O que são as linhas de força do campo magnético?

Campos magnéticos, como campos elétricos, podem ser representados graficamente usando linhas de força. Uma linha de campo magnético, ou uma linha de indução de campo magnético, é uma linha cuja tangente em cada ponto coincide com a direção do vetor de indução do campo magnético.

Arroz. 1.2. Linhas de força do campo magnético de corrente contínua (a),

corrente circular (b), solenóide (c)

Linhas de força magnética, como linhas elétricas, não se cruzam. Eles são desenhados com tal densidade que o número de linhas que cruzam uma superfície unitária perpendicular a eles é igual (ou proporcional) à magnitude da indução magnética do campo magnético em um determinado local.

Na fig. 1.2 mas são mostradas as linhas de força do campo de corrente contínua, que são círculos concêntricos, cujo centro está localizado no eixo da corrente e a direção é determinada pela regra do parafuso direito (a corrente no condutor é direcionada para o leitor).

Linhas de indução magnética podem ser "mostradas" usando limalhas de ferro que são magnetizadas no campo em estudo e se comportam como pequenas agulhas magnéticas. Na fig. 1.2 b mostra as linhas de força do campo magnético da corrente circular. O campo magnético do solenóide é mostrado na fig. 1.2 dentro.

As linhas de força do campo magnético são fechadas. Campos com linhas de força fechadas são chamados campos de vórtice. Obviamente, o campo magnético é um campo de vórtice. Esta é a diferença essencial entre um campo magnético e um eletrostático.

Em um campo eletrostático, as linhas de força estão sempre abertas: elas começam e terminam em cargas elétricas. As linhas de força magnética não têm começo nem fim. Isso corresponde ao fato de que não existem cargas magnéticas na natureza.

1.4. Lei de Biot-Savart-Laplace

Os físicos franceses J. Biot e F. Savard realizaram em 1820 um estudo de campos magnéticos criados por correntes que fluem através de fios finos de várias formas. Laplace analisou os dados experimentais obtidos por Biot e Savart e estabeleceu uma relação que foi chamada de lei de Biot-Savart-Laplace.

onde é um vetor, módulo igual ao comprimento do elemento condutor e coincidindo no sentido com a corrente (Fig. 1.3); é o vetor raio desenhado do elemento até o ponto onde ; é o módulo do vetor raio .

Vamos entender juntos o que é um campo magnético. Afinal, muitas pessoas vivem nesse campo a vida toda e nem pensam nisso. Hora de consertar!

Um campo magnético

Um campo magnéticoé um tipo especial de matéria. Manifesta-se na ação sobre cargas elétricas em movimento e corpos que possuem momento magnético próprio (ímãs permanentes).

Importante: um campo magnético não atua sobre cargas estacionárias! Um campo magnético também é criado pelo movimento de cargas elétricas, ou por um campo elétrico variável no tempo, ou pelos momentos magnéticos dos elétrons nos átomos. Ou seja, qualquer fio através do qual a corrente flui também se torna um ímã!

Um corpo que tem seu próprio campo magnético.

Um ímã tem pólos chamados norte e sul. As designações "norte" e "sul" são fornecidas apenas por conveniência (como "mais" e "menos" em eletricidade).

O campo magnético é representado por linhas magnéticas de força. As linhas de força são contínuas e fechadas, e sua direção sempre coincide com a direção das forças do campo. Se aparas de metal estiverem espalhadas ao redor de um ímã permanente, as partículas de metal mostrarão uma imagem clara das linhas do campo magnético que emergem do norte e entram no pólo sul. Característica gráfica do campo magnético - linhas de força.

Características do campo magnético

As principais características do campo magnético são indução magnética, fluxo magnético E permeabilidade magnética. Mas vamos falar sobre tudo em ordem.

Imediatamente, notamos que todas as unidades de medida são dadas no sistema SI.

Indução magnética B- grandeza física vetorial, que é a principal característica de potência do campo magnético. Indicada por letra B. A unidade de medida de indução magnética - Tesla (Tl).

A indução magnética indica quão forte é um campo determinando a força com que ele atua sobre uma carga. Essa força é chamada Força Lorentz.

