Wie entsteht ein Magnetfeld? Magnetfeld, Eigenschaften des Magnetfeldes. Über den wahren Aufbau des elektromagnetischen Feldes und seine Ausbreitungseigenschaften in Form ebener Wellen

Die Quellen des Magnetfelds sind ziehen um elektrische Ladungen (Ströme) . Im Raum um stromdurchflossene Leiter entsteht ein magnetisches Feld, ebenso wie im Raum um stationäre elektrische Ladungen ein elektrisches Feld entsteht. Das Magnetfeld von Permanentmagneten wird auch durch elektrische Mikroströme erzeugt, die in den Molekülen einer Substanz zirkulieren (Amperes Hypothese).

Um das Magnetfeld zu beschreiben, ist es notwendig, eine für das Feld charakteristische Kraft einzuführen, ähnlich dem Vektor Spannungen elektrisches Feld. Dieses Merkmal ist magnetischer Induktionsvektor Der magnetische Induktionsvektor bestimmt die Kräfte, die auf Ströme oder bewegte Ladungen in einem Magnetfeld wirken.
Als positive Richtung des Vektors wird die Richtung vom Südpol S zum Nordpol N der frei im Magnetfeld positionierten Magnetnadel angenommen. So ist es möglich, das von einem Strom oder einem Permanentmagneten erzeugte Magnetfeld mit einer kleinen Magnetnadel an jedem Punkt im Raum zu untersuchen

Um das Magnetfeld quantitativ zu beschreiben, muss nicht nur eine Methode zur Bestimmung angegeben werden
Richtung des Vektors aber und sein ModulDas Modul des magnetischen Induktionsvektors ist gleich dem Verhältnis des Maximalwerts
Amperekraft, die auf einen geraden Leiter mit Strom wirkt, entspricht der Stromstärke ICH im Leiter und seiner Länge Δ l :

Die Ampere-Kraft ist senkrecht zum magnetischen Induktionsvektor und der Richtung des durch den Leiter fließenden Stroms gerichtet. Zur Bestimmung der Richtung wird üblicherweise die Amperekraft verwendet Regel der linken Hand: Wenn Sie Ihre linke Hand so positionieren, dass die Induktionslinien in die Handfläche eindringen und die ausgestreckten Finger entlang des Stroms gerichtet sind, zeigt der abduzierte Daumen die Richtung der auf den Leiter wirkenden Kraft an.

Interplanetares Magnetfeld

Wenn der interplanetare Raum ein Vakuum wäre, könnten die einzigen Magnetfelder darin nur die Felder der Sonne und der Planeten sowie ein Feld galaktischen Ursprungs sein, das sich entlang der Spiraläste unserer Galaxie erstreckt. In diesem Fall wären die Felder der Sonne und der Planeten im interplanetaren Raum äußerst schwach.
Tatsächlich ist der interplanetare Raum kein Vakuum, sondern ist mit ionisiertem Gas gefüllt, das von der Sonne emittiert wird (Sonnenwind). Die Konzentration dieses Gases beträgt 1-10 cm -3, typische Geschwindigkeiten liegen zwischen 300 und 800 km/s, die Temperatur liegt nahe bei 10 5 K (denken Sie daran, dass die Temperatur der Korona 2×10 6 K beträgt).
sonniger Wind– Ausfluss von Plasma aus der Sonnenkorona in den interplanetaren Raum. Auf der Ebene der Erdumlaufbahn beträgt die durchschnittliche Geschwindigkeit der Sonnenwindteilchen (Protonen und Elektronen) etwa 400 km/s, die Anzahl der Teilchen beträgt mehrere Dutzend pro 1 cm 3.

Der englische Wissenschaftler William Gilbert, Hofarzt von Königin Elizabeth, zeigte im Jahr 1600 als erster, dass die Erde ein Magnet ist, dessen Achse nicht mit der Rotationsachse der Erde zusammenfällt. Folglich gibt es um die Erde, wie um jeden Magneten, ein Magnetfeld. Im Jahr 1635 entdeckte Gellibrand, dass sich das Erdmagnetfeld langsam veränderte, und Edmund Halley führte die weltweit erste magnetische Vermessung der Ozeane durch und erstellte die ersten Magnetkarten der Welt (1702). Im Jahr 1835 führte Gauß eine sphärische harmonische Analyse des Erdmagnetfeldes durch. Er schuf in Göttingen das erste magnetische Observatorium der Welt.

Ein paar Worte zu Magnetkarten. Typischerweise wird alle fünf Jahre die Verteilung des Magnetfelds auf der Erdoberfläche durch magnetische Karten von drei oder mehr magnetischen Elementen dargestellt. Auf jeder dieser Karten sind Isolinien eingezeichnet, entlang derer ein bestimmtes Element einen konstanten Wert hat. Linien gleicher Deklination D heißen Isogonen, Neigungen I heißen Isoklinen und Beträge der Gesamtstärke B heißen isodynamische Linien oder Isodinen. Die isomagnetischen Linien der Elemente H, Z, X und Y heißen Isolinien der horizontalen, vertikalen, nördlichen bzw. östlichen Komponenten.

Kehren wir zur Zeichnung zurück. Es zeigt einen Kreis mit einem Winkelradius von 90° - d, der den Stand der Sonne auf der Erdoberfläche beschreibt. Der durch den Punkt P und den geomagnetischen Pol B gezogene Großkreisbogen schneidet diesen Kreis an den Punkten H' n und H' m, die jeweils die Position der Sonne zum Zeitpunkt des geomagnetischen Mittags und der geomagnetischen Mitternacht des Punktes P anzeigen. Diese Die Momente hängen vom Breitengrad des Punktes P ab. Die Positionen der Sonne am lokalen wahren Mittag und Mitternacht werden durch die Punkte H n bzw. H m angezeigt. Wenn d positiv ist (Sommer auf der Nordhalbkugel), dann ist die Morgenhälfte des geomagnetischen Tages nicht gleich der Abendhälfte. In hohen Breiten kann die geomagnetische Zeit den größten Teil des Tages stark von der wahren oder mittleren Zeit abweichen.
Wenn wir über Zeit- und Koordinatensysteme sprechen, sprechen wir auch über die Berücksichtigung der Exzentrizität des magnetischen Dipols. Der exzentrische Dipol driftet seit 1836 langsam nach außen (Norden und Westen). Hat er die Äquatorialebene überquert? um 1862. Seine radiale Flugbahn liegt im Gebiet der Gilbert-Insel im Pazifischen Ozean

AUSWIRKUNG DES MAGNETFELDES AUF DEN STROM

Innerhalb jedes Sektors variieren die Sonnenwindgeschwindigkeit und die Partikeldichte systematisch. Raketenbeobachtungen zeigen, dass beide Parameter an der Sektorgrenze stark ansteigen. Am Ende des zweiten Tages nach dem Passieren der Sektorengrenze nimmt die Dichte sehr schnell zu und beginnt dann, nach zwei bis drei Tagen, langsam zuzunehmen. Die Sonnenwindgeschwindigkeit nimmt am zweiten oder dritten Tag nach Erreichen ihres Höhepunkts langsam ab. Die Sektorstruktur und die festgestellten Geschwindigkeits- und Dichteschwankungen stehen in engem Zusammenhang mit magnetosphärischen Störungen. Die Sektorstruktur ist ziemlich stabil, sodass sich die gesamte Stromstruktur mindestens mehrere Sonnenumdrehungen lang mit der Sonne dreht und etwa alle 27 Tage über die Erde fließt.

