Un champ magnétique- c'est le milieu matériel à travers lequel se produit l'interaction entre les conducteurs avec du courant ou des charges en mouvement.
Propriétés du champ magnétique:
Caractéristiques du champ magnétique:
Pour étudier le champ magnétique, un circuit de test avec courant est utilisé. Il est de petite taille et le courant qu'il contient est bien inférieur au courant dans le conducteur créant le champ magnétique. Sur les côtés opposés du circuit porteur de courant, les forces du champ magnétique agissent de même ampleur, mais dirigées dans des directions opposées, puisque la direction de la force dépend de la direction du courant. Les points d’application de ces forces ne se situent pas sur la même droite. De telles forces sont appelées quelques forces. Sous l’action d’une paire de forces, le circuit ne peut pas se déplacer en translation, il tourne autour de son axe ; L'action de rotation est caractérisée couple.
, Où je–levier de quelques forces(distance entre les points d'application des forces).
À mesure que le courant dans le circuit de test ou la zone du circuit augmente, le couple de la paire de forces augmentera proportionnellement. Le rapport du moment de force maximal agissant sur le circuit avec le courant à l'amplitude du courant dans le circuit et à la surface du circuit est une valeur constante pour un point donné du champ. C'est appelé induction magnétique.
, Où 
-moment magnétique circuit avec courant.
Unité induction magnétique - Tesla [T].
Moment magnétique du circuit– grandeur vectorielle dont le sens dépend du sens du courant dans le circuit et est déterminé par règle de vis droite: serrez votre poing droit, pointez quatre doigts dans la direction du courant dans le circuit, puis le pouce indiquera la direction du vecteur moment magnétique. Le vecteur moment magnétique est toujours perpendiculaire au plan de contour.
Derrière direction du vecteur d'induction magnétique prendre la direction du vecteur du moment magnétique du circuit, orienté dans le champ magnétique.
Ligne d'induction magnétique– une droite dont la tangente en chaque point coïncide avec la direction du vecteur induction magnétique. Les lignes d'induction magnétique sont toujours fermées et ne se croisent jamais. Lignes d'induction magnétique d'un conducteur droit avec le courant ont la forme de cercles situés dans un plan perpendiculaire au conducteur. La direction des lignes d'induction magnétique est déterminée par la règle de la vis à droite. Lignes d'induction magnétique de courant circulaire(tours avec courant) ont également la forme de cercles. Chaque élément de bobine est long 
peut être imaginé comme un conducteur droit qui crée son propre champ magnétique. Pour les champs magnétiques, le principe de superposition (addition indépendante) s'applique. Le vecteur total d'induction magnétique du courant circulaire est déterminé comme le résultat de l'addition de ces champs au centre de la spire selon la règle de la vis à droite.
Si l’amplitude et la direction du vecteur induction magnétique sont les mêmes en tout point de l’espace, alors le champ magnétique est appelé homogène. Si l'amplitude et la direction du vecteur induction magnétique en chaque point ne changent pas avec le temps, alors un tel champ est appelé permanent.
Ordre de grandeur induction magnétique en tout point du champ est directement proportionnel à l'intensité du courant dans le conducteur créant le champ, inversement proportionnel à la distance du conducteur à un point donné du champ, dépend des propriétés du milieu et de la forme du conducteur créant le champ le champ.
, Où 
SUR 2 ; Gn/m – constante magnétique du vide,
-perméabilité magnétique relative du milieu,
-perméabilité magnétique absolue du milieu.
Selon la valeur de la perméabilité magnétique, toutes les substances sont divisées en trois classes :
À mesure que la perméabilité absolue du milieu augmente, l'induction magnétique en un point donné du champ augmente également. Le rapport de l'induction magnétique à la perméabilité magnétique absolue du milieu est une valeur constante pour un point poly donné, e est appelé tension.
.
Les vecteurs de tension et d'induction magnétique coïncident en direction. L'intensité du champ magnétique ne dépend pas des propriétés du milieu.
Puissance en ampères– la force avec laquelle le champ magnétique agit sur un conducteur porteur de courant.
Où je– longueur du conducteur, 
- l'angle entre le vecteur induction magnétique et la direction du courant.
La direction de la force Ampère est déterminée par règle de la main gauche: la main gauche est positionnée de manière à ce que la composante du vecteur induction magnétique, perpendiculaire au conducteur, entre dans la paume, quatre doigts étendus sont dirigés le long du courant, puis le pouce plié à 90 0 indiquera la direction de la force Ampère.
Le résultat de la force Ampère est le mouvement du conducteur dans une direction donnée.
E 
si 
= 90 0, alors F=max, si 
= 0 0, alors F= 0.
Force de Lorentz– la force du champ magnétique sur une charge en mouvement.
, où q est la charge, v est la vitesse de son mouvement, 
- l'angle entre les vecteurs tension et vitesse.
La force de Lorentz est toujours perpendiculaire aux vecteurs induction magnétique et vitesse. La direction est déterminée par règle de la main gauche(les doigts suivent le mouvement de la charge positive). Si la direction de la vitesse de la particule est perpendiculaire aux lignes d'induction magnétique d'un champ magnétique uniforme, alors la particule se déplace en cercle sans changer son énergie cinétique.
Puisque la direction de la force de Lorentz dépend du signe de la charge, elle est utilisée pour séparer les charges.
Flux magnétique– une valeur égale au nombre de lignes d'induction magnétique qui traversent toute zone située perpendiculairement aux lignes d'induction magnétique.
