Магнитные явления, как и электрические, известны с древних времен. Известно свойство магнитного желœезняка притягивать желœезные предметы, в древнем Китае было известно свойство магнитной стрелки устанавливаться вдоль меридиана. Конец магнитной стрелки, указывающий на север, назовем северным, противоположный конец – южным. Стрелка должна вращаться без трения (свободно), поскольку магнитное поле земли весьма слабое. Вырезанный из магнитного материала стержень приобретает аналогичные свойства. Как бы его ни вырезали, один конец его становится северным полюсом, другой – южным. Два таких стержня будут взаимодействовать. Одноименные полюса отталкиваются друг от друга, разноименные – притягиваются. Причем сила их взаимодействия уменьшается при увеличении расстояния между ними. Это общее свойство сил в физике.

Изучение магнитных явлений шло отдельно от изучения электрических до 1820 года, когда ученый Эрстед обнаружил влияние проводника с током на магнитную стрелку.

Суть открытия состояла в том, что магнитные стрелки ориентировались вдоль окружностей, охватывающих прямой провод с током. Чем больше была сила тока в проводе, тем сильнее он влиял на стрелки. Чем дальше были стрелки от провода, тем слабее было влияние. Возникла идея. В случае если ток оказывает действие, аналогичное магниту, то токи должны взаимодействовать между собой. Причем эта сила – не электрическая.

Ведь в проводнике не накапливаются заряды одного знака – он электрически нейтрален. Чтобы изучать магнитные свойства тока стали использовать виток. Протекающие по подводящим к нему проводам токи противоположны, что эквивалентно нулевому суммарному току. По этой причине действие будет оказывать только замкнутый ток витка. Было выяснено, что два витка с сонаправленными токами взаимодействуют аналогично тому, как магниты с противоположными полюсами. Чтобы было понятно, в каком направлении на рисунке изображен ток витка, его ближняя к нам часть изображена жирной линией. Самое интересное то, что, изменив направление тока в одном витке, мы наблюдаем отталкивание витков. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, выяснено, что

• Полосовые магниты взаимодействуют аналогично виткам с током, то есть, у витка тоже можно определить северный и южный полюс
• Сонаправленные токи притягиваются, противоположно направленные - отталкиваются.

То есть, это взаимодействие не электрическое . Электрическое не зависит от направления движения зарядов, а лишь от их величины. Это взаимодействие назвали магнитным . При увеличении силы тока в проводнике, его магнитное действие возрастает.

Когда мы рассматривали электрическое поле, мы изображали его геометрически с помощью линий напряженности. Οʜᴎ проводились так, чтобы сила, действующая со стороны поля на помещенный в эту точку заряд, была направлена вдоль этой линии (по касательной). Магнитное взаимодействие тоже характеризуется полем. Свойства магнитного поля отличаются от электрического. Магнитное поле создается постоянными магнитами или проводниками с током. Математической характеристикой электрического поля была напряженность, то есть сила, действующая в данной точке поля на единичный заряд, помещенный в эту точку. Описание магнитного поля сложнее. Линиями магнитного поля назовем линии, вдоль которых выстраиваются маленькие магнитные стрелочки.

На рисунке показаны линии магнитной индукции витка с током и постоянного полосового магнита. Величина поля характеризуется вектором магнитной индукции . С помощью него можно вычислить силу, действующую со стороны магнитного поля на магнитную стрелку или проводник с током, помещенный в эту точку. Но это правило сложнее, чем для электрического поля. Линии напряженности электрического поля начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных. Линии магнитной индукции всœегда замкнуты (в магните они замыкаются внутри него). Вектор магнитной индукции направлен по касательной к линиям.

Мы пришли к определœению нового физического взаимодействия – магнитного, и описанию его с помощью вектора магнитной индукции. Магнитное поле создается движущимися зарядами. Пространство, в котором оно создано, отличается тем, что в каждой точке пространства на магнитную стрелку действует сила, устанавливающая ее в определœенном направлении – магнитная сила.

Чтобы связать направление вектора индукции магнитного поля в центре витка с направлением тока в витке, используют правило буравчика (с правой нарезкой) . Вращая его в направлении тока в витке, мы будем вкручивать его в направлении вектора индукции B. В этом направлении установится северный конец стрелочки. Для определœения направления B прямого тока нужно использовать буравчик несколько иначе.

