Магнитное поле

Магнитное поле

Магнитное поле играет очень большую роль в электротехнике и электронике. Без магнитного поля не функционировали бы герконы, электромагнитные реле, соленоиды, катушки индуктивности, дроссели, трансформаторы, двигатели, динамики, генераторы электрической энергии да и вообще много чего.

Природа магнетизма

Согласно одной из легенд, когда-то давным-давно жил в Греции пастух по имени Магнес. И вот шел он как-то со своим стадом овец, присел на камень и обнаружил, что конец его посоха, сделанный из железа, стал притягиваться к этому камню. С тех пор стали называть этот камень магнетит в честь Магнеса. Этот камень представляет из себя оксид железа.

Если такой камень положить на деревянную доску на воду или подвесить на нитке, то он всегда выстраивался в определенном положении. Один его конец всегда показывал на СЕВЕР, а другой – на ЮГ.

Этим свойством камня пользовались древние цивилизации. Поэтому, это был своего рода первый компас. Потом уже стали обтачивать такой камень и делать из разные фигурки. Например, так выглядел китайский древний компас, ложка которого была сделана из того самого магнетита. Ручка у этой ложки всегда показывала на ЮГ.

Ну а далее дело шло за практичностью и маленькими габаритами. Из магнетита вытачивали маленькие стрелки, которые подвешивали на тонкую иглу посередине. Так стали появляться первые малогабаритные компасы.

Древние цивилизации, конечно, не знали еще что такое север и юг. Поэтому, одну сторону магнетита они назвали северным полюсом (North), а противоположный конец – южным (South). Названия на английском очень легко запомнить, если кто смотрел американский мультфильм “Южный парк”, он же Сауз (South) парк).

Магнитные линии и магнитный поток

Вокруг магнита экспериментальным путем были обнаружены магнитные силовые линии. Эти магнитные линии создают так называемое магнитное поле.

Как вы могли заметить на рисунке, концентрация магнитных силовых линий на самых краях магнита намного больше, чем в его середине. Это говорит о том, что магнитное поле является более сильным именно на краях магнита, а в его середине практически равна нулю. Направлением магнитных силовых линий считается направление от севера к югу.

Ошибочно считать, что магнитные силовые линии начинают свое движение от северного полюса и заканчивают свой век на южном. Это не так. Магнитные линии – они замкнуты и непрерывны. В магните это будет выглядеть примерно так.

Если приблизить два разноименных полюса, то произойдет притягивание магнитов

Если же приблизить одноименными полюсами, то произойдет их отталкивание

Итак, ниже важные свойства магнитных силовых линий.

  • Магнитные линии не поддаются гравитации.
  • Никогда не пересекаются между собой.
  • Всегда образуют замкнутые петли.
  • Имеют определенное направление с севера на юг.
  • Чем больше концентрация силовых линий, тем сильнее магнитное поле.
  • Слабая концентрация силовых линий указывает на слабое магнитное поле.

Магнитные силовые линии, которые образуют магнитное поле, называют также магнитным потоком.

Итак, давайте рассмотрим два рисунка и ответим себе на вопрос, где плотность магнитного потока будет больше? На рисунке “а” или на рисунке “б”?

Видим, что на рисунке “а” мало силовых магнитных линий, а на рисунке “б” их концентрация намного больше. Отсюда можно сделать вывод, что плотность магнитного потока на рисунке “б” больше, чем на рисунке “а”.

В физике формула магнитного потока записывается как

где

Ф – магнитный поток, Вебер

В – плотность магнитного потока, Тесла

а – угол между перпендикуляром n (чаще его зовут нормалью) и плоскостью S, в градусах

S – площадь, через которую проходит магнитный поток, м2

Что же такое 1 Вебер? Один вебер – это магнитный поток, который создается полем индукцией 1 Тесла через площадку 1м2 расположенной перпендикулярно направлению магнитного поля.

Напряженность магнитного поля

Формула напряженности

Слышали ли вы когда-нибудь такое выражение: “напряженность между ними все росла и росла”. То есть по сути напряженность – это что-то невидимое, какая-то сдерживающая сила, энергия. Здесь почти все то же самое. Напряженностью магнитного поля также часто называют силой магнитного поля. Напряженность магнитного поля напрямую зависит от плотности магнитного потока и выражается формулой

где

H – напряженность магнитного поля, Ампер/метр

B – плотность магнитного потока, Тесла

μ0 – магнитная постоянная = 4π × 10-7 Генри/метр или если написать по человечески 1,2566 × 10-6 Генри/метр.

Эта формула работает только тогда, когда между витками катушки находится воздух, либо вакуум. Более крутая формула выглядит вот так.

где

μ – это относительная магнитная проницаемость.

У разных веществ она разная

Напряженность магнитного поля проводника с током

Итак, имеем какой-либо проводник, по которому течет электрический ток.

Для того, чтобы вычислить напряженность магнитного поля на каком-то расстоянии от проводника при условии, что проводник находится в воздушном пространстве либо в вакууме, достаточно воспользоваться формулой

где

H – напряженность магнитного поля, Ампер/метр

I – сила тока, текущая через проводник, Ампер

r – расстояние до точки, в которой измеряется напряженность, метр

Магнитное поле проводника с током

Оказывается, если через какой-либо проводник пропустить электрический ток, то вокруг проводника образуется магнитное поле.

