кольцо в магнитном поле

Мир в магнитном кольце

Кандидат технических наук Михаил Федорович Остриков сделал научное открытие, можно сказать, на ходу, а если точнее – в поезде, возвращаясь из Москвы в Ленинград. В столице он был по делу – пытался получить авторское свидетельство на свое очередное изобретение. Но после беседы с экспертами ВНИИГПЭ зарегистрировать новшество не удалось.

И вот, сидя в купе, он вертел в руках обычный металлический шарик от подшипника и ферритовое кольцо – детали отвергнутого изобретения. После очередного толчка поезда шарик закатился в кольцо, да и остался в нем. Михаил Федорович собирался уж было вынуть шарик, но вдруг ощутил, как надежно тот обосновался внутри. При его выталкивании в ту или иную сторону ощущалось противодействие, возвращающее шарик обратно.

Вроде бы все понятно: ферритовое кольцо – магнит, притягивающий металл. Остриков машинально представил себе общепринятую картину силовых линий кольцевого магнита и с этого момента лишился покоя.

Действительно, а какова картина магнитных силовых линий ферритового кольца с прямоугольным поперечным сечением, если одна его сторона представляет собой северный полюс, а другая – южный? Оказывается, в учебниках и справочной литературе по магнетизму она не приводится. Специалисты, к которым Остриков обращался со своим «наивным» вопросом, обычно отвечали «Все очень просто Структура линий будет примерно такой же, как у кольцевого проводника с постоянным током». – «Но тогда, – говорил Михаил Федорович, – непонятно, почему шарик так прочно обосновывается внутри кольца, попадая будто в мешок».

Наконец, он поставил простой опыт. Повернул ферритовое кольцо на ребро, продел сквозь картонку и насыпал на нее мелких металлических опилок. Встряхнул, чтобы они распределились в соответствии с магнитным полем, и увидел, что все происходит далеко не так. В области, прилегающей к отверстию кольца, с линиями происходило что-то непонятное. Вместо того чтобы непрерывно пронизывать его, они расходились, очерчивая фигуру, напоминающую туго набитый мешок Он имел как бы две завязки – вверху и внизу (особые точки 1 и 2 на рис. 1) Эта область, по сути, и есть открытие Острикова. Он назвал ее магнитным балджем (bulging – англ. выпуклый, выпяченный).

Рис. 1. Структура магнитных силовых линий ферритового кольца
(представлено в разрезе)

Оказалось, что в точках 1 и 2 происходят «чудеса» – магнитное поле в них меняет направление. Одно из доказательств этого Михаил Федорович продемонстрировал прямо в редакции.

Рис. 2. а – гайка примагнитилась к поверхности шара, лежащей ниже второй особой точки; б – гайка отваливается от поверхности шара попавшей в окрестность особой точки; в – гайка вновь примагнитилась к шару над особой точкой

Он поднес снизу к ферритовому кольцу стальной шарик, а к его нижней части металлическую гайку. Она тут же притянулась к нему (рис. 2а). Здесь все понятно – шарик, попав в магнитное поле кольца, стал магнитом. Далее исследователь стал вносить шарик снизу вверх в кольцо. И вдруг – гайка отвалилась и упала на стол (рис. 2б). Вот она, нижняя особая точка! В ней изменилось направление поля, шарик стал перемагничиваться и оттолкнул от себя гайку. Подняв шарик выше особой точки, гайку вновь можно примагнитить к нему (рис. 2в).

У Острикова поставлен с десяток опытов, подтверждающих наличие магнитного балджа. А что проку в нем? – возникает естественный вопрос.

Зная о балдже, можно создать и более прозаические конструкции – бесконтактные подшипники, центрифуги, амортизаторы и многое другое.