Einführung

Was ist ein Magnetfeld? Jeder hat davon gehört, jeder hat gesehen, wie sich die magnetisierte Kompassnadel immer mit dem gleichen Ende zum magnetischen Nordpol und mit dem anderen Ende immer zum magnetischen Südpol dreht. Was einen Menschen vom klügsten Tier unterscheidet, ist, dass er neugierig ist und wissen möchte, warum das passiert, wie es funktioniert, was auf diese Weise passiert. Um zu erklären, was um ihn herum geschah, erfand der alte Mensch die Götter. Geister und Götter in den Köpfen der Menschen waren die Faktoren, die alles erklärten, was ein Mensch sah, hörte, wovon das Glück bei der Jagd und im Krieg abhing, wer die Sonne über den Himmel bewegte, wer ein Gewitter machte, Regen vergoss und Schnee goss, im Allgemeinen alles, was existiert, alles, was passiert. Stellen Sie sich vor, ein kleiner Enkel kommt auf seinen Großvater zu, zeigt auf einen Blitz und fragt: Was ist das, warum fliegt Feuer von einer Wolke zur Erde und wer klopft dort in den Wolken so laut? Wenn der Großvater antwortete: „Ich weiß es nicht“, dann sah ihn der Enkel mit Bedauern an und begann, ihn weniger zu respektieren. Aber als der Großvater sagte, dass es der Gott Yarilo war, der mit einem Streitwagen durch die Wolken fuhr und feurige Pfeile auf böse Menschen schoss, hörte der Enkel zu und respektierte seinen Großvater noch mehr. Er hatte weniger Angst vor Donner und Blitz, weil er wusste, dass er gut war und Yarilo nicht auf ihn schießen würde.

Als ich in früher Kindheit anfing, Streiche zu spielen, sagte Oma Anna immer: „Schurka, schau, spiel keine Streiche, sonst schlägt Gott dich mit einem Kieselstein.“ Und gleichzeitig zeigte sie auf das Symbol in der roten Ecke der Regalgöttin. Ich schwieg eine Weile und blickte misstrauisch auf den strengen Mann auf der Tafel, doch eines Tages zweifelte ich an seiner Fähigkeit, Steine ​​zu werfen. Er stellte einen Hocker auf die Bank, kletterte darauf und blickte auf das Regal hinter der Ikone. Ich habe dort keine Steine ​​gesehen, und als die Großmutter wieder einmal anfing, mich zu erschrecken, lachte sie und sagte: „Er hat keine Steine, und im Allgemeinen ist er gezeichnet und kann nicht werfen. Und das ist auch nicht nötig.“ Mach mir Angst, lieber Gott, ich bin nicht mehr klein.“ Ebenso bezweifelte unser entfernter Vorfahre einst, dass es Yarilo war, der in den Himmel ritt und Pfeile schoss. Damals entstand rationales Wissen, als die Menschen an der Allmacht der Götter zweifelten. Aber womit haben sie sie ersetzt? Und sie ersetzten die Götter durch die Naturgesetze und begannen fest an diese Gesetze zu glauben. Aber wo der Mensch mit den Naturgesetzen nicht erklären kann, was passiert, hat er den Göttern Raum gelassen. Deshalb existieren Religion und Wissenschaft bis heute in der Gesellschaft nebeneinander.

Ich erinnere mich, wie meine älteren Freunde uns Kindern einen Trick zeigten. Ein auf den Tisch gelegter Eisennagel bewegte sich von selbst über den Tisch, und der Zauberer unter dem Tisch bewegte seine Hand. Der Nagel folgte der Hand. Wir starrten es überrascht an und verstanden nicht, warum sich der Nagel bewegte. Als ich meiner Mutter von diesem Trick erzählte, erklärte sie, dass der Typ einen Magneten in der Hand hatte, der Eisen an sich zog, dass der Typ unter dem Tisch nicht nur seine Hand bewegte, sondern dass er einen Magneten in der Hand hatte. In diesem Moment befriedigte diese Erklärung meine Neugier, doch wenig später wollte ich verstehen, warum ein Magnet in einiger Entfernung – durch eine Tischplatte, durch eine Luftschicht – Eisen anzieht. Weder meine Mutter noch mein Vater konnten diese Frage beantworten. Ich musste bis zur Schule warten. Dort erklärte der Lehrer in einer Physikstunde, dass ein Magnet durch ein Magnetfeld, das er um sich herum erzeugt, auf Eisen einwirkt, dass ein Magnet zwei Pole hat – einen Nord- und einen Südpol –, dass einige unsichtbare magnetische Kraftlinien aus dem Norden kommen, die sich in einem Bogen biegen und in den Südpol eintreten.

Dann dachte ich zum ersten Mal: ​​Es bedeutet, dass es auf der Welt neben dem Sichtbaren, Hörbaren und Greifbaren auch etwas Unsichtbares und Ungreifbares gibt. Dann dachte ich: Was wäre, wenn Gott unsichtbar und nicht greifbar wäre – wie dieses Magnetfeld. Es scheint nirgendwo zu sein, aber es existiert immer noch. Und auf Ikonen wird er aus Dummheit als Bauer dargestellt. Ich wusste damals noch nicht, dass der Philosoph Spinoza schon vor mir daran gedacht hatte, der begann, Natur und Gott als eins und untrennbar, sichtbar und unsichtbar, zu betrachten. Die Natur ist Gott!

Ich erinnere mich, dass ich versucht habe, mir vorzustellen, dass dieses Magnetfeld aus Kraftlinien besteht, aber ich habe nichts verstanden. Ich habe diese Zeilen weder gesehen noch gehört. Sie rochen nach nichts, und es war mir damals nicht ganz klar zu glauben, dass es um uns herum etwas geben könnte, das wir überhaupt nicht spüren konnten. Eisennägel und Feilspäne spürten das Magnetfeld und orientierten und bewegten sich darin, aber ich spürte mit meinen subtilen Sinnen nichts. Diese Minderwertigkeit hat mich ehrlich gesagt deprimiert. Aber nicht nur ich. A. Einstein schrieb über seine große Überraschung über die Eigenschaften des Magneten, den er sah und den ihm sein Vater als Kind zum Geburtstag schenkte, weil er nicht verstehen konnte, wie und warum diese attraktiven Eigenschaften des Magneten auftreten.

Als uns der Sozialkundelehrer bereits in der 10. Klasse mit der Definition von Materie nach V.I. bekannt machte. Lenin: „Materie ist das, was um uns herum existiert und uns in Empfindungen gegeben wird“, fragte ich sie empört: „Aber wir spüren das Magnetfeld nicht, aber es existiert, nicht wahr?“ Ja, die Sinne allein reichen nicht aus, um alle Formen der Materie wahrzunehmen; wir brauchen auch einen Geist, mit dessen Hilfe wir, wenn wir etwas nicht fühlen, es nicht fühlen, dann verstehen, dass es existiert. Als mir dies klar wurde, beschloss ich, Naturwissenschaften zu studieren und meinen Geist weiterzuentwickeln, in der Hoffnung, dadurch viele Dinge verstehen zu können. Aber als ich den Raum des für mich Verständlichen erweiterte, verschwand das Unverständliche nicht, sondern entfernte sich nur, und die Horizontlinie des Unverständlichen wurde immer länger, da der Kreis des Bekannten größer wurde und die Länge seines Umfangs, Auch die Trennung zwischen dem, was mein Verstand verstanden hatte, und dem Unbekannten und Unverständlichen nahm zu. Das ist das Hauptparadox des Wissens: Je mehr wir lernen und verstehen, desto mehr wissen wir immer noch nicht. Auch Nikolaus von Kues schrieb über diesen gelehrten Unwissenden, der aus irgendeinem Grund als scholastischer Philosoph gilt, obwohl die Wahrheit, die er entdeckte, eher darauf hindeutet, dass er ein Dialektiker war.

Die ersten Erwähnungen von Gesteinen, die Eisen anziehen können, stammen aus der Antike. Der Magnet ist mit einer alten Legende über den Hirten Magnus verbunden, der einst entdeckte, dass sein mit Eisennägeln besetzter Eisenstab und seine Sandalen von einem unbekannten Stein angezogen wurden. Seitdem wird dieser Stein „Magnusstein“ oder Magnet genannt.