Здесь можно вспомнить знаменитое правило буравчика, но для наглядности я лучше буду использовать правило самореза, так как почти все хоть раз в жизни ввинчивали либо болт, либо саморез.

Ввинчиваем по часовой стрелке – саморез идет вниз. В нашем случае он показывает направление электрического тока. Движение наших рук показывает направление линий магнитного поля. Все то же самое, когда мы начинаем откручивать саморез. Он начинает вылазить вверх, то есть в нашем случае показывает направление электрического тока, а наша рука в этом время рисует в воздухе направление линий магнитного поля.

Также часто в учебниках физики можно увидеть, что направление электрического тока от нас рисуют кружочком с крестиком, а к нам – кружочком с точкой. В этом случае опять представляем себе саморез и уже в голове увидим направление магнитного поля.

Как думаете, что будет если мы сделаем вот такую петельку из провода? Что изменится в этом случае?

Давайте же рассмотрим этот случай более подробно. Так в этой плоскости оба проводника создают магнитное поле, то по идее они должны отталкиваться друг от друга. Но если они хорошо закреплены, то начинается самое интересное. Давайте рассмотрим вид сверху, как это выглядит.

Как вы можете заметить, в области, где суммируются магнитные силовые линии плотность магнитного потока прям зашкаливает.

Соленоид

А что если сделать много-много таких петелек? Взять какую-нибудь круглую бобину, намотать на нее провод и потом убрать бобину. У нас должно получится что-то типа этого.

Если подать постоянное напряжение на такую катушку, магнитные силовые линии будут выглядеть вот так.

Вы только посмотрите, какая бешеная плотность магнитного потока внутри такой катушки! Получается, что от каждой петельки магнитное поле суммируется, что в итоге дает такую плотность магнитного потока. Такую катушку также называют катушкой индуктивности или соленоидом.

Вот также схема, показывающая как магнитные силовые линии складываются в соленоиде.

Плотность магнитного потока зависит от того, какая сила тока проходит через соленоид. Чтобы увеличить плотность магнитного потока, достаточно поверх витков намотать еще больше витков и вставить сердечник из специального материала – феррита.

Если в электрических цепях есть такое понятие, как ЭДС – электродвижущая сила, то и в магнитных цепях есть свой аналог – МДС – магнитодвижущая сила. Магнитодвижущая сила выражается в виде тока, протекающего через катушку из N витков и выражается в Амперах-витках.

где

I – это сила тока в катушке, Амперы

N – количество витков катушки, штуки)

Также советую посмотреть очень простое и интересное видео про магнитное поле.

Что такое магнитное поле

В данной статье вы узнаете что такое магнитное поле, как его измерить, а так же поговорим про источники магнитных полей и подробно рассмотрим закон Био-Савара-Лапласа.

Определение магнитного поля

Магнитное поле связано с понятием магнитной силы. Знание магнитного поля вокруг объекта (а также внутри него) позволяет нам определить величину силы, действующей на движущийся заряд или магнит, помещенный в его окружение.

Большинство из вас точно знают о магнетизме и знают, что два намагниченных объекта взаимодействуют друг с другом. Мы знаем, что когда мы объединяем два магнита, в зависимости от их взаимного расположения, я могу притягивать (когда противоположные полюса находятся близко друг к другу) или отталкивать (когда одинаковые полюса близко друг к другу). Зная поле от одного магнита и положение другого, вы можете точно рассчитать эту силу. Магнитное поле чаще всего представлено графически одним из двух способов:

  1. Магнитное поле, с математической точки зрения, является векторным полем . Это означает, что каждой точке пространства назначен вектор, который мы можем проиллюстрировать стрелкой с правильным направлением и длиной. Направление говорит нам, как бы подходила стрелка магнита, расположенная в данной точке, тогда как длина пропорциональна величине силы, которая будет действовать на находящийся там объект. Желая «увидеть» магнитное поле, мы могли бы просто положить множество крошечных компасов вокруг исследуемого магнита и наблюдать за расположением их стрелок. Тем не менее, мы должны помнить, что это не даст нам информацию о значении поля (насколько оно сильное), а только о его направлении.

2. Другой способ проиллюстрировать магнитное поле — это использовать силовые линии . Вместо того, чтобы рисовать много маленьких стрелок, в этом случае мы используем непрерывные линии. Насколько плотно мы их рисуем, зависит от нас.

