Теорія магнітного поля

Магнітне поле – особливий вид матерії. Воно проявляється в дії на рухомі електричні заряди і тіла, які володіють власним магнітним моментом (постійні магніти).

Важливо: на нерухомі заряди магнітне поле не діє! Створюється магнітне поле також рухомими електричними зарядами, або умов, що змінюються в часі електричним полем, або магнітними моментами електронів в атомах. Тобто будь-який провід, по якому тече струм, стає також і магнітом!

Магніт – тіло, що володіє власним магнітним полем.

У магніту є полюса, звані північним і південним. Позначення “північний” і “південний” дано лише для зручності (як “плюс” і “мінус” в електриці).

Магнітне поле зображується за допомогою силових магнітних ліній. Силові лінії неперервні і замкнуті, а їх напрям завжди збігається з напрямком дії сил поля. Якщо навколо постійного магніту розсипати металеву стружку, частки металу покажуть наочну картину силових ліній магнітного поля, що виходять з північного і входять в південний полюс. Графічна характеристика магнітного поля – силові лінії.

Характеристики магнітного поля

Основними характеристиками магнітного поля є магнітна індукція, магнітний потік і магнітна проникність. Але давайте про все по порядку.

Відразу відзначимо, що всі одиниці виміру наводяться в системі СІ.

Магнітна індукція B – векторна фізична величина, що є основною силовий характеристикою магнітного поля. Позначається буквою B. Одиниця виміру магнітної індукції – Тесла (Тл).

Магнітна індукція показує, наскільки сильно поле, визначаючи силу, з якою воно діє на заряд. Дана сила називається силою Лоренца.

Сила Лоренца

Тут

  • q – заряд,
  • v – його швидкість в магнітному полі,
  • B – індукція,
  • F – сила Лоренца, з якою поле діє на заряд.

Магнітний потік Ф – фізична величина, що дорівнює добутку магнітної індукції на площу контура і косинус між вектором індукції і нормаллю до площини контуру, через який проходить потік. Магнітний потік – скалярна характеристика магнітного поля.

Можна сказати, що магнітний потік характеризує кількість ліній магнітної індукції, що пронизують одиницю площі. Магнітний потік вимірюється в Вебера (Вб).

Магнітна проникність – коефіцієнт, що визначає магнітні властивості середовища. Одним з параметрів, від яких залежить магнітна індукція поля, є магнітна проникність.

Наша планета впродовж кількох мільярдів років є величезним магнітом. Індукція магнітного поля Землі змінюється в залежності від координат. На екваторі вона дорівнює приблизно 3,1 на 10 в мінус п’ятого ступеня Тесла. До того ж існують магнітні аномалії, де значення і напрямок поля істотно відрізняються від сусідніх областей. Одні з найбільших магнітних аномалій на планеті – Курська і Бразильська магнітні аномалії.

Походження магнітного поля Землі до сих пір залишається загадкою для вчених. Передбачається, що джерелом поля є рідке металеве ядро ​​Землі. Ядро рухається, значить, рухається розплавлений залізо-нікелевий сплав, а рух заряджених частинок – це і є електричний струм, який породжує магнітне поле. Проблема в тому, що ця теорія (геодінамо) не пояснює того, як поле зберігається стійким.

Земля – ​​величезний магнітний диполь. Магнітні полюси не збігаються з географічними, хоча і знаходяться в безпосередній близькості. Більш того, магнітні полюси Землі рухаються. Їх зміщення реєструється з 1885 року. Наприклад, за останні сто років магнітний полюс в Південній півкулі змістився майже на 900 кілометрів і зараз знаходиться в Південному океані. Полюс арктичного півкулі рухається через Північний Льодовитий океан до Східно-Сибірської магнітної аномалії, швидкість його пересування (за даними 2004 року) становила близько 60 кілометрів на рік. Зараз спостерігається прискорення руху полюсів – в середньому швидкість зростає на 3 кілометри на рік.

Яке значення магнітного поля Землі для нас? В першу чергу магнітне поле Землі захищає планету від космічних променів і сонячного вітру. Заряджені частинки з далекого космосу не падають прямо на землю, а відхиляються гігантським магнітом і рухаються уздовж його силових ліній. Таким чином, все живе виявляється захищеним від згубної радіації.

За історію Землі відбувалося кілька інверсій (змін) магнітних полюсів. Інверсія полюсів – це коли вони міняються місцями. Останній раз це явище відбулося близько 800 тисяч років тому, а всього геомагнітних інверсій в історії Землі було понад 400. Деякі вчені вважають, що з урахуванням що спостерігається прискорення руху магнітних полюсів наступної інверсії полюсів слід очікувати в найближчі пару тисяч років.

Посилання на основну публікацію