Чому ж частки випускаються радіоактивними. Порядок вибору варіанта та оформлення індивідуального завдання

Являє собою силове поле, що впливає на електричні зарядиі тіла, що у русі і мають магнітний момент, незалежно від стану їх руху. Магнітне полеє частиною електромагнітного поля.

Струм заряджених частинок чи магнітні моменти електронів у атомах створюють магнітне полі. Також магнітне поле виникає в результаті певних тимчасових змін електричного поля.

Вектор індукції магнітного поля являє собою головну силову характеристику магнітного поля. У математиці В = (X,Y,Z) визначається як векторне поле. Це поняття служить визначення та конкретизації фізичного магнітного поля. У науці часто вектор магнітної індукції легко, для стислості, називається магнітним полем. Очевидно, що таке застосування допускає деяке вільне трактування цього поняття.

Ще однією характеристикою магнітного поля струму є векторний потенціал.

У науковій літературічасто можна зустріти, що як головної характеристикимагнітного поля, за умов відсутності магнітного середовища (вакуумі), розглядається вектор напруженості магнітного поля. Формально така ситуація цілком прийнятна, оскільки у вакуумі вектор напруженості магнітного поля H і вектор магнітної індукції B збігаються. У той же час вектор напруженості магнітного поля в магнітному середовищі не наповнений тим же фізичним змістом, І є другорядною величиною. Виходячи з цього при формальній рівності цих підходів для вакууму, систематична думка розглядає вектор магнітної індукції основною характеристикою магнітного поля струму.

Магнітне поле, безумовно, є особливим видом матерії. За допомогою цієї матерії відбувається взаємодія між володіють магнітним моментом і зарядженими частинками, що рухаються, або тілами.

Спеціальна теорія відносності розглядає магнітні поляяк наслідок існування самих електричних полів.

У сукупності магнітне та електричне поляформують електромагнітне поле. Проявами електромагнітного поля є світло та електромагнітні хвилі.

Квантова теорія магнітного поля розглядає магнітна взаємодіяяк окремий випадок електромагнітної взаємодії. Він переноситься безмасовим бозоном. Бозон є фотоном - частинкою, яку можна представити як квантове збудження електромагнітного поля.

Породжується магнітне поле або струмом заряджених частинок, або електричним полем, що трансформується в часовому просторі, або власними. магнітними моментамичастинок. Магнітні моменти частинок для одноманітного сприйняття формально зводяться до електричних струмів.

Обчислення значення магнітного поля.

Прості випадки дозволяють обчислити значення магнітного поля провідника зі струмом за законом Біо-Савара-Лапласа або за допомогою теореми про циркуляцію. Таким же чином може бути знайдено значення магнітного поля для струму, довільно розподіленого в обсязі або просторі. Очевидно, ці закони застосовні для постійних або відносно магнітних і електричних полів, що повільно змінюються. Тобто, у разі наявності магнітостатики. Більше складні випадкивимагають обчислення значення магнітного поля струмувідповідно до рівнянь Максвелла.

Прояв наявності магнітного поля.

Основним проявом магнітного поля є вплив на магнітні моменти частинок і тіл, на заряджені частинки, що знаходяться в русі. Силою Лоренцаназивається сила, яка впливає на електрично заряджену частинку, що рухається у магнітному полі. Ця сила має постійно виражену перпендикулярну спрямованість до векторів v і B. Вона також має пропорційне значення заряду частки q, що становить швидкості v, що здійснюється перпендикулярно до напрямку вектора магнітного поля B, і величині, яка виражає індукцію магнітного поля B. Сила Лоренца згідно з Міжнародною системою одиниць має такий вираз: F = q, у системі одиниць СГС: F = q/c

Векторний твір відображено квадратними дужками.

Внаслідок впливу сили Лоренца на заряджені частинки, що рухаються по провіднику, магнітне поле і може здійснювати вплив на провідник зі струмом. Силою Ампера є сила, що діє на провідник зі струмом. Складниками цієї сили вважаються сили, що впливають на окремі заряди, що рухаються всередині провідника.

Явище взаємодії двох магнітів.