Der Ursprung und das Wesen des Erdmagnetfeldes sowie der Magnetfelder im Allgemeinen sind bis heute ein Rätsel. Es gibt viele Hypothesen – Möglichkeiten, dieses Phänomen zu erklären, aber die Wahrheit ist immer noch „da draußen“. So definieren Physiker das Magnetfeld: „ Ein Magnetfeld ist ein Kraftfeld, das auf sich bewegende elektrische Ladungen und auf Körper mit einem magnetischen Moment wirkt, unabhängig vom Zustand ihrer Bewegung.“ Und weiter: „Ein magnetisches Feld kann durch einen Strom geladener Teilchen und/oder magnetische Momente von Elektronen in erzeugt werden.“ Atome (und magnetische Momente anderer Teilchen, wenn auch in deutlich geringerem Maße). Darüber hinaus erscheint es in Gegenwart eines zeitlich veränderlichen elektrischen Feldes.“ Ich würde nicht sagen, dass dies aus logischer Sicht eine brillante Definition ist. Zu sagen, dass ein magnetisches Feld ein Kraftfeld ist, bedeutet nichts zu sagen, es ist eine Tautologie. Schließlich ist ein Gravitationsfeld auch ein Kraftfeld, und das Feld der Kernkräfte ist eine Kraft! Die Angabe des Einflusses eines Magnetfeldes auf sich bewegende elektrische Ladungen sagt etwas aus, dies ist eine Beschreibung eines davon Eigenschaften des Magnetfelds. Es ist jedoch nicht klar, ob das Magnetfeld direkt auf Teilchen mit elektrischen Ladungen einwirkt oder ob es auf die von diesen Teilchen gebildeten Magnetfelder einwirkt und diese (transformierte Felder von Teilchen) wiederum auf die Teilchen einwirken – sie übertragen ihnen den empfangenen Impuls.

Der englische Arzt und Physiker William Gilbert untersuchte als erster magnetische Phänomene, als er das Werk „Über den Magneten, magnetische Körper und den großen Magneten – die Erde“ schrieb. Damals glaubte man, dass Elektrizität und Magnetismus nichts gemeinsam hätten. Aber zu Beginn des 19. Jahrhunderts. Der dänische Wissenschaftler G.H. Oersted bewies 1820 experimentell, dass der Magnetismus eine der latenten Formen der Elektrizität ist, und bestätigte dies auch experimentell. Diese Erfahrung führte zu einer Lawine neuer Entdeckungen, die von großer Bedeutung waren. Um Leiter, die elektrischen Strom führen, entsteht ein Feld, das man nennt magnetisch. Ein Strahl bewegter Elektronen wirkt auf eine Magnetnadel, ähnlich einem Leiter mit Strom (Ioffe-Experiment). Konvektionsströme elektrisch geladener Teilchen ähneln in ihrer Wirkung auf die Magnetnadel Leitungsströmen (Eichenwalds Experiment).

Ein Magnetfeld entsteht nur durch die Bewegung elektrischer Ladungen oder sich bewegende elektrisch geladene Körper sowie Permanentmagnete. Dadurch unterscheidet sich das Magnetfeld vom elektrischen Feld, das sowohl durch bewegte als auch stationäre elektrische Ladungen erzeugt wird.

Die Linien des magnetischen Induktionsvektors (B) sind immer geschlossen und umschließen einen stromführenden Leiter, und die Linien der elektrischen Feldstärke beginnen bei positiven und enden bei negativen Ladungen; sie sind offen. Die magnetischen Induktionslinien eines Permanentmagneten gehen von einem Pol aus, der als Nordpol (N) bezeichnet wird, und treten in den anderen Pol ein, der als Südpol (S) bezeichnet wird. Auf den ersten Blick scheint es eine vollständige Analogie zu den Linien der elektrischen Feldstärke (E) zu geben. Die Pole von Magneten wirken als magnetische Ladungen. Wenn man jedoch einen Magneten schneidet, bleibt das Bild erhalten, es entstehen kleinere Magnete – allerdings jeweils mit eigenem Nord- und Südpol. Es ist unmöglich, die Magnetpole so aufzuteilen, dass ein Teil den Nordpol und das andere den Südpol hat, da freie (diskrete) magnetische Ladungen im Gegensatz zu diskreten elektrischen Ladungen in der Natur nicht existieren.

In der Natur vorkommende Magnetfelder unterscheiden sich in ihrer Größe und ihren Auswirkungen. Das Erdmagnetfeld, das die Magnetosphäre der Erde bildet, erstreckt sich über eine Distanz von 70-80.000 Kilometern in Richtung der Sonne und viele Millionen Kilometer in die entgegengesetzte Richtung. Der Ursprung des Erdmagnetfeldes hängt mit den Bewegungen flüssiger Materie zusammen, die elektrisch geladene Teilchen im Erdkern leitet. Jupiter und Saturn haben starke Magnetfelder. Das Magnetfeld der Sonne spielt eine entscheidende Rolle bei allen Prozessen, die auf der Sonne ablaufen – Flares, das Auftreten von Flecken und Vorsprüngen, die Entstehung der solaren kosmischen Strahlung. Magnetfelder werden in verschiedenen Branchen häufig eingesetzt: beim Verladen von Eisenschrott, beim Reinigen von Mehl in Bäckereien von Metallverunreinigungen sowie in der Medizin zur Behandlung von Patienten.

Was ist ein Magnetfeld?

Das Hauptstärkemerkmal des Magnetfeldes ist magnetischer Induktionsvektor. Der Kürze halber wird der magnetische Induktionsvektor oft einfach als Magnetfeld bezeichnet (obwohl dies wahrscheinlich nicht die strengste Verwendung des Begriffs ist). Tatsächlich ist ein Vektor eine Größe, die eine Richtung im Raum hat, daher können wir über die Richtung der magnetischen Induktion und ihre Größe sprechen. Aber zu sagen, dass ein Magnetfeld nur die Richtung der magnetischen Induktion ist, erklärt nicht viel. Es gibt noch eine weitere Eigenschaft des Magnetfelds – Vektorpotential. Als Hauptmerkmal des Magnetfeldes im Vakuum wird nicht der magnetische Induktionsvektor gewählt, sondern der Vektor magnetische Feldstärke. Im Vakuum fallen diese beiden Vektoren zusammen, in der Materie jedoch nicht, aber aus systematischer Sicht sollte dies als Hauptmerkmal des Magnetfelds angesehen werden Vektorpotential.

Ein Magnetfeld kann als eine besondere Art von Materie bezeichnet werden, durch die eine Wechselwirkung zwischen sich bewegenden geladenen Teilchen oder Körpern mit einem magnetischen Moment stattfindet. Magnetische Felder sind eine (im Kontext der Speziellen Relativitätstheorie) notwendige Folge der Existenz elektrischer Felder. Magnetische und elektrische Felder bilden zusammen ein elektromagnetisches Feld, dessen Erscheinungsformen insbesondere Licht und alle anderen elektromagnetischen Wellen sind. Aus Sicht der Quantenfeldtheorie wird die magnetische Wechselwirkung – als Sonderfall der elektromagnetischen Wechselwirkung – von einem fundamentalen masselosen Boson getragen – einem Photon (einem Teilchen, das als Quantenanregung eines elektromagnetischen Feldes dargestellt werden kann), oft ( beispielsweise in allen Fällen von statischen Feldern) virtuell. Ein Magnetfeld entsteht (erzeugt) durch einen Strom geladener Teilchen oder ein sich im Laufe der Zeit änderndes elektrisches Feld oder durch die eigenen magnetischen Momente der Teilchen (letztere können der Einheitlichkeit des Bildes halber formal auf elektrische Ströme reduziert werden). ).