Но самым глобальным следствием обнаруженного явления может оказаться пересмотр модели мироздания. Кружащие по своим орбитам шарики натолкнули Острикова на мысль, что и наша Земля движется под действием магнитных сил внутри вращающегося звездного кольца – Млечного Пути. Кто знает, возможно, открыв магнитную картину Вселенной, мы создадим новые способы перемещения в ней, и тогда балдж будет преподаваться в школьном курсе физики заодно с конструкцией МЛО – магнитных летающих объектов?

Источник

Магнитное поле кругового тока

Вы будете перенаправлены на Автор24

Французские ученые Ж. Био и Ф. Савар изучали магнитные поля, создаваемые постоянными токами разной формы. Результаты их работы обобщил известный математик и физик П. Лаплас.

Применение закона Био – Савара – Лапласа к вычислению магнитного поля кругового тока

Магнитные поля подчиняются принципу суперпозиции:

Суммарную магнитную индукцию поля, создаваемого несколькими источниками, находят как геометрическую сумму векторов магнитной индукции отдельных полей:

Если распределение токов можно считать непрерывным, то принцип суперпозиции можно записать:

Вычисление магнитной индукции поля с применением закона Био-Савара-Лапласа довольно сложная процедура. Но при существовании определенной симметрии в распределении токов, используя, рассмотренный нами закон и принцип суперпозиции, рассчитать конкретные поля просто. В любом случае следует придерживаться следующей схемы действий:

Готовые работы на аналогичную тему

Магнитное поле кругового тока в его центре

Рисунок 1. Магнитное поле кругового тока в его центре. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Запишем закон Био-Савара-Лапласа для модуля вектора индукции поля, создаваемого элементом d$l_1$:

Учитывая сказанное выражение (5) представим в виде:

Поскольку наш ток является непрерывным, то для нахождения полного поля в его центре, мы проинтегрируем (6), имеем:

Индукция магнитного поля кругового тока на его оси

Рисунок 2. Индукция магнитного поля кругового тока на его оси. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Как основу для выполнения поставленной задачи возьмем закон Био-Савара-Лапласа (1), где из рис.2 мы видим, что:

$d\vec\times \vec=d\vec\times \vec+d\vec\times \vec(9).$

Используя принцип суперпозиции закон (1) для нашего тока и формулы (8-9) запишем:

$\oint\limits_L \times \vec> =(\oint\limits_L )\times\vec> =0\, \left( 11 \right),$

$\oint\limits_L \times \vec=\oint\limits_L <\vecRdl=\vecR>> \oint\limits_L R> 2\pi R=2\pi R^<2>\vec\left( 12 \right)$.

Подставляем результаты интегрирования из (12) в (10), имеем:

где при записи окончательного результата мы учли, что:

Кольца Гельмгольца

Кольцами Гельмгольца считают пару проводников в виде колец одного радиуса, расположенных в параллельных плоскостях (рис.3) на одной оси. Расстояние между плоскостями колец равно их радиусу.

Рисунок 3. Кольца Гельмгольца. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Рассмотрим магнитное поле на оси этих колец.

Декартову систему координат разместим так, что ее начало совпадает с центром нижнего кольца с током. Ось Z нашей системы будет направлена по оси колец (рис.3).

Исследуем полученное поле. Считается, что магнитное поле на оси колец Гельмгольца на посередине между ними является однородным.

Неоднородность в первом приближении характеризуют первой производной:

На середине их общей оси ($z=\frac<2>)$, получаем:

Источник

Представление о магнитном поле

Мы все знаем, что такое постоянные магниты. Магниты – это металлические тела, притягивающиеся к другим магнитам и к некоторым металлам. То, что располагается вокруг магнита и взаимодействует с окружающими предметами (притягивает или отталкивает некоторые из них), называется магнитным полем.

Источником любого магнитного поля являются движущиеся заряженные частицы. А направленное движение заряженных частиц называется электрическим током. То есть, любое магнитное поле вызывается исключительно электрическим током.

