Quando um campo magnético é formado. imãs permanentes. O campo magnético dos ímãs permanentes. O campo magnético da Terra. A natureza do campo magnético

Ainda nos lembramos do campo magnético da escola, é isso mesmo, "aparece" na memória de nem todos. Vamos atualizar o que passamos e talvez contar algo novo, útil e interessante.

Determinação do campo magnético

Um campo magnético é um campo de força que atua sobre objetos em movimento. cargas eletricas(partículas). Devido a este campo de força, os objetos são atraídos uns pelos outros. Existem dois tipos de campos magnéticos:

1. Gravitacional - é formado exclusivamente próximo partículas elementares e viruetsya em sua força com base nas características e estrutura dessas partículas.
2. Dinâmico, produzido em objetos com cargas elétricas em movimento (transmissores de corrente, substâncias magnetizadas).

Pela primeira vez, a designação de campo magnético foi introduzida por M. Faraday em 1845, embora seu significado fosse um pouco errôneo, pois acreditava-se que tanto os efeitos elétricos quanto os magnéticos e a interação são baseados no mesmo campo material. Mais tarde, em 1873, D. Maxwell “apresentou” teoria quântica, em que esses conceitos começaram a ser separados, e o campo de força anteriormente derivado foi chamado de campo eletromagnético.

Como surge um campo magnético?

Os campos magnéticos de vários objetos não são percebidos pelo olho humano, e apenas sensores especiais podem corrigi-lo. A fonte do aparecimento de um campo de força magnética em escala microscópica é o movimento de micropartículas magnetizadas (carregadas), que são:

• íons;
• elétrons;
• prótons.

Seu movimento ocorre devido ao momento magnético de spin, que está presente em cada micropartícula.

Campo magnético, onde pode ser encontrado?

Não importa o quão estranho possa parecer, mas quase todos os objetos ao nosso redor têm seu próprio campo magnético. Embora no conceito de muitos, apenas um seixo chamado ímã tenha um campo magnético, que atrai objetos de ferro para si. Na verdade, a força de atração está em todos os objetos, ela só se manifesta em uma valência inferior.

Também deve ser esclarecido que o campo de força, chamado magnético, aparece apenas sob a condição de que cargas ou corpos elétricos estejam em movimento.

Cargas imóveis têm um campo de força elétrica (também pode estar presente em cargas em movimento). Acontece que as fontes campo magnético são:

• imãs permanentes;
• cobranças móveis.

Um ímã é um corpo que forma um campo magnético em torno de si mesmo.

A força criada pelo ímã atuará em certos metais: ferro, níquel e cobalto. Objetos feitos desses metais são atraídos por um ímã.
(o fósforo e a rolha não se atraem, o prego fica apenas na metade direita do imã, o clipe de papel fica em qualquer lugar)

Existem duas áreas onde a força de atração é máxima. Eles são chamados de pólos. Se um ímã estiver suspenso em um fio fino, ele se desdobrará de uma certa maneira. Uma extremidade sempre apontará para o norte e a outra para o sul. Portanto, um pólo é chamado de norte e o outro é chamado de sul.

Você pode considerar visualmente o efeito do campo magnético formado ao redor do ímã. Vamos colocar o ímã na superfície, na qual as limalhas de metal foram despejadas anteriormente. Sob a ação de um campo magnético, a serragem será disposta em forma de curvas elípticas. Pela forma dessas curvas, pode-se imaginar como as linhas do campo magnético estão localizadas no espaço. Sua direção é geralmente designada de norte a sul.

Se pegarmos dois ímãs idênticos e tentarmos aproximá-los por seus pólos, descobriremos que pólos diferentes se atraem e os mesmos se repelem.

Nossa Terra também tem um campo magnético chamado campo magnético da Terra. A seta norte sempre aponta para o norte. Portanto, o pólo norte geográfico da Terra é o pólo magnético sul, pois pólos magnéticos opostos se atraem. Da mesma forma, o pólo geográfico sul é o pólo magnético norte.

A extremidade norte da agulha da bússola sempre aponta para o norte, pois é atraída pelo pólo sul magnético da Terra.

Se colocarmos uma bússola sob um fio que é esticado no sentido norte-sul e por onde flui a corrente, veremos que a agulha magnética se desvia. Isso prova que a corrente elétrica cria um campo magnético em torno de si.

