Apa itu medan magnet. Magnet permanen: Bumi sebagai magnet permanen

Di Internet ada banyak topik yang dikhususkan untuk mempelajari medan magnet. Perlu dicatat bahwa banyak dari mereka berbeda dari deskripsi rata-rata yang ada di buku teks sekolah. Tugas saya adalah mengumpulkan dan mensistematisasikan semua yang tersedia di akses gratis materi tentang medan magnet agar fokus Pemahaman Baru tentang medan magnet. Studi tentang medan magnet dan sifat-sifatnya dapat dilakukan dengan menggunakan berbagai teknik. Dengan bantuan serbuk besi, misalnya, analisis yang kompeten dilakukan oleh Kamerad Fatyanov di http://fatyf.narod.ru/Addition-list.htm

Dengan bantuan kineskop. Saya tidak tahu nama orang ini, tetapi saya tahu nama panggilannya. Dia menyebut dirinya "Angin". Ketika magnet dibawa ke kinescope, "gambar sarang lebah" terbentuk di layar. Anda mungkin berpikir bahwa "grid" adalah kelanjutan dari grid kinescope. Ini adalah metode visualisasi medan magnet.

Saya mulai mempelajari medan magnet dengan bantuan ferrofluid. Ini adalah cairan magnetik yang secara maksimal memvisualisasikan semua seluk-beluk medan magnet magnet.

Dari artikel "apa itu magnet" kami menemukan bahwa magnet difraksinasi, mis. salinan planet kita yang diperkecil, geometri magnetiknya seidentik mungkin dengan magnet sederhana. Planet bumi, pada gilirannya, adalah salinan dari apa ia terbentuk - matahari. Kami menemukan bahwa magnet adalah sejenis lensa induktif yang berfokus pada volumenya semua sifat magnet global planet bumi. Ada kebutuhan untuk memperkenalkan istilah-istilah baru yang dengannya kita akan menggambarkan sifat-sifat medan magnet.

Aliran induksi adalah aliran yang berasal dari kutub planet dan melewati kita dalam geometri corong. Kutub utara planet adalah pintu masuk corong, kutub selatan planet adalah pintu keluar corong. Beberapa ilmuwan menyebut aliran ini sebagai angin halus, dengan mengatakan bahwa itu "berasal dari galaksi." Tapi ini bukan "angin halus" dan tidak peduli apa eter itu, ini adalah "sungai induksi" yang mengalir dari kutub ke kutub. Listrik dalam petir memiliki sifat yang sama dengan listrik yang dihasilkan oleh interaksi kumparan dan magnet.

Cara terbaik untuk memahami apa itu medan magnet - untuk melihat dia. Adalah mungkin untuk berpikir dan membuat teori yang tak terhitung jumlahnya, tetapi dari sudut pandang pemahaman esensi fisik fenomena tidak berguna. Saya pikir semua orang akan setuju dengan saya, jika saya mengulangi kata-katanya, saya tidak ingat siapa, tetapi intinya adalah kriteria terbaik ini adalah sebuah pengalaman. Pengalaman dan lebih banyak pengalaman.

Di rumah, saya melakukan eksperimen sederhana, tetapi itu memungkinkan saya untuk memahami banyak hal. Sebuah magnet silinder sederhana ... Dan dia memutarnya ke sana kemari. Tuangkan cairan magnetik di atasnya. Biaya infeksi, tidak bergerak. Kemudian saya ingat bahwa di beberapa forum saya membaca bahwa dua magnet yang diperas oleh kutub yang sama di area tertutup meningkatkan suhu area tersebut, dan sebaliknya menurunkannya dengan kutub yang berlawanan. Jika suhu adalah konsekuensi dari interaksi medan, lalu mengapa bukan penyebabnya? Saya memanaskan magnet menggunakan " sirkuit pendek"dari 12 watt dan resistor, hanya dengan menyandarkan resistor yang dipanaskan pada magnet. Magnet memanas dan cairan magnet mulai berkedut pada awalnya, dan kemudian menjadi benar-benar bergerak. Medan magnet dirangsang oleh suhu. Tapi bagaimana caranya? , saya bertanya pada diri sendiri, karena di primer mereka menulis tentang bahwa suhu melemahkan sifat magnetik magnet. Dan ini benar, tetapi "pelemahan" ini dikompensasi oleh eksitasi medan magnet magnet ini. Dengan kata lain, gaya magnet tidak hilang, tetapi berubah menjadi gaya eksitasi medan ini. Luar biasa Semuanya berputar dan semuanya berputar. Tapi mengapa medan magnet berputar hanya memiliki geometri rotasi seperti itu, dan bukan yang lain? Pada awalnya sekilas, gerakannya kacau, tetapi jika Anda melihat melalui mikroskop, Anda dapat melihatnya dalam gerakan ini sistem hadir. Sistem bukan milik magnet dengan cara apa pun, tetapi hanya melokalisasinya. Dengan kata lain, magnet dapat dianggap sebagai lensa energi yang memfokuskan gangguan pada volumenya.

Medan magnet tereksitasi tidak hanya oleh kenaikan suhu, tetapi juga oleh penurunannya. Saya pikir akan lebih tepat untuk mengatakan bahwa medan magnet dirangsang oleh gradien suhu daripada oleh satu tanda tertentu. Faktanya adalah bahwa tidak ada "restrukturisasi" yang terlihat dari struktur medan magnet. Terdapat visualisasi gangguan yang melewati daerah medan magnet ini. Bayangkan sebuah gangguan yang bergerak dalam spiral dari kutub utara ke selatan melalui seluruh volume planet. Jadi medan magnet magnet = bagian lokal dari aliran global ini. Apakah kamu mengerti? Namun, saya tidak yakin utas mana ... Tetapi kenyataannya adalah utas itu. Dan tidak ada satu aliran, tetapi dua. Yang pertama adalah eksternal, dan yang kedua ada di dalamnya dan bersama-sama dengan gerakan pertama, tetapi berputar ke arah yang berlawanan. Medan magnet tereksitasi karena gradien suhu. Tapi kita kembali mendistorsi esensi ketika kita mengatakan "medan magnet tereksitasi." Faktanya adalah bahwa itu sudah dalam keadaan tereksitasi. Ketika kita menerapkan gradien suhu, kita mendistorsi eksitasi ini menjadi keadaan tidak seimbang. Itu. kita memahami bahwa proses eksitasi adalah proses konstan di mana medan magnet magnet berada. Gradien mendistorsi parameter proses ini sedemikian rupa sehingga kita secara optik melihat perbedaan antara eksitasi normal dan eksitasi yang disebabkan oleh gradien.