, Où 
- l'angle entre l'induction magnétique et la normale (perpendiculaire) à la zone S.
Unité– Weber [Wb].
Méthodes de mesure du flux magnétique :
Changer l'orientation du site dans un champ magnétique (changer l'angle)
Changer la surface d'un circuit placé dans un champ magnétique
Changement de l'intensité du courant créant un champ magnétique
Modification de la distance du circuit par rapport à la source de champ magnétique
Modifications des propriétés magnétiques du milieu.
F 
Araday a enregistré un courant électrique dans un circuit qui ne contenait pas de source, mais qui était situé à côté d'un autre circuit contenant une source. De plus, le courant dans le premier circuit est apparu dans les cas suivants : avec toute variation du courant dans le circuit A, avec un mouvement relatif des circuits, avec l'introduction d'une tige de fer dans le circuit A, avec le mouvement d'un aimant permanent par rapport au circuit B. Le mouvement dirigé des charges libres (courant) se produit uniquement dans un champ électrique. Cela signifie qu'un champ magnétique changeant génère un champ électrique qui met en mouvement les charges libres du conducteur. Ce champ électrique est appelé induit ou vortex.
Différences entre un champ électrique vortex et un champ électrostatique :
La source du champ vortex est un champ magnétique changeant.
Les lignes d’intensité du champ vortex sont fermées.
Le travail effectué par ce champ pour déplacer une charge le long d’un circuit fermé n’est pas nul.
La caractéristique énergétique d'un champ de vortex n'est pas le potentiel, mais FEM induite– une valeur égale au travail de forces extérieures (forces d'origine non électrostatique) pour déplacer une unité de charge le long d'un circuit fermé.
.Mesuré en volts[DANS].
Un champ électrique vortex se produit avec tout changement du champ magnétique, qu'il existe ou non un circuit fermé conducteur. Le circuit permet uniquement de détecter le champ électrique du vortex.
Induction électromagnétique- il s'agit de l'apparition d'une force électromotrice induite dans un circuit fermé avec tout changement du flux magnétique à travers sa surface.
La force électromotrice induite dans un circuit fermé génère un courant induit.
.
Direction du courant d'induction déterminé par La règle de Lenz: le courant induit est dans une direction telle que le champ magnétique qu'il crée neutralise tout changement dans le flux magnétique qui a généré ce courant.
Loi de Faraday pour l'induction électromagnétique: La force électromotrice induite dans une boucle fermée est directement proportionnelle au taux de variation du flux magnétique à travers la surface délimitée par la boucle.
T 
oki fuko– les courants d'induction de Foucault qui surviennent dans de gros conducteurs placés dans un champ magnétique changeant. La résistance d'un tel conducteur est faible, car il a une grande section S, de sorte que les courants de Foucault peuvent être importants, ce qui entraîne un échauffement du conducteur.
Auto-induction- il s'agit de l'apparition d'une force électromotrice induite dans un conducteur lorsque l'intensité du courant dans celui-ci change.
Un conducteur transportant du courant crée un champ magnétique. L'induction magnétique dépend de l'intensité du courant, donc le flux magnétique intrinsèque dépend également de l'intensité du courant.
, où L est le coefficient de proportionnalité, inductance.
Unité inductance – Henry [H].
Inductance conducteur dépend de sa taille, de sa forme et de la perméabilité magnétique du milieu.
Inductance augmente avec la longueur du conducteur, l'inductance d'une spire est supérieure à l'inductance d'un conducteur droit de même longueur, l'inductance d'une bobine (un conducteur avec un grand nombre de spires) est supérieure à l'inductance d'une spire , l'inductance d'une bobine augmente si une tige de fer y est insérée.
Loi de Faraday pour l'auto-induction:
.
FEM auto-induite est directement proportionnel au taux de variation du courant.
FEM auto-induite génère un courant d'auto-induction, qui empêche toujours toute modification du courant dans le circuit, c'est-à-dire que si le courant augmente, le courant d'auto-induction est dirigé dans la direction opposée, lorsque le courant dans le circuit diminue, l'auto-induction ; le courant d'induction est dirigé dans la même direction. Plus l'inductance de la bobine est grande, plus la force électromotrice auto-inductive qui s'y produit est grande.
Énergie du champ magnétique est égal au travail effectué par le courant pour surmonter la force électromotrice auto-induite pendant que le courant augmente de zéro à la valeur maximale.
.
Vibrations électromagnétiques– ce sont des changements périodiques de charge, d’intensité du courant et de toutes les caractéristiques des champs électriques et magnétiques.
Système oscillatoire électrique(circuit oscillant) se compose d’un condensateur et d’une inductance.
Conditions d'apparition des oscillations:
Le système doit être déséquilibré ; pour ce faire, chargez le condensateur. Énergie du champ électrique d'un condensateur chargé :
.
Le système doit revenir à un état d’équilibre. Sous l'influence d'un champ électrique, la charge est transférée d'une plaque du condensateur à une autre, c'est-à-dire qu'un courant électrique apparaît dans le circuit qui traverse la bobine. À mesure que le courant augmente dans l'inducteur, une force électromotrice d'auto-induction apparaît ; le courant d'auto-induction est dirigé dans la direction opposée. Lorsque le courant dans la bobine diminue, le courant d’auto-induction est dirigé dans la même direction. Ainsi, le courant d’auto-induction tend à ramener le système à un état d’équilibre.
La résistance électrique du circuit doit être faible.
