È noto fin dall'antichità che un ago magnetico, che ruota liberamente attorno ad un asse verticale, è sempre installato in un dato punto della Terra in una certa direzione (se non ci sono magneti, conduttori che trasportano corrente o oggetti di ferro vicino ad esso ). Questo fatto è spiegato dal fatto che c'è un campo magnetico intorno alla terra e l'ago magnetico è installato lungo le sue linee magnetiche. Questa è la base per l'uso di una bussola (Fig. 115), che è un ago magnetico che ruota liberamente attorno a un asse.
Riso. 115. Bussola
Le osservazioni mostrano che quando ci si avvicina al polo nord geografico della Terra si formano linee magnetiche campo magnetico La terra è inclinata ad un angolo maggiore rispetto all'orizzonte e si trova a circa 75° di latitudine nord e 99° longitudine ovest diventare verticale, entrando nella Terra (Fig. 116). Attualmente si trova qui Polo Sud Magnetico della Terra, dista circa 2100 km dal Polo Nord geografico.
Riso. 116. Linee magnetiche del campo magnetico terrestre
Il polo nord magnetico della Terra si trova vicino al Polo Geografico Sud, ossia a 66,5° di latitudine sud e 140° di longitudine est. Questo è il punto in cui le linee magnetiche del campo magnetico terrestre escono dalla Terra.
Così, I poli magnetici della Terra non coincidono con i suoi poli geografici. A questo proposito la direzione dell'ago magnetico non coincide con la direzione del meridiano geografico. Pertanto, l'ago della bussola magnetica mostra solo approssimativamente la direzione nord.
A volte il cosiddetto tempeste magnetiche, cambiamenti a breve termine nel campo magnetico terrestre che influenzano notevolmente l'ago della bussola. Le osservazioni mostrano che la comparsa di tempeste magnetiche è associata all'attività solare.
a - sul Sole; b - sulla Terra
Durante il periodo di maggiore attività solare, flussi di particelle cariche, elettroni e protoni vengono emessi dalla superficie del Sole nello spazio. Il campo magnetico generato dal movimento di particelle cariche modifica il campo magnetico terrestre e provoca una tempesta magnetica. Le tempeste magnetiche sono un fenomeno a breve termine.
Ci sono aree del globo in cui la direzione dell'ago magnetico viene costantemente deviata dalla direzione della linea magnetica terrestre. Tali aree sono chiamate aree anomalia magnetica(tradotto dal latino “deviazione, anormalità”).
Una delle più grandi anomalie magnetiche è l'anomalia magnetica di Kursk. La ragione di tali anomalie sono gli enormi depositi di minerale di ferro a una profondità relativamente bassa.
Il magnetismo terrestre non è stato ancora completamente spiegato. È stato solo stabilito che un ruolo importante nel cambiamento del campo magnetico terrestre è svolto da varie correnti elettriche che fluiscono sia nell'atmosfera (specialmente nei suoi strati superiori) che nella crosta terrestre.
Molta attenzione è prestata allo studio del campo magnetico terrestre durante i voli. satelliti artificiali E astronavi.
È stato stabilito che il campo magnetico terrestre protegge in modo affidabile la superficie terrestre dalle radiazioni cosmiche, il cui effetto sugli organismi viventi è distruttivo. Oltre agli elettroni e ai protoni, la radiazione cosmica comprende anche altre particelle che si muovono nello spazio a velocità enormi.
I voli delle stazioni spaziali interplanetarie e dei veicoli spaziali verso la Luna e attorno alla Luna hanno permesso di stabilire l'assenza di un campo magnetico. La forte magnetizzazione delle rocce del suolo lunare trasportate sulla Terra consente agli scienziati di concludere che miliardi di anni fa la Luna avrebbe potuto avere un campo magnetico.
Domande
- Come possiamo spiegare che l'ago magnetico è posizionato in un dato punto della Terra in una certa direzione?
- Dove sono i poli magnetici della Terra?
- Come dimostrare che il polo sud magnetico della Terra è a nord e il polo nord magnetico è a sud?