Meiner Meinung nach sind diese Definitionen sehr vage. Es ist klar, dass das Magnetfeld keine Leere ist, sondern eine besondere Art von Materie – Teil der realen Welt. Es ist klar, dass das Magnetfeld untrennbar mit der Bewegung elektrischer Ladungen – dem elektrischen Strom – verbunden ist. Aber wie ein magnetisches Feld und ein elektrisches Feld ein einziges elektromagnetisches Feld bilden, ist unklar. Höchstwahrscheinlich gibt es eine Art einheitliches Feld, das sich je nach den Umständen entweder als magnetisches Feld oder als elektrisches Feld manifestiert. Genau wie eine Art Hermaphrodit, der unter bestimmten Umständen ein Junge und unter anderen Umständen ein Mädchen sein kann.

Die Kraft, die auf ein elektrisch geladenes Teilchen wirkt, das sich in einem Magnetfeld bewegt, wird Lorentzkraft genannt. Diese Kraft ist immer senkrecht zum Vektor gerichtet Teilchengeschwindigkeit - v und Vektorpotential des Magnetfeldes - B. Diese Kraft ist proportional zur Ladung des Teilchens Q, seine Geschwindigkeit v, senkrecht zur Richtung des Magnetfeldvektors B und ist proportional zur Größe der Magnetfeldinduktion B. Lassen Sie mich denjenigen erklären, die die Schulphysik völlig vergessen haben: Kraft ist der Grund, der die Beschleunigung der Bewegung von Körpern verursacht. Dabei wirkt die Kraft nicht auf die Masse des Teilchens, sondern auf seine Ladung. Darin unterscheidet sich die Lorentzkraft von der Gravitationskraft, die auf die Masse von Teilchen (Körpern) wirkt, da die Masse eines Körpers seine Gravitationsladung ist.

Das Magnetfeld wirkt auch auf einen stromdurchflossenen Leiter. Die Kraft, die auf einen stromdurchflossenen Leiter wirkt, wird Amperekraft genannt. Diese Kraft besteht aus den Kräften, die auf einzelne elektrische Ladungen wirken, die sich im Leiter bewegen. Dies ist die Stromstärke, gemessen in Ampere.

Wenn zwei Magnete interagieren, stoßen sich ihre gleichen Pole ab und ihre entgegengesetzten Pole ziehen sich an. Eine detaillierte Analyse zeigt jedoch, dass dies tatsächlich keine völlig korrekte Beschreibung des Phänomens ist. Es ist nicht klar, warum Dipole in diesem Modell niemals getrennt werden können. Das Experiment zeigt, dass kein isolierter Körper tatsächlich eine magnetische Ladung mit dem gleichen Vorzeichen hat. Jeder magnetisierte Körper hat zwei Pole – Nord- und Südpole. Auf einen magnetischen Dipol, der sich in einem ungleichförmigen Magnetfeld befindet, wirkt eine Kraft, die dazu neigt, ihn so zu drehen, dass das magnetische Moment des Dipols kodirektional (richtungsübereinstimmend) mit dem Magnetfeld ist, in dem dieser magnetische Dipol platziert wurde.

Im Jahr 1831 entdeckte Michael Faraday, dass ein geschlossener Leiter, wenn er in ein sich änderndes Magnetfeld gebracht wird, einen elektrischen Strom erzeugt. Dieses Phänomen nennt man Elektromagnetische Induktion.

M. Faraday entdeckte, dass die in einem geschlossenen Stromkreis entstehende elektromotorische Kraft (EMF) proportional zur Änderungsrate des magnetischen Flusses ist, der durch den Teil des Stromkreises fließt, der sich in diesem Magnetfeld befindet. Die Größe (EMK) hängt nicht davon ab, was die Flussänderung verursacht – eine Änderung des Magnetfelds selbst oder die Bewegung eines Teils des Stromkreises im Magnetfeld. Der durch EMF verursachte elektrische Strom wird als induzierter Strom bezeichnet. Diese Entdeckung ermöglichte die Schaffung von Stromgeneratoren und im Wesentlichen unsere elektrische Zivilisation. Wer hätte in den 30er Jahren des 19. Jahrhunderts gedacht, dass M. Faradays Entdeckung eine epochale Zivilisationsentdeckung war, die die Zukunft der Menschheit bestimmte?

Das Magnetfeld wiederum kann durch ein elektrisches Wechselfeld erzeugt und verändert (abgeschwächt oder verstärkt) werden, das durch elektrische Ströme in Form von Strömen geladener Teilchen erzeugt wird. Die mikroskopische Struktur einer Substanz, die in ein magnetisches Wechselfeld gebracht wird, beeinflusst die Stärke des darin entstehenden Stroms. Einige Strukturen schwächen den resultierenden elektrischen Strom ab, während andere ihn in unterschiedlichem Maße verstärken. Eine der ersten Studien über die magnetischen Eigenschaften von Materie wurde von Pierre Curie durchgeführt. Dabei werden Stoffe hinsichtlich ihrer magnetischen Eigenschaften in zwei Hauptgruppen eingeteilt:

1. Ferromagnetische Stoffe sind Stoffe, in denen sich unterhalb einer bestimmten kritischen Temperatur (Curie-Punkt) eine weiträumige ferromagnetische Ordnung der magnetischen Momente der Teilchen des Stoffes einstellt.

2. Antiferromagnete – Stoffe, bei denen eine antiferromagnetische Ordnung für die magnetischen Momente von Materieteilchen – Atomen oder Ionen – festgestellt wurde: Die magnetischen Momente von Materieteilchen sind entgegengesetzt gerichtet und gleich stark.

Es gibt auch diamagnetische und paramagnetische Stoffe.

Diamagnete sind Stoffe, die entgegen der Richtung eines äußeren Magnetfeldes magnetisiert werden.

Paramagnetische Stoffe sind Stoffe, die in einem äußeren Magnetfeld in Richtung des äußeren Magnetfeldes magnetisiert werden.

Ordnungsarten der magnetischen Momente von Atomen in paramagnetischen (a), ferromagnetischen (b) und antiferromagnetischen (c) Stoffen. Abbildung von der Website: http://encyclopaedia.biga.ru/enc/science_and_technology/ MAGNITI_I_MAGNITNIE_SVOSTVA_VESHCHESTVA.html

Die oben aufgeführten Stoffgruppen umfassen hauptsächlich gewöhnliche feste, flüssige und gasförmige Stoffe. Supraleiter und Plasmen unterscheiden sich deutlich von ihnen in ihrer Wechselwirkung mit dem Magnetfeld. Das Magnetfeld von Ferromagneten (z. B. Eisen) ist über große Entfernungen spürbar. Die magnetischen Eigenschaften von Paramagneten ähneln denen von Ferromagneten, sind jedoch deutlich schwächer ausgeprägt – bei kürzerer Distanz. Diamagnete ziehen nicht an, sondern werden von einem Magneten abgestoßen; die auf Diamagnete wirkende Kraft ist entgegengesetzt zu der auf Ferromagnete und Paramagnete wirkenden Kraft. Nach der Lenzschen Regel ist das Magnetfeld eines in einem Magnetfeld induzierten elektrischen Stroms so gerichtet, dass es der Änderung des magnetischen Flusses entgegenwirkt, die diesen Strom induziert. Ich möchte darauf hinweisen, dass die Wechselwirkung eines magnetischen Wechselfelds und des dadurch induzierten elektrischen Stroms und elektrischen Felds dem Prinzip von Le Chatelier entspricht. Dies ist nichts anderes als eine Selbsthemmung des Prozesses, die allen in der realen Welt ablaufenden Prozessen innewohnt.

Nach dem Prinzip von Le Chatelier führt jeder Prozess auf der Welt zu einem Prozess, der die entgegengesetzte Richtung hat und den Prozess, der ihn verursacht, hemmt. Meiner Meinung nach ist dies eines der Hauptgesetze des Universums, dem aus irgendeinem Grund weder von Physikern noch von Philosophen die gebührende Aufmerksamkeit geschenkt wird.