Circuit oscillatoire idéal n'a aucune résistance. Les vibrations qu'il contient sont appelées gratuit.
Pour tout circuit électrique, la loi d'Ohm est satisfaite, selon laquelle la force électromotrice agissant dans le circuit est égale à la somme des tensions dans toutes les sections du circuit. Il n'y a pas de source de courant dans le circuit oscillatoire, mais une force électromotrice auto-inductive apparaît dans l'inductance, qui est égale à la tension aux bornes du condensateur.
Conclusion : la charge du condensateur évolue selon une loi harmonique.
Tension du condensateur:
.
Intensité du courant dans le circuit:
.
Ordre de grandeur 
- amplitude du courant.
La différence avec la charge sur 
.
Période d'oscillations libres dans le circuit:
Énergie du champ électrique d'un condensateur:
Énergie du champ magnétique de la bobine:
Les énergies des champs électrique et magnétique varient selon une loi harmonique, mais les phases de leurs oscillations sont différentes : lorsque l'énergie du champ électrique est maximale, l'énergie du champ magnétique est nulle.
Énergie totale du système oscillatoire:
.
DANS contour idéal l'énergie totale ne change pas.
Pendant le processus d’oscillation, l’énergie du champ électrique est entièrement convertie en énergie du champ magnétique et vice versa. Cela signifie que l’énergie à tout moment est égale soit à l’énergie maximale du champ électrique, soit à l’énergie maximale du champ magnétique.
Véritable circuit oscillant contient de la résistance. Les vibrations qu'il contient sont appelées décoloration.
La loi d'Ohm prendra la forme :
A condition que l'amortissement soit faible (le carré de la fréquence propre des oscillations est bien supérieur au carré du coefficient d'amortissement), le décrément logarithmique d'amortissement est :
Avec un fort amortissement (le carré de la fréquence propre d'oscillation est inférieur au carré du coefficient d'oscillation) :
Cette équation décrit le processus de décharge d'un condensateur dans une résistance. En l’absence d’inductance, aucune oscillation ne se produira. Selon cette loi, la tension aux plaques du condensateur change également.
Énergie totale dans un circuit réel diminue, puisque de la chaleur est libérée dans la résistance R lors du passage du courant.
Processus de transition– un processus qui se produit dans les circuits électriques lors du passage d'un mode de fonctionnement à un autre. Estimé par le temps ( 
), au cours de laquelle le paramètre caractérisant le processus de transition changera e fois.
Pour circuit avec condensateur et résistance:
.
La théorie de Maxwell sur le champ électromagnétique:
1 poste :
Tout champ électrique alternatif génère un champ magnétique vortex. Un champ électrique alternatif a été appelé courant de déplacement par Maxwell, car il provoque, comme un courant ordinaire, un champ magnétique.
Pour détecter le courant de déplacement, considérons le passage du courant à travers un système dans lequel un condensateur avec un diélectrique est connecté.
Densité de courant de polarisation:
. La densité de courant est dirigée dans le sens du changement de tension.
Première équation de Maxwell:
- le champ magnétique du vortex est généré à la fois par des courants de conduction (charges électriques en mouvement) et des courants de déplacement (champ électrique alternatif E).
2 postes :
Tout champ magnétique alternatif génère un champ électrique vortex – la loi fondamentale de l’induction électromagnétique.
Deuxième équation de Maxwell:
- relie le taux de changement du flux magnétique à travers n'importe quelle surface et la circulation du vecteur d'intensité du champ électrique qui apparaît en même temps.
Tout conducteur transportant du courant crée un champ magnétique dans l'espace. Si le courant est constant (ne change pas avec le temps), alors le champ magnétique qui lui est associé est également constant. Un courant changeant crée un champ magnétique changeant. Il existe un champ électrique à l’intérieur d’un conducteur transportant du courant. Par conséquent, un champ électrique changeant crée un champ magnétique changeant.
Le champ magnétique est vortex, puisque les lignes d’induction magnétique sont toujours fermées. L'ampleur de l'intensité du champ magnétique H est proportionnelle au taux de variation de l'intensité du champ électrique. 
. Direction du vecteur d'intensité du champ magnétique 
associé à des changements dans l’intensité du champ électrique 
règle de vis droite : serrez votre main droite dans un poing, pointez votre pouce dans la direction du changement de l'intensité du champ électrique, puis les 4 doigts pliés indiqueront la direction des lignes d'intensité du champ magnétique.
Tout champ magnétique changeant crée un champ électrique vortex, dont les lignes de tension sont fermées et situées dans un plan perpendiculaire à l'intensité du champ magnétique.
L'ampleur de l'intensité E du champ électrique du vortex dépend du taux de variation du champ magnétique 
. La direction du vecteur E est liée à la direction de changement du champ magnétique H par la règle de la vis gauche : serrez votre main gauche dans un poing, pointez votre pouce dans la direction de changement du champ magnétique, quatre doigts pliés l'indiqueront la direction des lignes d'intensité du champ électrique du vortex.
L’ensemble des champs électriques et magnétiques vortex interconnectés représente Champ électromagnétique. Le champ électromagnétique ne reste pas au point d'origine, mais se propage dans l'espace sous la forme d'une onde électromagnétique transversale.
Onde électromagnétique– c’est la propagation dans l’espace de champs électriques et magnétiques vortex associés les uns aux autres.
Condition d'apparition d'une onde électromagnétique– mouvement de la charge avec accélération.