Se colocarmos vários compassos sob um fio por onde passa uma corrente elétrica, veremos que todas as setas se desviam no mesmo ângulo. Isso significa que o campo magnético criado pelo fio é o mesmo para Áreas diferentes. Portanto, podemos concluir que as linhas de campo magnético para cada condutor têm a forma de círculos concêntricos.

A direção das linhas do campo magnético pode ser determinada usando a regra mão direita. Para fazer isso, enrole mentalmente sua mão direita ao redor do maestro com choque elétrico de modo que se estendeu dedão a mão direita mostrava a direção da corrente elétrica, depois os dedos dobrados mostravam a direção das linhas do campo magnético.

Se torcermos um fio de metal em espiral e passarmos uma corrente elétrica através dele, os campos magnéticos de cada volta individual serão resumidos em campo comum espirais.

A ação do campo magnético da espiral é semelhante à ação do campo magnético de um ímã permanente. Este princípio formou a base para a criação de um eletroímã. Ele, como um ímã permanente, tem um pólo sul e um pólo norte. O Pólo Norte é onde as linhas do campo magnético saem.

A força de um ímã permanente não muda com o tempo. Um eletroímã é diferente. Existem três maneiras de alterar a força de um eletroímã.

Primeira maneira. Coloque um núcleo de metal dentro da espiral. Neste caso, somam-se as ações do campo magnético do núcleo e do campo magnético da espiral.

A segunda maneira. Aumente o número de voltas da espiral. Quanto mais voltas a espiral tiver, maior será o efeito da força do campo magnético.

A terceira via. Vamos aumentar a força da corrente elétrica que flui na espiral. Os campos magnéticos das bobinas individuais aumentarão, portanto, o campo magnético total da espiral também aumentará.

Palestrante

O dispositivo de alto-falante inclui um eletroímã e um ímã permanente. O eletroímã, que está conectado à membrana do alto-falante, é colocado em um ímã permanente rigidamente fixo. Neste caso, a membrana permanece móvel. Passemos uma corrente elétrica alternada através do eletroímã, cuja forma depende de vibrações sonoras. À medida que a corrente elétrica muda, o efeito do campo magnético no eletroímã muda.

Como resultado, o eletroímã será atraído ou repelido por um ímã permanente com diferentes intensidades. Além disso, a membrana do alto-falante realizará exatamente as mesmas oscilações que um eletroímã. Assim, o que foi dito no microfone, ouviremos pelo alto-falante.

ligar

Elétrico campainha da porta pode ser atribuída à categoria de relés elétricos. A causa do sinal sonoro intermitente são os curtos-circuitos periódicos e as aberturas do circuito elétrico.

Quando o botão da campainha é pressionado, o circuito elétrico é fechado. A língua do sino é atraída por um eletroímã e atinge o sino. Neste caso, a lingueta abre o circuito elétrico. A corrente para de fluir, o eletroímã não funciona e a língua volta a posicão inicial. Circuito elétrico fecha novamente, a língua é novamente atraída por um eletroímã e atinge o sino. Este processo continuará enquanto pressionarmos o botão de chamada.

motor elétrico

Instale uma agulha magnética girando livremente na frente do eletroímã e gire-a. Podemos manter esse movimento se ligarmos o eletroímã no momento em que a agulha magnética gira com o mesmo pólo em direção ao eletroímã.

A força atrativa de um eletroímã é suficiente para movimento rotativo flechas não pararam.

(na imagem, o imã recebe um pulso sempre que a seta vermelha está próxima e o botão é pressionado. Se o botão for pressionado quando a seta verde estiver próxima, o eletroímã para)

Este princípio é a base do motor elétrico. Só que não é uma agulha magnética que gira nele, mas um eletroímã, chamado de armadura, em um ímã em forma de ferradura fixo estaticamente, que é chamado de estator. Devido a repetidos curtos-circuitos e aberturas do circuito, o eletroímã, ou seja, âncora, irá girar continuamente.

A corrente elétrica entra na armadura através de dois contatos, que são dois meios anéis isolados. Isso faz com que o eletroímã mude constantemente de polaridade. Ao encontrar pólos opostos um contra o outro, o motor começa a desacelerar a rotação. Mas neste momento, o eletroímã muda de polaridade, e agora um contra o outro são os mesmos pólos. Eles se repelem e o motor continua girando.

