Магнітні поля і індукція магнітного поля

Магнетизм знайомий людям з давніх часів. Перші письмові згадки про нього датуються I століттям до н. е, але вчені впевнені, що знання про це явище з'явилися набагато раніше. Воно є глобальним і життя без нього на нашій планеті взагалі неможлива. Тому дослідники у всі часи прагнули вивчити цю силу і приборкати її для прогресу людства.

Магнітне поле

Живучи на Землі, ми, самі того не помічаючи, постійно знаходимося під впливом різноманітних сил. Магнітне поле винятком з цього правила також не є. Хоча, якщо бути точними, воно визначається як особливий вид матерії, а не сила. Джерелом її виникнення є заряджені електричні частинки або магніти. Якщо ж брати просторову характеристику цієї матерії, то це сукупність сил, здатних впливати на тіла, які намагнічені. Така її здатність виникає завдяки руху розрядів між молекулами об'єкта. Головною умовою появи такого поля є постійний рух електричних зарядів. Взаємодія магнітного і електричного полів призвело до того, що існувати порізно вони не можуть. Це явище називається електромагнітним полем. Всі елементи такої матерії нерозривно пов'язані і діють між собою так, що їх властивості змінюються.

Властивості магнетизму

Магнітне поле, як і будь-яке інше фізичне явище на Землі, має свої характеристики:

Джерело виникнення – рухомі електричні заряди.

Індукція магнітного поля – основна силова його характеристика, яка існує в кожній окремій точці і є спрямованою.

Його вплив обмежується магнітами, рухомими зарядами і провідниками струму.

Воно поділяється вченими на два типи: постійне і змінне.

Людина без спеціальних приладів не може відчути вплив магнетизму.

Це електродинамічні явище, адже джерело його походження – рухомі частинки електричного струму. І тільки такі ж частинки можуть бути піддані впливу магнітного поля.

Траєкторія руху заряджених часток може бути лише перпендикулярної.

Явище індукції в магнетизмі

Індукція магнітного поля визначена своєю спрямованістю, тобто вона векторна і властива будь-якому полю, яке виникає в таких умовах. Спрямована вона завжди так само, як і стрілка, яка безперешкодно обертається в компасі. Такого роду полі повністю характеризується магнітною індукцією. Кожна точка є носієм напряму та модуля цієї сили. Якщо ж вони однакові для всіх точок цього поля, то воно називається однорідним. Індукція магнітного поля в фізиці позначається вектором і великою латинською буквою Ст.

Формула магнітної індукції

Для того щоб розрахувати цю силову характеристику, потрібно знати формулу її розрахунку:

B = F : I х l.

В цій формулі:

B означає індукцію магнітного поля;
F – сила, яка діє на провідник зі сторони поля;
I – силу, з якою струм проходить по провіднику;
l – власне довжина самого провідника.

Одиницею вимірювання індукції, відповідно до Міжнародної системи одиниць, є тесла (Тл).

Лінії, що проходять в магнітному полі

Магнітна індукція має вектор, тобто спрямованість. Якщо її відобразити на папері, то вона буде виражена лініями. Вони збігаються з дотичними, які мають таку ж спрямованість, як і вектор індукції. Якщо магнітне поле однорідне, то ці лінії проходять паралельно один одному. Коли ж воно не однорідне, напрям цієї сили буде різний у всіх точках виникає поля, а дотичні до них будуть виглядати як коло.

Магнетизм соленоїда

Магнітне поле може бути створена різними предметами, наприклад, соленоїдом. Соленоїд, по своїй суті, є електромагнітом, тобто котушкою індуктивності. Щоб створити соленоїд, потрібно циліндрична поверхня (серцевина) та ізольований провідник під напругою (провід), який намотують на осердя. Проходить по дроту струм і створює цей вид матерії навколо соленоїда. У цей момент він перетворюється на магніт. Якщо ж вимкнути електрику, всі особливі властивості соленоїда зникають, а при зворотному включенні знову поновлюються. Чим більше підстав намотано навколо серцевини і чим більше подається струму, тим сильніше буде привабливість соленоїда.

Магнітна індукція соленоїда

Дуже цікавим для розгляду є соленоїд, довжина якого набагато більше, ніж його діаметр. Індукція магнітного поля соленоїда в такому випадку всюди має одну спрямованість, яка паралельна сердечника котушки, що означає паралельність кожної лінії поля один одному. Якщо провідник намотаний рівномірно, то однакова не тільки спрямованість, - числове значення також буде незмінним. З-за того, що соленоїд має дуже просту структуру, його поле було визнано еталоном поля.

Магнітосфера Землі

На нашій планеті існують мільйони магнітів різної величини і походження, але самим великим з них, до якого ми постійно торкаємося, є сама наша Земля. У перший раз про Землю як про подібний предмет було сказано в 1600 році. Цей рік ознаменувався появою книги англійського фізика У. Гільберта, в якій він тісно пов'язує Землю і цю матерію. Крім того, він говорить про те, що вісь магнітного поля Землі та вісь, на якій планета обертається, не є ідентичними, а навпаки, мають лише одну точку дотику. Якщо зробити графічний малюнок цього явища навколо нашого блакитного кулі, то відразу стає видно, що воно дуже схоже з звичайним постійним магнітом. Перші карти, що показують нашу планету з такої сторони, були намальовані Е. Галлеем у 1702 році. Яким же чином Земля регенерує свої особливі властивості? Все досить просто. Як відомо, в глибинах нашої планети є ядро. Це величезний шар розпеченого заліза, яке є відмінним провідником струму, тобто заряджене ядро і дає потужний потоки нчастиц. Завдяки цьому явищу Земля оточена магнітосферою, яка захищає її від негативних впливів з глибини космосу, і навіть від рідного нам Сонця. Індукція магнітного поля Землі дорівнює 05 · 10 - 4 Тл.

Зміни в магнітосфері Землі

Після відкриття магнітного поля Землі багато вчені-фізики вирішили зайнятися цією проблемою. У 1635 Р. Геллибранд з'ясував, що цей шар земної кулі знаходиться в постійних змінах. Ці зміни діляться на два типи: постійні і недовгочасні. Постійні виникають через покладів рудних корисних копалин, які дають спотворення з-за власних сильних потоків енергії. Винуватцем ж недовгострокові змін є так званий «сонячний вітер». Це потік електричних частинок, які вивергаються з поверхні Сонця. Взаємодія цих двох явищ призводить до «магнітних бур». Якщо така сильна буря, вона навіть може призвести до втрати радіозв'язку або невизначеності стрілки компаса. Одним з найкрасивіших наслідків подібних бур є північне сяйво, так як полюси особливо сильно піддаються їх впливу. Таким чином, магнетизм присутній у житті кожної людини. Він впливає на нас, хоч ми цього не відчуваємо. Завдяки цьому явищу наша планета не піддається негативним впливам ззовні, і у нас є можливість поспостерігати за різнокольоровими переливами Аврори.