- Cosa spiega la comparsa delle tempeste magnetiche?
- Quali sono le aree di anomalia magnetica?
- Dov'è l'area in cui è presente una grande anomalia magnetica?
Esercizio 43
- Perché le rotaie in acciaio che giacciono a lungo nei magazzini dopo un po' di tempo si magnetizzano?
- Perché è vietato utilizzare materiali magnetizzati sulle navi destinate alle spedizioni per studiare il magnetismo terrestre?
Esercizio
- Preparare una relazione sull'argomento "La bussola, la storia della sua scoperta".
- Posiziona una striscia magnetica all'interno del globo. Utilizzando il modello risultante, familiarizza con le proprietà magnetiche del campo magnetico terrestre.
- Usando Internet, prepara una presentazione sull'argomento "La storia della scoperta dell'anomalia magnetica di Kursk".
Questo è interessante...
Perché i pianeti hanno bisogno di un campo magnetico?
È noto che la Terra ha un potente campo magnetico. Il campo magnetico terrestre avvolge la regione dello spazio vicino alla Terra. Questa regione è chiamata magnetosfera, sebbene la sua forma non sia sferica. La magnetosfera è il guscio più esterno ed esteso della Terra.
La Terra è costantemente sotto l'influenza del vento solare: un flusso di particelle molto piccole (protoni, elettroni, nuclei e ioni di elio, ecc.). Durante i brillamenti solari, la velocità di queste particelle aumenta notevolmente e si diffondono a velocità enormi spazio esterno. Se c’è un brillamento sul Sole, significa che tra pochi giorni dovremmo aspettarci un disturbo nel campo magnetico terrestre. Il campo magnetico della Terra funge da sorta di scudo, proteggendo il nostro pianeta e tutta la vita su di esso dagli effetti del vento solare e dei raggi cosmici. La magnetosfera è in grado di modificare la traiettoria di queste particelle, indirizzandole verso i poli del pianeta. Nelle regioni polari, le particelle si raccolgono negli strati superiori dell'atmosfera e provocano le luci del nord e del sud incredibilmente belle. Questo è anche il luogo dove hanno origine le tempeste magnetiche.
Quando le particelle del vento solare invadono la magnetosfera, l'atmosfera si riscalda, la ionizzazione dei suoi strati superiori aumenta e si verifica il rumore elettromagnetico. In questo caso si verificano interferenze nei segnali radio e picchi di tensione che possono danneggiare le apparecchiature elettriche.
Le tempeste magnetiche influenzano anche il tempo. Contribuiscono alla formazione di cicloni e all'aumento della nuvolosità.
Scienziati di molti paesi hanno dimostrato che i disturbi magnetici colpiscono gli organismi viventi, la flora e gli stessi esseri umani. Gli studi hanno dimostrato che nelle persone suscettibili alle malattie cardiovascolari, sono possibili esacerbazioni con cambiamenti nell'attività solare. Possono verificarsi delle variazioni pressione sanguigna, battito cardiaco accelerato, diminuzione del tono.
Le tempeste magnetiche e i disturbi magnetosferici più forti si verificano durante i periodi di crescente attività solare.
I pianeti hanno un campo magnetico? sistema solare? La presenza o l'assenza del campo magnetico di un pianeta è spiegata dalla loro struttura interna.
Il campo magnetico più forte dei pianeti giganti Giove non è solo il pianeta più grande, ma ha anche il campo magnetico più grande, superando di 12.000 volte il campo magnetico terrestre. Il campo magnetico di Giove, avvolgendolo, si estende fino a una distanza di 15 raggi del pianeta (il raggio di Giove è 69.911 km). Saturno, come Giove, ha una potente magnetosfera, derivante dall'idrogeno metallico, che si trova allo stato liquido nelle profondità di Saturno. È curioso che Saturno sia l'unico pianeta il cui asse di rotazione del pianeta coincide praticamente con l'asse del campo magnetico.