Величину вектора B вычислить сложно. Пока мы будем пользоваться формулой для величины B в центре витка с током. Эта величина пропорциональна силе тока и обратно пропорциональна радиусу витка (чем дальше источник поля, тем меньше поле), и вычисляется по формуле . Коэффициент μ 0 определяется выбором единицы силы тока, в системе СИ он равен μ 0 =4π‣‣‣10 -7 =1.257‣‣‣10 -6 единиц СИ .

Прямой ток создает поле, убывающее по мере удаления от него. В случае если точка находится на расстоянии x от очень длинного прямого провода, то индукция вычисляется по формуле .

Как увеличить магнитное поле витка? Для этого можно намотать несколько близко расположенных витков. Их поля сонаправлены, в связи с этим будут усиливать друг друга. Во сколько раз поле двух близких витков с одинаковым током больше поля одного? Каждый ответит, что в два раза, хотя доказать это невозможно. Просто векторный характер нашего мира укоренился в подсознании. Ведь это – проявление принципа суперпозиции. Каждый виток создает поле независимо от другого, а потом два поля просто складываются.

Намотав большое количество витков, мы получим катушку – соленоид . Поля витков сложатся, и максимально усилят друг друга внутри катушки.

Внутри катушки поле будет однородным – одинаковым по величинœе и направлению во всœех точках. Оно вычисляется по формуле . . Здесь I – сила тока в катушке, N – число ее витков, L – ее длина. То есть, n – число витков на единицу длины , их ʼʼгустотаʼʼ.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, постоянный магнит или проводник с током изменяют свойства пространства вокруг себя. В этом измененном пространстве на другой магнит или ток начинает действовать сила. Математически это действие описывается с помощью вектора магнитной индукции и линий магнитного поля. Магнитное поле движущихся зарядов намного слабее электрического поля этих зарядов , заметить его не так просто. К концу XIX века электрические и магнитные явления были объяснены единой теорией. По этой причине с современной точки зрения, электрическое и магнитное поле есть проявления единого поля , создаваемого зарядами. В тех или иных условиях проявляется то или иное поле. К примеру, в проводнике с током, заряд электронов в точности равен заряду ионов решетки (проводник электрически нейтрален), в связи с этим его магнитное действие становится заметным.

Наверное, нет человека, которому бы хоть раз не приходил в голову вопрос о том, что такое магнитное поле. За всю историю его пытались объяснить эфирными вихрями, причудами магнитными монополиями и многим другим.

Все мы знаем, что магниты, повернутые друг к другу одноименными полюсами, отталкиваются, а разноименными - притягиваются. Эта сила будет различаться в зависимости от того, на каком расстоянии две части находятся друг от друга. Получается, что описываемый предмет создает вокруг себя магнитный ореол. Вместе с тем при наложении же двух переменных полей, имеющих одинаковую частоту, когда одно сдвинуто в пространстве относительно другого, получается эффект, который принято называть «вращающееся магнитное поле».

Величина изучаемого предмета определяется силой, с которой магнит притягивается к другому или к железу. Соответственно, чем больше притяжение, тем больше поле. Силу можно измерить при помощи обычных этого на одну сторону кладется небольшой кусочек железа, а на другую - гирьки, предназначенные для уравновешивания металла к магниту.

Для более точного понимания предмета темы следует изучить поля:

Что такое магнитное поле человека?

Отвечая на вопрос о том, что такое магнитное поле, стоит сказать, что оно есть и у человека. В конце 1960 года, благодаря интенсивному развитию физики, был создан измерительный прибор «СКВИД». Его действие объясняется законами квантовых явлений. Представляет он собой чувствительный элемент магнитометров, используемых для исследования магнитного поля и таких величин, например, как

«СКВИД» достаточно быстро стали употреблять для измерения полей, которые порождаются живыми организмами и, конечно, человеком. Это дало толчок для развития новых областей исследования, основанных на интерпретации информации, поставляемой таким прибором. Данное направление получило название "биомагнетизм".