Явище магнітного поля, яке ми можемо зустріти в повсякденному житті, отримала назву взаємодія двох магнітів Воно виявляється у відштовхуванні один від одного однакових полюсів та тяжінні протилежних полюсів. З формальної точки зору описати взаємодії між двома магнітами як взаємодію двох монополів, є досить корисною, реалізованою та зручною ідеєю. В той же час, детальний аналізсвідчить, що насправді це зовсім правильний опис явища. Основним питанням, що залишається без відповіді в рамках такої моделі, є, чому монополя не можуть бути поділені. Власне експериментально доведено, що будь-яке ізольоване тіло не має магнітний заряд. Також цю модель неможливо застосувати до магнітного поля, створеного макроскопічним струмом.

На наш погляд, правильно вважати, що сила, що діє на магнітний диполь, що знаходиться в неоднорідному полі, прагне розгорнути його таким чином, щоб магнітний момент диполя мав однаковий з магнітним полем напрямок. Однак немає магнітів, які піддаються впливу сумарної сили з боку однорідного магнітного поля струму. Сила, що діє на магнітний диполь із магнітним моментом mвиражається такою формулою:

.

Діюча на магніт сила з боку неоднорідного магнітного поля, виражається сумою всіх сил, що визначаються цією формулою, і які впливають елементарні диполі, які становлять магніт.

Електромагнітна індукція.

У разі зміни часу потоку вектор магнітної індукціїчерез замкнутий контур, у цьому контурі формується ЕРС електромагнітної індукції. Якщо контур нерухомий, вона породжується вихровим електричним полем, що виникає внаслідок зміни магнітного поля з часом. Коли магнітне поле не змінюється з часом і немає змін потоку через рух контуру-провідника, то ЕРС породжується силою Лоренца.

Для розуміння того, що є характеристикою магнітного поля, слід дати визначення багатьом явищам. При цьому наперед треба згадати, як і чому воно з'являється. Дізнатись, що є силовою характеристикою магнітного поля. При цьому важливо те, що подібне поле може зустрічатися не тільки у магнітів. У зв'язку з цим не завадить згадати характеристику магнітного поля землі.

Виникнення поля

Спочатку слід описати виникнення поля. Після цього можна описати магнітне поле та його характеристики. Воно з'являється під час переміщення заряджених частинок. Може проводити особливо на струмопровідні провідники. Взаємодія між магнітним полем і зарядами, що рухаються, або провідниками, якими тече струм, відбувається завдяки силам, іменованим електромагнітними.

Інтенсивність або силова характеристика магнітного поля у певній просторовій точці визначаються за допомогою магнітної індукції. Остання позначається символом.

Графічне уявлення поля

Магнітне поле та його характеристики можуть бути представлені в графічній форміза допомогою ліній індукції. Даним визначенням називають лінії, дотичні до яких у будь-якій точці збігатимуться з напрямом вектора магнітної індукції.

Названі лінії входять у характеристику магнітного поля та застосовуються для визначення його напрямку та інтенсивності. Чим вище інтенсивність магнітного поля, тим більше цих ліній буде проведено.

Що таке магнітні лінії

Магнітні лінії у прямолінійних провідниківзі струмом мають форму концентричного кола, центр якого розташовується на осі даного провідника. Напрям магнітних лінійбіля провідників із струмом визначається за правилом буравчика, яке звучить так: якщо буравчик буде розташований так, що він буде загвинчуватися в провідник за напрямком струму, тоді напрям звернення рукоятки відповідає напрямку магнітних ліній.

У котушки зі струмом напрямок магнітного поля визначатиметься також за правилом буравчика. Також потрібно обертати рукоятку за напрямком струму у витках соленоїда. Напрямок ліній магнітної індукції буде відповідати напрямку поступального руху свердла.

Є основною характеристикою магнітного поля.

Створюване одним струмом, за рівних умов, поле буде відрізнятися за своєю інтенсивністю в різних середовищахчерез розрізняються магнітних властивостейу цих речовинах. Магнітні властивості середовища характеризуються абсолютною магнітною проникністю. Вимірюється у генрі на метр (г/м).

У характеристику магнітного поля входить абсолютна магнітна проникність вакууму, яка називається магнітною постійною. Значення, що визначає, у скільки разів абсолютна магнітна проникність середовища відрізнятиметься від постійної, називається відносною магнітною проникністю.