Линии поля характеризуются следующими свойствами:

  • Магнитные силовые линии никогда не пересекаются.
  • Плотность линий поля больше в областях, где поле сильнее. Таким образом, на основе чертежа вы можете узнать значение поля (насколько оно сильное) в данной точке.
  • Линии поля не заканчиваются и не начинаются в любой точке; они всегда образуют замкнутые петли, которые проходят через материал, являющийся источником поля.
  • Чтобы полностью проиллюстрировать магнитное поле, необходимо указать возврат, в котором вектор поля направлен в данную точку. Обычно это делается путем рисования стрелок на линиях стрелок. Однако есть еще один метод, который использует понятие полюсов. По историческим причинам область, из которой «выходят» силовые линии, называется Северным полюсом (N), а та, в которую они «входят» — Южным полюсом (S). В этом правиле линии всегда направлены с севера на юг. Буквы «N» и «S» обычно располагаются по краям магнита, но это всего лишь вопрос принятия — на самом деле ничто не отличает эти крайние точки.
  • Линии поля на самом деле легко показать. Обычно это делается с помощью железных опилок, разбросанных по поверхности (например, по листу бумаги) вокруг магнита. Каждый кусок металла ведет себя как маленький магнит с северным и южным полюсами (и, следовательно, также как магнитная стрелка). Опилки спонтанно удаляются друг от друга, потому что, будучи намагниченными, они отталкивают друг друга. В конечном итоге они образуют узор, представляющий магнитное поле (конечно, конечный эффект немного отличается, в зависимости от того, как распалась стружка, а также от их формы, массы и магнитных свойств).

Как измерить магнитное поле

В связи с тем, что магнитное поле является векторным полем, для того, чтобы полностью его описать, вам нужны как его интенсивность, так и направление. Направление поля относительно легко определить. Просто используйте компас — его стрелка установится в направлении магнитного поля Земли. Магнитные компасы известны и используются в навигации (с использованием магнитного поля Земли) с 11-го века. Измерение значений поля немного сложнее. Первые магнитометры появились только в 19 веке. Большинство из них были основаны на наблюдении за поведением электрона, помещенного в магнитное поле. Точные измерения слабых магнитных полей стали возможными только в 1988 году с открытием явления гигантского магнитосопротивления, которое наблюдалось в некоторых материалах со слоистой структурой. Это явление быстро нашло применение при конструировании жестких дисков, на которых сохраняются данные с компьютеров. Результат был значительным — емкость дисков увеличилась на целые порядки всего за несколько лет с момента появления новой технологии (примерно с 0,01 до 10 GB / см^2 ). Если вы хотите описать магнитное поле количественно (то есть, скажем, насколько оно сильное), мы должны указать, говорим ли мы о магнитной индукции В или о напряженности магнитного поля H. В системе СИ единицей магнитной индукции является тесла (символ T в честь Николы Теслы ). Значение магнитной индукции в теслах определяется величиной силы, которая будет влиять на нагрузку, движущуюся в исследуемом поле. Значение индукции магнитного поля, создаваемой средними магнитами на холодильник, составляет ~ 0,001 Т и магнитная индукция земного поля 5 * 10–5 Т. Другая, иногда используемая, единица — Гаусс (символ G). Преобразование единицы очень просто: 1 T = 10^4 G. На практике Гаусс часто используется, потому что поле магнитной индукции, равное 1 тесле, уже очень велико, и мы редко имеем дело с этим порядком величины. Альтернатива магнитной индукции В величина напряженности магнитного поля H. Оба, как векторы, направлены вдоль силовых линий, принимая другие значения внутри магнитных материалов. В некоторых сложных случаях величина H это полезно, но для наших целей B будет вполне достаточно.

Источники магнитных полей

Перейдем теперь к принципам, описывающим метод формирования магнитного поля в окрестности движущихся электрических зарядов и токов. Самая основная зависимость — это закон, описывающий величину и направление магнитного поля, создаваемого движущимся точечным зарядом. Этот закон будет использован позже для получения закона Био — Савара — Лапласа, закона Ампера, закона Гаусса для магнитного поля и создает полезную альтернативную формулировку взаимосвязи между магнитными полями и их источниками.

Экспериментально показано, что значение B снова пропорционально q и 1/r2. Однако направление вектора B НЕ находится на прямой линии между точечным источником и точкой поля. С другой стороны, он перпендикулярен плоскости, определяемой этой прямой и скорости заряда v. Кроме того, значение поля пропорционально синусу угла между этими двумя направлениями

Мы можем записать эту зависимость более компактным способом, используя произведение вектора v на единичный вектор. Мы получаем здесь окончательное выражение в поле B в виде

μ0 — магнитная проницаемость вакуума, которая имеет значение

Когда мы изменяем угол наблюдения поля B на фиксированном расстоянии R от движущегося заряда, тогда изменения могут быть представлены как в анимации:

Поверхности с одинаковым значением и направлением поля B вокруг движущейся нагрузки могут быть представлены в виде системы коаксиальных оболочек

Конечно, не имеет значения, перемещается ли нагрузка относительно наблюдателя или наблюдатель относительно нагрузки. Простое объяснение вышесказанного:

Наэлектризованный кот создает магнитное поле B, когда он проходит мимо вас, а также когда вы проходите мимо спящего кота.

Поверхности с постоянным значением B могут быть представлены более ярко, как показано на анимации ниже

В конце мы можем записать выражение для магнитной силы F, действующей между двумя нагрузками, точка движется относительно наблюдателя от скорости V и V’. Поскольку сила F будет силой Лоренца, в которой поле B исходит от движущегося груза, мы можем написать

Таким образом, искомая сила выражается уравнением

где r — расстояние между двумя движущимися грузами.

В проводнике с током каждый движущийся электрон создает вокруг себя магнитную «оболочечную» систему. Поскольку эти оболочки расположены близко друг к другу, проводник окружен цилиндрическим полем B. Поверхности с постоянным значением B образуют систему, которая больше не требует оболочек, а только коаксиальных цилиндров.

