Магнитные поля и индукция магнитного поля

Магнетизм знаком людям с давних времен. Первые письменные упоминания о нем датируются I веком до н. э., но ученые уверены, что знания об этом явлении появились гораздо раньше. Оно является глобальным и жизнь без него на нашей планете вообще невозможна. Поэтому исследователи во все времена старались изучить эту силу и обуздать ее для прогресса человечества.

Магнитное поле

Индукция магнитного поля

Живя на Земле, мы, сами того не замечая, постоянно находимся под воздействием разнообразных сил. Магнитное поле исключением из этого правила также не является. Хотя, если быть точными, оно определяется как особенный вид материи, а не сила. Источником его возникновения являются заряженные электрические частицы или магниты. Если же брать пространственную характеристику этой материи, то это совокупность сил, способных воздействовать на тела, которые намагничены. Такая ее способность возникает благодаря движению разрядов между молекулами объекта. Главным условием появления такого поля есть постоянное движение электрических зарядов. Взаимодействие магнитного и электрического полей привело к тому, что существовать порознь они не могут. Это явление называется электромагнитным полем. Все элементы такой материи неразрывно связаны и действуют между собой так, что их свойства меняются.

Свойства магнетизма

Магнитное поле, как и любое другое физическое явление на Земле, имеет свои характеристики:

  1. Источник возникновения – движущиеся электрические заряды.
  2. Индукция магнитного поля – основная силовая его характеристика, которая существует в каждой отдельной его точке и является направленной.
  3. Его влияние ограничивается магнитами, движущимися зарядами и проводниками тока.
  4. Оно разделяется учеными на два типа: постоянное и переменное.
  5. Человек без специальных приборов не может почувствовать воздействие магнетизма.
  6. Это электродинамическое явление, ведь источник его происхождения – движущиеся частицы электрического тока. И только такие же частицы могут быть подвержены влиянию магнитного поля.
  7. Траектория движения заряженных частиц может быть лишь перпендикулярной.

Явление индукции в магнетизме

Индукция магнитного поля определена своей направленностью, то есть она векторная и присуща любому полю, которое возникает в таких условиях. Направлена она всегда так же, как и стрелка, которая беспрепятственно вращается в компасе. Такого рода поле полностью характеризуется магнитной индукцией. Каждая точка является носителем направления и модуля этой силы. Если же они одинаковы для всех точек данного поля, то оно называется однородным. Индукция магнитного поля в физике обозначается вектором и большой латинской буквой В.

Формула магнитной индукции

Для того чтобы рассчитать эту силовую характеристику, нужно знать формулу ее расчета:

  • B = F : I х l.

    В этой формуле:

    B означает индукцию магнитного поля;
    F – силу, которая воздействует на проводник со стороны поля;
    I – силу, с которой ток проходит по проводнику;
    l – собственно длина самого проводника.

Единицей измерения индукции, согласно Международной системе единиц, является тесла (Тл).

Линии, проходящие в магнитном поле

Индукция магнитного поля соленоида

Магнитная индукция имеет вектор, то есть направленность. Если ее отобразить на бумаге, то она будет выражена линиями. Они совпадают с касательными, которые имеют такую же направленность, как и вектор индукции. Если магнитное поле однородное, то эти линии проходят параллельно друг другу. Когда же оно не однородное, направление этой силы будет разное во всех точках возникающего поля, а касательные к ним будут выглядеть как окружности.

Магнетизм соленоида

Индукция магнитного поля Земли

Магнитное поле может быть создано различными предметами, например, соленоидом. Соленоид, по своей сути, является электромагнитом, то есть катушкой индуктивности. Чтобы создать соленоид, требуется цилиндрическая поверхность (сердцевина) и изолированный проводник под напряжением (провод), который наматывают на сердцевину. Проходящий по проводу ток и создает этот вид материи вокруг соленоида. В этот момент он превращается в магнит. Если же выключить электричество, все особые свойства соленоида исчезают, а при обратном включении вновь возобновляются. Чем больше повода намотано вокруг сердцевины и чем больше подается тока, тем сильнее будет притягательность соленоида.

Магнитная индукция соленоида

Магнитное поле соленоида

Очень интересным для рассмотрения является соленоид, длина которого намного больше, чем его диаметр. Индукция магнитного поля соленоида в таком случае повсюду имеет одну направленность, которая параллельна сердечнику катушки, что означает параллельность каждой линии поля друг другу. Если проводник намотан равномерно, то одинакова не только направленность, - числовое значение также будет неизменным. Из-за того, что соленоид имеет очень простую структуру, его поле было признано эталоном поля.

Магнитосфера Земли

Магнитное поле Земли

На нашей планете существуют миллионы магнитов разной величины и происхождения, но самым большим из них, к которому мы постоянно прикасаемся, является сама наша Земля. В первый раз о Земле как о подобном предмете было сказано в 1600 году. Этот год ознаменовался появлением книги английского физика У. Гильберта, в которой он тесно связывает Землю и эту материю. Кроме того, он говорит о том, что ось магнитного поля Земли и ось, по которой планета вращается, не являются идентичными, а наоборот, имеют лишь одну точку соприкосновения. Если сделать графический рисунок этого явления вокруг нашего голубого шара, то сразу становится видно, что оно очень похоже с обычным постоянным магнитом. Первые карты, показывающие нашу планету с такой стороны, были нарисованы Э. Галлеем в 1702 году. Каким же образом Земля регенерирует свои особые свойства? Все довольно просто. Как известно, в глубинах нашей планеты есть ядро. Это огромный шар раскаленного железа, которое является отличным проводником тока, то есть заряженное ядро и дает мощное потоки нчастиц. Благодаря этому явлению Земля окружена магнитосферой, которая защищает ее от отрицательных влияний из глубины космоса, и даже от родного нам Солнца. Индукция магнитного поля Земли равна 0,5 · 10- 4 Тл.

Изменения в магнитосфере Земли

Магнитосфера Земли

После открытия магнитного поля Земли многие ученые-физики решили заняться этой проблемой. В 1635 году Г. Геллибранд выяснил, что этот слой земного шара находится в постоянных изменениях. Эти изменения делятся на два типа: постоянные и недолгосрочные. Постоянные возникают из-за залежей рудных полезных ископаемых, которые дают искажения из-за собственных сильных потоков энергии. Виновником же недолгосрочных изменений является так называемый «солнечный ветер». Это поток электрических частиц, которые извергаются с поверхности Солнца. Взаимодействие этих двух явлений приводит к «магнитным бурям». Если такая буря сильная, она даже может привести к потере радиосвязи или неопределенности стрелки компаса. Одним из красивейших последствий подобных бурь является северное сияние, так как полюса особенно сильно подвержены их влиянию.

Таким образом, магнетизм присутствует в жизни каждого человека. Он влияет на нас, хоть мы этого и не ощущаем. Благодаря этому явлению наша планета не подвергается отрицательным влияниям извне, и у нас есть возможность понаблюдать за разноцветными переливами Авроры.