими единицами СИ, мы решаем F=qvBsinθF=qvBsinθ size 12{F= ital «qvB»»sin»θ} {} для B.B.size 12{B} {}
5.2 B=FqvsinθB=Fqvsinθ размер 12{B= {{F} над {ital «qv»»sin»θ} } } {}
Поскольку размер sinθsinθ 12{θ} {} безразмерен, тесла составляет
5,3 1 T=1 NC⋅м/с=1 NA⋅м.
1 T=1 NC⋅м/с=1 NA⋅м. size 12{«1 T»= {{«1 N»} над {C cdot «м/с»} } = {{1″ N»} над {A cdot m} } } {}Обратите внимание, что C/s = A.
Еще одна меньшая единица, называемая гауссом (G), где 1G=10−4T, 1G=10−4T, размер 12{1`G=»10″ rSup { размер 8{ — 4} } `T} { } иногда используется. Самые сильные постоянные магниты имеют поля около 2 Тл; сверхпроводящие электромагниты могут достигать 10 Тл и более. Магнитное поле Земли на ее поверхности составляет всего около 5×10-5 Тл, 5×10-5 Тл, размер 12{5 умножить на «10» rSup { размер 8{ — 5} } `T} {} или 0,5 G.
Направление магнитной силы FF размера 12{F} {} перпендикулярно плоскости, образованной vv размером 12{v} {} и B, B, как определено правилом правой руки 1 (или RHR- 1), что показано на рис. 5.9. RHR-1 утверждает, что для определения направления магнитной силы на положительный движущийся заряд вы указываете большим пальцем правой руки в направлении v, v, пальцами в направлении B, B и перпендикуляром к ладонь указывает в сторону Ф.
Ф. Один из способов запомнить это состоит в том, что существует одна скорость, и поэтому ее представляет большой палец. Есть много линий поля, поэтому пальцы представляют их. Сила направлена в том направлении, куда вы бы толкнули ладонью. Сила, действующая на отрицательный заряд, направлена прямо противоположно силе на положительном заряде.Рис. 5.9 Магнитные поля воздействуют на движущиеся заряды. Эта сила является одной из самых основных известных. Направление магнитной силы на движущийся заряд перпендикулярно плоскости, образованной vv и BB размером 12{B} {}, и следует правилу правой руки 1 (RHR-1), как показано. Величина силы пропорциональна q,q,size 12{q} {}v,v,size 12{v} {}B,B,size 12{B} {} и синусу угла между vv size 12{v} {} и B.B.size 12{B} {}
Создание соединений: заряды и магниты
На статические заряды не действует магнитная сила. Однако на движущиеся заряды действует магнитная сила. Когда заряды неподвижны, их электрические поля не действуют на магниты.
Но когда заряды движутся, они создают магнитные поля, которые воздействуют на другие магниты. При относительном движении возникает связь между электрическим и магнитным полями — одно влияет на другое.Пример 5.1 Расчет магнитной силы: магнитное поле Земли на заряженном стеклянном стержне
За исключением компасов, вы редко видите или лично испытываете силы, связанные с небольшим магнитным полем Земли. Чтобы проиллюстрировать это, предположим, что в физической лаборатории вы натираете стеклянную палочку шелком, помещая на нее положительный заряд в 20 нКл. Вычислите силу, действующую на стержень со стороны магнитного поля Земли, если вы бросите его с горизонтальной скоростью 10 м/с строго на запад в месте, где поле Земли направлено строго на север параллельно земле. (Направление силы определяется правилом правой руки 1 (RHR-1), как показано на рис. 5.10.)
Рис. 5.10. Положительно заряженный объект, движущийся строго на запад в области, где магнитное поле Земли направлено строго на север, подвергается воздействию силы, которая направлена прямо вниз, как показано.
Отрицательный заряд, движущийся в том же направлении, испытает силу прямо вверх.Стратегия
Нам известны заряд, его скорость, напряженность и направление магнитного поля. Таким образом, мы можем использовать уравнение F=qvBsinθF=qvBsinθ size 12{F= ital «qvB»»sin»θ} {}, чтобы найти силу.
Решение
Магнитная сила равна
5,4 F=qvbsinθ.F=qvbsinθ. size 12{F= ital «qvb»»sin»θ} {}
Мы видим, что sinθ=1,sinθ=1,size 12{«sin»θ=1} {}, так как угол между скоростью и направлением поля 90º.90º.size 12{«90» rSup { size 8{ circ } } } {} Ввод других заданных величин дает
5,5 F=20×10–9C10 м/с5×10–5T=1 ×10–11C⋅м/sNC⋅м/с=1×10–11N.F=20×10–9C10 м/с5×10–5T=1×10–11C⋅м/sNC⋅м/с=1× 10–11N.alignl { стек { размер 12 {F = слева («20» умножить на «10» rSup { размер 8 { — 9} } `C вправо ) влево («10″`»м/с» вправо ) влево (5 раз «10» rSup { размер 8{- 5} } `T вправо )} {} # «»=1 раз «10 » rSup { размер 8{ — «11»} } ` влево (C cdot «м/с» вправо) влево ( { {N} над {C cdot «м/с»} } вправо )=1 раз «10» rSup {размер 8{-«11»} } `N «.
{-7} \;\textbf{T} \cdot \;\textbf{m/A}}[/latex]
4 Магнитное поле токовой петли – University Physics Volume 2
Отсюда мы можем использовать закон Био-Савара, чтобы получить выражение для магнитного поля.
{3}}.[/латекс] 9{3}}.[/латекс]
Какова величина чистого магнитного поля в точке 9?0019 Р ?