Направления тока I и вектора B, который генерирует этот ток, соответствуют правилу правой руки: большой палец указывает направление тока, а оставшиеся пальцы показывают, как поле B окружает направляющую

Если проводник с током I делится на бесконечно короткие отрезки длиной d 1 , то в каждом из них заряд dq будет двигаться, а на расстоянии r, магнитное поле этого отрезка тока d, B будет

Образовательный блог — всё для учебы

Уже давно магнитное поле вызывает множество вопросов у человека, но и сейчас остается малоизвестным явлением. Его характеристики и свойства пытались исследовать многие ученые, ведь польза и потенциал от применения поля были неоспоримыми фактами.

Давайте будем разбирать все по порядку. Итак, как действует и образуется любое магнитное поле? Правильно, от электрического тока. А ток, если верить учебникам по физике, – это имеющий направление поток заряженных частиц, не так ли? Так вот, когда ток проходит по любому проводнику, около него начинает действовать некая разновидность материи – магнитное поле. Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц или магнитными моментами электронов в атомах. Теперь это поле и материя имеют энергию, ее мы видим в электромагнитных силах, которые могут влиять на ток и его заряды. Магнитное поле начинает воздействовать на поток заряженных частиц, и они меняют начальное направление движения перпендикулярно самому полю.

Еще магнитное поле можно назвать электродинамичным, ведь оно образуется около движущихся и воздействует только на движущиеся частицы. Ну а динамичным оно является из-за того, что имеет особое строение во вращающихся бионах на области пространства. Заставить их вращаться и двигаться может обыкновенный электрический движущийся заряд. Бионы передают любые возможные взаимодействия в этой области пространства. Поэтому движущийся заряд притягивает один полюс всех бионов и заставляет их вращаться. Только он может вывести их из состояния покоя, больше ничего, ведь другие силы не смогут влиять на них.

В электрическом поле находятся заряженные частицы, которые очень быстро двигаются и могут преодолеть 300 000 км всего за секунду. Такую же скорость имеет и свет. Магнитное поле не бывает без электрического заряда. Это значит, что частицы невероятно близко связаны друг с другом и существуют в общем электромагнитном поле. То есть, если будут любые изменения в магнитном поле, то изменения будут и в электрическом. Этот закон также обратен.

Мы тут много говорим про магнитное поле, но как же его можно представить? Мы не можем увидеть его нашим человеческим невооруженным глазом. Мало того, из-за невероятно быстрого распространения поля, мы не успеваем его зафиксировать при помощи различных устройств. Но чтобы что-то изучать, надо иметь хоть какое-нибудь представление о нем. Еще часто приходится изображать магнитное поле на схемах. Для того чтобы было проще понять его, проводят условные силовые линии поля. Откуда же их взяли? Их придумали неспроста.

Попробуем увидеть магнитное поле при помощи мелких металлических опилок и обыкновенного магнита. Насыплем на ровную поверхность эти опилки и введем их в действие магнитного поля. Затем увидим, что они будут двигаться, вращаться и выстраиваться в рисунок или схему. Полученное изображение будет показывать примерное действие сил в магнитном поле. Все силы и, соответственно, силовые линии непрерывны и замкнуты в этом месте.

Магнитная стрелка имеет сходные характеристики и свойства с компасом, и ее применяют, чтобы определить направление силовых линий. Если она попадет в зону действия магнитного поля, по ее северному полюсу мы видим направление действия сил. Тогда выделим отсюда несколько выводов: верх обычного постоянного магнита, из которого исходят силовые линии, обозначают северным полюсом магнита. Тогда как южным полюсом обозначают ту точку, где силы замыкаются. Ну а силовые линии внутри магнита на схеме не выделяются.

Магнитное поле, его свойства и характеристики имеют довольно большое применение, потому что во многих задачах его приходится учитывать и исследовать. Это важнейшее явление в науке физике. С ним неразрывно связаны более сложные вещи, такие как магнитная проницаемость и индукция. Чтобы разъяснить все причины появления магнитного поля, надо опираться на реальные научные факты и подтверждения. Иначе в более сложных задачах неправильный подход может нарушить целостность теории.

А сейчас приведем примеры. Все мы знаем нашу планету. Вы скажете, что она не имеет магнитного поля? Может, вы и правы, но ученые говорят, что процессы и взаимодействия внутри ядра Земли рождают огромное магнитное поле, которое тянется на тысячи километров. Но в любом магнитном поле должны быть его полюса. И они существуют, просто расположены немного в стороне от географического полюса. Как же мы его чувствуем? Например, у птиц развиты способности навигации, и они ориентируются, в частности, по магнитному полю. Так, при его помощи гуси благополучно прибывают в Лапландию. Специальные навигационные устройства также используют это явление.

Магниты, их служба человеку.

Предметная область: физика, электротехника

Работу выполнила:

Колбунова Марина Викторовна, преподаватель

Спб ГБПОУ «Академия управления городской средой, градостроительства и печати»

Санкт-Петербург2018 год

Стр.

