Магнитное поле Земли

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Перейти к: навигация, поиск
Классическая электродинамика
Solenoid.svg
Магнитное поле соленоида
Электричество · Магнетизм
Картина силовых линий магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом в форме стержня. Железные опилки на листе бумаги.

Магни́тное по́ле — составляющая электромагнитного поля, появляющаяся при наличии изменяющегося во времени электрического поля. Кроме того, магнитное поле может создаваться током заряженных частиц, либо магнитными моментами электронов в атомах (постоянные магниты). Основной характеристикой магнитного поля является его сила, определяемая вектором магнитной индукции \(\vec{\mathbf{B}}\) (вектор индукции магнитного поля)[1]. В СИ магнитная индукция измеряется в Тесла (Тл).

Магнитное поле — это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом.

Можно также рассматривать магнитное поле, как релятивистскую составляющую электрического поля. Точнее, магнитные поля являются необходимым следствием существования электрических полей и специальной теории относительности. Вместе, магнитное и электрическое поля образуют электромагнитное поле, проявлениями которого являются свет и прочие электромагнитных волны.

Чем создаётся[править]

Магнитное поле формируется изменяющимся во времени электрическим полем либо собственными магнитными моментами частиц. Кроме того, магнитное поле может создаваться током заряженных частиц.

Вычисление[править]

В простых случаях магнитное поле может быть найдено из закона Био — Савара — Лапласа или теоремы о циркуляции (она же — закон Ампера). В более сложных ситуациях ищется как решение уравнений Максвелла.

Проявление магнитного поля[править]

Магнитное поле проявляется в воздействии на магнитные моменты частиц и тел, на движущиеся заряженные частицы (или проводники с током). Сила, действующая на движущуюся в магнитном поле электрически заряженную частицу, называется силой Лоренца, которая всегда направлена перпендикулярно к вектору \(\mathbf{v}\)[1]. Она пропорциональна заряду частицы \(q\!\), составляющей скорости \(\mathbf{v}\), перпендикулярной направлению вектора магнитного поля \(\mathbf{B}\), и величине индукции магнитного поля \(B\!\). В системе единиц СИ сила Лоренца выражается так: $$\mathbf{F}=q[\mathbf{v},\mathbf{B}]$$

В системе единиц СГС: $$\mathbf{F}=\frac{q}{c}[\mathbf{v},\mathbf{B}]$$

Также магнитное поле действует на проводник с током. Сила, действующая на проводник будет называться силой Ампера. Эта сила складывается из сил, действующих на отдельные движущиеся внутри проводника заряды.

Взаимодействие двух магнитов[править]

Наиболее часто встречаемое проявление магнитного поля — взаимодействие двух магнитов: подобные полюса отталкиваются, противоположные притягиваются. Представляется заманчивым описать взаимодействие между магнитами, как взаимодействие между двумя монополями, но эта идея не приводит к правильному описанию явления.

Правильнее будет сказать, что на магнитный диполь помещённый в неоднородное поле действует сила, которая стремится повернуть его так, чтобы магнитный момент диполя был сонаправлен с магнитным полем.

Сила, действующая на магнитный диполь с магнитным моментом \(\mathbf{m}\) выражается по формуле: $$\mathbf{F}=\left( \mathbf{m}\cdot \nabla \right)\mathbf{B}.$$[2]

Сила, действующая на магнит со стороны неоднородного магнитного поля, может быть также определена суммированием всех сил, действующих на элементарные диполи, составляющие магнит.

Явление электромагнитной индукции[править]

Если поток вектора магнитной индукции через замкнутый контур меняется во времени, в этом контуре возникает ЭДС электромагнитной индукции.

Математическое представление[править]

Термин магнитное поле применяется к двум различным векторным полям, обозначаемым как \(\mathbf{H}\) и \(\mathbf{B}\). Величина \(\mathbf{H}\) называется напряженностью магнитного поля. Термин «магнитное поле» исторически относится к \(\mathbf{H}\), в то время как \(\mathbf{B}\) называется магнитной индукцией. Магнитная индукция \(\mathbf{B}\) является основной[2][3][4] характеристикой магнитного поля, так как, во-первых, именно она определяет действующую на заряды силу, а во-вторых, векторы \(\mathbf B\) и \(\mathbf E\) на самом деле являются компонентами единого тензора электромагнитного поля. Аналогично, в единый тензор объединяются величины \(\mathbf H\) и \(\mathbf D\). В свою очередь, разделение электромагнитного поля на электрическое и магнитное является совершенно условным и зависящим от выбора системы отсчёта, поэтому вектора \(\mathbf B\) и \(\mathbf E\) должны рассматриваться совместно.

Единицы измерения[править]

Величина \(\mathbf{B}\) в системе единиц СИ измеряется в теслах, в системе СГС в гауссах.

Векторное поле \(\mathbf{H}\) измеряется в амперах на метр (А/м) в системе СИ и в эрстедах в СГС. Эрстеды и гауссы являются тождественными величинами, их разделение является чисто терминологическим.

Энергия магнитного поля[править]

Энергию магнитного поля можно найти по формуле: $$W = {{\Phi I} \over 2} = {{L I^2} \over 2}$$

где:

Φмагнитный поток,
I — ток,
Lиндуктивность катушки или витка с током.

Токи Фуко[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Токи Фуко

См. также[править]

Литература[править]

  1. а б Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике: 2-е изд., перераб. — М.: Наука, Главная редакция физико-матеметической литературы, 1985, — 512 с.
  2. а б Сивухин Д. В. Общий курс физики. — Изд. 4-е, стереотипное. — М.: Физматлит; Изд-во МФТИ, 2004. — 656 с. — ISBN 5-9221-0227-3; 5-89155-086-5>
  3. При рассмотрении задач не на микроскопическом масштабе, а на т.н. физически бесконечно малом масштабе (ФЭ,Л-М.у.)
  4. [1]

cy:Maes magnetigeo:Kampo (magneto)ext:Campu manéticuhu:Mágneses mezőlt:Magnetinis laukas lv:Magnētiskais lauksnn:Magnetfeltscn:Campu magneticu (artìculu 'n calabbrisi)su:Médan Magnétikur:مقناطیسی میدان