Aqui q- carregar, v- sua velocidade em um campo magnético, B- indução, Fé a força de Lorentz com a qual o campo atua sobre a carga.

F- uma quantidade física igual ao produto da indução magnética pela área do contorno e o cosseno entre o vetor de indução e a normal ao plano do contorno por onde passa o fluxo. O fluxo magnético é uma característica escalar de um campo magnético.

Podemos dizer que o fluxo magnético caracteriza o número de linhas de indução magnética que penetram em uma unidade de área. O fluxo magnético é medido em Weberach (WB).

Permeabilidade magnéticaé o coeficiente que determina as propriedades magnéticas do meio. Um dos parâmetros dos quais depende a indução magnética do campo é a permeabilidade magnética.

Nosso planeta tem sido um grande ímã por vários bilhões de anos. A indução do campo magnético da Terra varia dependendo das coordenadas. No equador, é cerca de 3,1 vezes 10 elevado a menos quinta potência de Tesla. Além disso, existem anomalias magnéticas, onde o valor e a direção do campo diferem significativamente das áreas vizinhas. Uma das maiores anomalias magnéticas do planeta - Kursk E anomalia magnética brasileira.

A origem do campo magnético da Terra ainda é um mistério para os cientistas. Supõe-se que a fonte do campo seja o núcleo de metal líquido da Terra. O núcleo está se movendo, o que significa que a liga de ferro-níquel derretida está se movendo, e o movimento das partículas carregadas é a corrente elétrica que gera o campo magnético. O problema é que essa teoria geodínamo) não explica como o campo é mantido estável.

A Terra é um enorme dipolo magnético. Os pólos magnéticos não coincidem com os geográficos, embora estejam próximos. Além disso, os pólos magnéticos da Terra estão se movendo. Seu deslocamento foi registrado desde 1885. Por exemplo, nos últimos cem anos, o pólo magnético no Hemisfério Sul mudou quase 900 quilômetros e agora está no Oceano Antártico. O pólo do hemisfério ártico está se movendo através do Oceano Ártico em direção à anomalia magnética da Sibéria Oriental, a velocidade de seu movimento (de acordo com dados de 2004) foi de cerca de 60 quilômetros por ano. Agora há uma aceleração do movimento dos polos - em média, a velocidade está crescendo 3 quilômetros por ano.

Qual é o significado do campo magnético da Terra para nós? Em primeiro lugar, o campo magnético da Terra protege o planeta dos raios cósmicos e do vento solar. Partículas carregadas do espaço profundo não caem diretamente no solo, mas são desviadas por um ímã gigante e se movem ao longo de suas linhas de força. Assim, todos os seres vivos são protegidos da radiação nociva.

Durante a história da Terra, houve vários inversões(mudanças) de pólos magnéticos. Inversão de póloé quando eles mudam de lugar. A última vez que esse fenômeno ocorreu há cerca de 800 mil anos, houve mais de 400 inversões geomagnéticas na história da Terra. Alguns cientistas acreditam que, dada a aceleração observada do movimento dos polos magnéticos, a próxima inversão dos polos deve ser esperado para os próximos dois mil anos.

Felizmente, nenhuma inversão de pólos é esperada em nosso século. Assim, você pode pensar no prazer e aproveitar a vida no bom e velho campo constante da Terra, considerando as principais propriedades e características do campo magnético. E para que você possa fazer isso, existem nossos autores, que podem ser encarregados de alguns dos problemas educacionais com confiança no sucesso! e outros tipos de trabalho que você pode encomendar no link.

Campo magnético, o que é? - um tipo especial de matéria;
Onde existe? - em torno de cargas elétricas em movimento (incluindo em torno de um condutor de corrente)
Como descobrir? - usando uma agulha magnética (ou limalha de ferro) ou por sua ação em um condutor de corrente.

A experiência de Oersted:

A agulha magnética gira se a eletricidade começar a fluir através do condutor. atual, porque Um campo magnético é formado em torno de um condutor condutor de corrente.

Interação de dois condutores com a corrente:

Cada condutor portador de corrente tem seu próprio campo magnético ao seu redor, que atua com alguma força no condutor adjacente.