Введение………………………………………………………..3

Основная часть. Магниты, их служба человечеству

История открытия…………………………………………..4

Виды магнитов………………………………………………6

Использование магнитов в науке и технике……………….7

Использование магнитов в быту………………………….10

Применение магнитов в медицине………………………..12

Заключение…………………………………………………….17

Введение

Магнит – одно из древнейших открытий, сделанных людьми. Магниты всегда привлекали внимание: изучали природу их действия и воздействие на окружающие предметы. И хотя многое уже понятно, некоторая таинственность воздействия магнитных сил побуждает ученых к дальнейшим исследованиям и открывает все новые перспективы применения магнитов. Мы поставили перед собой задачу изучения видов магнитов, природы возникновения магнитного поля, воздействие его на человека и окружающую природу, использование магнитов в промышленности и быту.

II. Основная часть.Магниты на службе человечеству.

История открытия магнитов.

Магнит испокон веков вызывал у людей интерес и удивление. Его способность притягивать и отталкивать заставляла древнейшие цивилизации рассматривать его как особое творение природы. Магни́т — тело, обладающее собственным магнитным полем. Возможно, слово происходит от др.-греч. Μαγνῆτις λίθος (Magnētis líthos), «камень из Магнесии» — от названия региона Магнисия и древнего города Магнесия в Малой Азии, где в древности были открыты залежи магнетита (магнитного железняка)

Существуют другие легенды происхождения названия «магнит». Так рассказывают о пастухе по имени Магнус (у Льва Толстого в рассказе для детей «Магнит» этого пастуха зовут Магнис). Он обнаружил однажды, что железный наконечник его палки и гвозди сапог притягиваются к чёрному камню. Этот камень стали называть «камнем Магнуса» или просто «магнитом». Таким образом, за много веков до нашей эры было известно, что некоторые каменные породы обладают свойством притягивать куски железа. Об этом упоминал в VI веке до нашей эры греческий ученый и философ Фалес. Первое научное изучение свойств магнита было предпринято в XIII веке ученым Петром Перегрином. В 1269 году вышло его сочинение «Книга о магните», где он писал о многих фактах магнетизма: у магнита есть два полюса, которые ученый назвал северным и южным; невозможно отделить полюса друг от друга разламыванием. Перегрин писал и о двух видах взаимодействия полюсов — притяжении и отталкивании. К XII—XIII векам нашей эры магнитные компасы уже использовались в навигации в Европе, в Китае и других странах мира.

В 1600 году вышло сочинение английского врача Уильяма Гильберта «О магните». К известным уже фактам Гильберт прибавил важные наблюдения: усиление действия магнитных полюсов железной арматурой, потерю магнетизма при нагревании и другие. В 1820 году датский физик Ганс Христиан Эрстед на лекции демонстрировал опыт, включив электрический ток вблизи магнитной стрелки. Он был буквально озадачен, увидев, что магнитная стрелка после включения тока начала совершать колебания. Эрстед оценил значения своего наблюдения и повторил опыт. Соединив длинным проводом полюса гальванической батареи, Эрстед протянул провод горизонтально и параллельно свободно подвешенной магнитной стрелке. Как только был включён ток, стрелка немедленно отклонилась, стремясь встать перпендикулярно к направлению провода. При изменении направления тока стрелка отклонилась в другую сторону. Вскоре Эрстед доказал, что магнит действует с некоторой силой на провод, по которому идёт ток.

Открытие взаимодействия между электрическим током и магнитом имело огромное значение. Оно стало началом новой эпохи в учении об электричестве и магнетизме. Это взаимодействие сыграло важную роль в развитии техники физического эксперимента.

Узнав об открытии Эрстеда, французский физик Доминик Франсуа Араго начал серию опытов. Он обмотал медной проволокой стеклянную трубку, в которую вставил железный стержень. Как только замкнули электрическую цепь, стержень сильно намагнитился и к его концу крепко прилипли железные ключи; когда выключили ток, ключи отпали. Араго рассматривал проводник, по которому идёт ток, как магнит. Правильное объяснение этого явления было дано после исследований французского физика Андре Ампера, который установил внутреннюю связь между электричеством и магнетизмом. В сентябре 1820 года он сообщил Французской Академии наук о полученных им результатах.

Ампер скрутил проводник в виде спирали. Этот провод при пропускании по нему тока приобретал свойство магнита. Ампер назвал его соленоидом. Исходя из магнитных свойств соленоида, Ампер предложил рассматривать магнетизм как явление, обязанное круговым токам. Он считал, что магнит состоит из молекул, в которых имеются круговые токи. Каждая молекула представляет собой маленький магнитик, располагаясь одноимёнными полюсами в одну и ту же сторону, эти маленькие магнитики и образуют магнит. Проводя вдоль стальной полосы магнитом (несколько раз в одну и ту же сторону), мы заставляем молекулы с круговыми токами ориентироваться в пространстве одинаково. Таким образом, стальная пластинка превратится в магнит. Простейшим и самым маленьким магнитом можно считать электрон. Его движение создает магнитное поле. Сегодня существует квантовая теории электромагнитного поля.