Магнітна проникність речовин

Це безрозмірна величина. Речовини, що мають значення проникності менше одиниці, називаються діамагнітними. У цих речовинах поле буде слабшим, ніж у вакуумі. Дані властивості присутні у водню, води, кварцу, срібла та ін.

Середовища з магнітною проникністю, що перевищує одиницю, називаються парамагнітними. У цих речовинах поле буде сильнішим, ніж у вакуумі. До цих середовищ і речовин відносять повітря, алюміній, кисень, платину.

У випадку з парамагнітними та діамагнітними речовинами значення магнітної проникності не буде залежати від напруги зовнішнього поля, що намагнічує. Це означає, що величина є постійною для певної речовини.

До особливої ​​групи належать феромагнетики. У цих речовин магнітна проникність досягатиме кількох тисяч і більше. У названих речовин, що мають властивість намагнічуватися та посилювати магнітне поле, існує широке використанняу електротехніці.

Напруженість поля

Для визначення показників магнітного поля разом з вектором магнітної індукції може застосовуватися значення, що називається напруженістю магнітного поля. Цей термінє визначальною інтенсивність зовнішнього магнітного поля. Напрямок магнітного поля в середовищі однаковими властивостямиза всіма напрямками вектор напруженості співпадатиме з вектором магнітної індукції в точці поля.

Сильні у феромагнітів пояснюються присутністю в них довільно намагнічених малих частин, які можуть бути представлені у вигляді малих магнітів.

З відсутнім магнітним полем феромагнітна речовина може не мати виражених магнітних властивостей, оскільки поля доменів набувають різної орієнтації, та їх загальне магнітне поле дорівнює нулю.

За основною характеристикою магнітного поля, якщо феромагніт буде поміщений у зовнішнє магнітне поле, наприклад, в котушку зі струмом, то під впливом зовнішнього поля домени розгорнуться у напрямку зовнішнього поля. Притому магнітне поле у ​​котушки посилиться, і магнітна індукція збільшиться. Якщо ж зовнішнє поле досить слабке, то перевернеться лише частина всіх доменів, магнітні поля яких у напрямку наближаються до напрямку зовнішнього поля. Протягом збільшення сили зовнішнього поля число повернутих доменів зростатиме, і при певному значеннінапруги зовнішнього поля майже всі частини будуть розгорнуті так, що магнітні поля розташуються у напрямку зовнішнього поля. Даний станназивається магнітним насиченням.

Зв'язок магнітної індукції та напруженості

Взаємопов'язаність магнітної індукції феромагнітної речовини та напруженості зовнішнього поля може зображуватись за допомогою графіка, званого кривою намагнічування. У місці вигину графіка крива швидкість зростання магнітної індукції зменшується. Після вигину, де напруженість досягає певного показника, відбувається насичення, і крива трохи піднімається, поступово набуваючи форми прямої. На цій ділянці індукція все ще зростає, проте досить повільно і лише за рахунок зростання напруженості зовнішнього поля.

Графічна залежність даних показника перестав бути прямий, отже, їх ставлення який завжди, і магнітна проникність матеріалу не незмінний показник, а залежить від зовнішнього поля.

Зміни магнітних властивостей матеріалів

При збільшенні сили струму до повного насичення в котушці з феромагнітним сердечником і подальшим її зменшенням крива намагнічування не співпадатиме з кривою розмагнічування. З нульовою напруженістю магнітна індукція не матиме таке ж значення, а набуде деякого показника, що називається залишковою магнітною індукцією. Ситуація з відставанням магнітної індукції від сили, що намагнічує, іменується гістерезисом.

Для повного розмагнічування феромагнітного осердя в котушці потрібно дати струм зворотної спрямованості, який створить необхідну напруженість. Для різних феромагнітних речовиннеобхідний відрізок різної довжини. Чим він більший, тим більший обсяг енергії необхідний для розмагнічування. Значення, у якому відбувається повне розмагнічування матеріалу, називається коэрцитивной силою.

При подальшому збільшенні струму в котушці індукція знову збільшиться до показника насичення, але з іншим напрямом магнітних ліній. При розмагнічуванні зворотному напрямкубуде отримано залишкову індукцію. Явище залишкового магнетизму застосовується при створенні постійних магнітів з речовин з великим показникомзалишкового магнетизму. З речовин, що мають здатність до перемагнічування, створюються осердя для електричних машинта приладів.