Dependendo da direção das correntes, os condutores podem atrair ou repelir uns aos outros.

Pense no ano letivo passado:

LINHAS MAGNÉTICAS (ou outras linhas de indução magnética)

Como representar um campo magnético? - com a ajuda de linhas magnéticas;
Linhas magnéticas, o que são?

Estas são linhas imaginárias ao longo das quais agulhas magnéticas são colocadas em um campo magnético. Linhas magnéticas podem ser traçadas através de qualquer ponto do campo magnético, elas têm uma direção e são sempre fechadas.

Pense no ano letivo passado:

CAMPO MAGNÉTICO INOMOGÊNEO

Características de um campo magnético não homogêneo: as linhas magnéticas são curvas; a densidade das linhas magnéticas é diferente; a força com que o campo magnético atua sobre a agulha magnética é diferente em diferentes pontos desse campo em magnitude e direção.

Onde existe um campo magnético não homogêneo?

Em torno de um condutor reto de corrente;

Ao redor da barra magnética;

Ao redor do solenóide (bobinas com corrente).

CAMPO MAGNÉTICO HOMOGÊNEO

Características de um campo magnético homogêneo: as linhas magnéticas são linhas retas paralelas, a densidade das linhas magnéticas é a mesma em todos os lugares; a força com que o campo magnético atua sobre a agulha magnética é a mesma em todos os pontos desse campo na direção do módulo.

Onde existe um campo magnético uniforme?
- dentro do ímã da barra e dentro do solenóide, se seu comprimento for muito maior que o diâmetro.

INTERESSANTE

A capacidade do ferro e suas ligas de serem altamente magnetizadas desaparece quando aquecido a uma temperatura elevada. O ferro puro perde essa capacidade quando aquecido a 767°C.

Os poderosos ímãs usados ​​em muitos produtos modernos podem interferir em marca-passos e dispositivos cardíacos implantados em pacientes cardíacos. Ímãs comuns de ferro ou ferrite, que são facilmente distinguidos por sua coloração cinza fosca, têm pouca força e são pouco preocupantes.
No entanto, ímãs muito fortes apareceram recentemente - de cor prata brilhante e representando uma liga de neodímio, ferro e boro. O campo magnético que eles criam é muito forte, razão pela qual são amplamente utilizados em discos de computador, fones de ouvido e alto-falantes, bem como em brinquedos, joias e até roupas.

Uma vez nas estradas da principal cidade de Maiorca, apareceu o navio militar francês "La Rolain". Sua condição era tão miserável que o navio mal chegou ao cais sozinho.Quando cientistas franceses, incluindo Arago, de 22 anos, embarcaram no navio, descobriu-se que o navio foi destruído por um raio. Enquanto a comissão inspecionava o navio, balançando a cabeça ao ver os mastros e superestruturas queimados, Arago correu para as bússolas e viu o que esperava: as agulhas da bússola apontavam em direções diferentes...

Um ano depois, cavando os restos de um navio genovês que caiu perto de Argel, Arago descobriu que as agulhas da bússola haviam sido desmagnetizadas. O navio estava indo para o sul em direção às rochas, enganado por uma bússola magnética atingida por um raio.

V. Kartsev. Ímã por três milênios.

A bússola magnética foi inventada na China.
Já há 4.000 anos, os caravaneiros levaram consigo uma panela de barro e "cuidaram dela no caminho mais do que todas as suas cargas caras". Nele, na superfície do líquido em uma bóia de madeira, está uma pedra que ama o ferro. Ele podia se virar e, o tempo todo, apontava para os viajantes na direção do sul, que, na ausência do Sol, os ajudava a ir até os poços.
No início de nossa era, os chineses aprenderam a fazer ímãs artificiais magnetizando uma agulha de ferro.
E apenas mil anos depois, os europeus começaram a usar uma agulha de bússola magnetizada.

CAMPO MAGNÉTICO DA TERRA

A terra é um grande ímã permanente.
O Pólo Magnético Sul, embora localizado, pelos padrões terrestres, próximo ao Pólo Geográfico Norte, estão separados por cerca de 2000 km.
Existem territórios na superfície da Terra onde seu próprio campo magnético é fortemente distorcido pelo campo magnético dos minérios de ferro que ocorrem a uma profundidade rasa. Um desses territórios é a anomalia magnética de Kursk localizada na região de Kursk.