Виды магнитов

Постоянный магнит — изделие, изготовленное из ферромагнетика, способного сохранять остаточную намагниченность после выключения внешнего магнитного поля. В качестве материалов для постоянных магнитов обычно используют железо, никель, кобальт, некоторые сплавы редкоземельных металлов (как, например, в неодимовых магнитах), а также некоторые естественные минералы, такие как магнетиты. Постоянные магниты применяются в качестве автономных (не потребляющих энергии) источников магнитного поля. Свойства магнита определяются характеристиками петли магнитного гистерезиса материала магнита: остаточной индукцией Br и коэрцитивной силой Hc. Чем выше Br и Hc, тем выше намагниченность и стабильность магнита. Характерные поля постоянных магнитов — до 1 Тл.В настоящее время широко используют магниты из редкоземельного металла — неодима. Везде, где мы имеем дело с температурами не выше 80°C, конечно, эффективней применять именно такие неодимовые магниты. Они имеют высокую мощность, но благодаря их компактному размеру не занимают много места и не создают трудностей при транспортировке.

Их используют практически повсеместно: в промышленности (приборостроение, электроника, машиностроение, магнитные системы различных назначений, обогащение полезных ископаемых и т. д.), в торговле, медицине и, конечно, в быту.

Электромагнит — устройство, магнитное поле которого создаётся при протекании электрического тока. Как правило, это катушка-соленоид со вставленным внутрь ферромагнитным (обычно стальным) сердечником с большой магнитной проницаемостью . Характерные поля электромагнитов 1,5—2 Тл. Первый электромагнит изготовил в 1825 году английский инженер Уильям Стёрджен. Этот электромагнит представлял собой согнутый стержень из мягкого железа с обмоткой из толстой медной проволоки. Для изолирования от обмотки стержень был покрыт лаком. При пропускании тока железный стержень приобретал свойства сильного магнита, но при прерывании тока он мгновенно их терял. Именно эта особенность электромагнитов позволила широко применять их в технике.

Использование магнитов в науке и технике

Трудно назвать такую область науки и техники, где не использовались бы магниты.

Электромагниты обязательно входят в состав электродвигателей и генераторов. Двигатели преобразовывают электрическую энергию в механическую энергию. Генераторы, наоборот, преобразуют механическую энергию в электрическую энергию путём перемещения проводника через магнитное поле.

Электрический транспорт (метро, электричка, трамвай, троллейбус) работает на электродвигателях, использующих магнитное поле.

Трансформаторы: устройства для преобразования переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения. Имеют две катушки, которые электрически изолированы, но связаны магнитно. Используют во всех видах электронной техники, поскольку электроника работает на низком напряжении, а включается в сеть с напряжением в 220В.

Маглев (magnetic levitation — «магнитная левитация»): поезд на магнитном подвесе, движимый и управляемый магнитными силами. Такой состав, в отличие от традиционных поездов, в процессе движения не касается поверхности рельса. Так как между поездом и поверхностью движения существует зазор, трение исключается, и единственной тормозящей силой является лишь сила аэродинамического сопротивления.

Ускорители частиц — установки, где получают заряженные частицы высоких энергий. В основе работы ускорителя заложено взаимодействие заряженных частиц с электрическим и магнитным полями. Существует Большой адронный коллайдер в Швейцарии. Он представляет собой кольцо длиной почти 27 километров.

Подъемный электромагнит способен перемещать громоздкие и тяжелые стальные детали. Магниты могут поднимать и небольшие, легкие предметы из ферромагнетиков (железные гвозди, скобы, кнопки, скрепки), которые являются слишком мелкими, либо их трудно достать, либо они слишком тонкие, чтобы держать их пальцами. Некоторые отвёртки специально намагничиваются для этой цели.

в компьютерных жёстких дисках запись данных происходит на тонком магнитном покрытии. Эти носители информации не являются магнитами в строгом смысле, так как они не притягивают предметы.

СВЧ – техника работает на магнетронах.

Магниты применяются в составе отклоняющей системы электронно-лучевых трубок для управления электронным пучком.

Магниты используются при неразрушающем контроле магнитопорошковым методом (МПК).

Мощные постоянные магниты (NdFeB) часто используются в медицинских приборах. Их также используют для намагничивания предметов.

Магниты нужны для изготовления сепараторов железных частиц.

Магниты – главная часть приборов магнитной ионизации.

В области автоматики и безопасности магниты применяются для изготовления реле и сенсоров.

Неодимовые магниты применяют при изготовлении турбинных генераторов. Как правило, качество генератора напрямую зависит от мощности магнита.

Магниты применяются в конструкциях бесконтактных тормозов, состоящих из двух пластин, одна — магнит, а другая из алюминия. Одна из них жёстко закреплена на раме, другая вращается с валом. Торможение регулируется зазором между ними.

Громкоговорители и микрофоны используют постоянный магнит и токовую катушку для преобразования электрической энергии (сигнала) в механическую энергию (движение, которое создает звук). Обмотка намотана на катушку, прикрепляется к диффузору и по ней протекает переменный ток, который взаимодействует с полем постоянного магнита.

Магниты применяются в СВЧ вентилях и циркуляторах для направленной передачи энергии электромагнитных колебаний.

Магниты и электромагниты являются составной частью электроизмерительных приборов. При изменении тока меняется сила, действующая на проводник со стороны магнитного поля, меняется угол поворота проводника и угол отклонения стрелки прибора.