Tetapi mengapa medan magnet magnet dalam keadaan diam? TIDAK, itu juga bergerak, tetapi relatif terhadap kerangka acuan bergerak, misalnya kita, tidak bergerak. Kami bergerak di ruang angkasa dengan gangguan Ra ini dan bagi kami tampaknya bergerak. Suhu yang kita terapkan pada magnet menciptakan semacam ketidakseimbangan lokal dalam sistem yang dapat difokuskan ini. Ketidakstabilan tertentu muncul di kisi spasial, yang merupakan struktur sarang lebah. Lagi pula, lebah tidak membangun rumah mereka dari awal, tetapi mereka bertahan di sekitar struktur ruang dengan bahan bangunan mereka. Jadi, berdasarkan pengamatan eksperimental murni, saya menyimpulkan bahwa medan magnet magnet sederhana adalah sistem potensial ketidakseimbangan lokal kisi ruang, di mana, seperti yang Anda duga, tidak ada tempat untuk atom dan molekul yang tidak salah satu yang pernah dilihat.Suhu seperti "kunci pengapian" dalam sistem lokal ini, termasuk ketidakseimbangan. Saat ini, saya sedang mempelajari metode dan cara mengelola ketidakseimbangan ini dengan cermat.

Apa itu medan magnet dan apa bedanya? medan elektromagnetik?

Apa itu torsi atau medan informasi energi?

Semuanya satu dan sama, tetapi dilokalisasi dengan metode yang berbeda.

Kekuatan saat ini - ada plus dan gaya tolak,

ketegangan adalah minus dan gaya tarik-menarik,

korsleting, atau katakanlah ketidakseimbangan lokal kisi - ada hambatan untuk interpenetrasi ini. Atau interpenetrasi ayah, anak, dan roh suci. Mari kita ingat bahwa metafora "Adam dan Hawa" adalah pemahaman lama tentang kromosom X dan YG. Karena pemahaman yang baru adalah pemahaman baru dari yang lama. "Kekuatan" - angin puyuh yang berasal dari Ra yang terus berputar, meninggalkan jalinan informasi itu sendiri. Ketegangan adalah pusaran lain, tetapi di dalam pusaran utama Ra dan bergerak bersamanya. Secara visual, ini dapat direpresentasikan sebagai cangkang, yang pertumbuhannya terjadi dalam arah dua spiral. Yang pertama eksternal, yang kedua internal. Atau satu di dalam dirinya sendiri dan searah jarum jam, dan yang kedua keluar dari dirinya sendiri dan berlawanan arah jarum jam. Ketika dua vortisitas saling menembus, mereka membentuk struktur, seperti lapisan Yupiter, yang bergerak ke arah yang berbeda. Masih harus dipahami mekanisme interpenetrasi ini dan sistem yang terbentuk.

Perkiraan tugas untuk 2015

1. Temukan metode dan sarana kontrol ketidakseimbangan.

2. Identifikasi bahan yang paling mempengaruhi ketidakseimbangan sistem. Temukan ketergantungan pada keadaan materi sesuai dengan tabel 11 anak.

3. Jika ada makhluk, pada intinya adalah ketidakseimbangan lokal yang sama, oleh karena itu harus "dilihat". Dengan kata lain, perlu untuk menemukan metode untuk memperbaiki seseorang dalam spektrum frekuensi lain.

4. Tugas utama adalah untuk memvisualisasikan spektrum frekuensi non-biologis di mana proses penciptaan manusia berlangsung terus menerus. Misalnya, dengan bantuan alat kemajuan, kami menganalisis spektrum frekuensi yang tidak termasuk dalam spektrum biologis perasaan manusia. Tetapi kami hanya mendaftarkannya, tetapi kami tidak dapat "menyadari" mereka. Oleh karena itu, kita tidak melihat lebih jauh dari yang dapat dipahami oleh indera kita. Inilah tujuan utama saya untuk tahun 2015. Temukan teknik untuk kesadaran teknis spektrum frekuensi non-biologis untuk melihat basis informasi seseorang. Itu. sebenarnya jiwanya.

Jenis studi khusus adalah medan magnet yang bergerak. Jika kita menuangkan ferrofluid pada magnet, itu akan menempati volume medan magnet dan akan diam. Namun, Anda perlu memeriksa pengalaman "Veterok" di mana ia membawa magnet ke layar monitor. Ada asumsi bahwa medan magnet sudah dalam keadaan tereksitasi, tetapi volume kagba cair menahannya dalam keadaan diam. Tapi saya belum cek.

Medan magnet dapat dihasilkan dengan menerapkan suhu pada magnet, atau dengan menempatkan magnet dalam kumparan induksi. Perlu dicatat bahwa cairan tereksitasi hanya pada posisi spasial tertentu dari magnet di dalam kumparan, membuat sudut tertentu terhadap sumbu kumparan, yang dapat ditemukan secara empiris.

Saya telah melakukan lusinan eksperimen dengan memindahkan ferrofluid dan menetapkan tujuan untuk diri saya sendiri:

1. Mengungkapkan geometri gerak fluida.

2. Identifikasi parameter yang mempengaruhi geometri gerakan ini.

3. Apa tempat pergerakan fluida dalam pergerakan global planet bumi.

4. Apakah posisi spasial magnet dan geometri gerakan yang diperolehnya bergantung.

5. Mengapa "pita"?

6. Mengapa Pita Keriting?

7. Apa yang menentukan vektor puntiran kaset?

8. Mengapa kerucut dipindahkan hanya melalui simpul, yang merupakan puncak sarang lebah, dan hanya tiga pita yang berdekatan yang selalu dipelintir.