Gli scienziati affermano che sia Urano che Nettuno hanno potenti campi magnetici. Ma ecco la cosa interessante: l'asse magnetico di Urano è deviato dall'asse di rotazione del pianeta di 59°, Nettuno di 47°. Questo orientamento dell’asse magnetico rispetto all’asse di rotazione conferisce alla magnetosfera di Nettuno una forma piuttosto originale e peculiare. Cambia costantemente mentre il pianeta ruota attorno al proprio asse. Ma la magnetosfera di Urano, mentre si allontana dal pianeta, si attorciglia in una lunga spirale. Gli scienziati ritengono che il campo magnetico del pianeta abbia due poli magnetici nord e due sud.
Gli studi hanno dimostrato che il campo magnetico di Mercurio è 100 volte inferiore a quello della Terra, mentre quello di Venere è insignificante. Studiando Marte, le navicelle Mars-3 e Mars-5 hanno scoperto un campo magnetico concentrato in esso emisfero meridionale pianeti. Gli scienziati ritengono che questa forma del campo possa essere causata da gigantesche collisioni del pianeta.
Proprio come la Terra, il campo magnetico degli altri pianeti del sistema solare riflette il vento solare, proteggendoli impatto distruttivo radiazione radioattiva proveniente dal sole.
Campo magnetico e sue caratteristiche
Schema della lezione:
Campo magnetico, sue proprietà e caratteristiche.
Campo magnetico- la forma di esistenza della materia che circonda le cariche elettriche in movimento (conduttori percorsi da corrente, magneti permanenti).
Questo nome è dovuto al fatto che, come scoprì nel 1820 il fisico danese Hans Oersted, ha un effetto orientante sull'ago magnetico. Esperimento di Oersted: un ago magnetico è stato posizionato sotto un filo percorso da corrente, ruotando su un ago. Quando la corrente veniva accesa, veniva installata perpendicolare al filo; quando la direzione della corrente cambiava, girava nella direzione opposta.
Proprietà fondamentali del campo magnetico:
generato da cariche elettriche in movimento, conduttori percorsi da corrente, magneti permanenti e un campo elettrico alternato;
agisce con forza su cariche elettriche in movimento, conduttori percorsi da corrente e corpi magnetizzati;
un campo magnetico alternato genera un'alternanza campo elettrico.
Dall'esperienza di Oersted segue che il campo magnetico è direzionale e deve avere una caratteristica di forza vettoriale. È designato e chiamato induzione magnetica.
Il campo magnetico è rappresentato graficamente utilizzando linee di campo magnetico o linee di induzione magnetica. Potere magnetico linee Queste sono le linee lungo le quali si trovano la limatura di ferro o gli assi di piccoli aghi magnetici in un campo magnetico. In ogni punto di tale retta il vettore è diretto lungo una tangente.
Le linee di induzione magnetica sono sempre chiuse, il che indica l'assenza di cariche magnetiche in natura e la natura vorticosa del campo magnetico.
Convenzionalmente lasciano il polo nord del magnete ed entrano nel polo sud. La densità delle linee viene scelta in modo che il numero di linee per unità di area perpendicolare al campo magnetico sia proporzionale all'entità dell'induzione magnetica.
N 
Solenoide magnetico con corrente
La direzione delle linee è determinata dalla regola della vite giusta. Un solenoide è una bobina con corrente, le cui spire si trovano vicine l'una all'altra e il diametro della spira è molto inferiore alla lunghezza della bobina.
Il campo magnetico all'interno del solenoide è uniforme. Un campo magnetico si dice uniforme se il vettore è costante in ogni punto.
Il campo magnetico di un solenoide è simile al campo magnetico di una barra magnetica.
CON
Un solenoide percorso da corrente è un elettromagnete.
L’esperienza dimostra che per un campo magnetico, come per un campo elettrico, principio di sovrapposizione: l'induzione di un campo magnetico creato da più correnti o cariche in movimento è uguale alla somma vettoriale dell'induzione dei campi magnetici creati da ciascuna corrente o carica:
Il vettore viene inserito in uno dei 3 modi seguenti:
a) dalla legge di Ampere;
b) dall'effetto di un campo magnetico su un telaio percorso da corrente;
c) dall'espressione della forza di Lorentz.