Магниты совместно с полупроводниковым датчиком Холла используют для определения углового положения или угловой скорости вала.

Магниты используются в искровых разрядниках для ускорения гашения дуги.

Существует магнитная дефектоскопия, метод поиска дефектов, основанный на исследовании искажений магнитного поля, возникающих в местах дефектов в изделиях из магнитных материалов.

Представители различных наук учитывают магнитные поля в своих исследованиях. Физики измеряют магнитные поля атомов и элементарных частиц, астрономы изучают роль космических магнитных полей в процессе формирования новых звёзд, геологи по аномалиям магнитного поля Земли отыскивают залежи магнитных руд.

Использование магнитов в быту

Трудно перечислить все области использования магнитов в бытовой технике и окружающей нас жилой среде.

Магниты используются в компьютерных жестких дисках, в телефонии, в теле- и видеоаппаратуре.

Кредитные, дебетовые, и ATM карты — все эти карточки имеют магнитную полосу на одной стороне. Эта полоса кодирует информацию, необходимую для соединения с финансовым учреждением и связи со счетами.

Магниты используются для передачи вращающего момента «сквозь» стенку, которой может являться, например, герметичный контейнер электродвигателя. Таким образом, в бытовых счётчиках расхода воды передаётся вращение от лопаток датчика на счётный узел.

В устройстве домофона используется магнит.

Магнитный пускатель, подающий питание на обмотку любого двигателя, в том числе и двигателя лифта.

Электромагнитный тормоз, препятствующий движению кабины лифта при обесточивании двигателя

Компасы: компас (или морской компас) является намагниченным указателем, который может свободно вращаться и ориентируется на направление магнитного поля Земли.

Магниты используются в фиксаторах мебельных дверей.

Неодимовые магниты небольших размеров способны стать чудесной игрушкой как для детей, так и для взрослых. Им можно найти много разных применений.

Неодимовыми магнитами можно закреплять различные предметы. Например, можно сделать из магнитов пояс для инструментов.

Декоративное искусство: виниловые магнитные листы могут быть присоединены к живописи, фотографии и другим декоративным изделиям, что позволяет им удерживаться на холодильниках и других металлических поверхностях.

Магниты могут использоваться для производства ювелирных изделий. Ожерелья и браслеты имеют магнитную застёжку, или могут быть изготовлены полностью из нескольких, связанных между собой магнитов.

Магниты встречаются в сумках в виде вставленной внутрь закрывающей сумку кнопки намагниченной железной пластины; магниты вшивают внутрь верхней одежды для закрывания клапана одежды элегантной, невидимой глазу застёжкой.

Если магниты поместить в губки, то эти губки можно использовать для мытья тонких листовых немагнитных материалов сразу с обеих сторон, причём одна сторона может быть труднодоступной. Это могут быть, например, стёкла аквариума или балкона.

Магниты совместно с герконом применяют в специальных датчиках положения. Например, в датчиках дверей холодильников и охранных сигнализаций.

Применение магнитов в медицине

Древние цивилизации знали о лечебных свойствах магнита. Известно, что магнитотерапия упоминается в китайской «Книге Желтого Императора о сокровенной медицине», которая, как считается, была написана около 2000 лет до н.э.

Нужно учитывать то, что мы живем в магнитном поле, поскольку сама Земля представляет собой гигантский магнит. Различные авторитетные специалисты считают, что магнитное поле Земли оказывает благотворное воздействие на здоровье всех животных, растений и людей.

Однако со времен древнейших цивилизаций магнитное поле Земли изменилось. Линии электропередач, промышленное электрооборудование, бытовые электроприборы (телевизоры, радиоприемники, микроволновые печи и т. д.) ощутимо влияют на магнитное поле Земли, снижая его интенсивность.

В настоящее время использование магнитов для диагностики и лечения – магнитотерапия-повсеместно привлекает к себе внимание общественности. В Японии использование магнитов для контроля и лечения различных заболеваний стало предметом глубоких научных исследований. Сейчас эта страна занимает ведущее положение в мире в этой области. Более десяти миллионов японцев используют магнитные кровати, чтобы снять стресс и напитать организм энергией. Согласно японским специалистам, магниты особенно незаменимы при переутомлении, ишиасе, астме, мигрени и т. д.

Из Японии этот вид лечения пришел на Запад, где нашел много горячих приверженцев, в том числе среди психологов, врачей, физиотерапевтов, спортсменов и т. п. Магнитотерапия получила поддержку ведущих авторитетов в области медицины: например, д-ра Уильяма Филпота, ведущего невролога из Оклахомы, США. Он, после нескольких лет исследований, заявил, что воздействие на наше тело магнитным полем стимулирует гормон сна, мелатонин, и обеспечивает более спокойный сон. Управление продовольствия и лекарств США дало свою санкцию на использование и продажу в США различных магнитных приборов.

Эксперименты, проведенные Университетом Ломалинды (США) и несколькими другими университетами, установили, что возникновение многих хронических заболеваний связано с недостаточным кровообращением и нарушением работы нервной системы. Если клетки не получают необходимых питательных веществ, это в конце концов приводит к какому-нибудь хроническому заболеванию. Магниты помогают восстановить работу нервной системы и улучшить кровоснабжение. Сейчас в различных частях света продолжаются исследования магнитов, и с 1960 г. опубликовано более 4 тыс. медицинских и научных работ об использовании магнита в лечебных целях.