9. Mengapa perpindahan kerucut terjadi secara tiba-tiba, setelah mencapai "putaran" tertentu pada simpul?

10. Mengapa ukuran kerucut sebanding dengan volume dan massa cairan yang dituangkan ke magnet?

11. Mengapa kerucut dibagi menjadi dua sektor yang berbeda.

12. Apa tempat "pemisahan" ini dalam hal interaksi antara kutub planet ini.

13. Bagaimana geometri pergerakan fluida bergantung pada waktu, musim, aktivitas matahari, niat eksperimen, tekanan dan gradien tambahan. Misalnya, perubahan tajam "dingin panas"

14. Mengapa geometri kerucut? identik dengan geometri Varji- senjata khusus para dewa yang kembali?

15. Apakah ada data dalam arsip dinas khusus 5 senjata otomatis tentang tujuan, ketersediaan atau penyimpanan sampel senjata jenis ini.

16. Apa yang dikatakan oleh pantry pengetahuan dari berbagai organisasi rahasia tentang kerucut ini dan apakah geometri kerucut terhubung dengan Bintang Daud, yang intinya adalah identitas geometri kerucut. (Mason, Yahudi, Vatikan, dan formasi tidak konsisten lainnya).

17. Mengapa selalu ada pemimpin di antara kerucut. Itu. kerucut dengan "mahkota" di atasnya, yang "mengatur" pergerakan 5,6,7 kerucut di sekelilingnya.

kerucut pada saat perpindahan. Berengsek. "... hanya dengan menggerakkan huruf "G" aku akan menghubunginya "...

Mari kita pahami bersama apa itu medan magnet. Lagi pula, banyak orang hidup di bidang ini sepanjang hidup mereka dan bahkan tidak memikirkannya. Waktu untuk memperbaikinya!

Medan magnet

Medan magnet adalah jenis materi khusus. Ini memanifestasikan dirinya dalam aksi memindahkan muatan listrik dan benda yang memiliki momen magnetnya sendiri (magnet permanen).

Penting: medan magnet tidak bekerja pada muatan stasioner! Medan magnet juga dibuat dengan bergerak muatan listrik, atau oleh medan listrik yang berubah terhadap waktu, atau oleh momen magnetik elektron dalam atom. Artinya, setiap kawat yang dilalui arus juga menjadi magnet!

tubuh dengan miliknya sendiri Medan gaya.

Magnet memiliki kutub yang disebut utara dan selatan. Sebutan "utara" dan "selatan" diberikan hanya untuk kenyamanan (sebagai "plus" dan "minus" dalam listrik).

Medan magnet diwakili oleh gaya magnet garis. Garis-garis gaya itu kontinu dan tertutup, dan arahnya selalu bertepatan dengan arah gaya-gaya medan. Jika serutan logam tersebar di sekitar magnet permanen, partikel logam akan menunjukkan gambaran yang jelas tentang garis-garis medan magnet yang muncul dari utara dan memasuki kutub selatan. Karakteristik grafis dari medan magnet - garis gaya.

Karakteristik medan magnet

Ciri-ciri utama medan magnet adalah induksi magnet, fluks magnet dan permeabilitas magnetik. Tapi mari kita bicarakan semuanya secara berurutan.

Segera, kami mencatat bahwa semua unit pengukuran diberikan dalam sistem SI.

Induksi magnetik B - kuantitas fisik vektor, yang merupakan karakteristik kekuatan utama medan magnet. Dilambangkan dengan huruf B . Satuan pengukuran induksi magnetik - Tesla (Tl).

Induksi magnetik menunjukkan seberapa kuat medan dengan menentukan gaya yang bekerja pada muatan. Kekuatan ini disebut gaya Lorentz.

Di Sini q - mengenakan biaya, v - kecepatannya dalam medan magnet, B - induksi, F adalah gaya Lorentz di mana medan bekerja pada muatan.

F- kuantitas fisik yang sama dengan produk induksi magnetik dengan luas kontur dan kosinus antara vektor induksi dan normal terhadap bidang kontur yang dilalui aliran. Fluks magnet adalah karakteristik skalar dari medan magnet.

Kita dapat mengatakan bahwa fluks magnet mencirikan jumlah garis induksi magnetik yang menembus suatu satuan luas. Fluks magnet diukur dalam Weberach (WB).

Permeabilitas magnetik adalah koefisien yang menentukan sifat magnetik medium. Salah satu parameter yang bergantung pada induksi magnetik medan adalah permeabilitas magnetik.

Planet kita telah menjadi magnet besar selama beberapa miliar tahun. Induksi medan magnet bumi bervariasi tergantung pada koordinat. Di khatulistiwa, itu sekitar 3,1 kali 10 pangkat lima minus Tesla. Selain itu, terdapat anomali magnetik, dimana nilai dan arah medan berbeda secara signifikan dengan daerah sekitarnya. Salah satu anomali magnetik terbesar di planet ini - Kursk dan Anomali magnetik Brasil.

Asal usul medan magnet bumi masih menjadi misteri bagi para ilmuwan. Diasumsikan bahwa sumber medan adalah inti logam cair Bumi. Inti bergerak, yang berarti bahwa paduan besi-nikel cair bergerak, dan pergerakan partikel bermuatan adalah apa adanya. listrik, menghasilkan medan magnet. Masalahnya adalah teori ini geodinamo) tidak menjelaskan bagaimana medan tetap stabil.

Bumi adalah dipol magnet yang sangat besar. Kutub magnet tidak berhimpitan dengan kutub geografis, meskipun letaknya berdekatan. Apalagi kutub magnet bumi sedang bergerak. Perpindahan mereka telah tercatat sejak 1885. Misalnya, selama seratus tahun terakhir, kutub magnet di belahan bumi Selatan bergerak hampir 900 kilometer dan sekarang berada di Samudra Selatan. Kutub Belahan Arktik bergerak melalui Utara Samudra Arktik untuk anomali magnetik Siberia Timur, kecepatan pergerakannya (menurut 2004) adalah sekitar 60 kilometer per tahun. Sekarang ada percepatan pergerakan kutub - rata-rata kecepatannya bertambah 3 kilometer per tahun.

Apa pentingnya medan magnet bumi bagi kita? Pertama-tama, medan magnet bumi melindungi planet ini dari sinar kosmik dan angin matahari. Partikel bermuatan dari luar angkasa tidak jatuh langsung ke tanah, tetapi dibelokkan oleh magnet raksasa dan bergerak sepanjang garis gayanya. Dengan demikian, semua makhluk hidup terlindungi dari radiasi berbahaya.