Équation des ondes électromagnétiques:
- fréquence cyclique des oscillations électromagnétiques
t– temps depuis le début des oscillations
l – distance de la source d'ondes à un point donné dans l'espace
- vitesse de propagation des ondes
Le temps qu'il faut à une onde pour se déplacer de sa source jusqu'à un point donné.
Les vecteurs E et H dans une onde électromagnétique sont perpendiculaires entre eux et à la vitesse de propagation de l'onde.
Source d'ondes électromagnétiques– des conducteurs traversés par des courants rapidement alternatifs (macro-émetteurs), ainsi que des atomes et des molécules excités (micro-émetteurs). Plus la fréquence d'oscillation est élevée, meilleures sont les ondes électromagnétiques émises dans l'espace.
Propriétés des ondes électromagnétiques :
Toutes les ondes électromagnétiques sont transversal
En milieu homogène, les ondes électromagnétiques se propager à vitesse constante, qui dépend des propriétés du milieu :
- constante diélectrique relative du milieu
- constante diélectrique du vide, 
F/m, Cl 2 /nm 2
- perméabilité magnétique relative du milieu
- constante magnétique du vide, 
SUR 2 ; Gn/m
Ondes électromagnétiques réfléchi par les obstacles, absorbé, dispersé, réfracté, polarisé, diffracté, interféré.
Densité d'énergie volumétrique Le champ électromagnétique se compose des densités d'énergie volumétriques des champs électriques et magnétiques :
Densité de flux d'énergie des vagues - intensité des vagues:
-Vecteur d'Umov-Poynting.
Toutes les ondes électromagnétiques sont disposées en une série de fréquences ou de longueurs d'onde ( 
). Cette ligne est échelle d'onde électromagnétique.
Vibrations basse fréquence. 0 – 10 4 Hz. Obtenu à partir de générateurs. Ils rayonnent mal
Les ondes radio. 10 4 – 10 13 Hz. Ils sont émis par des conducteurs solides traversés par des courants alternatifs rapides.
Rayonnement infrarouge– les ondes émises par tous les corps à des températures supérieures à 0 K, dues à des processus intra-atomiques et intra-moléculaires.
Lumière visible– des ondes qui agissent sur l’œil, provoquant une sensation visuelle. 380-760 nm
Rayonnement ultraviolet. 10 – 380 nm. La lumière visible et les UV apparaissent lorsque le mouvement des électrons dans les enveloppes externes d'un atome change.
Rayonnement X. 80 – 10 -5 nm. Se produit lorsque le mouvement des électrons dans les couches internes d'un atome change.
Rayonnement gamma. Se produit lors de la désintégration des noyaux atomiques.
Il n’y a probablement personne qui n’ait pas réfléchi au moins une fois à ce qu’est un champ magnétique. Tout au long de l’histoire, ils ont tenté de l’expliquer par des vortex éthérés, des bizarreries, des monopoles magnétiques et bien plus encore.
Nous savons tous que les aimants qui se font face et dont les pôles sont identiques se repoussent, tandis que ceux dont les pôles sont opposés s’attirent. Ce pouvoir
Varie en fonction de la distance entre les deux parties. Il s'avère que l'objet décrit crée un halo magnétique autour de lui. En même temps, lorsque deux champs alternatifs ayant la même fréquence se superposent, lorsque l'un est décalé dans l'espace par rapport à l'autre, on obtient un effet communément appelé « champ magnétique tournant ».
La taille de l'objet étudié est déterminée par la force avec laquelle un aimant est attiré vers un autre ou vers le fer. En conséquence, plus l’attraction est grande, plus le champ est grand. La force peut être mesurée en utilisant les moyens habituels consistant à placer un petit morceau de fer d'un côté et des poids de l'autre, conçus pour équilibrer le métal contre l'aimant.
Pour une compréhension plus précise du sujet, vous devez étudier les domaines :
En répondant à la question de savoir ce qu'est un champ magnétique, il convient de dire que les humains en possèdent également. Fin 1960, grâce au développement intensif de la physique, l'appareil de mesure SQUID est créé. Son action s'explique par les lois des phénomènes quantiques. C'est un élément sensible des magnétomètres utilisés pour étudier le champ magnétique et autres
quantités, par exemple, comme
« SQUID » a rapidement commencé à être utilisé pour mesurer les champs générés par les organismes vivants et, bien sûr, par les humains. Cela a donné une impulsion au développement de nouveaux domaines de recherche basés sur l'interprétation des informations fournies par un tel dispositif. Cette direction est appelée « biomagnétisme ».
Pourquoi, lors de la détermination de ce qu'est un champ magnétique, aucune étude n'a-t-elle été menée auparavant dans ce domaine ? Il s’est avéré qu’il est très faible dans les organismes et que sa mesure est une tâche physique difficile. Cela est dû à la présence d’une énorme quantité de bruit magnétique dans l’espace environnant. Par conséquent, il n'est tout simplement pas possible de répondre à la question de savoir ce qu'est le champ magnétique humain et de l'étudier sans recourir à des mesures de protection spécialisées.
Un tel « halo » apparaît autour d’un organisme vivant pour trois raisons principales. Tout d’abord, grâce aux points ioniques qui apparaissent suite à l’activité électrique des membranes cellulaires. Deuxièmement, en raison de la présence de minuscules particules ferrimagnétiques qui pénètrent accidentellement ou sont introduites dans le corps. Troisièmement, lorsque des champs magnétiques externes se superposent, il en résulte une susceptibilité hétérogène des différents organes, ce qui déforme les sphères superposées.