За направление электрического тока принимают направление движения положительно заряженных частиц. Если же движутся отрицательные заряды, то направление тока считается обратным движению таких зарядов. Представьте себе, что по кольцевой трубе течет вода. Но мы будем считать, что некий «ток» при этом движется в противоположном направлении. Электрический ток обозначается буквой I.

В металлах ток образуется движением электронов – отрицательно заряженных частиц. На рисунке ниже, электроны движутся по проводнику справа налево. Но считается, что электрический ток направлен слева направо.

Это произошло потому, что когда начали изучение электрические явления, не было известно, какими именно носителями чаще всего переносится ток.

Если мы посмотрим на этот проводник с левой стороны, так, чтобы ток шел «от нас», то магнитное поле этого тока будет направлено вокруг него по часовой стрелке.

Если рядом с этим проводником расположить компас, то его стрелка развернется перпендикулярно проводнику, параллельно «силовым линиям магнитного поля» — параллельно черной кольцевой стрелке на рисунке.

Если мы возьмем шарик, имеющий положительный заряд (имеющий дефицит электронов) и бросим его вперед, то вокруг этого шарика появится точно такое же кольцевое магнитное поле, закручивающееся вокруг него по часовой стрелке.

Ведь здесь тоже имеет место направленное движение заряда. А направленное движение зарядов есть электрический ток. Если есть ток, вокруг него должно быть магнитное поле.

Движущийся заряд (или множество зарядов – в случае электрического тока в проводнике) создает вокруг себя «тоннель» из магнитного поля. Стенки этого «тоннеля» «плотнее» вблизи движущего заряда. Чем дальше от движущегося заряда, тем слабее напряженность («сила») создаваемого им магнитного поля. Тем слабее реагирует на это поле стрелка компаса.

Закономерность распределение напряженности магнитного поля вокруг его источника такая же, как закономерность распределения электрического поля вокруг заряженного тела – она обратно пропорциональна квадрату расстояния до источника поля.

Если положительно заряженный шарик перемещается по кругу, то кольца магнитных полей, образующихся вокруг него по мере его движения, суммируются, и мы получим магнитное поле, направленное перпендикулярно плоскости, в которой перемещается заряд:

Магнитный «тоннель» вокруг заряда оказывается свернутым в кольцо и напоминает по форме тор (бублик).

Такой же эффект получается, если свернуть в кольцо проводник с током. Проводник с током, свернутый в многовитковую катушку называется электромагнитом. Вокруг катушки складываются магнитные поля движущихся в ней заряженных частиц — электронов.

А если заряженный шарик вращать вокруг его оси, то у него появится магнитное поле, как у Земли, направленное вдоль оси вращения. В данном случае током, вызывающим появление магнитного поля, является круговое движение заряда вокруг оси шарика – круговой электрический ток.

Здесь, по сути, происходит то же самое, что и при движении шарика по кольцевой орбите. Только радиус этой орбиты уменьшен до радиуса самого шарика.

Все сказанное выше справедливо и для шарика заряженного отрицательно, но его магнитное поле будет направлено в противоположную сторону.

Данный эффект был обнаружен в опытах Роуланда и Эйхенвальда. Эти господа регистрировали магнитные поля вблизи вращающихся заряженных дисков: рядом с этими дисками начинала отклоняться стрелка компаса. Направления магнитных полей в зависимости от знака заряда дисков и направления их вращения, показаны на рисунке:

При вращении незаряженного диска, магнитные поля не обнаруживались. Не было магнитных полей и вблизи неподвижных заряженных дисков.

Модель магнитного поля движущегося заряда

Чтобы запомнить направление магнитного поля движущегося положительного заряда, мы представим себя на его месте. Поднимем правую руку вверх, затем укажем ею направо, затем опустим ее вниз, затем укажем влево и вернем руку в исходное положение – вверх. Затем повторим это движение. Наша рука описывает круги по часовой стрелке. Теперь начнем движение вперед, продолжая вращать рукой. Движение нашего тела – аналог движения положительного заряда, а вращение руки по часовой стрелке – аналог магнитного поля заряда.