Selama sejarah Bumi, ada beberapa inversi(perubahan) kutub magnet. Inversi kutub adalah ketika mereka berpindah tempat. Terakhir kali fenomena ini terjadi sekitar 800 ribu tahun yang lalu, dan ada lebih dari 400 pembalikan geomagnetik dalam sejarah Bumi.Beberapa ilmuwan percaya bahwa, mengingat percepatan pergerakan kutub magnet yang diamati, pembalikan kutub berikutnya seharusnya terjadi. diharapkan dalam beberapa ribu tahun mendatang.

Untungnya, tidak ada pembalikan kutub yang diharapkan di abad kita. Jadi, Anda dapat memikirkan kehidupan yang menyenangkan dan menikmati kehidupan di medan konstan lama yang baik di Bumi, dengan mempertimbangkan sifat dan karakteristik utama medan magnet. Dan agar Anda dapat melakukan ini, ada penulis kami, yang dapat dipercayakan dengan beberapa masalah pendidikan dengan keyakinan akan kesuksesan! dan jenis pekerjaan lainnya dapat Anda pesan di tautan.

Medan magnet dan karakteristiknya

Rencana kuliah:

Medan magnet, sifat dan karakteristiknya.

Medan magnet- bentuk keberadaan materi di sekitar muatan listrik yang bergerak (konduktor dengan arus, magnet permanen).

Nama ini disebabkan oleh fakta bahwa, seperti yang ditemukan oleh fisikawan Denmark Hans Oersted pada tahun 1820, ia memiliki efek orientasi pada jarum magnet. Eksperimen Oersted: jarum magnet ditempatkan di bawah kawat berarus, berputar pada jarum. Ketika arus dihidupkan, itu dipasang tegak lurus dengan kabel; ketika mengubah arah arus, itu berbalik ke arah yang berlawanan.

Sifat utama medan magnet:

dihasilkan oleh muatan listrik yang bergerak, konduktor dengan arus, magnet permanen, dan medan listrik bolak-balik;

bertindak dengan kekuatan pada muatan listrik yang bergerak, konduktor dengan arus, benda magnet;

medan magnet bolak-balik menghasilkan medan magnet bolak-balik Medan listrik.

Berdasarkan pengalaman Oersted, medan magnet adalah arah dan harus memiliki karakteristik gaya vektor. Hal ini ditunjuk dan disebut induksi magnetik.

Medan magnet digambarkan secara grafis menggunakan garis gaya magnet atau garis induksi magnet. gaya magnetis garis disebut garis di mana serbuk besi atau sumbu panah magnet kecil terletak di medan magnet. Pada setiap titik dari garis tersebut, vektor diarahkan secara tangensial.

Garis-garis induksi magnet selalu tertutup, yang menunjukkan tidak adanya muatan magnet di alam dan sifat pusaran medan magnet.

Secara konvensional, mereka meninggalkan kutub utara magnet dan masuk ke selatan. Kepadatan garis dipilih sehingga jumlah garis per satuan luas yang tegak lurus medan magnet sebanding dengan besarnya induksi magnet.

H

Solenoid magnetik dengan arus

Arah garis ditentukan oleh aturan sekrup kanan. Solenoid - kumparan dengan arus, belokan yang terletak berdekatan satu sama lain, dan diameter belokan jauh lebih kecil daripada panjang kumparan.

Medan magnet di dalam solenoida seragam. Medan magnet disebut homogen jika vektornya konstan di sembarang titik.

Medan magnet solenoida mirip dengan medan magnet magnet batang.

Dengan

Olenoid dengan arus adalah elektromagnet.

Pengalaman menunjukkan bahwa untuk medan magnet, dan juga untuk medan listrik, prinsip superposisi: induksi medan magnet yang ditimbulkan oleh beberapa arus atau muatan yang bergerak sama dengan jumlah vektor induksi medan magnet yang ditimbulkan oleh setiap arus atau muatan:

Vektor dimasukkan dalam salah satu dari 3 cara:

a) dari hukum Ampere;

b) oleh aksi medan magnet pada loop dengan arus;

c) dari ekspresi untuk gaya Lorentz.

TETAPI mper secara eksperimental menetapkan bahwa gaya yang dengannya medan magnet bekerja pada elemen konduktor dengan arus I, yang terletak di medan magnet, berbanding lurus dengan gaya

arus I dan produk vektor elemen panjang dan induksi magnetik:

- Hukum Ampere

H
arah vektor dapat ditemukan sesuai dengan aturan umum produk vektor, dari mana mengikuti aturan tangan kiri: jika telapak tangan kiri diposisikan sehingga garis gaya magnet masuk, dan 4 terentang jari-jari diarahkan sepanjang arus, maka ibu jari yang ditekuk akan menunjukkan arah gaya.

Gaya yang bekerja pada kawat dengan panjang terbatas dapat ditemukan dengan mengintegrasikan seluruh panjangnya.

Untuk I = const, B=const, F = BIlsin

Jika =90 0 , F = BIl

Induksi medan magnet- kuantitas fisik vektor yang secara numerik sama dengan gaya yang bekerja dalam medan magnet seragam pada konduktor dengan satuan panjang dengan arus satuan, terletak tegak lurus terhadap magnet garis kekuatan.

1Tl adalah induksi medan magnet homogen, di mana gaya 1N bekerja pada konduktor sepanjang 1m dengan arus 1A, terletak tegak lurus terhadap garis medan magnet.

Sejauh ini, kami telah mempertimbangkan arus makro yang mengalir dalam konduktor. Namun, menurut asumsi Ampere, di setiap benda ada arus mikroskopis karena pergerakan elektron dalam atom. Arus molekuler mikroskopis ini menciptakan medan magnetnya sendiri dan dapat mengubah medan arus makro, menciptakan medan magnet tambahan di dalam tubuh. Vektor mencirikan medan magnet yang dihasilkan yang dibuat oleh semua arus makro dan mikro, mis. untuk arus makro yang sama, vektor di media yang berbeda memiliki nilai yang berbeda.

Medan magnet arus makro digambarkan oleh vektor intensitas magnet.

