Что нужно знать о магнитных полях: теория, магнетизм и основные формулы?

Содержание

1. Магнитное поле: источник и свойства
   1. Основные свойства магнитного поля
2. Характеристика магнитного поля
   1. Силовые магнитные линии
   2. Полюса магнита
   3. Магнитная индукция
   4. Сила Ампера
   5. Сила Лоренца
   6. Магнитная проницаемость
3. Виды магнетизма

Магнитное поле: источник и свойства

Вокруг заряженных тел может возникать особый вид энергии – магнитная. Ее порождает электрический ток или вращение электронов в магнитах. Заряд создает вокруг себя особенную форму материи – магнитное поле, которое воздействует на окружающие заряды. Такое взаимодействие, возникающее между частицами, называется магнетизмом. В результате они притягиваются или отталкиваются.

Основные свойства магнитного поля

• Материальность магнитного поля, которое существует независимо от знаний человека о нем. Оно не чувствуется человеком, но проявления магнетизма можно увидеть с помощью специальных приборов и экспериментов.
• Магнетизм вырабатывают только движущиеся электрические заряды, а в магнитах – электроны. По этой причине магнитное и электрическое поле неразрывны и вместе образуют электромагнитное поле.
• Магнитное поле не ограничено в пространстве. Скорость его распространения равна скорости света – 300 000 км/с. Чем дальше от источника расположено поле, тем меньше его величина.
• Магнитное поле можно обнаружить по действию на движущиеся заряженные заряды.

Характеристика магнитного поля

Силовые магнитные линии

Магнитное поле изображается с помощью силовых магнитных линий. Наглядно показать их можно с помощью магнита и рассыпанных вокруг него металлических стружек. Стружки расположатся вдоль силовых магнитных линий и повторят их направление.

Силовые магнитные линии составляют магнитный поток. Он определяется по формуле

Где В – плотность магнитного потока, S – площадь, через которую он проходит, cosa – угол между плоскостью S и нормалью (перпендикуляром n)

По системе измерения магнитный поток выражается в Веберах (В).

Полюса магнита

Магнитные силовые линии больше сконцентрированы на краях магнита, чем посередине. Это говорит о силе поля на концах магнита, которые показывают два его полюса – «северный» и «южный». Конец магнита, из которого силовые линии выходят, считают северным полюсом, а в который входят – южным.

Движение магнитных линий непрерывно: исходя из северного полюса линии направляются к южному и внутри магнита вновь устремлены к северному. Таким образом создается замкнутое вихревое движение. Непрерывность объясняется тем, что в материи не существуют магнитных зарядов, которые были бы подобны электрическим.

Если два магнита приблизить друг к другу разными полюсами, то они притянутся друг к другу. Стороны с одинаковыми полюсами будут отталкиваться.

Разделить полюса невозможно. Если большой магнит раздробить на несколько частей, то каждая из них также будет иметь два противоположных полюса.

Магнитная индукция

Плотность магнитного потока показывает магнитная индукция. По ней можно судить о силе поля: чем сильнее магнитное поле, тем большую индукцию оно имеет. Единица измерения магнитной индукции по системе единиц (СИ) является 1 Тесла (Тл), в формулах параметр обозначается как В.

Если несколько тел образуют одно магнитное поле, то общая индукция будет суммой плотности потока каждого из них. Данное правило называется принципом суперпозиции.

Сила Ампера

На проводник, помещенный в магнитное поле будет действовать сила Ампера. Она вычисляется по формуле

Где В – индукция поля, I – сила тока, L – длина проводника.

Сила Лоренца

Магнитная индукция определяет силу, с которой поле действует на заряд в движении. Данный показатель является силой Лоренца и вычисляется по формуле

в которой q –заряд, v – скорость заряда, а B – индукция.

Магнитная проницаемость

Параметр является коэффициентом, определяющим магнитные свойства конкретной среды или вещества. Формула, по которой вычисляется показатель:

В – магнитная индукция в веществе,

В₀ – абсолютная магнитная индукция,

u – коэффициент магнитной проницаемости.

Виды магнетизма

Каждое вещества по-разному восприимчиво к проявлениям магнетизма. Можно выделить группы:

• Диамагнетики – не проводят магнетизм, потому что значение магнитной проницаемости не составляет даже единицы. К ним относятся газы, медь, золото, серебро и др.
• Парамагнетики – намагничиваются очень слабо, потому что их проницаемость ненамного превышают единицу. Если их убрать из-под воздействия внешнего магнетизма, то они размагничиваются. К ним относятся алюминий, щелочные и щелочно-земельные металлы и др.
• Ферромагнетики – характеризуются магнитной проницаемостью значительно превышающей единицу. Они обладают намагниченностью без внешнего поля, а месте с ним усиливаются. Такими свойствами обладают железо, кобальт, никель и некоторые металлы, которые создают магнитное поле, поэтому являются постоянными магнитами.

Магнитная восприимчивость вещества зависима от конфигурации частиц в атоме и направления электрических токов внутри него.