Alle Stoffe haben mehr oder weniger magnetische Eigenschaften. Wenn zwei Leiter mit elektrischen Strömen in einem beliebigen Medium platziert werden, ändert sich die Stärke der magnetischen Wechselwirkung zwischen den Strömen. Die Induktion eines Magnetfelds, das durch elektrische Ströme in einer Substanz erzeugt wird, unterscheidet sich von der Induktion eines Magnetfelds, das durch dieselben Ströme im Vakuum erzeugt wird. Eine physikalische Größe, die angibt, wie oft sich die Magnetfeldinduktion in einem homogenen Medium in ihrer Größe von der Magnetfeldinduktion im Vakuum unterscheidet, wird magnetische Permeabilität genannt. Vakuum hat maximale magnetische Permeabilität.

Die magnetischen Eigenschaften von Stoffen werden durch die magnetischen Eigenschaften von Atomen bestimmt – Elektronen, Protonen und Neutronen, aus denen die Atome bestehen. Die magnetischen Eigenschaften von Protonen und Neutronen sind fast 1000-mal schwächer als die magnetischen Eigenschaften von Elektronen. Daher werden die magnetischen Eigenschaften eines Stoffes hauptsächlich durch die Elektronen bestimmt, aus denen seine Atome bestehen.

Eine der wichtigsten Eigenschaften eines Elektrons ist das Vorhandensein nicht nur eines elektrischen, sondern auch eines magnetischen Feldes. Das eigene Magnetfeld des Elektrons, das angeblich entsteht, wenn es sich um seine Achse dreht, wird als Spinfeld (Spin – Rotation) bezeichnet. Aber das Elektron erzeugt durch seine Bewegung um den Atomkern auch ein Magnetfeld, das mit einem kreisförmigen Mikrostrom verglichen werden kann. Die Spinfelder von Elektronen und die durch ihre Bahnbewegungen verursachten Magnetfelder bestimmen vielfältige magnetische Eigenschaften von Stoffen.

Verhalten eines Paramagneten (1) und eines Diamagneten (2) in einem ungleichmäßigen Magnetfeld. Abbildung von der Website: http://physics.ru/courses/op25part2/content/chapter1/section/paragraph19/theory.html

Stoffe sind in ihren magnetischen Eigenschaften äußerst vielfältig. Beispielsweise sind Platin, Luft, Aluminium und Eisenchlorid paramagnetisch und Kupfer, Wismut und Wasser diamagnetisch. Paramagnetische und diamagnetische Proben, die in einem ungleichmäßigen Magnetfeld zwischen den Polen eines Elektromagneten platziert werden, verhalten sich unterschiedlich – paramagnetische Materialien werden in den Bereich eines starken Feldes gezogen, diamagnetische Materialien hingegen werden aus diesem herausgedrückt. Para- und Diamagnetismus werden durch das Verhalten der Elektronenbahnen in einem äußeren Magnetfeld erklärt. In Abwesenheit eines äußeren Feldes haben Atome diamagnetischer Substanzen ihre eigenen magnetischen Elektronenfelder, und die durch ihre Umlaufbewegung erzeugten Felder werden vollständig kompensiert. Das Auftreten von Diamagnetismus ist mit der Wirkung der Lorentzkraft auf Elektronenbahnen verbunden. Unter dem Einfluss dieser Kraft ändert sich die Art der Umlaufbewegung der Elektronen und die Kompensation der Magnetfelder wird gestört. Es stellt sich heraus, dass das resultierende eigene Magnetfeld des Atoms entgegengesetzt zur Induktionsrichtung des äußeren Feldes gerichtet ist.

In Atomen paramagnetischer Substanzen werden die Magnetfelder der Elektronen nicht vollständig kompensiert und das Atom ähnelt einem kleinen Kreisstrom. Ohne äußeres Feld sind diese kreisförmigen Mikroströme zufällig ausgerichtet, sodass die gesamte magnetische Induktion Null ist. Ein äußeres Magnetfeld hat eine orientierende Wirkung – Mikroströme neigen dazu, sich so auszurichten, dass ihre eigenen Magnetfelder in die Richtung der Induktion des äußeren Feldes gerichtet sind. Aufgrund der thermischen Bewegung von Atomen ist die Ausrichtung von Mikroströmen nie vollständig. Mit zunehmendem externen Feld nimmt der Orientierungseffekt zu, sodass die Induktion des eigenen Magnetfelds der paramagnetischen Probe direkt proportional zur Induktion des externen Magnetfelds zunimmt. Die Gesamtinduktion des Magnetfeldes in der Probe setzt sich aus der Induktion des äußeren Magnetfeldes und der Induktion des eigenen Magnetfeldes zusammen, das während des Magnetisierungsprozesses entstanden ist.

Atome jeder Substanz haben diamagnetische Eigenschaften, aber in vielen Fällen wird ihr Diamagnetismus durch einen starken paramagnetischen Effekt maskiert. Das Phänomen des Diamagnetismus wurde 1845 von M. Faraday entdeckt.

Ferromagnete können in einem Magnetfeld stark magnetisiert werden; ihre magnetische Permeabilität ist sehr hoch. Die betrachtete Gruppe umfasst vier chemische Elemente: Eisen, Nickel, Kobalt, Gadolinium. Von diesen weist Eisen die größte magnetische Permeabilität auf. Ferromagnetische Materialien können verschiedene Legierungen dieser Elemente sein, beispielsweise keramische ferromagnetische Materialien – Ferrite.

Für jeden Ferromagneten gibt es eine bestimmte Temperatur (die sogenannte Temperatur oder Curie-Punkt), oberhalb derer die ferromagnetischen Eigenschaften verschwinden und der Stoff paramagnetisch wird. Für Eisen beträgt die Curie-Temperatur beispielsweise 770 °C, für Kobalt 1130 °C und für Nickel 360 °C.

Ferromagnetische Materialien sind entweder magnetisch weich oder magnetisch hart. Weichmagnetische ferromagnetische Materialien werden fast vollständig entmagnetisiert, wenn das äußere Magnetfeld Null wird. Zu den weichmagnetischen Materialien zählen beispielsweise reines Eisen, Elektrostahl und einige Legierungen. Diese Materialien werden in Wechselstromgeräten eingesetzt, bei denen eine kontinuierliche Ummagnetisierung, also eine Richtungsänderung des Magnetfeldes, erfolgt (Transformatoren, Elektromotoren etc.).

Hartmagnetische Materialien behalten ihre Magnetisierung weitgehend auch dann, wenn sie aus dem Magnetfeld entfernt werden. Beispiele für magnetisch harte Materialien sind Kohlenstoffstahl und eine Reihe spezieller Legierungen. Zur Herstellung von Permanentmagneten werden hauptsächlich magnetisch harte Materialien verwendet.

Ein charakteristisches Merkmal des Magnetisierungsprozesses von Ferromagneten ist die Hysterese, also die Abhängigkeit der Magnetisierung von der Probengeschichte. Die Magnetisierungskurve B (B0) einer ferromagnetischen Probe ist eine Schleife mit komplexer Form, die als Hystereseschleife bezeichnet wird.

Abhängigkeit der magnetischen Permeabilität eines Ferromagneten von der Induktion eines äußeren Magnetfeldes. Der Ferromagnet wird zunächst schnell magnetisiert, aber wenn er sein Maximum erreicht hat, wird er immer langsamer magnetisiert. Abbildung von der Website: http://physics.ru/courses/op25part2/content/chapter1/section/paragraph19/theory.html

Eine typische Hystereseschleife für ein hartmagnetisches ferromagnetisches Material. Bei Punkt 2 wird die magnetische Sättigung erreicht. Abschnitt 1-3 bestimmt die magnetische Restinduktion und Abschnitt 1-4 bestimmt die Koerzitivkraft, die die Fähigkeit der Probe charakterisiert, einer Entmagnetisierung zu widerstehen. Abbildung von der Website: http://encyclopaedia.biga.ru/enc/science_and_technology/ MAGNITI_I_MAGNITNIE_SVOSTVA_VESHCHESTVA.html

Die Natur des Ferromagnetismus kann auf der Grundlage von Quantenkonzepten verstanden werden. Ferromagnetismus wird durch das Vorhandensein eigener (Spin-)Magnetfelder der Elektronen erklärt. In Kristallen ferromagnetischer Materialien entstehen Bedingungen, unter denen aufgrund der starken Wechselwirkung der Spinmagnetfelder benachbarter Elektronen deren parallele Ausrichtung energetisch günstig wird. Als Ergebnis einer solchen Wechselwirkung entstehen spontan magnetisierte Bereiche im Inneren des ferromagnetischen Kristalls. Diese Bereiche werden Domänen genannt. Jede Domäne ist ein kleiner Permanentmagnet.