Untuk media isotropik homogen

0 \u003d 410 -7 H / m - konstanta magnetik, 0 \u003d 410 -7 N / A 2,

- permeabilitas magnetik medium, menunjukkan berapa kali medan magnet arus makro berubah karena medan arus mikro medium.

fluks magnet. Teorema Gauss untuk fluks magnet.

aliran vektor(fluks magnet) melalui bantalan dS disebut nilai skalar sama dengan

di mana proyeksi ke arah normal ke situs;

- sudut antara vektor dan .

elemen permukaan terarah,

Fluks vektor adalah besaran aljabar,

jika - saat meninggalkan permukaan;

jika - di pintu masuk ke permukaan.

Fluks vektor induksi magnet melalui permukaan sembarang S sama dengan

Untuk medan magnet seragam = konstanta,

1 Wb - fluks magnet yang melewati permukaan datar 1 m 2 yang terletak tegak lurus terhadap medan magnet seragam, yang induksinya sama dengan 1 T.

Fluks magnet yang melalui permukaan S secara numerik sama dengan jumlah garis gaya magnet yang melintasi permukaan tersebut.

Karena garis induksi magnet selalu tertutup, untuk permukaan tertutup jumlah garis yang masuk ke permukaan (Ф 0), oleh karena itu, fluks total induksi magnet melalui permukaan tertutup adalah nol.

- teorema Gauss: fluks vektor induksi magnet melalui setiap permukaan tertutup adalah nol.

Teorema ini adalah ekspresi matematis dari fakta bahwa di alam tidak ada muatan magnet di mana garis induksi magnet akan dimulai atau diakhiri.

Hukum Biot-Savart-Laplace dan penerapannya pada perhitungan medan magnet.

Medan magnet arus searah dari berbagai bentuk dipelajari secara rinci oleh fr. ilmuwan Biot dan Savart. Mereka menemukan bahwa dalam semua kasus induksi magnetik pada titik sembarang sebanding dengan kekuatan arus, tergantung pada bentuk, dimensi konduktor, lokasi titik ini dalam kaitannya dengan konduktor dan media.

Hasil eksperimen ini dirangkum oleh fr. ahli matematika Laplace, yang memperhitungkan sifat vektor induksi magnetik dan berhipotesis bahwa induksi pada setiap titik, menurut prinsip superposisi, adalah jumlah vektor dari induksi medan magnet dasar yang dibuat oleh setiap bagian konduktor ini.

Laplace pada tahun 1820 merumuskan hukum, yang disebut hukum Biot-Savart-Laplace: setiap elemen konduktor dengan arus menciptakan medan magnet, vektor induksi yang pada titik sembarang K ditentukan oleh rumus:

- Hukum Biot-Savart-Laplace.

Ini mengikuti dari hukum Biot-Sovar-Laplace bahwa arah vektor bertepatan dengan arah produk silang. Arah yang sama diberikan oleh aturan sekrup kanan (gimlet).

Mengingat bahwa ,

Elemen konduktor searah dengan arus;

Vektor radius yang menghubungkan titik K;

Hukum Biot-Savart-Laplace sangat penting secara praktis, karena memungkinkan Anda untuk menemukan pada titik tertentu di ruang angkasa induksi medan magnet dari arus yang mengalir melalui konduktor dengan ukuran terbatas dan bentuk sewenang-wenang.

Untuk arus sewenang-wenang, perhitungan seperti itu adalah masalah matematika yang kompleks. Namun, jika distribusi arus memiliki simetri tertentu, maka penerapan prinsip superposisi bersama dengan hukum Biot-Savart-Laplace memungkinkan untuk menghitung medan magnet tertentu secara relatif sederhana.

Mari kita lihat beberapa contoh.

A. Medan magnet konduktor bujursangkar dengan arus.

untuk konduktor dengan panjang terhingga:

untuk konduktor dengan panjang tak terhingga: 1 = 0, 2 =

B. Medan magnet di pusat arus melingkar:

=90 0 , sin=1,

Oersted pada tahun 1820 secara eksperimental menemukan bahwa sirkulasi dalam sirkuit tertutup yang mengelilingi sistem arus makro sebanding dengan jumlah aljabar arus ini. Koefisien proporsionalitas tergantung pada pilihan sistem satuan dan dalam SI sama dengan 1.

C
peredaran suatu vektor disebut integral loop tertutup.

Rumus ini disebut teorema sirkulasi atau hukum arus total:

sirkulasi vektor kekuatan medan magnet di sepanjang sirkuit tertutup sewenang-wenang sama dengan jumlah aljabar dari arus makro (atau arus total) yang dicakup oleh sirkuit ini. miliknya karakteristik Di ruang yang mengelilingi arus dan magnet permanen, ada gaya bidang ditelepon magnetis. Ketersediaan magnetis bidang muncul...

Seiring dengan potongan amber yang dialiri listrik oleh gesekan, magnet permanen adalah bukti material pertama bagi orang-orang kuno. fenomena elektromagnetik(petir pada awal sejarah pasti dikaitkan dengan bidang manifestasi kekuatan non-materi). Penjelasan tentang sifat feromagnetisme selalu memenuhi pikiran para ilmuwan yang ingin tahu, namun, pada saat ini sifat fisik Magnetisasi permanen dari beberapa zat, baik yang dibuat secara alami maupun buatan, belum sepenuhnya terungkap, meninggalkan bidang aktivitas yang cukup besar bagi para peneliti modern dan masa depan.

Bahan tradisional untuk magnet permanen

Mereka telah aktif digunakan dalam industri sejak 1940 dengan munculnya paduan alnico (AlNiCo). Sebelumnya, magnet permanen dari berbagai tingkatan baja hanya digunakan pada kompas dan magneto. Buatan Alnico kemungkinan pengganti pada mereka elektromagnet dan aplikasinya dalam perangkat seperti motor, generator dan pengeras suara.

Ini adalah penetrasi mereka ke dalam kita. kehidupan sehari-hari menerima dorongan baru dengan penciptaan magnet ferit, dan sejak itu magnet permanen telah menjadi biasa.

Sebuah revolusi dalam bahan magnetik dimulai sekitar tahun 1970, dengan penciptaan keluarga samarium-kobalt dari bahan magnetik keras dengan kerapatan energi magnetik yang sampai sekarang tidak terlihat. Kemudian generasi baru magnet tanah jarang berdasarkan neodymium, besi dan boron ditemukan dengan kepadatan energi magnet yang jauh lebih tinggi daripada samarium-kobalt (SmCo) dan dengan biaya rendah yang diharapkan. Kedua keluarga magnet tanah jarang ini memiliki kepadatan tinggi energi yang mereka tidak hanya dapat menggantikan elektromagnet, tetapi digunakan di daerah yang tidak dapat diakses oleh mereka. Contohnya adalah motor stepper magnet permanen kecil di jam tangan dan transduser suara di headphone tipe Walkman.