Теперь представьте себе, что вокруг нас находится тонкая и прочная эластичная паутина, похожая на струны пространства, которые мы рисовали, создавая модель электрического поля.

Когда мы движемся сквозь эту трехмерную «паутину», из-за вращения руки, она, деформируясь, смещается по часовой стрелке, образуя подобие спирали, словно бы наматываясь в катушку вокруг заряда.

Сзади, за нами, «паутина» восстанавливает свою правильную структуру. Примерно так можно представлять себе магнитное поле положительного заряда, движущегося прямо.

А теперь попробуйте двигаться не прямо вперед, а по кругу, например, поворачивая при ходьбе налево, при этом вращая рукой по часовой стрелке. Представьте себе, что вы движетесь через нечто, напоминающее желе. Из-за вращения вашей руки, внутри круга, по которому вы движетесь, «желе» будет смещаться вверх, образуя горб над центром круга. А под центром круга, образуется впадина из-за того, что часть желе сместилось вверх. Так можно представлять себе формирование северного (горб сверху) и южного (впадина снизу) полюсов при движении заряда по кольцу или его вращения.

Если при ходьбе вы будете поворачивать направо, то «горб» (северный полюс) сформируется снизу.

Аналогично можно сформировать представление о магнитном поле движущегося отрицательного заряда. Только вращать рукой нужно в противоположную сторону – против часовой стрелки. Соответственно, магнитное поле будет направлено в противоположную сторону. Просто каждый раз следите за тем, в какой сторону ваша рука выталкивает «желе».

Такая модель наглядно демонстрирует то, почему северный полюс одного магнита притягивается к южному полюсу другого магнита: «горб» одного из магнитов втягивается во «впадину» второго магнита.

И еще эта модель показывает, почему не существуют отдельных северных и южных полюсов магнитов, как бы мы их не разрезали – магнитное поле представляет собой вихревую (замкнутую) «деформацию пространства» вокруг траектории движущегося заряда.

У электрона было обнаружено магнитное поле, такое, какое у него должно быть в том случае, если бы он был шариком, вращающимся вокруг своей оси. Это магнитное поле назвали спином (от английского to spin — вращаться).

Кроме того, у электрона существует еще и орбитальный магнитный момент. Ведь электрон не только «вращается», но движется по орбите вокруг ядра атома. А движение заряженного тела порождает магнитное поле. Так как электрон заряжен отрицательно, магнитное поле, вызванное его движением по орбите, будет выглядеть так:

Если направление магнитного поля, вызванного движением электрона по орбите, совпадает с направлением магнитного поля самого электрона (его спином), эти поля складываются и усиливаются. Если же эти магнитные поля направлены в разные стороны, они вычитаются и ослабляют друг друга.

Кроме того, могут суммироваться или вычитаться друг из друга магнитные поля других электронов атома. Этим объясняется наличие или отсутствие магнетизма (реакции на внешнее магнитное поле или наличие собственного магнитного поля) некоторых веществ.

Эта статья — отрывок из книги об азах химии. Сама книга здесь:
sites.google.com/site/kontrudar13/himia

UPD: Материал предназначен, в первую очередь, для школьников средних классов. Возможно, Хабр не место для подобных вещей, Но где место? Нет его.

Источник

Магнитные линии кольцевого магнита

Кандидат технических наук Михаил Федорович Остриков сделал научное открытие, можно сказать, на ходу, а если точнее – в поезде, возвращаясь из Москвы в Ленинград. В столице он был по делу – пытался получить авторское свидетельство на свое очередное изобретение. Но после беседы с экспертами ВНИИГПЭ зарегистрировать новшество не удалось.

И вот, сидя в купе, он вертел в руках обычный металлический шарик от подшипника и ферритовое кольцо – детали отвергнутого изобретения. После очередного толчка поезда шарик закатился в кольцо, да и остался в нем. Михаил Федорович собирался уж было вынуть шарик, но вдруг ощутил, как надежно тот обосновался внутри. При его выталкивании в ту или иную сторону ощущалось противодействие, возвращающее шарик обратно.