UN 
mpper ha stabilito sperimentalmente che la forza con cui un campo magnetico agisce su un elemento di un conduttore con corrente I situato in un campo magnetico è direttamente proporzionale alla forza
corrente I e prodotto vettoriale dell'elemento di lunghezza e induzione magnetica:
- Legge di Ampere
N 
la direzione del vettore può essere trovata secondo le regole generali del prodotto vettoriale, da cui segue la regola della mano sinistra: se il palmo della mano sinistra è posizionato in modo che le linee di forza magnetiche entrino in esso, e il 4 dita estese sono dirette lungo la corrente, quindi piegate pollice mostrerà la direzione della forza.
La forza che agisce su un filo di lunghezza finita può essere trovata integrando sull'intera lunghezza.
Quando I = cost, B=cost, F = BIlsin
Se =90 0, F = BIl
Induzione del campo magnetico- grandezza fisica vettoriale, numericamente uguale alla forza che agisce in un campo magnetico uniforme su un conduttore di lunghezza unitaria con corrente unitaria, situato perpendicolare alle linee di forza magnetiche.
1T è l'induzione di un campo magnetico uniforme, in cui su un conduttore lungo 1 m percorso da una corrente di 1 A, posto perpendicolarmente alle linee di forza magnetiche, agisce una forza di 1 N.
Finora abbiamo considerato le macrocorrenti che circolano nei conduttori. Tuttavia, secondo l'ipotesi di Ampere, in ogni corpo esistono correnti microscopiche causate dal movimento degli elettroni negli atomi. Queste correnti molecolari microscopiche creano il proprio campo magnetico e possono ruotare nei campi delle macrocorrenti, creando un campo magnetico aggiuntivo nel corpo. Il vettore caratterizza il campo magnetico risultante creato da tutte le macro e microcorrenti, vale a dire a parità di macrocorrente il vettore in ambienti diversi assume valori diversi.
Il campo magnetico delle macrocorrenti è descritto dal vettore dell'intensità magnetica.
Per un mezzo isotropo omogeneo
,
0 = 410 -7 H/m - costante magnetica, 0 = 410 -7 N/A 2,
è la permeabilità magnetica del mezzo, che mostra quante volte cambia il campo magnetico delle macrocorrenti a causa del campo delle microcorrenti del mezzo.
Flusso magnetico. Teorema di Gauss per il flusso magnetico.
Flusso vettoriale(flusso magnetico) attraverso la piattaforma dS chiamata quantità scalare uguale a
dove è la proiezione sulla direzione della normale al sito;
è l'angolo tra i vettori e.
Elemento di superficie direzionale,
Il flusso vettoriale è una quantità algebrica,
Se 
- quando si lascia la superficie;
Se 
- entrando in superficie.
Il flusso del vettore di induzione magnetica attraverso una superficie arbitraria S è uguale a
Per un campo magnetico uniforme = cost,
1 Wb - flusso magnetico che passa attraverso una superficie piana con un'area di 1 m2, situata perpendicolare a un campo magnetico uniforme, la cui induzione è 1 T.
Il flusso magnetico attraverso la superficie S è numericamente uguale al numero di linee del campo magnetico che attraversano questa superficie.
Poiché le linee di induzione magnetica sono sempre chiuse, per una superficie chiusa il numero di linee che entrano nella superficie (Ф 0), quindi, il flusso totale di induzione magnetica attraverso una superficie chiusa è zero.
- Il teorema di Gauss: Il flusso del vettore di induzione magnetica attraverso qualsiasi superficie chiusa è zero.
Questo teorema è un'espressione matematica del fatto che in natura non esistono cariche magnetiche su cui iniziano o terminano le linee di induzione magnetica.
La legge di Biot-Savart-Laplace e sua applicazione al calcolo dei campi magnetici.
Il campo magnetico delle correnti continue di varie forme è stato studiato in dettaglio da p. scienziati Biot e Savard. Hanno scoperto che in tutti i casi l'induzione magnetica in un punto arbitrario è proporzionale all'intensità della corrente e dipende dalla forma, dalle dimensioni del conduttore, dalla posizione di questo punto rispetto al conduttore e dall'ambiente.