Правило лівої руки

Сила, що впливає на провідник зі струмом, має напрямок, що визначається за правилом лівої руки: при розташуванні долоні дівої руки таким чином, що магнітні лінії входять до неї, і чотири пальці витягнуті у напрямку струму у провіднику, відігнутий великий палецьвкаже напрямок сили. Ця силаперпендикулярна вектору індукції та струму.

Провідник із струмом, що переміщається в магнітному полі, вважається прообразом електродвигуна, який змінює електричну енергіюу механічну.

Правило правої руки

Під час руху провідника у магнітному полі всередині нього індукується електрорушійна силащо має значення, пропорційне магнітній індукції, задіяній довжині провідника та швидкості його переміщення. Ця залежністьназивається електромагнітною індукцією. При визначенні напряму індукованої ЕРС у провіднику використовують правило правої руки: при розташуванні правої руки так само, як у прикладі з лівої, магнітні лінії входять у долоню, а великий палець вказує напрямок переміщення провідника, витягнуті пальці вкажуть напрямок індукованої ЕРС. Переміщається в магнітному потоці під впливом зовнішньої механічної силипровідник є найпростішим прикладом електричного генератора, в якому перетворюється механічна енергіяв електричну.

Може бути сформульований інакше: в замкнутому контурівідбувається індукування ЕРС при будь-якій зміні магнітного потоку, що охоплюється даним контуром, ЕДЕ в контурі чисельно дорівнює швидкості зміни магнітного потоку, який охоплює даний контур.

Дана форма надає усереднений показник ЕРС та вказує на залежність ЕРС не від магнітного потоку, а від швидкості його зміни.

Закон Ленця

Також слід згадати закон Ленца: струм, що індукується при зміні магнітного поля, що проходить через контур, своїм магнітним полем перешкоджає цій зміні. Якщо витки у котушки пронизуються різними за величиною магнітними потоками, то індукована по цілій котушці ЕРС дорівнює сумі ЕДЕ у різних витках. Сума магнітних потоків різних витків котушки називається потокозчепленням. Одиниця виміру цієї величини, як і магнітного потоку, - вебер.

При зміні електричного струму в контурі відбувається зміна та створеного ним магнітного потоку. При цьому, згідно із законом електромагнітної індукції, усередині провідника відбувається індукування ЕРС. Вона з'являється у зв'язку зі зміною струму у провіднику, тому дане явищеназивають самоіндукцією, і індукована в провіднику ЕРСназивається ЕРС самоіндукції.

Потокосчеплення та магнітний потікзалежить від однієї лише сили струму, а й від величини і форми даного провідника, і магнітної проникності навколишнього речовини.

Індуктивність провідника

Коефіцієнт пропорційності називається індуктивністю провідника. Він означає здатність провідника створювати потокозчеплення при проходженні крізь нього електрики. Це є одним із основних параметрів електричних ланцюгів. Для певних ланцюгів індуктивність є незмінним показником. Вона залежатиме від величини контуру, його конфігурації та магнітної проникності середовища. При цьому сила струму в контурі та магнітний потік не матимуть значення.

Вищеописані визначення та явища дають пояснення тому, що є магнітним полем. Також наводяться основні характеристики магнітного поля, з яких можна дати визначення даного явища.

Інструкція

Створення магнітного поля струмуВізьміть провідник і підключіть його до джерела струму, щоб провідник не перегрівся. Піднесіть тонку магнітну стрілку, яка може вільно обертатися. Встановлюючи її в різних точкахдовкола провідника, переконайтеся в тому, що вона орієнтується по силових лініях магнітного поля.

Магнітне полепостійного магнітуВізьміть постійний магніт і піднесіть його до предмета, що містить велика кількість. Відразу з'явиться магнітна сила, що притягує магніт та залізне тіло – це головним доказом магнітного поля. Покладіть постійний магніт на аркуш паперу та посипте навколо нього дрібною залізною стружкою. Через деякий час на аркуші паперу з'явиться , що ілюструє наявність силових ліній магнітного поля. Їх називають лінії магнітної індукції.