Вроде бы все понятно: ферритовое кольцо – магнит, притягивающий металл. Остриков машинально представил себе общепринятую картину силовых линий кольцевого магнита и с этого момента лишился покоя.

Действительно, а какова картина магнитных силовых линий ферритового кольца с прямоугольным поперечным сечением, если одна его сторона представляет собой северный полюс, а другая – южный? Оказывается, в учебниках и справочной литературе по магнетизму она не приводится. Специалисты, к которым Остриков обращался со своим «наивным» вопросом, обычно отвечали «Все очень просто Структура линий будет примерно такой же, как у кольцевого проводника с постоянным током». – «Но тогда, – говорил Михаил Федорович, – непонятно, почему шарик так прочно обосновывается внутри кольца, попадая будто в мешок».

Наконец, он поставил простой опыт. Повернул ферритовое кольцо на ребро, продел сквозь картонку и насыпал на нее мелких металлических опилок. Встряхнул, чтобы они распределились в соответствии с магнитным полем, и увидел, что все происходит далеко не так. В области, прилегающей к отверстию кольца, с линиями происходило что-то непонятное. Вместо того чтобы непрерывно пронизывать его, они расходились, очерчивая фигуру, напоминающую туго набитый мешок Он имел как бы две завязки – вверху и внизу (особые точки 1 и 2 на рис. 1) Эта область, по сути, и есть открытие Острикова. Он назвал ее магнитным балджем (bulging – англ. выпуклый, выпяченный).

Рис. 1. Структура магнитных силовых линий ферритового кольца
(представлено в разрезе)

Оказалось, что в точках 1 и 2 происходят «чудеса» – магнитное поле в них меняет направление. Одно из доказательств этого Михаил Федорович продемонстрировал прямо в редакции.

Рис. 2. а – гайка примагнитилась к поверхности шара, лежащей ниже второй особой точки; б – гайка отваливается от поверхности шара попавшей в окрестность особой точки; в – гайка вновь примагнитилась к шару над особой точкой

Он поднес снизу к ферритовому кольцу стальной шарик, а к его нижней части металлическую гайку. Она тут же притянулась к нему (рис. 2а). Здесь все понятно – шарик, попав в магнитное поле кольца, стал магнитом. Далее исследователь стал вносить шарик снизу вверх в кольцо. И вдруг – гайка отвалилась и упала на стол (рис. 2б). Вот она, нижняя особая точка! В ней изменилось направление поля, шарик стал перемагничиваться и оттолкнул от себя гайку. Подняв шарик выше особой точки, гайку вновь можно примагнитить к нему (рис. 2в).

У Острикова поставлен с десяток опытов, подтверждающих наличие магнитного балджа. А что проку в нем? – возникает естественный вопрос.

Зная о балдже, можно создать и более прозаические конструкции – бесконтактные подшипники, центрифуги, амортизаторы и многое другое.

Но самым глобальным следствием обнаруженного явления может оказаться пересмотр модели мироздания. Кружащие по своим орбитам шарики натолкнули Острикова на мысль, что и наша Земля движется под действием магнитных сил внутри вращающегося звездного кольца – Млечного Пути. Кто знает, возможно, открыв магнитную картину Вселенной, мы создадим новые способы перемещения в ней, и тогда балдж будет преподаваться в школьном курсе физики заодно с конструкцией МЛО – магнитных летающих объектов?

Среди действий эл.тока есть магнитное (см 10 вопрос). Оно проявляется в том, что между проводниками с током возникают силы взаимодействия, которые назвали магнитными. Для изучения магнитного действия тока воспользуемся магнитной стрелкой (два полюса и ось, которая их соединяет).