Gerador

Conectamos um voltímetro às extremidades da espiral e começamos a balançar um ímã permanente na frente de suas voltas. Neste caso, o voltímetro mostrará a presença de tensão. A partir disso, podemos concluir que o condutor elétrico é afetado por um campo magnético variável.

Disto segue a lei da indução elétrica: a tensão existirá nas extremidades de uma bobina de indução enquanto a bobina estiver em um campo magnético variável.

Quanto mais voltas uma bobina de indução tem, mais tensão é gerada em suas extremidades. A tensão pode ser aumentada aumentando o campo magnético ou fazendo-o mudar mais rapidamente. Um núcleo de metal inserido dentro de uma bobina de indução aumenta a tensão indutiva à medida que o campo magnético aumenta devido à magnetização do núcleo.
(o ímã começa a ondular com mais força na frente da bobina, o que faz com que a agulha do voltímetro se desvie muito mais)

Um gerador é o oposto de um motor elétrico. Âncora, ou seja eletroímã gira no campo magnético de um ímã permanente. Devido à rotação da armadura, o campo magnético que atua sobre ela está em constante mudança. Como resultado, a tensão indutiva resultante muda. Durante uma rotação completa da armadura, a tensão será positiva na metade do tempo e negativa na metade do tempo. Um exemplo disso é gerador de energia eólica, que cria uma tensão alternada.

Transformador

De acordo com a lei da indução, a tensão surge se o campo magnético na bobina de indução mudar. Mas o campo magnético da bobina só mudará se uma tensão alternada aparecer nela.

O campo magnético muda de zero para um valor finito. Se você conectar a bobina a uma fonte de tensão, o campo magnético alternado resultante criará uma tensão indutiva de curto prazo que neutralizará a tensão principal. Não é necessário utilizar duas bobinas para observar a ocorrência de uma tensão indutiva. Isso pode ser feito com uma bobina, mas esse processo é chamado de auto-indução. A tensão na bobina atinge seu máximo após algum tempo, quando o campo magnético para de mudar e se torna constante.

Da mesma forma, o campo magnético muda se desconectarmos a bobina da fonte de tensão. Neste caso, também ocorre o fenômeno de auto-indução, que neutraliza a queda de tensão. Portanto, a tensão cai para zero não instantaneamente, mas com um certo atraso.

Se conectarmos e desconectarmos constantemente uma fonte de tensão à bobina, o campo magnético ao redor dela mudará constantemente. Ao mesmo tempo, também ocorre uma tensão de indução alternada. Agora, em vez disso, conecte a bobina a uma fonte de tensão CA. Depois de algum tempo, uma tensão indutiva alternada aparece.

Conecte a primeira bobina a uma fonte de tensão CA. Graças ao núcleo de metal, o campo magnético alternado resultante também atuará na segunda bobina. Isso significa que a tensão alternada pode ser transferida de um circuito elétrico para outro, mesmo que esses circuitos não estejam conectados um ao outro.

Se pegarmos duas bobinas idênticas, na segunda podemos obter a mesma tensão que atua na primeira bobina. Este fenômeno é usado em transformadores. Apenas o objetivo do transformador é criar na segunda bobina uma tensão diferente da primeira. Para fazer isso, a segunda bobina deve ter mais ou menos voltas.

Se a primeira bobina tivesse 1000 voltas e a segunda bobina tivesse 10, então a tensão no segundo circuito seria apenas um centésimo da tensão no primeiro. Mas a força atual aumenta quase cem vezes. Portanto, transformadores alta voltagem necessário para criar grande força atual.

O que é um imã permanente

Um produto ferromagnético capaz de reter uma magnetização residual significativa após a remoção de um campo magnético externo é chamado de ímã permanente. Os ímãs permanentes são feitos de vários metais tais como: cobalto, ferro, níquel, ligas metais de terras raras(para ímãs de neodímio), bem como de minerais naturais, como magnetitas.

O escopo dos ímãs permanentes hoje é muito amplo, mas seu propósito é fundamentalmente o mesmo em todos os lugares - como fonte de um campo magnético constante sem fonte de alimentação. Assim, um ímã é um corpo que tem o seu próprio.

A própria palavra “ímã” vem da frase grega, que se traduz como “pedra de Magnésia”, após o nome da cidade asiática, onde foram descobertos depósitos de magnetita, minério de ferro magnético, em tempos antigos. Do ponto de vista físico, um ímã elementar é um elétron, e as propriedades magnéticas dos ímãs são geralmente determinadas pelos momentos magnéticos dos elétrons que compõem o material magnetizado.