Почему же раньше при определении того, что такое не проводились исследования в данной области? Оказалось, что оно очень слабое у организмов, и его измерение является непростой физической задачей. Связано это с наличием огромного количества магнитных шумов в окружающем пространстве. Поэтому ответить на вопрос о том, что такое магнитное поле человека, и изучить его без использования специализированных мер защиты просто не представляется возможным.

Вокруг живого организма такой "ореол" возникает по трем основным причинам. Во-первых, благодаря ионным точкам, появляющимся как следствие электрической активности мембран клеток. Во-вторых, из-за наличия ферримагнитных мельчайших частиц, попавших случайно или введенных в организм. В-третьих, когда внешние магнитные поля накладываются, получается неоднородная восприимчивость различных органов, которая искажает наложенные сферы.

Магнитное поле Земли

Магнитное поле — это силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения.

Источниками макроскопического магнитного поля являются намагниченные тела, проводники с током и движущиеся электрически заряженные тела. Природа этих источников едина: магнитное поле возникает в результате движения заряженных микрочастиц (электронов, протонов, ионов), а также благодаря наличию у микрочастиц собственного (спинового) магнитного момента.

Переменное магнитное поле возникает также при изменении во времени электрического поля. В свою очередь, при изменении во времени магнитного поля возникает электрическое поле. Полное описание электрического и магнитного полей в их взаимосвязи дают Максвелла уравнения. Для характеристики магнитного поля часто вводят понятие силовых линий поля (линий магнитной индукции).

Для измерения характеристик магнитного поля и магнитных свойств веществ применяют различного типа магнитометры. Единицей индукции магнитного поля в системе единиц СГС является Гаусс (Гс), в Международной системе единиц (СИ) - Тесла (Тл), 1 Тл = 104 Гс. Напряжённость измеряется, соответственно, в эрстедах (Э) и амперах на метр (А/м, 1 А/м = 0,01256 Э; энергия магнитного поля - в Эрг/см 2 или Дж/м 2 , 1 Дж/м 2 = 10 эрг/см 2 .

Компас реагирует
на магнитное поле Земли

Магнитные поля в природе чрезвычайно разнообразны как по своим масштабам, так и по вызываемым ими эффектам. Магнитное поле Земли, образующее земную магнитосферу, простирается до расстояния в 70-80 тысяч км в направлении к Солнцу и на многие миллионы км в противоположном направлении. У поверхности Земли магнитное поле равно в среднем 50 мкТл, на границе магнитосферы ~ 10 -3 Гс. Геомагнитное поле экранирует поверхность Земли и биосферу от потока заряженных частиц солнечного ветра и частично космических лучей. Влияние самого геомагнитного поля на жизнедеятельность организмов изучает магнитобиология. В околоземном пространстве магнитное поле образует магнитную ловушку для заряженных частиц высоких энергий - радиационный пояс Земли. Содержащиеся в радиационном поясе частицы представляют значительную опасность при полётах в космос. Происхождение магнитного поля Земли связывают с конвективными движениями проводящего жидкого вещества в земном ядре.

Непосредственные измерения при помощи космических аппаратов показали, что ближайшие к Земле космические тела - Луна, планеты Венера и Марс не имеют собственного магнитного поля, подобного земному. Из других планет Солнечной системы лишь Юпитер и, по-видимому, Сатурн обладают собственными магнитными полями, достаточными для создания планетарных магнитных ловушек. На Юпитере обнаружены магнитные поля до 10 Гс и ряд характерных явлений (магнитные бури, синхротронное радиоизлучение и другие), указывающих на значительную роль магнитного поля в планетарных процессах.

© Фото: http://www.tesis.lebedev.ru
Фотография Солнца
в узком спектре

Межпланетное магнитное поле - это главным образом поле солнечного ветра (непрерывно расширяющейся плазмы солнечной короны). Вблизи орбиты Земли межпланетное поле ~ 10 -4 -10 -5 Гс. Регулярность межпланетного магнитного поля может нарушаться из-за развития различных видов плазменной неустойчивости, прохождения ударных волн и распространения потоков быстрых частиц, рожденных солнечными вспышками.

Во всех процессах на Солнце - вспышках, появлении пятен и протуберанцев, рождении солнечных космических лучей магнитное поле играет важнейшую роль. Измерения, основанные на эффекте Зеемана, показали, что магнитное поле солнечных пятен достигает нескольких тысяч Гс, протуберанцы удерживаются полями ~ 10-100 Гс (при среднем значении общего магнитного поля Солнца ~ 1 Гс).