Peningkatan bertahap dalam sifat magnetik bahan ditunjukkan pada diagram di bawah ini.

magnet permanen neodymium

Mereka mewakili perkembangan terbaru dan paling signifikan di bidang ini selama beberapa dekade terakhir. Penemuan mereka pertama kali diumumkan hampir bersamaan pada akhir tahun 1983 oleh pekerja logam dari Sumitomo dan General Motors. Mereka didasarkan pada senyawa intermetalik NdFeB: paduan neodymium, besi dan boron. Dari jumlah tersebut, neodymium adalah elemen tanah jarang yang diekstraksi dari mineral monasit.

Minat besar yang dihasilkan magnet permanen ini berasal dari fakta bahwa untuk pertama kalinya bahan magnet baru telah diperoleh yang tidak hanya lebih kuat dari generasi sebelumnya, tetapi juga lebih ekonomis. Ini terutama terdiri dari besi, yang jauh lebih murah daripada kobalt, dan neodymium, yang merupakan salah satu bahan tanah jarang yang paling umum dan lebih berlimpah di Bumi daripada timbal. Mineral tanah jarang utama monasit dan bastanesit mengandung neodymium lima sampai sepuluh kali lebih banyak daripada samarium.

Mekanisme Fisik Magnetisasi Permanen

Untuk menjelaskan fungsi magnet permanen, kita harus melihat ke dalamnya hingga skala atom. Setiap atom memiliki satu set spin elektronnya, yang bersama-sama membentuk momen magnetnya. Untuk tujuan kita, kita dapat menganggap setiap atom sebagai magnet batang kecil. Kapan magnet permanen mengalami demagnetisasi (baik dengan memanaskannya ke suhu tinggi atau dengan medan magnet luar), setiap momen atom diorientasikan secara acak (lihat gambar di bawah) dan tidak ada keteraturan yang diamati.

Ketika magnet dimagnetisasi dalam medan magnet yang kuat, semua momen atom berorientasi pada arah medan dan seolah-olah saling mengunci satu sama lain (lihat gambar di bawah). Kopling ini memungkinkan untuk mempertahankan medan magnet permanen ketika medan eksternal dihilangkan, dan juga untuk menahan demagnetisasi ketika arahnya berubah. Ukuran gaya kohesi momen atom adalah besarnya gaya koersif magnet. Lebih lanjut tentang ini nanti.

Dalam presentasi yang lebih dalam tentang mekanisme magnetisasi, mereka tidak beroperasi dengan konsep momen atom, tetapi menggunakan konsep miniatur (orde 0,001 cm) daerah di dalam magnet, yang awalnya memiliki magnetisasi konstan, tetapi berorientasi acak. dengan tidak adanya medan eksternal, sehingga pembaca yang ketat, jika diinginkan, dapat mengaitkan fisik di atas, mekanismenya bukan pada magnet secara keseluruhan. dan ke domainnya yang terpisah.

Induksi dan magnetisasi

Momen atom bertambah dan membentuk momen magnet dari seluruh magnet permanen, dan magnetisasinya M menunjukkan besarnya momen ini per satuan volume. Induksi magnet B menunjukkan bahwa magnet permanen adalah hasil dari gaya magnet eksternal (kekuatan medan) H yang diterapkan selama magnetisasi primer, serta magnetisasi internal M karena orientasi momen atom (atau domain). Nilainya umumnya diberikan oleh rumus:

B = 0 (H + M),

dimana 0 adalah konstanta.

Dalam magnet annular dan homogen permanen, kekuatan medan H di dalamnya (tanpa adanya medan eksternal) sama dengan nol, karena, menurut hukum arus total, integralnya di sepanjang lingkaran mana pun di dalam inti annular tersebut adalah sama dengan:

H∙2πR = iw=0 , dari mana H=0.

Oleh karena itu, magnetisasi pada magnet cincin adalah:

Dalam magnet terbuka, misalnya, dalam lingkaran yang sama, tetapi dengan celah udara dengan lebar l zaz dalam inti dengan panjang l ser, dengan tidak adanya medan eksternal dan induksi B yang sama di dalam inti dan di celah, menurut hukum arus total, kami memperoleh:

H ser l ser + (1/ 0)Bl zas = iw=0.

Karena B \u003d 0 (H ser + M ser), maka, dengan mengganti ekspresinya ke yang sebelumnya, kita mendapatkan:

H ser (l ser + l zas) + M ser l zas \u003d 0,

H ser \u003d M ser l zas (l ser + l zas).

Di celah udara:

H zaz \u003d B / 0,

selain itu, B ditentukan oleh M ser yang diberikan dan H ser yang ditemukan.

Kurva magnetisasi

Mulai dari keadaan tidak termagnetisasi, ketika H meningkat dari nol, karena orientasi semua momen atom ke arah medan eksternal, M dan B meningkat dengan cepat, berubah sepanjang bagian "a" dari kurva magnetisasi utama (lihat gambar di bawah).

Ketika semua momen atom sejajar, M mencapai nilai saturasinya, dan peningkatan lebih lanjut pada B semata-mata disebabkan oleh medan yang diterapkan (bagian b dari kurva utama pada gambar di bawah). Ketika medan eksternal berkurang menjadi nol, induksi B berkurang tidak di sepanjang jalur aslinya, tetapi di sepanjang bagian "c" karena kopling momen atom, yang cenderung menjaga mereka dalam arah yang sama. Kurva magnetisasi mulai menggambarkan apa yang disebut loop histeresis. Ketika H (medan luar) mendekati nol, maka induksi mendekati nilai sisa yang hanya ditentukan oleh momen atom:

B r = 0 (0 + M r).