Обычно магнит используют для снятия боли и воспалений. Как представляется, в присутствии магнитного поля ткани работают более энергично. Если приложить магнит, то кровообращение соответствующей части тела и вокруг нее увеличивается. Воздействие магнитного поля позволяет тканям впитывать больше кислорода. Таким образом, благодаря магнитным полям ткани активизируются, в результате чего отходы удаляются быстрее, а ткани впитывают питательные вещества более эффективно. Поэтому работа клеток улучшается.

Каждая молекула воды в теле человека поляризована. Это означает, что одна ее часть электрически более положительна, а другая – более отрицательна. Поляризация тесно связана и взаимодействует с магнитными полями. Кажется очевидным, что магнит, очень напоминая этим воду, помогает при любых заболеваниях. В настоящее время магниты широко используются по всему миру для лечения расстройств сна, облегчения боли, снятия воспалений.

Д-р Филпот, получивший докторскую степень по медицине в Университете Ламалинды, возглавляет Биоэлектромагнитный институт в городе Оклахома (США). Он утверждает, что человеческое тело само по себе является электромагнитной машиной.

Каждая клетка тела имеет положительное и отрицательное поле. Магнитное поле Земли играет важнейшую роль во всех видах деятельности на нашей планете, оно поддерживает жизнь живых существ и дает им силы.

Ночью воздействие магнитной энергии Земли выражается в укрепляющем сне, биологическом лечении и перезарядке энергией. Когда встает солнце, на нас воздействует магнитная энергия (энергия Северного полюса), помогая нам поддерживать дневную активность. Итак, в течение дня мы подвергаемся влиянию Северного полюса, а в течение ночи испытываем воздействие Южного магнитного полюса. На протяжении 24 часов тело человека подвергается действию магнитных сил. Шишковидная железа в организме человека отвечает за работу гормонов и ферментов. Ее можно назвать магнитным органом, так как она содержит кристаллы магнетита. Она повышенно чувствительна к магнитной энергии. Ночью именно эта железа вырабатывает гормон сна — мелатонин. Когда мы стареем, у нас вырабатывается меньше этих гормонов, но для крепкого сна и здоровья организму необходимо такое же количество мелатонина, что и в молодости. Поэтому, чтобы увеличить образование этого гормона, необходимо использовать магниты. Поскольку гормоны вырабатываются самим организмом, они абсолютно безвредны. Когда организм производит их в меньшем количестве, начинается процесс старения. Одно из преимуществ магнитотерапии заключается в том, что она дешева и не имеет никаких побочных эффектов. Магнитотерапия, помимо того, что является легкой, действенной и недорогой, дает еще и полную гарантию безопасности. Приведем отзывы о магнитотерапии некоторых врачей.

Ричард Левитон, «Исцеление энергией природы», East – West Journal, июнь 1986 г.:

«Сейчас мы стоим на пороге новой эры в науке о магнитах и их применении. Магнит – это инструмент, данный нам самой матерью-природой».

Д-р Ральф У. Сьерра, «Исцеляющая сила магнита»:

«Благодаря поразительным результатам, достигнутым с помощью магнитотерапии, она достойна занять важное место в терапевтической сфере».

Д-р медицинских наук Невиль С. Бенгали, автор книги «Магнитотерапия: теория и практика»:

«Это революция в лечении повреждений мышц, боли в суставах и проблем с осанкой. Мы лечили с помощью магнитов 4 тыс. пациентов, и в 80 % случаев получили положительный результат».

Очень распространенным в последнее время становится использование неодимовых магнитов в магнитотерапии как способе лечения симптомов и устранения боли при таких болезнях, как артрит. За их целебные свойства их иногда называют «лечебными магнитами». Существуют электромагнитные измерители скорости движения крови, миниатюрные капсулы, которые с помощью внешних магнитных полей можно перемещать по кровеносным сосудам, чтобы расширять их, брать пробы на определённых участках пути или, наоборот, локально выводить из капсул различные медикаменты.Исследование работы сердца осуществляют с помощью электрических датчиков, путем снятия электрокардиограммы. Электрические импульсы, вырабатываемые сердцем, создают при этом магнитное поле сердца. Она позволяет получить сведения об электрически “немых”, неработающих областях сердца. Неодимовые магниты используют в приборах МРТ (магнитно-резонансной томографии).

В NASA магниты используются для поддержания мышечного тонуса у космонавтов во время космических полетов.

Магнетизм Земли воздействует не только на человека и весь животный мир, но и на мир растительный. Так он активизирует необходимые ферментные системы во фруктах и овощах, что делает возможным их нормальное созревание.

Заключение

Таким образом, мы изучили историю появления магнитов, их разновидности. Выяснили мнение ученых о природе магнетизма. Сделали обзор тех отраслей науки и техники, где используются магниты и электромагниты. Осветили обширную область использования магнитов в быту. Рассмотрели вопросы воздействия магнитного поля на организм человека и возможность использования поля для диагностики и лечения различных заболеваний.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *