Определение постоянного магнитного поля и его характеристики

Постоянное магнитное поле — что это такое

Свойства магнитного поля:

• возникает в результате изменения электрического поля во времени;
• вектор магнитной индукции – основная величина, характеризующей интенсивность и направление магнитного поля, измерения производятся в Теслах [Тл];
• образуется только при перемещении заряда;
• измеряется специальными приборами – датчиками, не воспринимается органами чувств человека;
• распространяется в пространстве с конечной скоростью, равной скорости света в вакууме;
• постоянный и переменный тип действия.

Как правило, переменное поле можно образовать индукторами, функционирующими от переменного тока.

Магнитное поле называют постоянным, если значение вектора магнитной индукции не изменяется со временем в каждой его точке. Такое поле существует вокруг неподвижного проводника с постоянным током или неподвижного магнита.

История открытия магнитного поля

В Древнем Китае свойства магнетизма использовали для создания компасов. Магическими способностями объясняли природные явления, пытались лечить заболевания.

Английский физик Уильям Гильберт в XVI веке провел систематические исследования магнитов. Он изучил особенности взаимодействия постоянных магнитов, а также установил, что Земля — это большой магнит.

Серия экспериментов и открытий в XIX веке доказали природную связь магнетизма и электричества.

Ханс Кристиан Эрстед, датский физик, в 1820 году обнаружил, что магнитная стрелка изменяет свою ориентацию вблизи проводника с током. Это происходит из-за направленного движения заряженных частиц в проводнике (электрический ток).

Опыты Генри Роуланда подтвердили от­крытую Эрстедом связь магнитного поля с движущимися электрически заряженными частицами или телами.

Магнитные явления объединены с электрическими, но не идентичны им, что подтверждается опытами.

Влияние проводника с током на магнитную стрелку или на другой проводник с током происходит при отсутствии непосредственного контакта между ними, благодаря наличию магнитного поля.

Вокруг чего существует, что его создает

Источники

1. Электрическое поле, изменяющееся во времени.
2. Подвижные заряды.
3. Постоянные магниты.

На рабочих местах источниками постоянных магнитных полей выступают постоянные магниты, электромагниты, сильноточные системы постоянного тока (линии передачи постоянного тока, электролитные ванны и другие электротехнические устройства).

Магнитное поле оказывает влияние на:

• перемещающиеся электрические заряды;
• железо, никель, кобальт. Только данные вещества и их сплавы могут быть постоянными магнитами, т.е. они намагничиваются и сохраняют такое состояние на длительный промежуток времени.

Примеры проявления, где встречается в жизни

Постоянные магниты и электромагниты широко используются в:

• приборостроении;
• шайбах подъемных кранов и других фиксирующих устройствах;
• сепараторах;
• устройствах для магнитной обработки воды;
• магнитогидродинамических генераторах (МГД);
• установках ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и электронного парамагнитного резонанса (ЭПР);
• физиотерапевтической практике.

К Земле также применимо понятие «постоянный магнит», т.к. ее поле напоминает магнитное поле постоянного магнита.

Математическое представление, единицы измерения, формула

Основные физические параметры, характеризующие постоянное магнитное поле:

• напряженность поля (Н, ампер на метр, А/м);
• магнитный поток (Ф, вебер, Вб);
• магнитная индукция (или плотность магнитного потока, В, тесла, Тл).

Магнитная индукция \(B\) – векторная физическая величина, являющаяся основной силовой характеристикой магнитного поля. Она показывает, насколько сильно поле определяет силу воздействия на заряд. Данная сила называется силой Лоренца.

\(\overset\rightharpoonup F=q\lbrack\overset{}{\overset\rightharpoonup v\times\overset\rightharpoonup{B\rbrack}}\)

Здесь \( q\) – заряд, \(v\) – его скорость, \(B\) – индукция, \(F\) – сила Лоренца, с которой поле действует на заряд. Магнитный поток \(Ф\) – физическая величина, равная произведению магнитной индукции на площадь контура и косинус между вектором индукции и нормалью к плоскости контура, через который проходит поток. 

\(Ф=BS\cos\left(a\right)\)

Магнитный поток характеризует количество линий магнитной индукции, пронизывающих единицу площади.

Чтобы дать характеристику полю в точке пространства без воздействия среды, используется векторная физическая величина – напряженность магнитного поля, модуль которой будет численно равен

\(H=µ\timesµ_0\times B\)

Для определения способности вещества изменять силу магнитного взаимодействия используют физическую величину µ, называемую относительной магнитной проницаемостью среды. Она показывает, во сколько раз сила взаимодействия токов в данной среде больше, чем в вакууме.