As características da seção de desmagnetização do material do qual o ímã permanente é feito determinam as propriedades de um ímã permanente: quanto maior a força coercitiva Hc, e quanto maior a indução magnética residual Br, mais forte e mais estável é o ímã.

Força coercitiva (literalmente traduzida do latim - "força de retenção") - isso é necessário para a desmagnetização completa de uma substância ferro ou ferrimagnética. Assim, quanto maior a força coercitiva de um determinado ímã, mais resistente ele é aos fatores desmagnetizantes.

A unidade de medida da força coercitiva é Ampere/metro. E, como você sabe, é uma grandeza vetorial, que é a potência característica do campo magnético. O valor característico da indução magnética residual de ímãs permanentes é de cerca de 1 Tesla.

Tipos e propriedades de ímãs permanentes

ferrite

Os ímãs de ferrite, embora frágeis, têm boa resistência à corrosão, o que, por um preço baixo, os torna os mais comuns. Esses ímãs são feitos de uma liga de óxido de ferro com ferrita de bário ou estrôncio. Esta composição permite que o material retenha suas propriedades magnéticas em uma ampla faixa de temperatura - de -30°C a +270°C.

Os produtos magnéticos na forma de anéis de ferrite, barras e ferraduras são amplamente utilizados tanto na indústria quanto na vida cotidiana, na tecnologia e na eletrônica. Eles são usados ​​em sistemas acústicos, em geradores, em . Na indústria automotiva, os ímãs de ferrite são instalados em partidas, vidros elétricos, sistemas de refrigeração e ventiladores.

Os ímãs de ferrite são caracterizados por uma força coercitiva de cerca de 200 kA/m e uma indução magnética residual de cerca de 0,4 Tesla. Em média, um ímã de ferrite pode durar de 10 a 30 anos.

Alnico (alumínio-níquel-cobalto)

Os ímãs permanentes baseados em uma liga de alumínio, níquel e cobalto são caracterizados por resistência e estabilidade à temperatura insuperáveis: são capazes de manter suas propriedades magnéticas em temperaturas de até +550 ° C, embora a força coercitiva característica deles seja relativamente pequena. Sob a ação de um campo magnético relativamente pequeno, esses ímãs perderão suas propriedades magnéticas originais.

Julgue por si mesmo: uma força coercitiva típica é de cerca de 50 kA/m com uma magnetização residual de cerca de 0,7 Tesla. No entanto, apesar dessa característica, os ímãs de Alnico são indispensáveis ​​para algumas pesquisas científicas.

Os teores típicos de ligas de alnico altamente magnéticas variam de 7 a 10% de alumínio, 12 a 15% de níquel, 18 a 40% de cobalto e 3 a 4% de cobre.

Quanto mais cobalto, maior a indução de saturação e a energia magnética da liga. Aditivos na forma de 2 a 8% de titânio e apenas 1% de nióbio contribuem para obter uma maior força coercitiva - até 145 kA/m. A adição de 0,5 a 1% de silício fornece isotropia Propriedades magneticas.

Samariaceae

Se você precisa de resistência excepcional à corrosão, oxidação e temperaturas de até +350 ° C, a liga magnética de samário e cobalto é o que você precisa.

Em termos de custo, os ímãs de samário-cobalto são mais caros que os de neodímio devido à sua escassez e metal caro- cobalto. No entanto, é aconselhável usá-los em caso de necessidade de ter dimensões mínimas e peso dos produtos finais.

É mais apropriado em nave espacial, aviação e informática, motores elétricos em miniatura e acoplamentos magnéticos, em dispositivos e dispositivos vestíveis (relógios, fones de ouvido, celulares etc.)

Graças a um especial resistência à corrosão, são ímãs de samário que são usados ​​em desenvolvimento estratégico e aplicações militares. Motores elétricos, geradores, sistemas de elevação, veículos motorizados - ímã forte feito de liga de samário-cobalto ideal para ambientes agressivos e condições difíceis Operação. A força coercitiva é de cerca de 700 kA/m com uma indução magnética residual de cerca de 1 Tesla.

neodímio

Os ímãs de neodímio são muito procurados hoje e parecem ser os mais promissores. A liga de neodímio-ferro-boro permite criar superímãs para várias áreas de travas e brinquedos a poderosas máquinas de elevação.