Setelah arah H berubah, H dan M bekerja dalam arah yang berlawanan, dan B menurun (bagian dari kurva "d" pada Gambar.). Nilai medan di mana B berkurang menjadi nol disebut gaya koersif magnet B H C . Ketika besarnya medan yang diterapkan cukup besar untuk mematahkan kohesi momen atom, mereka mengorientasikan diri ke arah medan yang baru, dan arah M dibalik. Nilai medan di mana ini terjadi disebut gaya koersif internal magnet permanen M H C . Jadi ada dua gaya koersif yang berbeda tetapi terkait yang terkait dengan magnet permanen.

Gambar di bawah menunjukkan kurva demagnetisasi utama berbagai bahan untuk magnet permanen.

Dari sini terlihat bahwa magnet NdFeB yang memiliki gaya koersif dan induksi residual Br tertinggi (baik total maupun internal, yaitu ditentukan tanpa memperhitungkan kekuatan H, hanya dari magnetisasi M).

Arus permukaan (ampere)

Medan magnet magnet permanen dapat dianggap sebagai medan beberapa arus yang terkait dengannya, yang mengalir di sepanjang permukaannya. Arus ini disebut arus ampere. Dalam arti kata yang biasa, tidak ada arus di dalam magnet permanen. Namun, membandingkan medan magnet magnet permanen dan medan arus dalam kumparan, fisikawan Prancis Ampere menyarankan bahwa magnetisasi suatu zat dapat dijelaskan oleh aliran arus mikroskopis yang membentuk sirkuit tertutup mikroskopis. Memang, bagaimanapun, analogi antara medan solenoida dan magnet silinder panjang hampir lengkap: ada kutub utara dan selatan magnet permanen dan kutub yang sama untuk solenoida, dan pola garis medan bidangnya juga sangat mirip (lihat gambar di bawah).

Apakah ada arus di dalam magnet?

Mari kita bayangkan bahwa seluruh volume beberapa magnet permanen batang (dengan bentuk penampang sewenang-wenang) diisi dengan arus Ampere mikroskopis. Penampang magnet dengan arus seperti itu ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Masing-masing memiliki momen magnet. Dengan orientasi yang sama ke arah medan luar, mereka membentuk momen magnet yang dihasilkan yang berbeda dari nol. Ini menentukan keberadaan medan magnet dengan tidak adanya pergerakan muatan yang teratur, tanpa adanya arus yang melalui setiap bagian magnet. Juga mudah dipahami bahwa di dalamnya arus sirkuit yang berdekatan (berhubungan) dikompensasi. Hanya arus di permukaan tubuh, yang membentuk arus permukaan magnet permanen, yang ternyata tidak terkompensasi. Kepadatannya ternyata sama dengan magnetisasi M.

Bagaimana cara menghilangkan kontak yang bergerak

Masalah membuat mesin sinkron non-kontak diketahui. Desain tradisionalnya dengan eksitasi elektromagnetik dari kutub rotor dengan kumparan melibatkan pasokan arus ke mereka melalui kontak bergerak - cincin kontak dengan sikat. Kerugian dari solusi teknis seperti itu sudah diketahui: ini adalah kesulitan pemeliharaan, keandalan yang rendah, dan kerugian besar dalam memindahkan kontak, terutama jika kita sedang berbicara tentang generator turbo dan hidro yang kuat, di sirkuit eksitasi di mana daya listrik yang besar dikonsumsi.

Jika Anda membuat generator magnet permanen seperti itu, maka masalah kontak segera hilang. Benar, ada masalah pengikatan magnet yang andal pada rotor yang berputar. Di sinilah pengalaman yang diperoleh dalam konstruksi traktor dapat berguna. Telah lama digunakan generator induktor dengan magnet permanen yang terletak di alur rotor, diisi dengan paduan leleh rendah.

Motor magnet permanen

Dalam beberapa dekade terakhir, motor DC brushless telah tersebar luas. Unit semacam itu sebenarnya adalah motor listrik dan sakelar elektronik dari belitan jangkarnya, yang bertindak sebagai pengumpul. Motor listrik adalah motor sinkron dengan magnet permanen yang terletak pada rotor, seperti pada Gambar. di atas, dengan belitan jangkar tetap pada stator. Sirkuit sakelar elektronik adalah inverter tegangan (atau arus) DC dari jaringan suplai.

Keuntungan utama dari mesin semacam itu adalah tanpa kontak. Elemen spesifiknya adalah sensor posisi rotor foto, induksi atau Hall yang mengontrol pengoperasian inverter.

Istilah "medan magnet" biasanya berarti ruang energi tertentu di mana kekuatan interaksi magnet diwujudkan. Mereka mempengaruhi:

zat individu: ferimagnet (logam - terutama besi tuang, besi dan paduannya) dan kelas feritnya, terlepas dari keadaannya;

muatan listrik yang bergerak.

Benda fisik yang memiliki momen magnet total elektron atau partikel lain disebut magnet permanen. Interaksi mereka terlihat pada gambar. garis magnet listrik.

Mereka terbentuk setelah membawa magnet permanen ke sisi sebaliknya dari lembaran karton dengan lapisan serbuk besi yang rata. Gambar menunjukkan tanda yang jelas dari kutub utara (N) dan selatan (S) dengan arah garis gaya relatif terhadap orientasinya: pintu keluar dari kutub utara dan pintu masuk ke selatan.

Bagaimana medan magnet tercipta

Sumber medan magnet adalah:

magnet permanen;

biaya seluler;

medan listrik yang berubah terhadap waktu.

Setiap anak TK akrab dengan aksi magnet permanen. Lagi pula, dia sudah harus memahat magnet gambar di lemari es, diambil dari paket dengan segala macam barang.

Muatan listrik yang bergerak biasanya memiliki energi medan magnet yang jauh lebih tinggi daripada Hal ini juga ditunjukkan oleh garis gaya. Mari kita menganalisis aturan untuk desainnya untuk konduktor bujursangkar dengan arus I.

Garis medan magnet ditarik pada bidang yang tegak lurus terhadap aliran arus sehingga pada setiap titik gaya yang bekerja pada kutub utara jarum magnet diarahkan secara tangensial ke garis ini. Ini menciptakan lingkaran konsentris di sekitar muatan yang bergerak.

Arah gaya-gaya ini ditentukan oleh aturan sekrup atau gimlet yang terkenal dengan belitan ulir kanan.

aturan gimlet

Penting untuk memposisikan gimlet secara koaksial dengan vektor saat ini dan memutar pegangan sehingga gerakan translasi gimlet bertepatan dengan arahnya. Kemudian orientasi garis gaya magnet akan ditunjukkan dengan memutar pegangan.