Darstellung des Magnetisierungsprozesses einer ferromagnetischen Probe: a - eine Substanz ohne äußeres Magnetfeld: Ihre einzelnen Atome, die kleine Magnete sind, sind chaotisch angeordnet; b - magnetisierte Substanz: Unter dem Einfluss eines äußeren Feldes orientieren sich Atome entsprechend der Richtung des äußeren Feldes in einer bestimmten Reihenfolge relativ zueinander. Reis. von der Website: http://encyclopaedia.biga.ru/enc/science_and_technology/ MAGNITI_I_MAGNITNIE_SVOSTVA_VESHCHESTVA.html

Domänen in der Theorie des Magnetismus sind kleine magnetisierte Bereiche eines Materials, in denen die Momente des Magnetfelds von Atomen parallel zueinander ausgerichtet sind. Die Domänen sind durch Übergangsschichten, sogenannte Bloch-Wände, voneinander getrennt. Die Abbildung zeigt zwei Domänen mit entgegengesetzter magnetischer Ausrichtung und einer dazwischen liegenden Bloch-Wand mit mittlerer Ausrichtung. Abbildung von der Website: http://encyclopaedia.biga.ru/enc/science_and_technology/ MAGNITI_I_MAGNITNIE_SVOSTVA_VESHCHESTVA.html In Abwesenheit eines externen Magnetfelds sind die Richtungen der Induktionsvektoren von Magnetfeldern in verschiedenen Domänen in einem großen Kristall zufällig ausgerichtet. Es stellt sich heraus, dass ein solcher Kristall nicht magnetisiert ist. Wenn ein äußeres Magnetfeld angelegt wird, verschieben sich die Domänengrenzen, sodass das Volumen der entlang des äußeren Feldes ausgerichteten Domänen zunimmt. Mit zunehmender Induktion des äußeren Feldes nimmt die magnetische Induktion des magnetisierten Stoffes zu. In einem sehr starken magnetischen Außenfeld absorbieren Domänen, deren eigenes Magnetfeld in der Richtung mit dem Außenfeld übereinstimmt, alle anderen Domänen und es kommt zur magnetischen Sättigung.

Es sollte jedoch beachtet werden, dass alle diese Zeichnungen und die darauf dargestellten Domänen und Atome lediglich Diagramme oder Modelle realer Phänomene des Magnetismus sind, nicht jedoch die Phänomene selbst. Sie werden verwendet, solange sie nicht im Widerspruch zu beobachteten Tatsachen stehen.

Ein einfacher Elektromagnet zum Greifen von Lasten. Die Energiequelle ist eine Gleichstrombatterie. Dargestellt sind auch die Feldlinien des Elektromagneten, die mit der üblichen Methode der Eisenfeilspäne erfasst werden können. Abbildung von der Website: http://encyclopaedia.biga.ru/enc/science_and_technology/ MAGNITI_I_MAGNITNIE_SVOSTVA_VESHCHESTVA.htmll

Das Auftreten eines Magnetfeldes in der Nähe eines Leiters, durch den ein elektrischer Gleichstrom fließt, wird durch einen Elektromagneten veranschaulicht. Der Strom fließt durch einen Draht, der um einen ferromagnetischen Stab gewickelt ist. Die Magnetisierungskraft ist in diesem Fall gleich dem Produkt aus der Größe des elektrischen Stroms in der Spule und der Anzahl der Windungen darin. Diese Leistung wird in Ampere gemessen. Magnetische Feldstärke N gleich der Magnetisierungskraft pro Längeneinheit der Spule. Also der Wert N gemessen in Ampere pro Meter; Es bestimmt die Magnetisierung, die das Material in der Spule erhält. Im Vakuum magnetische Induktion B proportional zur magnetischen Feldstärke N. Die Magnetfeldinduktion ist eine Vektorgröße, die eine für ein Magnetfeld charakteristische Kraft darstellt. Die Richtung der magnetischen Induktion stimmt mit der Richtung überein, die die Magnetnadel in einem Magnetfeld anzeigt, und der Modul dieses Vektors ist gleich dem Verhältnis des Moduls der magnetischen Kraft, die auf ein geladenes Teilchen wirkt, das sich senkrecht zum Modul bewegt Geschwindigkeit und Ladung dieses Teilchens. Die magnetische Induktion nach SI wird in Tesla (T) gemessen. Im GHS-System wird die magnetische Induktion in Gauss (G) gemessen. In diesem Fall ist 1 T = 104 Gs.

Große Elektromagnete mit Eisenkernen und sehr vielen Windungen, die im Dauerbetrieb arbeiten, haben eine große Magnetisierungskraft. Sie erzeugen im Spalt zwischen den Polen eine magnetische Induktion von bis zu 6 Tesla (T). Das Ausmaß der Induktion wird durch mechanische Belastung, Erwärmung der Spulen und magnetische Sättigung des Kerns begrenzt.

Eine Reihe riesiger wassergekühlter Elektromagnete (ohne Kern) und Anlagen zur Erzeugung gepulster Magnetfelder wurden von P.L. entworfen. Kapitsa in Cambridge und am Institut für physikalische Probleme der Akademie der Wissenschaften der UdSSR sowie F. Bitter am Massachusetts Institute of Technology. Mit solchen Magneten konnte eine Induktion von bis zu 50 Tesla erreicht werden. Am Losalamos National Laboratory wurde ein relativ kleiner Elektromagnet entwickelt, der Felder von bis zu 6,2 Tesla erzeugt, 15 kW elektrische Leistung verbraucht und mit flüssigem Wasserstoff gekühlt wird. Solche Magnetfelder entstehen bei sehr niedrigen Temperaturen.

Der magnetische Induktionsvektor gilt als eine der grundlegenden physikalischen Größen in der Theorie des Elektromagnetismus; er kann in einer Vielzahl von Gleichungen gefunden werden, in einigen Fällen direkt, manchmal durch die damit verbundene magnetische Feldstärke. Der einzige Bereich in der klassischen Theorie des Elektromagnetismus, in dem es keinen magnetischen Induktionsvektor gibt, ist vielleicht nur die reine Elektrostatik.

Ampere schlug 1825 vor, dass in jedem Atom eines Magneten elektrische Mikroströme zirkulieren. Aber das Elektron wurde erst 1897 entdeckt und das Modell der inneren Struktur des Atoms – 1913, fast 100 Jahre nach Amperes brillanter Vermutung. Im Jahr 1852 schlug W. Weber vor, dass jedes Atom einer magnetischen Substanz ein winziger magnetischer Dipol sei. Die maximale oder vollständige Magnetisierung eines Stoffes wird erreicht, wenn alle einzelnen Atommagnete in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet sind. Weber glaubte, dass molekulare oder atomare „Reibung“ dazu beiträgt, dass diese Elementarmagnete ihre Ordnung aufrechterhalten. Seine Theorie erklärte die Magnetisierung von Körpern, wenn sie mit einem Magneten in Kontakt kommen, und ihre Entmagnetisierung, wenn sie aufprallten oder erhitzt wurden. Auch die „Reproduktion“ von Magneten beim Schneiden eines magnetisierten Stücks oder Magnetstabs in Teile wurde erklärt, wobei jedes Teil immer zwei Pole hatte. Diese Theorie erklärte jedoch weder den Ursprung der Elementarmagnete selbst noch das Phänomen der Hysterese. Im Jahr 1890 wurde Webers Theorie von J. Ewing verbessert, der die Hypothese der Atomreibung durch die Idee interatomarer Begrenzungskräfte ersetzte, die dazu beitragen, die Ordnung der Elementardipole aufrechtzuerhalten, aus denen ein Permanentmagnet besteht.