A alta força coercitiva da ordem de 1000 kA/m e a magnetização residual da ordem de 1,1 Tesla permitem que o ímã persista por muitos anos; por 10 anos, um ímã de neodímio perde apenas 1% de sua magnetização se sua temperatura estiver sob operação condições não exceda +80°C (para alguns graus até +200°C). Assim, os ímãs de neodímio têm apenas duas desvantagens - fragilidade e baixa temperatura de operação.

O pó magnético junto com o componente de ligação forma um ímã macio, flexível e leve. Aglutinantes como vinil, borracha, plástico ou acrílico tornam os ímãs possíveis várias formas e tamanhos.

A força magnética, é claro, é inferior a um material magnético puro, mas às vezes essas soluções são necessárias para atingir certos objetivos incomuns para ímãs: na produção de produtos publicitários, na fabricação de adesivos removíveis em carros, bem como na fabricação de diversos artigos de papelaria e souvenirs.

Pólos iguais de ímãs se repelem e pólos opostos se atraem. A interação dos ímãs é explicada pelo fato de que qualquer ímã possui um campo magnético, e esses campos magnéticos interagem entre si. Qual é, por exemplo, a razão da magnetização do ferro?

Segundo a hipótese do cientista francês Ampere, dentro da substância existem correntes elétricas elementares (correntes de Ampère), que se formam como resultado do movimento dos elétrons em torno dos núcleos dos átomos e em torno de seu próprio eixo.

Quando os elétrons se movem, surgem campos magnéticos elementares. E se um pedaço de ferro é introduzido em um campo magnético externo, então todos os campos magnéticos elementares neste ferro são orientados da mesma maneira no campo magnético externo, formando seu próprio campo magnético de um pedaço de ferro. Portanto, se o campo magnético externo aplicado for forte o suficiente, depois de desligado, um pedaço de ferro se tornará um ímã permanente.

Conhecer a forma e a magnetização de um ímã permanente permite cálculos para substituí-lo por um sistema equivalente de correntes de magnetização elétrica. Essa substituição é possível tanto ao calcular as características do campo magnético quanto ao calcular as forças que atuam no ímã do campo externo. Por exemplo, vamos calcular a força de interação de dois ímãs permanentes.

Deixe os ímãs terem a forma de cilindros finos, vamos denotar seus raios como r1 e r2, as espessuras h1, h2, os eixos dos ímãs são os mesmos, vamos denotar a distância entre os ímãs como z, vamos supor que é muito maior do que os tamanhos dos ímãs.

O surgimento de uma força de interação entre ímãs é explicado caminho tradicional: um ímã cria um campo magnético que afeta o segundo ímã.

Para calcular a força de interação, vamos substituir mentalmente os ímãs com magnetização uniforme J1 e J2 por correntes circulares fluindo ao longo da superfície lateral dos cilindros. A força dessas correntes será expressa em termos da magnetização dos ímãs, e seus raios serão considerados igual aos raiosímãs.

Vamos decompor o vetor de indução B do campo magnético criado pelo primeiro ímã na localização do segundo em duas componentes: axial, direcionada ao longo do eixo do ímã, e radial, perpendicular a ele.

Para calcular a força total que atua sobre o anel, é necessário dividi-la mentalmente em pequenos elementos IΔl e somar a atuação em cada um desses elementos.

Usando a regra da mão esquerda, é fácil mostrar que a componente axial do campo magnético leva ao aparecimento de forças de Ampère que tendem a esticar (ou comprimir) o anel - a soma vetorial dessas forças é zero.

A presença da componente radial do campo leva ao surgimento de forças Ampere direcionadas ao longo do eixo dos ímãs, ou seja, à sua atração ou repulsão. Resta calcular as forças de Ampere - estas serão as forças de interação entre os dois ímãs.

O que é um ímã permanente? Um ímã permanente é um corpo capaz de por muito tempo manter a magnetização. Como resultado de vários estudos, inúmeras experiências, podemos dizer que apenas três substâncias na Terra podem ser ímãs permanentes (Fig. 1).

Arroz. 1. Ímãs permanentes. ()

Somente essas três substâncias e suas ligas podem ser ímãs permanentes, somente elas podem ser magnetizadas e manter esse estado por muito tempo.