Опыт — расположим проводник, включенный в цепь источника тока, над магнитной стрелкой, параллельно ее оси. При замыкании цепи стрелка отклоняется от первоначального положения. При размыкании – возвращается обратно. Опыт показывает существование вокруг проводника магнитного поля, которое и взаимодействует со стрелкой. Таким образом магнитное поле существует вокруг любого проводника с током, т.е. вокруг движущихся эл.зарядов. Вокруг неподвижных эл.зарядов существует только электростатическое поле, вокруг движущихся – и электрическое, и магнитное.

Существование магн.поля можно определить железными опилками (опыт – проводник с током через лист картона с опилками).

Согласно гипотезе Ампера магнитные свойства любого тела определяются замкнутыми эл.токами внутри него. Внутри молекул циркулируют элементарные эл.токи. Если токи расположены хаотично, то компенсируют друг друга и у тела нет магнитных свойств. В намагниченном состоянии эти токи ориентированы строго определенным образом и их действия складываются.

Т.о. магнитные взаимодействия обусловлены движением эл.зарядов – током. Ток создает магнитное поле. Взаимодействие токов можно наблюдать на опыте – два гибких проводника, источник тока. Если верхние концы проводников соединены так, что ток в каждом противоположного направления – проводники отталкиваются. Если ток одного направления – притягиваются. Если ток идет только по одному проводнику – взаимодействия нет.

Следовательно, в пространстве, окружающем эл.заряды, возникает эл.поле, так и в пространстве, окружающем проводники с током, возникает магнитное поле.

Магнитное поле – особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами. Оно материально, существует независимо от нас и наших знаний, и обладает определенными свойствами.

Свойства магнитного поля – порождается током (движущимися зарядами), и обнаруживается по действию на ток (движ.заряды). Для описания взаимодействия токов, требуются ввести несколько величин. Исследования проводятся с помощью контура с током малых (по сравнению с расстояниями, на которых магнитное поле заметно изменяется) размеров. Опыт – подвесим рамку с током между полюсами магнита. Рамка будет поворачиваться до тех пор, пока ее плоскость не станет перпендикулярной к линии, соединяющей полюса магнита. Аналогично ведет себя и магнитная стрелка. Следовательно, величина, характеризующая магнитное поле, должна быть векторной.

Вектор магнитной индукции – векторная величина, характеризующая магнитное поле. Всегда перпендикулярен току в проводнике.

Если вращать рукоятку буравчика с правой нарезкой по направлению тока в рамке, направление совпадет с перпендикуляром к плоскости рамки в сторону поступательного движения буравчика (Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением ). Для соленоида — если обхватить соленоид ладонью правой руки так, чтобы четыре пальца были направлены вдоль тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление внутри соленоида.

Линии магнитной индукции— линии, касательные к которым направлены так же, как и вектор в данной точке пространства.

Как и в случае линий напряженности электрического поля, считаем, что густота линий характеризует в данном месте. Они всегда замкнуты, что означает равенство нулю потока магнитной индукции через замкнутую поверхность. Это свойство магнитного поля связано с отсутствием магнитных зарядов.

в магнитном поле прямого проводника с током магнитная стрелка устанавливается по касательной к окружности. Плоскость окружности перпендикулярна проводу, ее центр лежит на оси провода. Направление устанавливают по правилу буравчика. Буравчик должен двигаться в направлении тока. Концы его рукоятки будут перемещаться в направлении, принятом за направление . Линии магнитного поля представляют собой концентрические окружности, которые сгущаются к центру. Следовательно, магнитная индукция вблизи проводника больше, чем вдали.

Магнитное поле кольца с током

Магнитное поле катушки с током — если катушку подвесить на тонких проводниках, она установится так же, как и магнитная стрелка. Т.о. у катушки есть два полюса – северный и южный. Если длина катушки много больше его диаметра, то поле внутри катушки считаем однородным. Внутри катушки линии поля параллельны, их густота везде одинакова. Вне катушки они направлены от северного пояса к южному. Катушки с током используют в качестве магнитов. Они удобны тем, что магнитное действие можно изменять в широких пределах (магнитное действие тем сильнее, чем больше количество витков или больше сила тока). Железо, введенное внутрь катушки, усиливает магнитное действие катушки.