Магнитные бури

Магнитные бури — сильные возмущения магнитного поля Земли, резко нарушающие плавный суточный ход элементов земного магнетизма. Магнитные бури длятся от нескольких часов до нескольких суток и наблюдаются одновременно на всей Земле.

Как правило, магнитные бури состоят из предварительной, начальной и главной фаз, а также фазы восстановления. В предварительной фазе наблюдаются незначительные изменения геомагнитного поля (в основном в высоких широтах), а также возбуждение характерных короткопериодических колебаний поля. Начальная фаза характеризуется внезапным изменением отдельных составляющих поля на всей Земле, а главная - большими колебаниями поля и сильным уменьшением горизонтальной составляющей. В фазе восстановления магнитной бури поле возвращается к своему нормальному значению.

Влияние солнечного ветра
на магнитосферу Земли

Магнитные бури вызываются потоками солнечной плазмы из активных областей Солнца, накладывающимися на спокойный солнечный ветер. Поэтому магнитные бури чаще наблюдаются вблизи максимумов 11-летнего цикла солнечной активности. Достигая Земли, потоки солнечной плазмы увеличивают сжатие магнитосферы, вызывая начальную фазу магнитной бури, и частично проникают внутрь магнитосферы Земли. Попадание частиц высоких энергий в верхнюю атмосферу Земли и их воздействие на магнитосферу приводят к генерации и усилению в ней электрических токов, достигающих наибольшей интенсивности в полярных областях ионосферы, с чем связано наличие высокоширотной зоны магнитной активности. Изменения магнитосферно-ионосферных токовых систем проявляются на поверхности Земли в виде иррегулярных магнитных возмущений.

В явлениях микромира роль магнитного поля столь же существенна, как и в космических масштабах. Это объясняется существованием у всех частиц - структурных элементов вещества (электронов, протонов, нейтронов), магнитного момента, а также действием магнитного поля на движущиеся электрические заряды.

Применение магнитных полей в науке и технике. Магнитные поля обычно подразделяют на слабые (до 500 Гс), средние (500 Гс - 40 кГс), сильные (40 кГс - 1 МГс) и сверхсильные (свыше 1 МГс). На использовании слабых и средних магнитных полей основана практически вся электротехника, радиотехника и электроника. Слабые и средние магнитные поля получают при помощи постоянных магнитов, электромагнитов, неохлаждаемых соленоидов, сверхпроводящих магнитов.

Источники магнитного поля

Все источники магнитных полей можно разделить на искусственные и естественные. Основными естественными источниками магнитного поля являются собственное магнитное поле планеты Земля и солнечный ветер. К искусственным источникам можно отнести все электромагнитные поля, которыми так изобилует наш современный мир, и наши дома в частности. Более подробно об , и читайте на нашем .

Транспорт на электроприводе является мощным источником магнитного поля в диапазоне от 0 до 1000 Гц. Железнодорожный транспорт использует переменный ток. Городской транспорт - постоянный. Максимальные значения индукции магнитного поля в пригородном электротранспорте достигают 75 мкТл, средние значения - около 20 мкТл. Средние значения на транспорте с приводом от постоянного тока зафиксированы на уровне 29 мкТл. У трамваев, где обратный провод - рельсы, магнитные поля компенсируют друг друга на гораздо большем расстоянии, чем у проводов троллейбуса, а внутри троллейбуса колебания магнитного поля невелики даже при разгоне. Но самые большие колебания магнитного поля - в метро. При отправлении состава величина магнитного поля на платформе составляет 50-100 мкТл и больше, превышая геомагнитное поле. Даже когда поезд давно исчез в туннеле, магнитное поле не возвращается к прежнему значению. Лишь после того, как состав минует следующую точку подключения к контактному рельсу, магнитное поле вернется к старому значению. Правда, иногда не успевает: к платформе уже приближается следующий поезд и при его торможении магнитное поле снова меняется. В самом вагоне магнитное поле еще сильнее - 150-200 мкТл, то есть в десять раз больше, чем в обычной электричке.