Os ímãs permanentes são usados ​​há muito tempo e, antes de tudo, são dispositivos de orientação espacial - a primeira bússola foi inventada na China para navegar no deserto. Hoje, ninguém discute sobre agulhas magnéticas, ímãs permanentes, eles são usados ​​em todos os lugares em telefones e transmissores de rádio e simplesmente em vários produtos elétricos. Eles podem ser diferentes: existem ímãs de barra (Fig. 2)

Arroz. 2. Barra magnética ()

E há ímãs que são chamados de arqueados ou ferradura (Fig. 3)

Arroz. 3. Ímã arqueado ()

O estudo dos ímãs permanentes está associado exclusivamente à sua interação. O campo magnético pode ser criado por corrente elétrica e um ímã permanente, então a primeira coisa que se fez foi pesquisar com agulhas magnéticas. Se você levar o ímã para a seta, veremos a interação - os mesmos pólos se repelirão e os opostos se atrairão. Essa interação é observada com todos os ímãs.

Vamos colocar pequenas setas magnéticas ao longo da barra magnética (Fig. 4), o pólo sul irá interagir com o norte, e o norte atrairá o sul. As agulhas magnéticas serão colocadas ao longo da linha do campo magnético. É geralmente aceito que linhas magnéticas são direcionados para fora do ímã permanente do pólo norte para o sul, e para dentro do ímã do pólo sul para o norte. Assim, as linhas magnéticas são fechadas da mesma forma que a corrente elétrica, são círculos concêntricos, são fechadas dentro do próprio ímã. Acontece que fora do ímã o campo magnético é direcionado de norte para sul e dentro do ímã de sul para norte.

Arroz. 4. Linhas de campo magnético de um ímã de barra ()

Para observar a forma do campo magnético de um ímã em barra, a forma do campo magnético de um ímã arqueado, usaremos os seguintes dispositivos ou detalhes. Pegue um prato transparente, limalha de ferro e faça um experimento. Vamos polvilhar limalha de ferro na placa localizada na barra magnética (Fig. 5):

Arroz. 5. A forma do campo magnético da barra magnética ()

Vemos que as linhas do campo magnético saem do pólo norte e entram no pólo sul, pela densidade das linhas podemos julgar os pólos do ímã, onde as linhas são mais grossas - existem os pólos do ímã ( Fig. 6).

Arroz. 6. A forma do campo magnético do ímã em forma de arco ()

Faremos um experimento semelhante com um ímã arqueado. Vemos que as linhas magnéticas começam no norte e terminam no pólo sul em todo o ímã.

Já sabemos que o campo magnético é formado apenas em torno de ímãs e correntes elétricas. Como podemos determinar o campo magnético da Terra? Qualquer seta, qualquer bússola no campo magnético da Terra é estritamente orientada. Como a agulha magnética está estritamente orientada no espaço, portanto, um campo magnético atua sobre ela, e esse é o campo magnético da Terra. Pode-se concluir que nossa Terra é um grande ímã (Fig. 7) e, portanto, este ímã cria um campo magnético bastante poderoso no espaço. Quando olhamos para a agulha de uma bússola magnética, sabemos que a seta vermelha aponta para o sul e a azul aponta para o norte. Como estão localizados os pólos magnéticos da Terra? Neste caso, deve-se lembrar que o pólo geográfico sul está localizado no pólo norte geográfico da Terra. pólo magnético e no pólo sul geográfico está o pólo norte magnético da Terra. Se considerarmos a Terra como um corpo no espaço, podemos dizer que quando formos para o norte ao longo da bússola, chegaremos ao pólo magnético sul e, quando formos ao sul, chegaremos ao pólo magnético norte. No equador, a agulha da bússola estará localizada quase horizontalmente em relação à superfície da Terra, e quanto mais perto estivermos dos pólos, mais vertical será a seta. O campo magnético da Terra podia mudar, havia momentos em que os polos mudavam um em relação ao outro, ou seja, o sul era onde ficava o norte e vice-versa. Segundo os cientistas, este foi um prenúncio grandes catástrofes no chão. Isso não foi observado nas últimas dezenas de milênios.

Arroz. 7. Campo magnético da Terra ()

Os pólos magnéticos e geográficos não coincidem. Há também um campo magnético dentro da própria Terra e, como em um ímã permanente, é direcionado do pólo sul magnético para o norte.