Катушка с железным сердечником внутри – электромагнит. Они могут быть разных размеров, их магнитное действие можно регулировать, они очень быстро размагничиваются при выключении тока. Используются – переноска тяжелых изделий, сепаратор для зерна (мелкие железные опилки прилипают к зернам сорняков, зерна высыпают на барабан, внутри которого электромагнит. Притягивая мелкие опилки, он извлекает зерна сорняков и другой мусор из общего зерна)

Если в катушку с током вставить стержень из закаленной стали, то он длительное время сохраняет намагниченность (вызванную движением электронов) после выключения тока.

Линии магнитной индукции можно сделать видимыми с помощью железных опилок.

Для магнитного поля, как и для электрического, справедлив принцип суперпозиции. Если в данной точке пространства различные токи создают магнитные поля, магнитные индукции которых В₁, В₂, В₃ и т.д., то результирующая магнитная индукция в этой точке равна

Модуль магнитной индукции определяется по формуле

, где М_тах – максимальный момент сил, действующих на рамку, I – сила тока в ней, S – площадь рамки.

Магнитный поток. Вектор магнитной индукции характеризует поле в каждой точке пространства. Введем величину, которая характеризует поле во всех точках произвольно выбранной поверхности. Эту величину называют магнитным потоком. Она аналогична вектору электрической напряженности. Выделим в магнитном поле кусочек площадью ΔS, чтобы магнитную индукцию во всех его точках можно считать одинаковой. Пусть — нормаль к элементу, образующая угол α с направлением вектора .

Потоком вектора магнитной индукции через поверхность площадью ΔS называют величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь ΔS и косинус угла α между векторами и

Поток может быть как «+», так и «-», в зависимости от значения угла. Поток магнитной индукции показывает, какое количество линий пронизывает данную площадку.

Оно оказывает существенное влияние на поток заряженных частиц из космоса. Это третий защитный пояс вместе с атмосферой и ионосферой. Действуя на заряженную частицу, оно изменяет ее траекторию. Вместо прямой линии получается спираль, навивающаяся на линии индукции поля. Кроме того, поле удерживает на большой высоте заряженные частицы небольших энергий. Эти частицы окружают земной шар и называются радиационными поясами.

Магнитное поле земли меняют магнитные бури из-за солнечной активности и выброса с его поверхности огромного числа заряженных частиц.

Есть на Земле магнитные аномалии — области, где магнитные стрелки всегда отклонены от магнитных линий Земли. Причина – огромные залежи железной руды – Курская аномалия.

Существование магнитного поля Земли не объяснено до конца. Считается, что его причина – электрические токи в атмосфере и в земной коре. У планет Солнечной системы также есть магнитные поля.

Постоянные магниты — тела, длительное время сохраняющие намагниченность. Те места магнита, где обнаруживаются наиболее сильные магнитные действия – полюса магнита (северный и южный). Не все материалы одинаково хорошо притягиваются магнитом. Чугун, сталь, железо – хорошо, никель и кобальт – плохо.

В природе встречаются естественные магниты – железная руда. Его наличие позволило лучше изучить магнитные свойства тел:

— две магнитные стрелки рядом повернутся друг к другу противоположными полюсами, одноименные полюса отталкиваются,

— аналогично – стрелка и магнит,

Так как вокруг любого магнита есть магнитное поле, установим с помощью опилок, как оно выглядит у дугообразного и полосового магнита (рис). Магнитные линии замкнуты, выходят из северного и входят в южный полюс, замыкаясь внутри магнита.

Последнее изменение этой страницы: 2016-08-06; Нарушение авторского права страницы

Альтернативные источники энергии. Оставь свой мозг, сюда входящий.