Par conséquent, le concept lui-même est apparu en électrodynamique en même temps que le concept de « champ électrique ». Il a été introduit d'abord par M. Faraday, et un peu plus tard par J. Maxwell, pour expliquer pourquoi les charges électriques ont une plage d'interaction si relativement courte.
À l'antenne
Les pères de l'électrodynamique croyaient que le champ était créé en déformant l'éther - un milieu spéculatif invisible qui remplit tout ce qui existe (Einstein, alors qu'il travaillait sur la théorie de la relativité, a aboli le concept d'éther). Bien que cela puisse paraître étrange aux gens modernes, jusqu'au 20e siècle, les physiciens ne doutaient vraiment pas d'une certaine substance qui imprègne tout ce qui existe. Les physiciens ne pouvaient pas expliquer comment les champs magnétiques sont créés ni quelle est leur nature.
Lorsque la théorie de la relativité restreinte (SRT) est entrée en vigueur et que l’éther a été « officiellement supprimé », l’espace est devenu « vide », mais les champs ont continué à interagir même dans le vide, ce qui est impossible entre des objets immatériels (du moins selon à SRT), les physiciens ont donc jugé nécessaire d'attribuer certains attributs aux champs électriques et magnétiques. Des concepts tels que les champs de masse, de quantité de mouvement et d'énergie sont créés.
Propriétés du champ magnétique
Sa première propriété explique la nature de son origine : un champ magnétique ne peut apparaître que sous l'influence de charges en mouvement (électrons) d'un courant électrique. La force caractéristique d’un champ magnétique est appelée induction magnétique ; elle est présente en tout point du champ.
L'influence du champ s'applique uniquement aux charges en mouvement, aux aimants et aux conducteurs. Il peut être de deux types : variable et constant. Le champ magnétique ne peut être mesuré qu'à l'aide d'instruments spéciaux ; il n'est pas détecté par les sens humains (bien que les biologistes pensent que certains animaux peuvent en percevoir des changements). L’essence d’une autre propriété du champ magnétique est qu’il a une nature électrodynamique, non seulement parce qu’il ne peut influencer que des charges en mouvement, mais aussi parce qu’il est lui-même généré par le mouvement des charges.
Comment voir
Bien que les sens humains ne puissent pas détecter la présence d’un champ magnétique, sa direction peut être déterminée à l’aide d’une flèche magnétisée. Cependant, vous pouvez « voir » le champ magnétique à l’aide d’une feuille de papier et de simple limaille de fer. Vous devez placer une feuille de papier sur un aimant permanent et saupoudrer de sciure de bois dessus, après quoi la limaille de fer s'alignera le long de lignes de force fermées et continues.
La direction des lignes de champ est déterminée à l’aide de la règle de droite, également appelée « règle de la vrille ». Si vous prenez le conducteur dans votre main de manière à ce que votre pouce soit dans le sens du courant (le courant passe du moins au plus), alors les doigts restants indiqueront la direction des lignes électriques.
Géomagnétisme
Les champs magnétiques sont créés par des charges en mouvement, mais alors quelle est la nature du géomagnétisme ? Notre planète possède un champ magnétique qui la protège du rayonnement solaire nocif, et le diamètre du champ est plusieurs fois supérieur au diamètre de la Terre. Il est de forme hétérogène, du « côté ensoleillé » il se contracte sous l'influence du vent solaire, et du côté nuit il s'étire sous la forme d'une queue longue et large.
On pense que sur notre planète, les champs magnétiques sont créés par le mouvement des courants dans le noyau, constitué de métal liquide. C'est ce qu'on appelle une « dynamo hydromagnétique ». Lorsqu’une substance atteint une température de plusieurs milliers de degrés Kelvin, sa conductivité devient suffisamment élevée pour que les mouvements, même dans un environnement faiblement magnétisé, commencent à créer des courants électriques, qui à leur tour créent des champs magnétiques.
Dans certaines zones locales, les champs magnétiques sont créés par des roches magnétisées provenant des couches supérieures de la planète qui forment la croûte terrestre.
Mouvement des pôles
Depuis 1885, l'enregistrement du mouvement des pôles magnétiques a commencé. Au cours du siècle dernier, le pôle sud (le pôle de l'hémisphère sud) s'est déplacé de 900 kilomètres, et le pôle magnétique nord (Arctique) s'est déplacé de 120 kilomètres en 11 ans depuis 1973, et de 150 autres au cours des dix années suivantes. Selon les dernières données, le taux de déplacement du pôle Arctique est passé de 10 kilomètres par an à 60.
Bien que les scientifiques sachent comment est créé le champ magnétique terrestre, ils ne peuvent pas influencer le mouvement des pôles et supposent qu’une autre inversion se produira très bientôt. Il s'agit d'un processus naturel, ce n'est pas la première fois sur la planète, mais on ne sait pas comment un tel processus se déroulera pour les gens.
Comprenons ensemble ce qu'est un champ magnétique. Après tout, beaucoup de gens vivent dans ce domaine toute leur vie et n’y pensent même pas. Il est temps de le réparer !
Un champ magnétique
Un champ magnétique- un type particulier de matière. Elle se manifeste par l'action sur les charges électriques en mouvement et les corps qui possèdent leur propre moment magnétique (aimants permanents).