I risultati di questi esperimenti furono riassunti da p. il matematico Laplace, che tenne conto della natura vettoriale dell'induzione magnetica e ipotizzò che l'induzione in ciascun punto è, secondo il principio di sovrapposizione, la somma vettoriale delle induzioni dei campi magnetici elementari creati da ciascuna sezione di questo conduttore.
Laplace formulò una legge nel 1820, chiamata legge di Biot-Savart-Laplace: ogni elemento di un conduttore percorso da corrente crea un campo magnetico, il cui vettore di induzione in un punto arbitrario K è determinato dalla formula:
- Legge Biot-Savart-Laplace.
Dalla legge di Biot-Sauvar-Laplace segue che la direzione del vettore coincide con la direzione del prodotto vettoriale. La stessa direzione è data dalla regola della vite destra (succhiello).
Considerando ciò,
Elemento conduttore co-diretto con la corrente;
Vettore raggio che si collega al punto K;
La legge Biot-Savart-Laplace è di importanza pratica perché permette di trovare in un dato punto dello spazio l'induzione del campo magnetico di una corrente che scorre attraverso un conduttore di dimensioni finite e forma arbitraria.
Per una corrente di forma arbitraria, tale calcolo è un problema matematico complesso. Tuttavia, se la distribuzione della corrente ha una certa simmetria, l'applicazione del principio di sovrapposizione insieme alla legge di Biot-Savart-Laplace consente di calcolare campi magnetici specifici in modo relativamente semplice.
Diamo un'occhiata ad alcuni esempi.
A. Campo magnetico di un conduttore rettilineo percorso da corrente.
per un conduttore di lunghezza finita:
per un conduttore di lunghezza infinita: 1 = 0, 2 =
B. Campo magnetico al centro della corrente circolare:
=90 0 , sin=1,
Oersted scoprì sperimentalmente nel 1820 che la circolazione in un circuito chiuso che circonda un sistema di macrocorrenti è proporzionale alla somma algebrica di queste correnti. Il coefficiente di proporzionalità dipende dalla scelta del sistema di unità e nel SI è pari a 1.
C 
La circolazione di un vettore è detta integrale ad anello chiuso.
Questa formula si chiama teorema della circolazione o legge attuale totale:
la circolazione del vettore dell'intensità del campo magnetico lungo un circuito chiuso arbitrario è uguale alla somma algebrica delle macrocorrenti (o corrente totale) coperte da questo circuito. il suo caratteristiche Nello spazio che circonda le correnti e i magneti permanenti nasce una forza campo, chiamato magnetico. Disponibilità magnetico campi viene rivelato...
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È un campo di forza che colpisce le cariche elettriche e i corpi in movimento che presentano un momento magnetico, indipendentemente dallo stato del loro movimento. Campo magneticoè parte campo elettromagnetico.
La corrente delle particelle cariche o i momenti magnetici degli elettroni negli atomi creano un campo magnetico. Inoltre, un campo magnetico nasce come risultato di alcuni cambiamenti temporanei nel campo elettrico.
Il vettore di induzione del campo magnetico B è la principale forza caratteristica del campo magnetico. In matematica, B = B (X,Y,Z) è definito come un campo vettoriale. Questo concetto serve a definire e specificare il campo magnetico fisico. Nella scienza, il vettore di induzione magnetica è spesso semplicemente, per brevità, chiamato campo magnetico. Ovviamente, tale applicazione consente una certa libera interpretazione di questo concetto.
Un'altra caratteristica del campo magnetico della corrente è il potenziale vettoriale.
IN letteratura scientifica Spesso si scopre che il vettore dell'intensità del campo magnetico è considerato la caratteristica principale del campo magnetico, in assenza di un ambiente magnetico (vuoto). Formalmente, questa situazione è abbastanza accettabile, poiché nel vuoto il vettore di intensità del campo magnetico H e il vettore di induzione magnetica B coincidono. Allo stesso tempo, il vettore dell'intensità del campo magnetico in un ambiente magnetico non è riempito allo stesso modo significato fisico, ed è una quantità secondaria. Sulla base di ciò, con l'uguaglianza formale di questi approcci per il vuoto, viene considerato il punto di vista sistematico il vettore di induzione magnetica è la caratteristica principale del campo magnetico della corrente.