См. Магнитные силы и поля для обсуждения этого.
Опишите силу, действующую на внутреннюю проволоку. 9{\text{−5}}\text{T}[/латекс]
org/books/university-physics-volume-2/pages/1-introduction
В местах, где напряженность поля больше, силовые линии будут сгущаться, и наоборот. 
Факторы включают количество проходящего тока, количество витков в катушке и радиус кругового контура. Эти факторы подробно обсуждаются в разделе, приведенном ниже:
Если значение любого из факторов изменится, то изменится и величина магнитного поля.
Таким образом, величина магнитного поля также становится все меньше и меньше по мере увеличения расстояния. Математически можно сказать, что магнитное поле обратно пропорционально третьей степени расстояния от провода. 
В этой статье будет выяснено, является ли электрическое поле скалярной или векторной величиной.
Электрическое поле является вектором, поскольку оно имеет…
Значения являются оценками, основанными на IGRF10, и обычно имеют точность в пределах 30 угловых минут для D и I и 100–250 нТл для силовых элементов (F, H, Z, X и Y).
Для получения дополнительной информации о магнетизме, регулировке компаса, вычислении пеленга, пожалуйста, посетите наш
Страница ответов на часто задаваемые вопросы (FAQ). Перейти к Вычислить значения полей .
Например, если вы находитесь на широте 35° 30′ 0″, введите 35 30 0. Помните, что в минуте 60 секунд, а в градусе 60 минут, поэтому 35° 30′ 0″ эквивалентно 35 500 Не вводите в поле обозначение N, S, E или W! Вместо этого убедитесь, что для вашего местоположения установлен правильный выбор справа от поля. N означает широту северного полушария, S — широту южного полушария, W — долготу западного полушария, E — долготу восточного полушария. США (в основном) расположены в северном (N) и западном (W) полушарии.
ш., 85° 44′ 28″ з.
Точность угловых составляющих (склонение, D и наклон, I) сообщается в градусах и угловых минутах и обычно находится в пределах 30 минут. Точность компонентов силы (горизонтальная — H, север — X, восток — Y, вертикальная — Z и общая сила — F) обычно находится в пределах от 100 до 250 нанотесла. Локальные возмущения и попытки использовать модель за пределами допустимого диапазона дат могут привести к большим ошибкам. Перед использованием IGRF ознакомьтесь с «Предупреждением о вреде для здоровья». Везде используются следующие условные обозначения: склонение (D) положительный восток, наклон (I) и вертикальная интенсивность (Z) положительный вниз, северная составляющая (X) положительный север и восточная составляющая (Y) положительный восток. Горизонтальная (H) и общая (F) интенсивности всегда положительны. Подробнее о параметрах магнитного поля Земли см.
Часто задаваемые вопросы. 
Магнитный
поле определяет магнитную силу, «толчок» или «притяжение», ощущаемую частицей
не зависит от его заряда и скорости (скорости и направления
частица) из-за наличия других движущихся зарядов. Чем сильнее
поля, тем сильнее магнитная сила, ощущаемая частицей. Так же,
чем слабее поле, тем слабее магнитная сила. В дополнение к описанию
сила магнитного поля в различных точках пространства, магнитное
поле также описывает направление силы, действующей на частицу относительно
к его скорости.
чем ближе силовые линии, тем сильнее магнитное поле. Чем больше
они разбросаны, тем слабее магнитное поле. 
может
увидеть на Земле. Земля со своим глобальным магнитным полем действует как
гигантский стержневой магнит. Поскольку мы не можем размещать железные опилки вокруг Земли
для наблюдения за магнитными полями мы будем моделировать поля, используя
Java-апплет.
Магнитограммы визуальные
представления полярности и силы магнитных полей, которые
направлены прямо в сторону или в сторону наблюдателя. Черные регионы имеют самые сильные
южное поле (поле направлено от наблюдателя к Солнцу),
а белые регионы имеют самое сильное северное поле (точки поля
к наблюдателю и от Солнца). Серые области имеют мало или
нет магнитного поля. Один из таких инструментов, который генерирует магнитограммы
его наблюдения — это доплеровский имидж-сканер Майкельсона (MDI) на борту SOHO.
спутник. Повседневная
доступны магнитограммы этого прибора.
C.3.1 Учащийся может использовать правила правой руки для анализа ситуации, связанной с проводником с током и движущимся электрически заряженным объектом, чтобы определить направление магнитной силы, действующей на заряженный объект из-за магнитное поле, создаваемое проводником с током. (СП 1.4) 
Величина магнитной силы FF размером 12{F} {} на заряд qq размером 12{q} {}, движущийся со скоростью vv размером 12{v} {} в магнитном поле напряженностью BB размером 12{B} { } задается
1 T=1 NC⋅м/с=1 NA⋅м. size 12{«1 T»= {{«1 N»} над {C cdot «м/с»} } = {{1″ N»} над {A cdot m} } } {}
Ф. Один из способов запомнить это состоит в том, что существует одна скорость, и поэтому ее представляет большой палец. Есть много линий поля, поэтому пальцы представляют их. Сила направлена в том направлении, куда вы бы толкнули ладонью. Сила, действующая на отрицательный заряд, направлена прямо противоположно силе на положительном заряде.
Но когда заряды движутся, они создают магнитные поля, которые воздействуют на другие магниты. При относительном движении возникает связь между электрическим и магнитным полями — одно влияет на другое.
Отрицательный заряд, движущийся в том же направлении, испытает силу прямо вверх.