Important : le champ magnétique n’affecte pas les charges stationnaires ! Un champ magnétique est également créé par le déplacement de charges électriques, par un champ électrique variable dans le temps ou par les moments magnétiques des électrons dans les atomes. Autrement dit, tout fil à travers lequel circule le courant devient également un aimant !
Un corps qui possède son propre champ magnétique.
Un aimant possède des pôles appelés nord et sud. Les désignations « nord » et « sud » sont données uniquement à titre de commodité (comme « plus » et « moins » en électricité).
Le champ magnétique est représenté par lignes électriques magnétiques. Les lignes de force sont continues et fermées, et leur direction coïncide toujours avec la direction d'action des forces de terrain. Si des copeaux métalliques sont dispersés autour d’un aimant permanent, les particules métalliques montreront une image claire des lignes de champ magnétique sortant du pôle nord et entrant dans le pôle sud. Caractéristique graphique d'un champ magnétique - lignes de force.
Caractéristiques du champ magnétique
Les principales caractéristiques du champ magnétique sont induction magnétique, Flux magnétique Et perméabilité magnétique. Mais parlons de tout dans l'ordre.
Notons immédiatement que toutes les unités de mesure sont données dans le système SI.
Induction magnétique B – grandeur physique vectorielle, qui est la principale force caractéristique du champ magnétique. Désigné par la lettre B . Unité de mesure de l’induction magnétique – Tesla (T).
L'induction magnétique montre l'intensité du champ en déterminant la force qu'il exerce sur une charge. Cette force est appelée Force de Lorentz.
Ici q - charge, v - sa vitesse dans un champ magnétique, B - l'induction, F - Force de Lorentz avec laquelle le champ agit sur la charge.
F– une grandeur physique égale au produit de l'induction magnétique par l'aire du circuit et le cosinus entre le vecteur induction et la normale au plan du circuit traversé par le flux. Le flux magnétique est une caractéristique scalaire d'un champ magnétique.
On peut dire que le flux magnétique caractérise le nombre de lignes d'induction magnétique pénétrant une unité de surface. Le flux magnétique est mesuré en Weberach (Wb).
Perméabilité magnétique– coefficient qui détermine les propriétés magnétiques du milieu. L'un des paramètres dont dépend l'induction magnétique d'un champ est la perméabilité magnétique.
Notre planète est un immense aimant depuis plusieurs milliards d’années. L'induction du champ magnétique terrestre varie en fonction des coordonnées. À l’équateur, elle est d’environ 3,1 fois 10 puissance moins cinq de Tesla. De plus, il existe des anomalies magnétiques où la valeur et la direction du champ diffèrent considérablement de celles des zones voisines. Certaines des plus grandes anomalies magnétiques de la planète - Koursk Et Anomalies magnétiques brésiliennes.
L’origine du champ magnétique terrestre reste encore un mystère pour les scientifiques. On suppose que la source du champ est le noyau de métal liquide de la Terre. Le noyau est en mouvement, ce qui signifie que l'alliage fer-nickel fondu est en mouvement, et le mouvement des particules chargées est le courant électrique qui génère le champ magnétique. Le problème est que cette théorie ( géodynamo) n'explique pas comment le champ reste stable.
La Terre est un énorme dipôle magnétique. Les pôles magnétiques ne coïncident pas avec les pôles géographiques, bien qu'ils soient très proches. De plus, les pôles magnétiques terrestres bougent. Leur déplacement est enregistré depuis 1885. Par exemple, au cours des cent dernières années, le pôle magnétique de l’hémisphère sud s’est déplacé de près de 900 kilomètres et se trouve désormais dans l’océan Austral. Le pôle de l'hémisphère arctique se déplace à travers l'océan Arctique jusqu'à l'anomalie magnétique de la Sibérie orientale ; sa vitesse de déplacement (selon les données de 2004) était d'environ 60 kilomètres par an. Il y a maintenant une accélération du mouvement des pôles - en moyenne, la vitesse augmente de 3 kilomètres par an.
Quelle est l’importance du champ magnétique terrestre pour nous ? Tout d’abord, le champ magnétique terrestre protège la planète des rayons cosmiques et du vent solaire. Les particules chargées provenant de l'espace lointain ne tombent pas directement sur le sol, mais sont déviées par un aimant géant et se déplacent le long de ses lignes de force. Ainsi, tous les êtres vivants sont protégés des radiations nocives.
Plusieurs événements se sont produits au cours de l’histoire de la Terre. inversion(changements) de pôles magnétiques. Inversion des pôles- c'est à ce moment-là qu'ils changent de place. La dernière fois que ce phénomène s'est produit, c'était il y a environ 800 000 ans, et au total, il y a eu plus de 400 inversions géomagnétiques dans l'histoire de la Terre. Certains scientifiques pensent que, compte tenu de l'accélération observée du mouvement des pôles magnétiques, le pôle suivant s'est produit. une inversion devrait être attendue dans les prochains milliers d’années.
Heureusement, aucun changement de pôle n’est encore attendu au cours de notre siècle. Cela signifie que vous pouvez penser à des choses agréables et profiter de la vie dans le bon vieux champ constant de la Terre, après avoir pris en compte les propriétés et caractéristiques fondamentales du champ magnétique. Et pour que vous puissiez le faire, il y a nos auteurs, à qui vous pouvez confier en toute confiance certains des soucis pédagogiques ! et d'autres types de travaux que vous pouvez commander en utilisant le lien.
Sujet : Champ magnétique
Préparé par : Baygarashev D.M.
Vérifié par : Gabdullina A.T.