Il campo magnetico è, ovviamente, un tipo speciale di materia. Con l'aiuto di questa materia, avviene l'interazione tra coloro che hanno un momento magnetico e particelle o corpi carichi in movimento.
La teoria della relatività ristretta considera i campi magnetici una conseguenza dell'esistenza dei campi elettrici stessi.
Insieme, magnetici e campo elettrico formare un campo elettromagnetico. Le manifestazioni del campo elettromagnetico sono la luce e le onde elettromagnetiche.
La teoria quantistica del campo magnetico considera l'interazione magnetica come un caso separato di interazione elettromagnetica. È trasportato da un bosone privo di massa. Un bosone è un fotone, una particella che può essere pensata come un'eccitazione quantistica di un campo elettromagnetico.
Un campo magnetico è generato o da una corrente di particelle cariche, oppure da un campo elettrico che si trasforma nello spazio-tempo, oppure dai momenti magnetici propri delle particelle. Per una percezione uniforme, i momenti magnetici delle particelle sono formalmente ridotti a correnti elettriche.
Calcolo del valore del campo magnetico.
Casi semplici consentono di calcolare i valori del campo magnetico di un conduttore percorso da corrente utilizzando la legge di Biot-Savart-Laplace o utilizzando il teorema della circolazione. Allo stesso modo si può trovare il valore del campo magnetico per una corrente distribuita arbitrariamente in un volume o spazio. Ovviamente, queste leggi sono applicabili a campi magnetici ed elettrici costanti o che cambiano relativamente lentamente. Cioè, nei casi di magnetostatica. Di più casi complessi richiedono il calcolo del valore corrente del campo magnetico secondo le equazioni di Maxwell.
Manifestazione della presenza di un campo magnetico.
La principale manifestazione del campo magnetico è l'influenza sui momenti magnetici di particelle e corpi, su particelle cariche in movimento. Per forza di Lorentzè la forza che agisce su una particella elettricamente carica che si muove in un campo magnetico. Questa forza ha una direzione perpendicolare costantemente espressa ai vettori v e B. Ha anche un valore proporzionale alla carica della particella q, la componente della velocità v, che è perpendicolare alla direzione del vettore del campo magnetico B, e la grandezza che esprime l'induzione del campo magnetico della forza di B. Lorentz secondo il Sistema Internazionale di Unità ha la seguente espressione: F = q, nel sistema di unità GHS: F=q/c
Il prodotto incrociato è mostrato tra parentesi quadre.
Come risultato dell'influenza della forza di Lorentz sulle particelle cariche che si muovono lungo un conduttore, un campo magnetico può agire su un conduttore percorso da corrente. La forza ampere è la forza che agisce su un conduttore percorso da corrente. Le componenti di questa forza sono considerate forze che agiscono sulle singole cariche che si muovono all'interno del conduttore.
Il fenomeno dell'interazione tra due magneti.
Il fenomeno di un campo magnetico in cui possiamo incontrare vita quotidiana, chiamata interazione di due magneti. Si esprime nella repulsione reciproca dei poli simili e nell'attrazione dei poli opposti. Da un punto di vista formale, descrivere l'interazione tra due magneti come l'interazione di due monopoli è un'idea abbastanza utile, implementabile e conveniente. Allo stesso tempo, un'analisi dettagliata mostra che in realtà questa non è una descrizione del tutto corretta del fenomeno. La domanda principale che rimane senza risposta all’interno di un simile modello è perché i monopoli non possono essere separati. In realtà è stato dimostrato sperimentalmente che qualsiasi corpo isolato non possiede carica magnetica. Inoltre, questo modello non può essere applicato al campo magnetico creato da una corrente macroscopica.