De onde vem o campo magnético em ímãs permanentes? A resposta a esta pergunta foi dada pelo cientista francês Andre-Marie Ampère. Ele expressou a ideia de que o campo magnético dos ímãs permanentes é explicado por correntes elementares e simples que fluem dentro dos ímãs permanentes. Essas correntes elementares mais simples se amplificam de uma certa maneira e criam um campo magnético. Uma partícula carregada negativamente - um elétron - se move ao redor do núcleo de um átomo, esse movimento pode ser considerado direcionado e, consequentemente, um campo magnético é criado em torno de tal carga em movimento. Dentro de qualquer corpo, o número de átomos e elétrons é simplesmente enorme, respectivamente, todas essas correntes elementares tomam uma direção ordenada e obtemos um campo magnético bastante significativo. Podemos dizer o mesmo sobre a Terra, ou seja, o campo magnético da Terra é muito semelhante ao campo magnético de um ímã permanente. E um ímã permanente é uma característica bastante brilhante de qualquer manifestação de um campo magnético.

Além da existência de tempestades magnéticas, também existem anomalias magnéticas. Eles estão relacionados com o campo magnético solar. Quando explosões ou ejeções suficientemente poderosas ocorrem no Sol, elas não ocorrem sem a ajuda da manifestação do campo magnético do Sol. Esse eco atinge a Terra e afeta seu campo magnético, como resultado, observamos tempestades magnéticas. Anomalias magnéticas estão associadas a depósitos minério de ferro na Terra, enormes depósitos são magnetizados pelo campo magnético da Terra por muito tempo, e todos os corpos ao redor experimentarão a ação do campo magnético dessa anomalia, as agulhas da bússola mostrarão a direção errada.

Na próxima lição, consideraremos outros fenômenos associados a ações magnéticas.

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Trabalho de casa

1. Qual extremidade da agulha da bússola é atraída para o pólo norte da Terra?
2. Em que lugar da Terra você não pode confiar na agulha magnética?
3. O que a densidade de linhas em um ímã indica?

Até agora, consideramos o campo magnético criado por condutores que transportam corrente. No entanto, um campo magnético é criado e imãs permanentes, em que não há corrente elétrica, no sentido de que as partículas carregadas não fazem um movimento direcionado ao longo do condutor. Mesmo antes da descoberta de Oersted, o campo magnético dos ímãs permanentes foi tentado a ser explicado pela presença de cargas magnéticas localizadas no corpo, assim como as cargas elétricas criam campo elétrico. Os pólos opostos de um ímã foram considerados como concentrações de cargas magnéticas de sinais diferentes. No entanto, a primeira dificuldade foi a impossibilidade de separar esses polos. Depois de cortar o ímã da barra não foi possível separar os pólos norte e sul- descobriu-se dois ímãs, cada um com um pólo norte e um pólo sul. A busca por cargas magnéticas (“monopolos”) continua até hoje, e até agora sem sucesso. Ampère ofereceu uma explicação mais natural. Como uma bobina com corrente cria um campo semelhante ao campo de uma barra magnética, Ampère sugeriu que na matéria, ou melhor, nos átomos, existem partículas carregadas fazendo um movimento circular e, assim, criando correntes "atômicas" circulares.

Essa ideia estava de acordo com o modelo do átomo proposto posteriormente por Rutherford. Também está claro por que a matéria no estado comum praticamente não exibe propriedades magnéticas. Para que os campos das diferentes "bobinas" sejam somados, eles devem ser dispostos conforme mostrado na figura de modo que seus campos estejam orientados na mesma direção. Mas à força movimento térmico, suas direções são orientadas aleatoriamente uma em relação à outra em todas as direções. E como os campos magnéticos são somados de acordo com a lei vetorial, o campo total é igual a zero. Isso é verdade para a maioria dos metais e outras substâncias. A ordenação de correntes atômicas só é possível em certos metais, chamados ferroímãs.É neles que as propriedades magnéticas se manifestam de forma muito notável. Muitos metais, como cobre e alumínio, não apresentam propriedades magnéticas perceptíveis, por exemplo, não podem ser magnetizados. O exemplo mais famoso de um ferromagneto é o ferro. Existem áreas bastante grandes em comparação com o tamanho de um átomo (10 -6 -10 -4 cm) - domínios, em que as correntes atômicas já estão estritamente ordenadas. As próprias regiões estão localizadas aleatoriamente uma em relação à outra - o metal não é magnetizado. Ao colocá-lo em um campo magnético, podemos transferir os domínios para um estado ordenado - para magnetizar o metal e, removendo o campo externo, reteremos sua magnetização. No processo de magnetização, os domínios com orientação das correntes atômicas ao longo do campo externo crescem, enquanto os demais diminuem. Vimos que uma bobina com uma corrente em um campo magnético é girada pela força de Ampère de modo que seu campo magnético é estabelecido ao longo do campo externo. Esta é a posição de equilíbrio da bobina, que ele procura ocupar. Depois que o campo externo é desligado, a orientação das correntes atômicas é preservada. Alguns tipos de aço mantêm sua magnetização muito estável - eles podem ser usados ​​para fazer ímãs permanentes. Outros graus são facilmente remagnetizados, são adequados para a produção de eletroímãs. Se uma haste ferromagnética for colocada em um solenóide, o campo criado nela aumentará de 10 a 20 mil vezes.