A indução magnética do campo magnético da Terra é apenas cerca de 0,0004 Tesla.
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O campo magnético da Terra é afetado pelo aumento da atividade solar. Aproximadamente uma vez a cada 11,5 anos, aumenta tanto que a comunicação de rádio é interrompida, o bem-estar de pessoas e animais piora e as agulhas da bússola começam a “dançar” imprevisivelmente de um lado para o outro. Neste caso, eles dizem que uma tempestade magnética está chegando. Geralmente dura de várias horas a vários dias.

O campo magnético da Terra muda sua orientação de tempos em tempos, fazendo flutuações seculares (com duração de 5 a 10 mil anos) e reorientando completamente, ou seja, invertendo os pólos magnéticos (2-3 vezes por milhão de anos). Isso é indicado pelo campo magnético de épocas distantes "congeladas" em rochas sedimentares e vulcânicas. O comportamento do campo geomagnético não pode ser chamado de caótico, ele obedece a uma espécie de "horário".

A direção e a magnitude do campo geomagnético são determinadas pelos processos que ocorrem no núcleo da Terra. O tempo de inversão de polaridade característico determinado pelo núcleo sólido interno é de 3 a 5 mil anos, e determinado pelo núcleo líquido externo é de cerca de 500 anos. Esses tempos podem explicar a dinâmica observada do campo geomagnético. A modelagem computacional, levando em consideração diversos processos intraterrestres, mostrou a possibilidade de uma inversão de polaridade do campo magnético em cerca de 5 mil anos.

FOCOS COM ÍMÃS

O "templo dos encantos, ou o gabinete mecânico, óptico e físico do Sr. Gamuletsky de Coll" do famoso ilusionista russo Gamuletsky, que existiu até 1842, ficou famoso, entre outras coisas, pelo fato de os visitantes subirem as escadas decoradas com candelabros e acarpetados de tapetes ainda se podia notar de longe, no alto da escada, a figura dourada de um anjo, feito em crescimento humano natural, que pairava em posição horizontal acima da porta do escritório sem ser suspenso ou apoiado. Todos puderam certificar-se de que a figura não tinha nenhum suporte. Quando os visitantes entraram na plataforma, o anjo levantou a mão, levou a trompa à boca e tocou, movendo os dedos da maneira mais natural. Há dez anos, disse Gamuletsky, venho trabalhando para encontrar a ponta e o peso do ímã e do ferro para manter o anjo no ar. Além do trabalho, usei muito dinheiro para esse milagre.

Na Idade Média, os chamados "peixes obedientes", feitos de madeira, eram um número de ilusão muito comum. Eles nadaram na piscina e obedeceram ao menor aceno da mão do mago, o que os fez se mover em todas as direções. O segredo do truque era extremamente simples: um ímã estava escondido na manga do mago e pedaços de ferro eram inseridos nas cabeças dos peixes.
Mais perto de nós no tempo estavam as manipulações do inglês Jonas. Seu número de assinatura: Jonas convidou alguns espectadores a colocar o relógio na mesa, após o que ele, sem tocar no relógio, mudou arbitrariamente a posição dos ponteiros.
A incorporação moderna de tal ideia são as embreagens eletromagnéticas, bem conhecidas dos eletricistas, com a ajuda das quais é possível girar dispositivos separados do motor por algum tipo de obstáculo, por exemplo, uma parede.

Em meados dos anos 80 do século 19, correu um boato sobre o elefante cientista, que não só podia somar e subtrair, mas até multiplicar, dividir e extrair raízes. Isso foi feito da seguinte maneira. O treinador, por exemplo, perguntou ao elefante: "Quanto é sete oito?" Havia uma placa com números na frente do elefante. Após a pergunta, o elefante pegou o ponteiro e mostrou com confiança o número 56. Da mesma forma, foi feita a divisão e a extração da raiz quadrada. O truque era bastante simples: havia um pequeno eletroímã escondido sob cada número no quadro. Quando o elefante foi questionado, uma corrente foi aplicada ao enrolamento de um ímã localizado significando a resposta correta. O ponteiro de ferro na tromba do elefante foi atraído pelo número correto. A resposta veio automaticamente. Apesar da simplicidade desse treinamento, o segredo do truque não pôde ser desvendado por muito tempo, e o "elefante aprendido" teve um tremendo sucesso.