Dal nostro punto di vista è corretto supporre che la forza agente su un dipolo magnetico situato in un campo disomogeneo tende a ruotarlo in modo tale che il momento magnetico del dipolo abbia la stessa direzione del campo magnetico. Tuttavia non ci sono magneti soggetti alla forza totale corrente di campo magnetico uniforme. La forza che agisce su un dipolo magnetico dotato di momento magnetico Mè espresso dalla seguente formula:
.
La forza che agisce su un magnete da un campo magnetico non uniforme è espressa dalla somma di tutte le forze determinate da questa formula e che agiscono sui dipoli elementari che compongono il magnete.
Induzione elettromagnetica.
Se il flusso cambia nel tempo vettore di induzione magnetica attraverso un circuito chiuso, in questo circuito si forma una fem di induzione elettromagnetica. Se il circuito è stazionario, viene generato da un campo elettrico a vortice, che si forma a seguito di una variazione del campo magnetico nel tempo. Quando il campo magnetico non cambia nel tempo e non si verificano cambiamenti nel flusso dovuti al movimento della spira conduttrice, la forza elettromagnetica viene generata dalla forza di Lorentz.
Campo magnetico e sue caratteristiche. Quando una corrente elettrica passa attraverso un conduttore, a campo magnetico. Campo magnetico rappresenta uno dei tipi di materia. Ha energia, che si manifesta sotto forma di forze elettromagnetiche che agiscono sulle singole cariche elettriche in movimento (elettroni e ioni) e sui loro flussi, ad es. corrente elettrica. Sotto l'influenza delle forze elettromagnetiche, le particelle cariche in movimento deviano dal loro percorso originale in una direzione perpendicolare al campo (Fig. 34). Si forma il campo magnetico solo attorno alle cariche elettriche in movimento, e la sua azione si estende anche solo alle cariche elettriche in movimento. Campi magnetici ed elettrici inseparabili e formano insieme uno solo campo elettromagnetico. Qualsiasi cambiamento campo elettrico porta alla comparsa di un campo magnetico e, viceversa, qualsiasi cambiamento nel campo magnetico è accompagnato dalla comparsa di un campo elettrico. Campo elettromagnetico si propaga alla velocità della luce, cioè 300.000 km/s.
Rappresentazione grafica del campo magnetico. Graficamente, il campo magnetico è rappresentato da linee di forza magnetiche, disegnate in modo che la direzione della linea di campo in ciascun punto del campo coincida con la direzione delle forze di campo; le linee del campo magnetico sono sempre continue e chiuse. La direzione del campo magnetico in ciascun punto può essere determinata utilizzando un ago magnetico. Il polo nord della freccia è sempre orientato nella direzione delle forze del campo. L'estremità di un magnete permanente da cui emergono le linee di campo (Fig. 35, a) è considerata il polo nord, e l'estremità opposta, in cui entrano le linee di campo, è il polo sud (le linee di campo che passano all'interno del magnete) magnete non sono mostrati). La distribuzione delle linee di campo tra i poli di un magnete piatto può essere rilevata utilizzando limatura di acciaio cosparsa su un foglio di carta posto sui poli (Fig. 35, b). Per un campo magnetico in intercapedine d'aria tra due poli opposti paralleli di un magnete permanente c'è una distribuzione uniforme delle linee di forza magnetica (Fig. 36) (le linee di campo passanti all'interno del magnete non sono mostrate).
Riso. 37. Flusso magnetico che penetra nella bobina quando le sue posizioni sono perpendicolari (a) e inclinate (b) rispetto alla direzione delle linee di forza magnetiche.
Per una rappresentazione più visiva del campo magnetico, le linee di campo sono posizionate meno frequentemente o più dense. Nei luoghi in cui il campo magnetico è più forte, le linee del campo si trovano più vicine l'una all'altra e nei luoghi in cui è più debole sono più distanti. Le linee di forza non si intersecano da nessuna parte.
In molti casi è conveniente considerare le linee di forza magnetiche come dei fili elastici tesi che tendono a contrarsi e anche a respingersi (hanno una spinta laterale reciproca). Questo concetto meccanico di linee di forza consente di spiegare chiaramente l'emergere di forze elettromagnetiche durante l'interazione di un campo magnetico e di un conduttore con la corrente, nonché di due campi magnetici.