Nesse caminho, um campo magnético é sempre criado por uma corrente elétrica, ou fluindo através do condutor, quando as cargas se movem por distâncias muitas vezes maiores que as atômicas (tais correntes são chamadas de macroscópico), ou microscópico correntes (atômicas).

O campo magnético da Terra. Uma das primeiras observações do campo magnético e seu uso para fins aplicados foi a detecção do campo magnético da Terra. NO China antiga uma agulha magnética (ímã de barra) foi usada para determinar a direção para o norte, o que também é feito nas bússolas modernas. Obviamente, na parte interna da Terra existem algumas correntes, que levam ao aparecimento de um pequeno campo magnético (cerca de 10 -4 T). Se assumirmos que está associado à rotação da Terra, existem correntes circulares dentro dela em torno de seu eixo, e o campo magnético correspondente (como o campo de uma bobina) deve ser orientado dentro da Terra ao longo do eixo de sua rotação. As linhas de indução devem se parecer com a mostrada na figura.

Pode-se ver que o pólo norte magnético da Terra está localizado próximo ao seu pólo geográfico sul. As linhas de indução fecham-se no espaço exterior e, perto da superfície da Terra, estão orientadas ao longo dos meridianos geográficos. É ao longo deles na direção norte que a extremidade norte da agulha magnética é definida. Outro fenômeno importante está relacionado com o campo magnético da Terra. Do espaço para a atmosfera da Terra vem um grande número de partículas elementares, algumas são carregadas. O campo magnético atua como uma barreira para que eles entrem na baixa atmosfera, onde podem ser perigosos. Considerando o movimento de uma partícula carregada em um campo magnético sob a ação da força de Lorentz, vimos que ela começa a se mover ao longo de uma linha helicoidal ao longo da linha de indução do campo magnético. Isto é o que acontece com partículas carregadas em camadas superiores atmosfera. Movendo-se ao longo das linhas, eles "saem" para os pólos e entram na atmosfera perto dos pólos geográficos. Quando eles interagem com as moléculas, ocorre um brilho (a emissão de luz pelos átomos), que cria as luzes do norte. Eles não são observados em latitudes não polares.

Instrumentos de medição tangente. Para medir a magnitude da indução de um campo magnético desconhecido (por exemplo, a Terra), é razoável propor uma forma de comparar este campo com algum conhecido. Por exemplo, com um campo de corrente longo para frente. Método tangente fornece uma maneira de comparar. Suponha que queremos medir a componente horizontal do campo magnético da Terra em algum ponto. Vamos colocar um longo fio vertical próximo a ele de modo que seu meio fique próximo a este ponto, e o comprimento seja muito maior que a distância até ele (figura, vista superior).

Se a corrente não fluir no fio, a agulha magnética no ponto de observação será estabelecida ao longo do campo da Terra (na figura - para cima, ao longo do leste). Vamos aumentar a corrente no fio. A seta começa a se desviar para a esquerda. Uma vez que o campo de corrente V T aparece, direcionado horizontalmente na figura. O campo cheio é direcionado ao longo da diagonal do retângulo, conforme exigido pela regra para somar os vetores B e B T. Quando a corrente atinge um certo valor I 0 , o ângulo formado pela seta será 45 0 . Isso significa que a igualdade В З \u003d В Т foi cumprida, mas o campo В Т é conhecido por nós. Medindo x e I 0 com um amperímetro, você pode calcular V T e, portanto, V Z. O método é chamado tangente porque a condição é atendida.