Створення магнітного поля електромагнітуКотушку із ізольованим проводом приєднайте до джерела електричного струму через . Щоб уникнути перегорання дроту, встановіть реостат на максимальний опір. У котушку помістіть магнітопровід. Це може бути шматок м'якого заліза або . Якщо передбачається отримати магнітне поле, залізний сердечник (магнітопровід) необхідно набирати із пластин, ізольованих між собою, щоб уникнути струмів Фуко, які перешкоджатимуть генерації магнітного поля. Підключивши ланцюг до джерела струму, починайте повільно рухати повзунок реостата, спостерігаючи, щоб обмотка котушки не перегрівалася. При цьому магнітопровід перетвориться на потужний магніт, притягнути та утримати масивні залізні предмети.

Створення потужних електро магнітів– це складне технічне завдання. У промисловості, як і в повсякденному житті магніти великої потужності необхідні. У низці держав вже навіть працюють потяги на магнітній подушці. Машини з електромагнітним двигуном незабаром масово з'являться і в нас під маркою "Е-мобіль". Але як утворюються магніти великої потужності?

Інструкція

У промисловості повсюдно застосовуються потужні електромагніти. Їх конструкція куди складніша, ніж у постійних магнітів. Для створення потужного електромагніту необхідна котушка, що складається з обмотки з мідного дроту, а також залізного осердя. Сила в даному випадкузалежить тільки від сили струму, проведеного через котушки, а також кількості витків дроту на обмотці. Варто зазначити, що при певній силі струму намагнічування металевого сердечника піддається насичення. Тому найпотужніші промислові магніти виготовляються без нього. Натомість додається ще деяке дроти. У більшості ж потужних промислових магнітах із залізним число витків дроту рідко перевищує десяти на метр, а сила струму, що використовується, – двох ампер.

Магнітне поле може створюватися рухом заряджених частинок, змінним електричним полем або магнітними моментами частинок ( постійних магнітах). Магнітне та електричне поляє проявами єдиного загального поля – електромагнітного.

Упорядкований рух заряджених частинок

Упорядкований рух заряджених частинок у провідниках називається електричним струмом. Для його отримання потрібно створити електричне поле за допомогою джерел струму, які здійснюють роботу з поділу зарядів – позитивних та негативних. Механічна, внутрішня чи інша енергія у джерелі перетворюється на електричну.

За якими явищами можна судити про наявність струму в ланцюзі

Рух заряджених частинок у провіднику не можна побачити. Однак судити про наявність струму в ланцюзі можна за непрямими ознаками. До таких явищ відносяться, наприклад, теплова, хімічна та магнітна дії струму, причому останнє спостерігається в будь-яких провідниках – твердих, рідких та газоподібних.

Як виникає магнітне поле

Навколо будь-якого провідника зі струмом існує магнітне поле. Воно створюється рухомими. Якщо заряди нерухомі, вони продукують довкола себе лише електричне поле, але щойно виникає струм, з'являється ще й магнітне поле струму.

Якими способами можна знайти існування магнітного поля

Існування магнітного поля можна виявити різними способами. Наприклад, можна використовувати для цієї мети маленьку залізну тирсу. У магнітному полі вони намагнічуються і перетворюються на магнітні стрілочки (як компаса). Вісь кожної такої стрілочки встановлюється за напрямом дії сил магнітного поля.

Сам досвід має такий вигляд. Насипте на картонку тонкий шар залізної тирси, пропустіть крізь нього прямий провідник і увімкніть струм. Ви побачите, як під дією магнітного поля струму тирса розташуються навколо провідника по концентричних кіл. Ці лінії, вздовж яких розташувалися магнітні стрілкиназиваються магнітними лініями магнітного поля. « північний полюсстрілки в кожній точці поля прийнято вважати напрямком.

Що являють собою магнітні лінії магнітного поля, створеного струмом

Магнітні лінії магнітного поля струму – це замкнуті криві, що охоплюють провідник. З їхньою допомогою зручно зображати магнітні поля. І оскільки магнітне поле є у всіх точках простору навколо провідника, через будь-яку точку цього простору можна провести магнітну лінію. Напрямок магнітних ліній залежить від напрямку струму у провіднику.