Le principali caratteristiche di un campo magnetico sono l'induzione magnetica, il flusso magnetico, la permeabilità magnetica e l'intensità del campo magnetico.
Induzione magnetica e flusso magnetico. L'intensità del campo magnetico, cioè la sua capacità di produrre lavoro, è determinata da una quantità chiamata induzione magnetica. Più forte è il campo magnetico creato magnete permanente o un elettromagnete, maggiore è la sua induzione. L'induzione magnetica B può essere caratterizzata dalla densità delle linee del campo magnetico, ovvero dal numero di linee del campo che attraversano un'area di 1 m 2 o 1 cm 2 situata perpendicolare al campo magnetico. Esistono campi magnetici omogenei e disomogenei. In un campo magnetico uniforme, l'induzione magnetica in ogni punto del campo ha lo stesso valore e la stessa direzione. Il campo nel traferro tra i poli opposti di un magnete o elettromagnete (vedi Fig. 36) può essere considerato omogeneo ad una certa distanza dai suoi bordi. Viene determinato il flusso magnetico Ф che passa attraverso qualsiasi superficie numero totale linee di forza magnetiche che penetrano questa superficie, ad esempio bobina 1 (Fig. 37, a), quindi, in un campo magnetico uniforme
F = BS (40)
dove S è l'area sezione trasversale superficie attraverso la quale passano le linee del campo magnetico. Ne consegue che in tale campo l'induzione magnetica è uguale al flusso diviso per l'area della sezione trasversale S:
B = F/S (41)
Se una superficie si trova obliquamente rispetto alla direzione delle linee del campo magnetico (Fig. 37, b), il flusso che la penetra sarà inferiore rispetto a se fosse perpendicolare alla sua posizione, ad es. Ф 2 sarà inferiore a Ф 1 .
Nel sistema di unità SI, il flusso magnetico è misurato in weber (Wb), questa unità ha la dimensione V*s (volt-secondo). L'induzione magnetica nelle unità SI è misurata in tesla (T); 1 T = 1 Wb/m2.
Permeabilità magnetica. L'induzione magnetica dipende non solo dall'intensità della corrente che passa attraverso un conduttore rettilineo o una bobina, ma anche dalle proprietà del mezzo in cui viene creato il campo magnetico. La grandezza che caratterizza le proprietà magnetiche di un mezzo è la permeabilità magnetica assoluta? UN. La sua unità di misura è l'henry al metro (1 H/m = 1 Ohm*s/m).
In un mezzo con maggiore permeabilità magnetica, una corrente elettrica di una certa intensità crea un campo magnetico con maggiore induzione. È stato accertato che la permeabilità magnetica dell'aria e di tutte le sostanze, ad eccezione dei materiali ferromagnetici (vedi § 18), ha all'incirca lo stesso valore della permeabilità magnetica del vuoto. La permeabilità magnetica assoluta del vuoto è chiamata costante magnetica, ? o = 4?*10 -7 H/m. La permeabilità magnetica dei materiali ferromagnetici è migliaia e addirittura decine di migliaia di volte maggiore della permeabilità magnetica delle sostanze non ferromagnetiche. Rapporto di permeabilità magnetica? e qualche sostanza alla permeabilità magnetica del vuoto? o è detta permeabilità magnetica relativa:
? = ? UN /? O (42)
Intensità del campo magnetico. L'intensità E non dipende dalle proprietà magnetiche del mezzo, ma tiene conto dell'influenza della forza attuale e della forma dei conduttori sull'intensità del campo magnetico in un dato punto dello spazio. L'induzione magnetica e la tensione sono legate dalla relazione
H = B/? a = B/(??o) (43)
Di conseguenza, in un mezzo con permeabilità magnetica costante, l'induzione del campo magnetico è proporzionale alla sua intensità.
L'intensità del campo magnetico viene misurata in ampere per metro (A/m) o ampere per centimetro (A/cm).
Caricamento...