Un champ magnétique
Si deux conducteurs parallèles sont connectés à une source de courant de manière à ce qu'un courant électrique les traverse, alors, selon la direction du courant qui les traverse, les conducteurs se repoussent ou s'attirent.
Une explication de ce phénomène est possible à partir de la position de l'émergence d'un type particulier de matière autour des conducteurs - un champ magnétique.
Les forces avec lesquelles interagissent les conducteurs porteurs de courant sont appelées magnétique.
Un champ magnétique- il s'agit d'un type particulier de matière dont la spécificité est l'effet sur une charge électrique en mouvement, des conducteurs porteurs de courant, des corps à moment magnétique, avec une force dépendant du vecteur vitesse de charge, du sens du courant dans le conducteur et la direction du moment magnétique du corps.
L’histoire du magnétisme remonte aux temps anciens, aux anciennes civilisations d’Asie Mineure. C'est sur le territoire de l'Asie Mineure, en Magnésie, que furent trouvées des roches dont les échantillons étaient attirés les uns vers les autres. En fonction du nom de la zone, ces échantillons ont commencé à être appelés « aimants ». Tout aimant en forme de barre ou de fer à cheval a deux extrémités appelées pôles ; C'est à cet endroit que ses propriétés magnétiques sont les plus prononcées. Si vous accrochez un aimant à une ficelle, un pôle pointera toujours vers le nord. La boussole est basée sur ce principe. Le pôle nord d’un aimant suspendu est appelé pôle nord (N) de l’aimant. Le pôle opposé est appelé pôle sud (S).
Les pôles magnétiques interagissent les uns avec les autres : des pôles semblables se repoussent et des pôles différents s'attirent. Semblable au concept de champ électrique entourant une charge électrique, le concept de champ magnétique autour d’un aimant est introduit.
En 1820, Oersted (1777-1851) a découvert qu'une aiguille magnétique située à côté d'un conducteur électrique est déviée lorsque le courant traverse le conducteur, c'est-à-dire qu'un champ magnétique est créé autour du conducteur porteur de courant. Si nous prenons un cadre avec du courant, alors le champ magnétique externe interagit avec le champ magnétique du cadre et a un effet d'orientation sur celui-ci, c'est-à-dire qu'il existe une position du cadre à laquelle le champ magnétique externe a un effet de rotation maximal sur lui. , et il existe une position où la force de couple est nulle.
Le champ magnétique en tout point peut être caractérisé par le vecteur B, appelé vecteur d'induction magnétique ou induction magnétiqueà ce point.
L'induction magnétique B est une grandeur physique vectorielle, qui est une force caractéristique du champ magnétique en un point. Il est égal au rapport du moment mécanique maximum des forces agissant sur un cadre avec un courant placé dans un champ uniforme au produit de l'intensité du courant dans le cadre et sa surface :
La direction du vecteur induction magnétique B est considérée comme la direction de la normale positive au cadre, qui est liée au courant dans le cadre par la règle de la vis droite, avec un couple mécanique égal à zéro.
De la même manière que les lignes d’intensité du champ électrique ont été représentées, les lignes d’induction du champ magnétique sont représentées. La ligne de champ magnétique est une ligne imaginaire dont la tangente coïncide avec la direction B en un point.
Les directions du champ magnétique en un point donné peuvent également être définies comme la direction qui indique
le pôle nord de l'aiguille de la boussole placée à cet endroit. On pense que les lignes de champ magnétique sont dirigées du pôle nord vers le sud.
La direction des lignes d'induction magnétique du champ magnétique créé par un courant électrique qui traverse un conducteur droit est déterminée par la règle de la vrille ou de la vis à droite. La direction des lignes d'induction magnétique est considérée comme le sens de rotation de la tête de vis, ce qui assurerait son mouvement de translation dans le sens du courant électrique (Fig. 59).
où n01 = 4 Pi 10 -7 Vs/(A·m). - constante magnétique, R - distance, I - intensité du courant dans le conducteur.
Contrairement aux lignes de champ électrostatique, qui commencent par une charge positive et se terminent par une charge négative, les lignes de champ magnétique sont toujours fermées. Aucune charge magnétique similaire à une charge électrique n’a été détectée.
Un tesla (1 T) est considéré comme unité d'induction - l'induction d'un champ magnétique aussi uniforme dans lequel un couple mécanique maximum de 1 N m agit sur un cadre d'une superficie de 1 m2, à travers lequel un courant de 1 A coule.
L'induction du champ magnétique peut également être déterminée par la force agissant sur un conducteur porteur de courant dans un champ magnétique.
Un conducteur porteur de courant placé dans un champ magnétique est soumis à l'action d'une force ampère dont l'amplitude est déterminée par l'expression suivante :
où I est l'intensité du courant dans le conducteur, je - la longueur du conducteur, B est l'amplitude du vecteur d'induction magnétique et est l'angle entre le vecteur et la direction du courant.
La direction de la force Ampère peut être déterminée par la règle de la main gauche : on place la paume de la main gauche de manière à ce que les lignes d'induction magnétique entrent dans la paume, on place quatre doigts dans le sens du courant dans le conducteur, puis le pouce plié montre la direction de la force Ampère.
En tenant compte du fait que I = q 0 nSv, et en substituant cette expression dans (3.21), nous obtenons F = q 0 nSh/B sin un. Le nombre de particules (N) dans un volume donné d'un conducteur est N = nSl, alors F = q 0 NvB sin un.