Já no século VI. BC. na China, sabia-se que alguns minérios tinham a capacidade de atrair uns aos outros e atrair objetos de ferro. Pedaços de tais minérios foram encontrados perto da cidade de Magnésia, na Ásia Menor, por isso receberam o nome ímãs.

Qual é a interação entre um ímã e objetos de ferro? Lembre-se por que os corpos eletrificados são atraídos? Porque uma forma peculiar de matéria é formada perto de uma carga elétrica - um campo elétrico. Ao redor do ímã existe uma forma semelhante de matéria, mas tem uma natureza de origem diferente (afinal, o minério é eletricamente neutro), é chamado de campo magnético.

Para estudar o campo magnético, são usados ​​ímãs retos ou em forma de ferradura. Certos lugares do ímã têm o maior efeito atrativo, são chamados postes(Norte e Sul). Pólos magnéticos opostos se atraem e pólos iguais se repelem.

Para a característica de potência do campo magnético, use vetor de indução de campo magnético B. O campo magnético é representado graficamente usando linhas de força ( linhas de indução magnética). As linhas são fechadas, não têm começo nem fim. O local de onde saem as linhas magnéticas é o Pólo Norte (Norte), as linhas magnéticas entram no Pólo Sul (Sul).

O campo magnético pode ser "visível" com limalha de ferro.

O campo magnético de um condutor de corrente

E agora o que encontramos Hans Christian Oersted E André Marie Ampère em 1820. Acontece que um campo magnético existe não apenas em torno de um ímã, mas também em torno de qualquer condutor com corrente. Qualquer fio, por exemplo, o fio de uma lâmpada, através do qual uma corrente elétrica flui, é um ímã! Um fio com corrente interage com um ímã (tente trazer uma bússola para ele), dois fios com corrente interagem um com o outro.

As linhas de força do campo magnético de corrente contínua são círculos ao redor do condutor.

Direção do vetor de indução magnética

A direção do campo magnético em um determinado ponto pode ser definida como a direção que indica o pólo norte de uma agulha de bússola colocada naquele ponto.

A direção das linhas de indução magnética depende da direção da corrente no condutor.

A direção do vetor de indução é determinada pela regra verruma ou regra mão direita.

Vetor de indução magnética

Esta é uma grandeza vetorial que caracteriza a ação da força do campo.

Indução do campo magnético de um condutor retilíneo infinito com corrente a uma distância r dele:

Indução de campo magnético no centro de uma bobina circular fina de raio r:

Indução de campo magnético solenóide(uma bobina cujas espiras são energizadas em série em uma direção):

Princípio da superposição

Se o campo magnético em um determinado ponto no espaço é criado por várias fontes do campo, então a indução magnética é a soma vetorial das induções de cada um dos campos separadamente

A Terra não é apenas uma grande carga negativa e uma fonte de um campo elétrico, mas, ao mesmo tempo, o campo magnético do nosso planeta é semelhante ao campo de um ímã direto gigante.

O sul geográfico está próximo do norte magnético e o norte geográfico está próximo do sul magnético. Se a bússola for colocada no campo magnético da Terra, sua seta norte estará orientada ao longo das linhas de indução magnética na direção do pólo magnético sul, ou seja, nos dirá onde está localizado o norte geográfico.

Os elementos característicos do magnetismo terrestre mudam muito lentamente ao longo do tempo - mudanças seculares. No entanto, tempestades magnéticas ocorrem de tempos em tempos, quando o campo magnético da Terra é fortemente distorcido por várias horas e depois retorna gradualmente aos seus valores anteriores. Uma mudança tão drástica afeta o bem-estar das pessoas.