Мир в магнитном кольце

И вот, сидя в купе, он вертел в руках обычный металлический шарик от подшипника и ферритовое кольцо – детали отвергнутого изобретения. После очередного толчка поезда шарик закатился в кольцо, да и остался в нем. Михаил Федорович собирался уж было вынуть шарик, но вдруг ощутил, как надежно тот обосновался внутри. При его выталкивании в ту или иную сторону ощущалось противодействие, возвращающее шарик обратно.

Вроде бы все понятно: ферритовое кольцо – магнит, притягивающий металл. Остриков машинально представил себе общепринятую картину силовых линий кольцевого магнита и с этого момента лишился покоя.

Действительно, а какова картина магнитных силовых линий ферритового кольца с прямоугольным поперечным сечением, если одна его сторона представляет собой северный полюс, а другая – южный? Оказывается, в учебниках и справочной литературе по магнетизму она не приводится. Специалисты, к которым Остриков обращался со своим «наивным» вопросом, обычно отвечали «Все очень просто Структура линий будет примерно такой же, как у кольцевого проводника с постоянным током». – «Но тогда, – говорил Михаил Федорович, – непонятно, почему шарик так прочно обосновывается внутри кольца, попадая будто в мешок».

Наконец, он поставил простой опыт. Повернул ферритовое кольцо на ребро, продел сквозь картонку и насыпал на нее мелких металлических опилок. Встряхнул, чтобы они распределились в соответствии с магнитным полем, и увидел, что все происходит далеко не так. В области, прилегающей к отверстию кольца, с линиями происходило что-то непонятное. Вместо того чтобы непрерывно пронизывать его, они расходились, очерчивая фигуру, напоминающую туго набитый мешок Он имел как бы две завязки – вверху и внизу (особые точки 1 и 2 на рис. 1) Эта область, по сути, и есть открытие Острикова. Он назвал ее магнитным балджем (bulging – англ. выпуклый, выпяченный).

Рис. 1. Структура магнитных силовых линий ферритового кольца
(представлено в разрезе)

Оказалось, что в точках 1 и 2 происходят «чудеса» – магнитное поле в них меняет направление. Одно из доказательств этого Михаил Федорович продемонстрировал прямо в редакции.

Рис. 2. а – гайка примагнитилась к поверхности шара, лежащей ниже второй особой точки; б – гайка отваливается от поверхности шара попавшей в окрестность особой точки; в – гайка вновь примагнитилась к шару над особой точкой

Он поднес снизу к ферритовому кольцу стальной шарик, а к его нижней части металлическую гайку. Она тут же притянулась к нему (рис. 2а). Здесь все понятно – шарик, попав в магнитное поле кольца, стал магнитом. Далее исследователь стал вносить шарик снизу вверх в кольцо. И вдруг – гайка отвалилась и упала на стол (рис. 2б). Вот она, нижняя особая точка! В ней изменилось направление поля, шарик стал перемагничиваться и оттолкнул от себя гайку. Подняв шарик выше особой точки, гайку вновь можно примагнитить к нему (рис. 2в).

У Острикова поставлен с десяток опытов, подтверждающих наличие магнитного балджа. А что проку в нем? – возникает естественный вопрос.

Зная о балдже, можно создать и более прозаические конструкции – бесконтактные подшипники, центрифуги, амортизаторы и многое другое.

Но самым глобальным следствием обнаруженного явления может оказаться пересмотр модели мироздания. Кружащие по своим орбитам шарики натолкнули Острикова на мысль, что и наша Земля движется под действием магнитных сил внутри вращающегося звездного кольца – Млечного Пути. Кто знает, возможно, открыв магнитную картину Вселенной, мы создадим новые способы перемещения в ней, и тогда балдж будет преподаваться в школьном курсе физики заодно с конструкцией МЛО – магнитных летающих объектов?

Ранее опубликовано:
«Техника – молодежи», №6, 1991 г

Источник