Déterminons la force exercée par le champ magnétique sur une particule chargée individuelle se déplaçant dans un champ magnétique :
Cette force est appelée force de Lorentz (1853-1928). La direction de la force de Lorentz peut être déterminée par la règle de la main gauche : on place la paume de la main gauche de manière à ce que les lignes d'induction magnétique pénètrent dans la paume, quatre doigts montrent la direction de déplacement de la charge positive, le grand le doigt plié montre la direction de la force de Lorentz.
La force d'interaction entre deux conducteurs parallèles transportant des courants I 1 et I 2 est égale à :
Où je - partie d'un conducteur située dans un champ magnétique. Si les courants sont dans le même sens, alors les conducteurs s'attirent (Fig. 60), s'ils sont dans le sens opposé, ils se repoussent. Les forces agissant sur chaque conducteur sont de même ampleur et de direction opposée. La formule (3.22) constitue la base pour déterminer l'unité de courant 1 ampère (1 A).
Les propriétés magnétiques d'une substance sont caractérisées par une grandeur physique scalaire - la perméabilité magnétique, qui montre combien de fois l'induction B du champ magnétique dans une substance qui remplit complètement le champ diffère en ampleur de l'induction B 0 du champ magnétique dans un aspirateur:
Selon leurs propriétés magnétiques, toutes les substances sont divisées en diamagnétique, paramagnétique Et ferromagnétique.
Considérons la nature des propriétés magnétiques des substances.
Les électrons dans la coquille des atomes d’une substance se déplacent sur différentes orbites. Pour simplifier, on considère que ces orbites sont circulaires, et chaque électron en orbite autour d’un noyau atomique peut être considéré comme un courant électrique circulaire. Chaque électron, comme un courant circulaire, crée un champ magnétique, que nous appelons orbital. De plus, un électron dans un atome possède son propre champ magnétique, appelé champ de spin.
Si, lorsqu'il est introduit dans un champ magnétique externe avec induction B 0, une induction B est créée à l'intérieur de la substance< В 0 , то такие вещества называются диамагнитными (n< 1).
DANS diamagnétique Dans les matériaux, en l'absence de champ magnétique externe, les champs magnétiques des électrons sont compensés et lorsqu'ils sont introduits dans un champ magnétique, l'induction du champ magnétique de l'atome devient dirigée contre le champ externe. Le matériau diamagnétique est poussé hors du champ magnétique externe.
U paramagnétique matériaux, l'induction magnétique des électrons dans les atomes n'est pas complètement compensée et l'atome dans son ensemble s'avère être comme un petit aimant permanent. Habituellement, dans une substance, tous ces petits aimants sont orientés de manière aléatoire et l'induction magnétique totale de tous leurs champs est nulle. Si vous placez un para-aimant dans un champ magnétique externe, alors tous les petits aimants - les atomes tourneront dans le champ magnétique externe comme les aiguilles d'une boussole et le champ magnétique dans la substance augmentera ( n >= 1).
Ferromagnétique sont les matériaux dans lesquels n" 1. Dans les matériaux ferromagnétiques, ce qu'on appelle des domaines sont créés, des régions macroscopiques d'aimantation spontanée.
Dans différents domaines, les inductions de champ magnétique ont des directions différentes (Fig. 61) et dans un grand cristal
se compensent mutuellement. Lorsqu'un échantillon ferromagnétique est introduit dans un champ magnétique externe, les limites des domaines individuels se déplacent de sorte que le volume des domaines orientés le long du champ externe augmente.
Avec une augmentation de l'induction du champ externe B 0, l'induction magnétique de la substance magnétisée augmente. A certaines valeurs de B 0, l'induction cesse d'augmenter fortement. Ce phénomène est appelé saturation magnétique.
Un trait caractéristique des matériaux ferromagnétiques est le phénomène d'hystérésis, qui consiste en la dépendance ambiguë de l'induction dans le matériau à l'induction du champ magnétique externe lorsqu'il change.
La boucle d'hystérésis magnétique est une courbe fermée (cdc`d`c), exprimant la dépendance de l'induction dans le matériau à l'amplitude de l'induction du champ extérieur avec une évolution périodique assez lente de ce dernier (Fig. 62).
La boucle d'hystérésis est caractérisée par les valeurs suivantes : B s, Br, B c. B s - valeur maximale de l'induction matérielle à B 0s ; In r est l'induction résiduelle, égale à la valeur d'induction dans le matériau lorsque l'induction du champ magnétique externe diminue de B 0s à zéro ; -B c et B c - force coercitive - une valeur égale à l'induction du champ magnétique externe nécessaire pour faire passer l'induction dans le matériau de résiduelle à zéro.
Pour chaque ferromagnétique il existe une température (point de Curie (J. Curie, 1859-1906), au-dessus de laquelle le ferromagnétique perd ses propriétés ferromagnétiques.
Il existe deux manières d'amener un ferromagnétique magnétisé dans un état démagnétisé : a) chauffer au-dessus du point de Curie et refroidir ; b) magnétiser le matériau avec un champ magnétique alternatif d'amplitude lentement décroissante.
Les ferromagnétiques à faible induction résiduelle et force coercitive sont appelés magnétiques doux. Ils trouvent une application dans les appareils où les ferromagnétiques doivent souvent être remagnétisés (noyaux de transformateurs, générateurs, etc.).
Des ferromagnétiques magnétiquement durs, dotés d’une force coercitive élevée, sont utilisés pour fabriquer des aimants permanents.
