Мы объясним, что такое магнитное поле, как оно создается и каковы его характеристики. Мы также расскажем вам о магнитном поле Земли
Магнитные поля диполярны, у них есть северный и южный полюс
Что такое магнитное поле?
Магнитное поле – это математическое представление того, как распределены магнитные силы в пространстве , окружающем источник магнитного поля. Этим источником может быть магнит , движущийся заряд или электрический ток (много движущихся зарядов). Когда существует любой из этих элементов, вокруг него возникает магнитное поле, т.е. поле магнитных сил. За пределами этого поля магнитные эффекты отсутствуют
Фундаментальной характеристикой магнитных полей является то, что они диполярны: имеют северный и южный полюс, которые также называются положительным и отрицательным полюсами. В отличие от электрических полей , которые могут генерироваться электрическими зарядами (такими как электрон ), не существует магнитных зарядов, генерирующих магнитные поля. Магнитные поля всегда имеют два полюса, связанных с ними. Как следствие, линии магнитного поля всегда замкнуты, как в случае с магнитом: они выходят из северного полюса и приходят в южный
Происхождение магнитного поля
Для существования магнитного поля необходим источник магнитной энергии (например, магнит), движущийся заряд или электрический ток. Только эти элементы способны создавать магнитное поле и только на них оно может воздействовать
Электрический заряд (например, электрон, движущийся в пространстве) создает вокруг себя магнитное поле, которое будет оказывать силу на другой движущийся заряд. То же самое справедливо и для электрических токов
Случай с магнитами является особым, поскольку в них нет движущихся зарядов, но эти материалы генерируют магнитное поле благодаря определенным микроскопическим явлениям определенной сложности
Как описывается законом Ампера и уравнениями Максвелла, магнитные поля и электрические поля часто существуют вместе в природе. Определенные изменения во времени магнитного поля создают электрические поля. Хорошим примером сосуществования этих двух полей является электромагнитное излучение, такое как свет
Наличие магнитного поля можно проверить с помощью устройства, известного как магнитометр
Типы магнитного поля
Электромагнит возникает в результате смещения зарядов электрического тока.
Магнитные поля можно классифицировать в зависимости от источника их создания:
- Магнитные поля от магнита. Магниты – это материалы, особенностью которых является наличие постоянного магнитного поля, создаваемого тем, что в физике известно как спин электронов (его можно представить как спин самого себя). С другой стороны, существуют металлы , которые могут стать магнитами, если их намагнитить внешним магнитным полем.
- Магнитные поля от тока Каждый движущийся заряд создает магнитное поле. Поэтому электрический ток также создает магнитное поле. Например: электромагниты (такие, как на рисунке выше) – это устройства, в которых батарея используется для циркуляции тока через провод, намотанный на металл. Этот ток создает вокруг себя магнитное поле, которое намагничивает металл и создает другое магнитное поле. Таким образом, электромагниты используются для создания переменных магнитных полей, поскольку изменение тока изменяет магнитное поле.
Направление магнитного поля
Линии магнитного поля указывают направление магнитного поля.
Направление магнитного поля можно описать с помощью линий или векторов , которые указывают направление магнитных сил. На рисунке выше хорошо видны линии магнитного поля, создаваемые магнитом, которые указывают направление силы, с которой магнит взаимодействует с металлическими частицами
Тот факт, что магнитное поле имеет направление, подразумевает, что оно является вектором. Любая сила является векторной величиной, т.е. представляет собой величину, имеющую направление и смысл, например, скорость. Поскольку магнитное поле пропорционально магнитной силе, то оно также является векторной величиной. В самом деле, интересно отметить, что магнитная сила, которую испытывает движущаяся частица, погруженная в магнитное поле, всегда перпендикулярна направлению магнитного поля и ее собственной скорости
Магнитное поле Земли
Магнитное поле Земли отклоняет излучение от Солнца.
Наша планета имеет естественное магнитное поле, также называемое геомагнитным полем. В центре Земли находится расплавленное железо (из-за высоких температур ). Благодаря вращению Земли эта металлическая жидкость находится в постоянном движении, образуя электрический ток (при движении металла движутся составляющие его электроны). Именно этот ток создает магнитное поле Земли, которое настолько сильно, что выходит за пределы земной поверхности
Магнитное поле Земли играет очень важную роль в отклонении излучения от Солнца , которое очень опасно для живых существ. Без магнитного поля Земли атмосфера была бы разрушена космическими лучами. Компасы, которые мы используем для навигации, взаимодействуют с этим полем: их намагниченная игла всегда ориентирована на магнитное поле Земли и указывает на север. Кроме того, многие мигрирующие животные используют магнитное поле планеты для ориентации и всегда движутся в одних и тех же направлениях в определенные периоды года
Добавить комментарий