Im Jahr 1905 erklärte P. Langevin das Verhalten paramagnetischer Materialien, indem er jedem Atom einen internen unkompensierten Elektronenstrom zuschrieb. Laut Langevin sind es diese Ströme, die winzige Magnete bilden, die zufällig ausgerichtet sind, wenn kein äußeres Magnetfeld vorhanden ist, aber eine geordnete Ausrichtung annehmen, wenn eines angelegt wird. In diesem Fall entspricht die Annäherung an die vollständige Ordnung der Sättigung der Magnetisierung. Langevin führte das Konzept des magnetischen Moments eines Atommagneten ein, das dem Produkt aus „magnetischer Ladung“ und dem Abstand zwischen den Polen entspricht. Nach dieser Theorie wird der schwache Magnetismus paramagnetischer Materialien durch das schwache magnetische Gesamtmoment erklärt, das durch unkompensierte Elektronenströme erzeugt wird.

Im Jahr 1907 führte P. Weiss das Konzept einer „Domäne“ ein, das einen wichtigen Beitrag zur modernen Theorie des Magnetismus darstellte. Eine einzelne Domäne kann lineare Abmessungen in der Größenordnung von 0,01 mm haben. Die Domänen werden durch sogenannte Bloch-Wände voneinander getrennt, deren Dicke 1000 Atomgrößen nicht überschreitet. Solche Wände stellen „Übergangsschichten“ oder Mikrogradienten in der magnetischen Nanostruktur einer Substanz dar, in denen es zu einer Änderung der Magnetisierungsrichtung von Domänen kommt. Es gibt zwei überzeugende experimentelle Bestätigungen für die Existenz von Domänen. Im Jahr 1919 stellte G. Barkhausen fest, dass sich die Magnetisierung einer Probe aus ferromagnetischem Material in kleinen diskreten Abschnitten ändert, wenn ein externes Feld angelegt wird. Um die Domänenstruktur eines Magneten mithilfe der Pulverfigurenmethode zu identifizieren, wird ein Tropfen einer kolloidalen Suspension aus ferromagnetischem Pulver (Eisenoxid) auf eine gut polierte Oberfläche eines magnetisierten Materials aufgetragen. Pulverpartikel setzen sich hauptsächlich an Orten maximaler Inhomogenität des Magnetfelds ab – an den Grenzen von Domänen. Diese Struktur kann unter einem Mikroskop untersucht werden. Es wurde eine Methode zur Untersuchung des Magnetfelds entwickelt, die auf dem Durchgang von polarisiertem Licht durch ein transparentes ferromagnetisches Material basiert.

Ein freies Eisenatom hat zwei Schalen ( K Und L), sind diejenigen, die dem Kern am nächsten liegen, mit Elektronen gefüllt, wobei der erste von ihnen zwei und der zweite acht Elektronen enthält. IN K-Schale, der Spin eines der Elektronen ist positiv und der andere ist negativ. IN L In der Schale (genauer gesagt in ihren beiden Unterschalen) haben vier der acht Elektronen positive Spins und die anderen vier negative Spins. In beiden Fällen werden die Elektronenspins innerhalb einer Schale vollständig kompensiert, sodass das gesamte magnetische Moment des Atoms Null ist. IN M-Schale ist die Situation anders, da von den sechs Elektronen, die sich in der dritten Unterschale befinden, fünf Elektronen Spins und Richtung haben

Das Magnetfeld wirft beim Menschen seit langem viele Fragen auf, ist aber bis heute ein wenig bekanntes Phänomen. Viele Wissenschaftler versuchten, seine Eigenschaften und Eigenschaften zu untersuchen, da die Vorteile und das Potenzial der Nutzung des Feldes unbestreitbare Tatsachen waren.

Schauen wir uns alles der Reihe nach an. Wie funktioniert und bildet sich also ein Magnetfeld? Das ist richtig, vom elektrischen Strom. Und Strom ist laut Physiklehrbüchern ein gerichteter Fluss geladener Teilchen, nicht wahr? Wenn also ein Strom durch einen Leiter fließt, beginnt um ihn herum eine bestimmte Art von Materie zu wirken – ein Magnetfeld. Ein Magnetfeld kann durch einen Strom geladener Teilchen oder durch die magnetischen Momente von Elektronen in Atomen erzeugt werden. Nun haben dieses Feld und diese Materie Energie, wir sehen sie in elektromagnetischen Kräften, die den Strom und seine Ladungen beeinflussen können. Das Magnetfeld beginnt den Fluss geladener Teilchen zu beeinflussen und sie ändern die anfängliche Bewegungsrichtung senkrecht zum Feld selbst.

Ein Magnetfeld kann auch als elektrodynamisch bezeichnet werden, da es in der Nähe bewegter Teilchen entsteht und nur auf bewegte Teilchen einwirkt. Nun, es ist dynamisch, weil es bei rotierenden Bionen in einem Raumbereich eine besondere Struktur aufweist. Eine gewöhnliche, sich bewegende elektrische Ladung kann sie rotieren und bewegen. Bionen übertragen alle möglichen Wechselwirkungen in diesem Raumbereich. Daher zieht eine sich bewegende Ladung einen Pol aller Bionen an und versetzt sie in Rotation. Nur er kann sie aus ihrem Ruhezustand herausholen, sonst nichts, denn andere Kräfte werden keinen Einfluss auf sie haben.

In einem elektrischen Feld befinden sich geladene Teilchen, die sich sehr schnell bewegen und in nur einer Sekunde 300.000 km zurücklegen können. Licht hat die gleiche Geschwindigkeit. Ohne elektrische Ladung kann ein Magnetfeld nicht existieren. Das bedeutet, dass die Teilchen unglaublich eng miteinander verbunden sind und in einem gemeinsamen elektromagnetischen Feld existieren. Das heißt, wenn sich das Magnetfeld ändert, ändert sich auch das elektrische Feld. Dieses Gesetz ist auch umgekehrt.

Wir reden hier viel über das Magnetfeld, aber wie können wir es uns vorstellen? Wir können es mit unserem menschlichen bloßen Auge nicht sehen. Darüber hinaus haben wir aufgrund der unglaublich schnellen Ausbreitung des Feldes keine Zeit, es mit verschiedenen Geräten zu erkennen. Aber um etwas zu studieren, muss man zumindest eine Vorstellung davon haben. Oftmals ist es auch notwendig, ein Magnetfeld in Diagrammen darzustellen. Zum besseren Verständnis sind bedingte Feldlinien eingezeichnet. Woher haben sie sie? Sie wurden aus einem bestimmten Grund erfunden.

Versuchen wir, das Magnetfeld mit kleinen Metallspänen und einem gewöhnlichen Magneten zu sehen. Schütten wir diese Sägespäne auf eine ebene Fläche und setzen sie einem Magnetfeld aus. Dann werden wir sehen, dass sie sich in einem Muster oder Muster bewegen, drehen und ausrichten. Das resultierende Bild zeigt die ungefähre Wirkung der Kräfte im Magnetfeld. Alle Kräfte und dementsprechend Kraftlinien sind an diesem Ort kontinuierlich und geschlossen.

Eine Magnetnadel hat ähnliche Eigenschaften und Eigenschaften wie ein Kompass und dient zur Bestimmung der Richtung von Kraftlinien. Wenn es in den Wirkungsbereich eines Magnetfeldes fällt, können wir die Wirkungsrichtung der Kräfte von seinem Nordpol aus erkennen. Lassen Sie uns dann einige Schlussfolgerungen hervorheben: Die Oberseite eines gewöhnlichen Permanentmagneten, von der die Kraftlinien ausgehen, wird als Nordpol des Magneten bezeichnet. Der Südpol hingegen bezeichnet den Punkt, an dem die Kräfte geschlossen sind. Nun, die Kraftlinien im Inneren des Magneten sind im Diagramm nicht hervorgehoben.