O campo magnético da Terra é um "escudo" que cobre nosso planeta das partículas que penetram do espaço exterior ("vento solar"). Perto dos pólos magnéticos, os fluxos de partículas aproximam-se muito mais da superfície da Terra. Durante as poderosas explosões solares, a magnetosfera é deformada e essas partículas podem passar para as camadas superiores da atmosfera, onde colidem com moléculas de gás, formando auroras.

Partículas de dióxido de ferro em um filme magnético são bem magnetizadas durante o processo de gravação.

Os trens maglev deslizam sobre a superfície sem absolutamente nenhum atrito. O trem é capaz de atingir velocidades de até 650 km/h.

O trabalho do cérebro, a pulsação do coração é acompanhado por impulsos elétricos. Neste caso, um campo magnético fraco surge nos órgãos.

Um campo magnético- potênciacampo, agindo sobre cargas elétricas em movimento e sobre corpos commagnéticomomento, independentemente do estado de seu movimento;magnéticocomponente do eletromagnetismoCampos.

As linhas do campo magnético são linhas imaginárias, cujas tangentes em cada ponto do campo coincidem em direção com o vetor de indução magnética.

Para um campo magnético, o princípio da superposição é válido:em cada ponto no espaço, o vetor de indução magnéticaB∑ → B∑→criado neste ponto por todas as fontes de campos magnéticos é igual à soma vetorial dos vetores de indução magnéticabk→ Bk→criado neste ponto por todas as fontes de campos magnéticos:

28. Lei de Biot-Savart-Laplace. Lei atual completa.

A formulação da lei de Biot Savart Laplace é a seguinte: Quando uma corrente contínua passa por um circuito fechado no vácuo, para um ponto a uma distância r0 do circuito, a indução magnética terá a forma.

onde eu atual no circuito

contorno gama ao longo do qual a integração é realizada

r0 ponto arbitrário

Lei atual completaesta é a lei que relaciona a circulação do vetor de intensidade do campo magnético e a corrente.

A circulação do vetor de intensidade do campo magnético ao longo do circuito é igual à soma algébrica das correntes percorridas por este circuito.

29. Campo magnético de um condutor com corrente. Momento magnético da corrente circular.

30. A ação de um campo magnético em um condutor com corrente. Lei de Ampère. Interação de correntes.

F = B I l sinα,

Ondeα - o ângulo entre os vetores de indução magnética e corrente,B- indução de campo magnético,eu- corrente no condutor,eu- comprimento do condutor.

Interação de correntes.Se dois fios estiverem incluídos no circuito CC, então:Condutores paralelos próximos e conectados em série se repelem.Condutores conectados em paralelo se atraem.

31. Ação de campos elétricos e magnéticos sobre uma carga em movimento. Força Lorentz.

Força Lorentz - força, com qualcampo eletromagneticode acordo com o clássico (não-quântico)eletrodinâmicaatua emapontarcarregadapartícula. Às vezes, a força de Lorentz é chamada de força que atua em um movimento com velocidadecarregarsó do ladocampo magnético, muitas vezes a força total - do campo eletromagnético em geral , ou seja, do lado elétricoEmagnéticoCampos.

32. A ação de um campo magnético sobre a matéria. Dia-, para- e ferromagnetos. Histerese magnética.

B= B 0 + B 1

OndeB⃗ B →- indução de campo magnético na matéria;B⃗ 0 B→0- indução de campo magnético no vácuo, B⃗ 1 B→1- indução magnética do campo que surgiu devido à magnetização da substância.

Substâncias para as quais a permeabilidade magnética é ligeiramente menor que a unidade (μ< 1), называются diamagnetos, ligeiramente maior que um (μ > 1) -paraímãs.

ferroímã- a substância ou material em que o fenômeno é observado ferromagnetismo, ou seja, o aparecimento de magnetização espontânea a uma temperatura abaixo da temperatura de Curie.

Magnéticohisterese- fenômenodependênciasvetormagnetizaçãoEvetormagnéticoCamposdentrosubstâncianão sóa partir deem anexoexternoCampos, masEa partir defundoesta amostra

O que são linhas de força do campo magnético?

O que são linhas de força e para que servem?

Como são as linhas do campo magnético?

Quais são as linhas de campo?