Dalam konduktor cincin, gerakan rotasi pegangan bertepatan dengan arah arus, dan gerakan translasi menunjukkan orientasi induksi.

Garis medan magnet selalu keluar dari kutub utara dan masuk ke selatan. Mereka terus di dalam magnet dan tidak pernah terbuka.

Aturan untuk interaksi medan magnet

Medan magnet dari sumber yang berbeda ditambahkan satu sama lain, membentuk medan yang dihasilkan.

Dalam hal ini, magnet dengan kutub yang berlawanan (N - S) tertarik satu sama lain, dan dengan kutub yang sama (N - N, S - S) mereka ditolak. Gaya interaksi antara kutub tergantung pada jarak di antara mereka. Semakin dekat kutub digeser, semakin besar gaya yang dihasilkan.

Karakteristik utama medan magnet

Ini termasuk:

vektor induksi magnetik (B);

fluks magnet (F);

hubungan fluks (Ψ).

Intensitas atau kekuatan tumbukan medan diperkirakan dengan nilai vektor induksi magnetik. Itu ditentukan oleh nilai gaya "F" yang diciptakan oleh arus yang lewat "I" melalui konduktor dengan panjang "l". B \u003d F / (I l)

Unit pengukuran induksi magnetik dalam sistem SI adalah Tesla (untuk mengenang ilmuwan fisikawan yang mempelajari fenomena ini dan menggambarkannya menggunakan metode matematika). Dalam literatur teknis Rusia, itu ditunjuk "Tl", dan dalam dokumentasi internasional simbol "T" diadopsi.

1 T adalah induksi fluks magnet yang seragam, yang bekerja dengan gaya 1 newton pada setiap meter dari panjang konduktor lurus yang tegak lurus terhadap arah medan, ketika arus 1 ampere melewati konduktor ini.

1Tl=1∙N/(A∙m)

Arah vektor B ditentukan oleh aturan tangan kiri.

Jika Anda meletakkan telapak tangan kiri Anda di medan magnet sehingga garis gaya dari kutub utara masuk ke telapak tangan di sudut kanan, dan menempatkan empat jari searah arus di penghantar, maka ibu jari yang menonjol akan menunjukkan arah gaya pada konduktor ini.

Dalam hal penghantar berarus listrik tidak terletak tegak lurus terhadap garis-garis medan magnet, maka gaya yang bekerja padanya akan sebanding dengan besar arus yang mengalir dan bagian komponen proyeksi panjang penghantar. dengan arus ke bidang yang terletak dalam arah tegak lurus.

Gaya yang bekerja pada arus listrik tidak bergantung pada bahan dari mana konduktor dibuat dan luas penampangnya. Bahkan jika konduktor ini tidak ada sama sekali, dan muatan yang bergerak mulai bergerak di media lain di antara kutub magnet, maka gaya ini tidak akan berubah dengan cara apa pun.

Jika di dalam medan magnet di semua titik vektor B memiliki arah dan besar yang sama, maka medan tersebut dianggap seragam.

Setiap lingkungan yang memiliki , mempengaruhi nilai vektor induksi B .

Fluks Magnetik (F)

Jika kita mempertimbangkan perjalanan induksi magnet melalui area tertentu S, maka induksi yang dibatasi oleh batas-batasnya akan disebut fluks magnet.

Ketika area dimiringkan pada beberapa sudut ke arah induksi magnet, fluks magnet berkurang dengan nilai cosinus dari sudut inklinasi area. Nilai maksimumnya dibuat ketika area tegak lurus terhadap induksi penetrasinya. =В·S

Satuan pengukuran fluks magnet adalah 1 weber, yang ditentukan dengan melewatkan 1 tesla induksi melalui area seluas 1 meter persegi.

Tautan fluks

Istilah ini digunakan untuk mendapatkan jumlah total fluks magnet yang dibuat dari sejumlah konduktor pembawa arus yang terletak di antara kutub magnet.

Untuk kasus ketika arus I yang sama melewati belitan kumparan dengan jumlah lilitan n, maka fluks magnet total (terkait) dari semua lilitan disebut hubungan fluks .

=n F . Satuan fluks linkage adalah 1 weber.

Bagaimana medan magnet terbentuk dari listrik bolak-balik?

Medan elektromagnetik yang berinteraksi dengan muatan listrik dan benda dengan momen magnet adalah kombinasi dari dua medan:

listrik;

magnetis.

Mereka saling berhubungan, mewakili kombinasi satu sama lain, dan ketika satu berubah seiring waktu, penyimpangan tertentu terjadi pada yang lain. Misalnya, ketika membuat medan listrik sinusoidal bolak-balik dalam generator tiga fase, medan magnet yang sama secara bersamaan dibentuk dengan karakteristik harmonik bolak-balik yang serupa.

Sifat magnetik zat

Dalam kaitannya dengan interaksi dengan medan magnet luar, zat dibagi menjadi:

antiferromagnet dengan momen magnet yang seimbang, karena itu tingkat magnetisasi tubuh yang sangat kecil dibuat;

diamagnet dengan sifat magnetisasi medan internal melawan aksi medan eksternal. Ketika tidak ada medan eksternal, maka mereka tidak menunjukkan sifat magnetik;

paramagnet dengan sifat magnetisasi medan internal ke arah medan eksternal, yang memiliki derajat kecil;

feromagnet, yang memiliki sifat magnetik tanpa medan eksternal yang diterapkan pada suhu di bawah nilai titik Curie;

ferimagnet dengan momen magnet yang tidak seimbang besar dan arahnya.

Semua sifat zat ini telah ditemukan aplikasi yang beragam dalam teknologi modern.

Sirkuit magnetik

Semua transformator, induktansi, mobil listrik dan banyak perangkat lainnya.

Misalnya, dalam elektromagnet yang berfungsi, fluks magnet melewati sirkuit magnetik yang terbuat dari baja feromagnetik dan udara dengan sifat non-ferromagnetik yang jelas. Kombinasi elemen-elemen ini membentuk sirkuit magnetik.

Mayoritas peralatan listrik dalam desain mereka memiliki sirkuit magnetik. Baca lebih lanjut tentang itu di artikel ini -