Значения индукции магнитных полей, наиболее часто встречаемых нами в повседневной жизни приведены на диаграмме ниже. Глядя на эту диаграмму становится ясно, что мы подвергаемся воздействию магнитных полей постоянно и повсеместно. По мнению некоторых ученых, вредными считаются магнитные поля с индукцией свыше 0,2 мкТл. Ествественно, что следует предпринимать определенные меры предосторожности, чтобы обезопасить себя от пагубного воздействия окружающих нас полей. Просто выполняя несколько несложных правил Вы можете в значительной мере снизить воздействие магнитных полей на свой организм.

В действующих СанПиН 2.1.2.2801-10 «Изменения и дополнения №1 к СанПиН 2.1.2.2645-10 «Санитарно-эпидемиологические требования к условиям проживания в жилых зданиях и помещениях» сказано следующее: "Предельно допустимый уровень ослабления геомагнитного поля в помещениях жилых зданий устанавливается равным 1,5". Также установлены предельно допустимые значения интенсивности и напряжённости магнитного поля частотой 50 Гц:

• в жилых помещениях — 5 мкТл или 4 А/м ;
• в нежилых помещениях жилых зданий, на селитебной территории, в том числе на территории садовых участков — 10 мкТл или 8 А/м .

Исходя из указанных нормативов каждый может рассчитать какое количество электрических приборов может находиться во включённом состоянии и в состоянии ожидания в каждом конкретном помещении или же , на основании которого будут выданы рекомендации по нормализации жилого пространства.

Видеоматериалы по теме

Использованная литература

1. Большая Советская Энциклопедия.

Магнитное поле – область пространства, в которой конфигурация бионов, передатчиков всех взаимодействий, представляет собой динамическое, взаимосогласованное вращение.

Направление действия магнитных сил совпадает с осью вращения бионов с применением правила правого винта. Силовая характеристика магнитного поля определяется частотой вращения бионов. Чем выше частота вращения тем сильнее поле. Магнитное поле правильнее было бы называть электродинамическим, так как оно возникает только при движении заряженных частиц, и действует только на движущиеся заряды.

Объясним, почему магнитное поле является динамическим. Чтобы возникло магнитное поле, необходимо, чтобы бионы начали вращаться, а заставить их вращаться может только движущийся заряд, который будет притягивать один из полюсов биона. Если заряд не будет двигаться, то и бион не будет вращаться.

Магнитное поле формируется только вокруг электрических зарядов, которые находятся в движении. Именно поэтому магнитное и электрическое поле являются, неотъемлемыми и вместе формируют электромагнитное поле. Компоненты магнитного поля взаимосвязаны и воздействуют друг на друга, изменяя свои свойства.

Свойства магнитного поля:

• Магнитное поле возникает под воздействие движущих зарядов электрического тока.
• В любой своей точке магнитное поле характеризуется вектором физической величины под названием магнитная индукция, которая является силовой характеристикой магнитного поля.
• Магнитное поле может воздействовать только на магниты, на токопроводящие проводники и движущиеся заряды.
• Магнитное поле может быть постоянного и переменного типа
• Магнитное поле измеряется только специальными приборами и не может быть воспринятым органами чувств человека.
• Магнитное поля является электродинамическим, так как порождается только при движении заряженных частиц и оказывает влияние только на заряды, которые находятся в движении.
• Заряженные частицы двигаются по перпендикулярной траектории.

Размер магнитного поля зависит от скорости изменения магнитного поля. Соответственно этому признаку существуют два вида магнитного поля: динамичное магнитное поле и гравитационное магнитное поле. Гравитационное магнитное поле возникает только вблизи элементарных частиц и формируется в зависимости от особенностей строения этих частиц.

Магнитный момент возникает в том случае, когда магнитное поле воздействует на токопроводящую раму. Другими словами, магнитный момент это вектор, который расположен на ту линию, которая идет перпендикулярно раме.

Магнитное поле можно изобразить графически с помощью магнитных силовых линий. Эти линии проводятся в таком направлении, так чтобы направление сил поля совпало с направлением самой силовой линии. Магнитные силовые линии являются непрерывными и замкнутыми одновременно. Направление магнитного поля определяется с помощью магнитной стрелки. Силовые линии определяют также полярность магнита, конец с выходом силовых линий это северный полюс, а конец, с входом этих линий, это южный полюс.