Das Magnetfeld, seine Eigenschaften und Eigenschaften haben eine ziemlich breite Anwendung, da es bei vielen Problemen berücksichtigt und untersucht werden muss. Dies ist das wichtigste Phänomen in der Wissenschaft der Physik. Komplexere Dinge wie magnetische Permeabilität und Induktion sind untrennbar damit verbunden. Um alle Gründe für das Auftreten eines Magnetfelds zu erklären, müssen wir uns auf echte wissenschaftliche Fakten und Bestätigungen verlassen. Andernfalls kann bei komplexeren Problemen ein falscher Ansatz die Integrität der Theorie verletzen.

Lassen Sie uns nun Beispiele nennen. Wir alle kennen unseren Planeten. Würden Sie sagen, dass es kein Magnetfeld hat? Sie mögen Recht haben, aber Wissenschaftler sagen, dass Prozesse und Wechselwirkungen im Erdkern ein riesiges Magnetfeld erzeugen, das sich über Tausende von Kilometern erstreckt. Aber in jedem Magnetfeld muss es Pole geben. Und es gibt sie, sie liegen nur ein wenig vom geografischen Pol entfernt. Wie fühlen wir es? Vögel haben beispielsweise Navigationsfähigkeiten entwickelt und navigieren insbesondere mithilfe des Magnetfelds. Mit seiner Hilfe kommen die Gänse sicher in Lappland an. Auch spezielle Navigationsgeräte nutzen dieses Phänomen.

Wir erinnern uns noch an das Magnetfeld aus der Schule, aber was es darstellt, ist nicht etwas, das jedem in Erinnerung bleibt. Lassen Sie uns das bisher Besprochene auffrischen und Ihnen vielleicht etwas Neues, Nützliches und Interessantes erzählen.

Bestimmung des Magnetfeldes

Ein Magnetfeld ist ein Kraftfeld, das sich bewegende elektrische Ladungen (Teilchen) beeinflusst. Dank dieses Kraftfeldes werden Objekte voneinander angezogen. Es gibt zwei Arten von Magnetfeldern:

1. Gravitation – entsteht ausschließlich in der Nähe von Elementarteilchen und variiert in ihrer Stärke je nach Eigenschaften und Struktur dieser Teilchen.
2. Dynamisch, erzeugt in Objekten mit bewegten elektrischen Ladungen (Stromgeber, magnetisierte Stoffe).

Die Bezeichnung für das Magnetfeld wurde erstmals 1845 von M. Faraday eingeführt, obwohl ihre Bedeutung etwas falsch war, da man glaubte, dass sowohl elektrische als auch magnetische Einflüsse und Wechselwirkungen auf der Grundlage desselben materiellen Feldes erfolgen. Später im Jahr 1873 „präsentierte“ D. Maxwell die Quantentheorie, in der diese Konzepte zu trennen begannen und das zuvor abgeleitete Kraftfeld als elektromagnetisches Feld bezeichnet wurde.

Wie entsteht ein Magnetfeld?

Die Magnetfelder verschiedener Objekte werden vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen und können nur durch spezielle Sensoren erfasst werden. Die Ursache für das Auftreten eines magnetischen Kraftfeldes im mikroskopischen Maßstab ist die Bewegung magnetisierter (geladener) Mikropartikel, die:

• Ionen;
• Elektronen;
• Protonen.

Ihre Bewegung erfolgt aufgrund des magnetischen Spinmoments, das in jedem Mikropartikel vorhanden ist.

Magnetfeld, wo ist es zu finden?

So seltsam es auch klingen mag, fast alle Objekte um uns herum haben ein eigenes Magnetfeld. Obwohl in der Vorstellung vieler nur ein Kieselstein namens Magnet ein Magnetfeld besitzt, das Eisengegenstände anzieht. Tatsächlich existiert die Anziehungskraft in allen Objekten, sie manifestiert sich jedoch in einer geringeren Wertigkeit.

Es sollte auch klargestellt werden, dass ein Kraftfeld, magnetisch genannt, nur dann auftritt, wenn sich elektrische Ladungen oder Körper bewegen.

Stationäre Ladungen besitzen ein elektrisches Kraftfeld (es kann auch in bewegten Ladungen vorhanden sein). Es stellt sich heraus, dass die Quellen des Magnetfelds sind:

• Permanentmagnete;
• Umzugskosten.

Guten Tag, heute wirst du es erfahren Was ist ein Magnetfeld? und woher es kommt.

Jeder Mensch auf dem Planeten hat mindestens einmal gehalten Magnet in der Hand. Angefangen von Souvenir-Kühlschrankmagneten bis hin zu funktionierenden Magneten zum Sammeln von Eisenpollen und vielem mehr. Als Kind war es ein lustiges Spielzeug, das an Eisenmetallen klebte, an anderen Metallen jedoch nicht. Was ist also das Geheimnis des Magneten und seiner Magnetfeld.

Was ist ein Magnetfeld?

Ab wann beginnt ein Magnet anzuziehen? Um jeden Magneten herum befindet sich ein Magnetfeld, durch dessen Eintritt Objekte beginnen, von ihm angezogen zu werden. Die Größe eines solchen Feldes kann je nach Größe des Magneten und seinen eigenen Eigenschaften variieren.

Wikipedia-Begriff:

Ein Magnetfeld ist ein Kraftfeld, das auf sich bewegende elektrische Ladungen und auf Körper mit einem magnetischen Moment wirkt, unabhängig vom Zustand ihrer Bewegung, der magnetischen Komponente des elektromagnetischen Feldes.

Woher kommt das Magnetfeld?

Ein Magnetfeld kann durch den Strom geladener Teilchen oder die magnetischen Momente von Elektronen in Atomen sowie durch die magnetischen Momente anderer Teilchen erzeugt werden, wenn auch in deutlich geringerem Maße.

Manifestation eines Magnetfeldes

Das Magnetfeld äußert sich in der Wirkung auf die magnetischen Momente von Teilchen und Körpern, auf bewegte geladene Teilchen oder Leiter mit. Die Kraft, die auf ein elektrisch geladenes Teilchen wirkt, das sich in einem Magnetfeld bewegt, ist wird Lorentzkraft genannt, die immer senkrecht zu den Vektoren v und B gerichtet ist. Sie ist proportional zur Ladung des Teilchens q, der Geschwindigkeitskomponente v senkrecht zur Richtung des Magnetfeldvektors B und der Größe der Magnetfeldinduktion B.

Welche Objekte haben ein Magnetfeld?

Wir denken oft nicht darüber nach, aber viele (wenn nicht alle) Objekte um uns herum sind Magnete. Wir sind daran gewöhnt, dass ein Magnet ein Kieselstein mit einer ausgeprägten Anziehungskraft auf sich selbst ist, aber tatsächlich hat fast alles eine Anziehungskraft, sie ist nur viel geringer. Nehmen wir zum Beispiel unseren Planeten: Wir fliegen nicht in den Weltraum, obwohl wir uns mit nichts an der Oberfläche festhalten. Das Feld der Erde ist viel schwächer als das Feld eines Kieselsteinmagneten und hält uns daher nur aufgrund seiner enormen Größe fest. Wenn Sie jemals gesehen haben, wie Menschen auf dem Mond laufen (dessen Durchmesser viermal kleiner ist), werden Sie es deutlich erkennen verstehen, wovon wir reden. Die Schwerkraft der Erde beruht größtenteils auf den metallischen Bestandteilen ihrer Kruste und ihres Kerns – sie verfügen über ein starkes Magnetfeld. Sie haben vielleicht gehört, dass Kompasse in der Nähe großer Eisenerzvorkommen nicht mehr richtig nach Norden zeigen – das liegt daran, dass das Prinzip des Kompasses auf der Wechselwirkung von Magnetfeldern basiert und das Eisenerz seine Nadel anzieht.