Магнитное поле

Магни́тное по́ле — составляющая электромагнитного поля, появляющаяся при наличии изменяющегося во времени электрического поля. Кроме того, магнитное поле может создаваться током заряженных частиц, либо магнитными моментами электронов в атомах (постоянные магниты). Основной характеристикой магнитного поля является его сила, определяемая вектором магнитной индукции $\vec{\mathbf{B}}$ (вектор индукции магнитного поля). В СИ магнитная индукция измеряется в теслах (Тл).

Классическая электродинамика

Магнитное поле соленоида

Электричество · Магнетизм Электростатика Закон Кулона Теорема Гаусса Электрический дипольный момент Электрический заряд Электрическая индукция Электрическое поле Электростатический потенциал Магнитостатика Закон Био — Савара — Лапласа Закон Ампера Магнитный момент Магнитное поле Магнитный поток Электродинамика Диполь Потенциалы Лиенара — Вихерта Сила Лоренца Ток смещения Униполярная индукция Уравнения Максвелла Электрический ток Электродвижущая сила Электромагнитная индукция Электромагнитное излучение Электромагнитное поле Электрическая цепь Закон Ома Законы Кирхгофа Индуктивность Радиоволновод Резонатор Электрическая ёмкость Электрическая проводимость Электрическое сопротивление Электрический импеданс Ковариантная формулировка Тензор электромагнитного поля Тензор энергии-импульса 4-ток · 4-потенциал Известные учёные Генри Кавендиш Майкл Фарадей Андре-Мари Ампер Густав Роберт Кирхгоф Джеймс Клерк (Кларк) Максвелл Генри Рудольф Герц Альберт Абрахам Майкельсон Роберт Эндрюс Милликен

Картина силовых линий магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом в форме стержня. Железные опилки на листе бумаги.

Магнитное поле — это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом.

Можно также рассматривать магнитное поле, как релятивистскую составляющую электрического поля. Точнее, магнитные поля являются необходимым следствием существования электрических полей и специальной теории относительности. Вместе, магнитное и электрическое поля образуют электромагнитное поле, проявлениями которого являются свет и прочие электромагнитные волны.

Электрический ток(I) проходя через проводник — производит магнитное поле (B) вокруг проводника (соленоид).

Чем создаётся

Магнитное поле формируется изменяющимся во времени электрическим полем либо собственными магнитными моментами частиц. Кроме того, магнитное поле может создаваться током заряженных частиц.

Соленоид

Образование магнитного потока в соленоиде. В центре по длине на оси соленоида магнитное поле практически однородно.

Схема магнитных и вихревых электрических полей в соленоиде при протекании по обмотке переменного тока.

Солено́ид — разновидность катушки индуктивности. Название происходит от гр. solen — канал, труба и eidos — подобный. Обычно под термином «соленоид» подразумевается цилиндрическая обмотка из провода, причём длина такой обмотки многократно превышает её диаметр.

Вычисление

В простых случаях магнитное поле может быть найдено из закона Био — Савара — Лапласа или теоремы о циркуляции (она же — закон Ампера). В более сложных ситуациях ищется как решение уравнений Максвелла.

Магнитные свойства веществ

• Антиферромагнетики — магнитные моменты вещества направлены противоположно и равны по силе.
• Диамагнетики — вещества, намагничивающиеся против направления внешнего магнитного поля.
• Парамагнетики — вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении внешнего магнитного поля.
• Ферромагнетики — вещества, в которых ниже определённой критической температуры (точки Кюри) устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов
• Ферримагнетики — материалы, у которых магнитные моменты вещества направлены противоположно но не равны по силе.

Проявление магнитного поля

Магнитное поле проявляется в воздействии на магнитные моменты частиц и тел, на движущиеся заряженные частицы (или проводники с током). Сила, действующая на движущуюся в магнитном поле электрически заряженную частицу, называется силой Лоренца, которая всегда направлена перпендикулярно к вектору $\mathbf{v}$. Она пропорциональна заряду частицы $q\!$, составляющей скорости $\mathbf{v}$, перпендикулярной направлению вектора магнитного поля $\mathbf{B}$, и величине индукции магнитного поля $B\!$. В системе единиц СИ (система единиц) сила Лоренца выражается так: $$\mathbf{F}=q[\mathbf{v},\mathbf{B}]$$

В системе единиц СГС: $$\mathbf{F}=\frac{q}{c}[\mathbf{v},\mathbf{B}]$$

Также магнитное поле действует на проводник с током. Сила, действующая на проводник будет называться силой Ампера. Эта сила складывается из сил, действующих на отдельные движущиеся внутри проводника заряды.

Взаимодействие двух магнитов

Наиболее часто встречаемое проявление магнитного поля — взаимодействие двух магнитов: подобные полюса отталкиваются, противоположные притягиваются. Представляется заманчивым описать взаимодействие между магнитами, как взаимодействие между двумя монополями, но эта идея не приводит к правильному описанию явления.

Правильнее будет сказать, что на магнитный диполь помещённый в неоднородное поле действует сила, которая стремится повернуть его так, чтобы магнитный момент диполя был сонаправлен с магнитным полем.

Сила, действующая на магнитный диполь с магнитным моментом $\mathbf{m}$ выражается по формуле: $$\mathbf{F}=\left( \mathbf{m}\cdot \nabla \right)\mathbf{B}.$$

Сила, действующая на магнит со стороны неоднородного магнитного поля, может быть также определена суммированием всех сил, действующих на элементарные диполи, составляющие магнит.

Явление электромагнитной индукции

Если поток вектора магнитной индукции через замкнутый контур меняется во времени, в этом контуре возникает ЭДС электромагнитной индукции.

Математическое представление

Термин магнитное поле применяется к двум различным векторным полям, обозначаемым как $\mathbf{H}$ и $\mathbf{B}$. Величина $\mathbf{H}$ называется напряженностью магнитного поля. Термин «магнитное поле» исторически относится к $\mathbf{H}$, в то время как $\mathbf{B}$ называется магнитной индукцией. Магнитная индукция $\mathbf{B}$ является основной характеристикой магнитного поля, так как, во-первых, именно она определяет действующую на заряды силу, а во-вторых, векторы $\mathbf B$ и $\mathbf E$ на самом деле являются компонентами единого тензора электромагнитного поля. Аналогично, в единый тензор объединяются величины $\mathbf H$ и электрическая индукция $\mathbf D$. В свою очередь, разделение электромагнитного поля на электрическое и магнитное является совершенно условным и зависящим от выбора системы отсчёта, поэтому вектора $\mathbf B$ и $\mathbf E$ должны рассматриваться совместно.

Единицы измерения

Величина $\mathbf{B}$ в системе единиц СИ измеряется в теслах, в системе СГС в гауссах.

Векторное поле $\mathbf{H}$ измеряется в амперах на метр (А/м) в системе СИ и в эрстедах в СГС. Эрстеды и гауссы являются тождественными величинами, их разделение является чисто терминологическим.

Энергия магнитного поля

Энергию магнитного поля можно найти по формуле: $$W = \frac{\Phi I}{2} = \frac{L I^2}{2}$$

где: $$\Phi$$— магнитный поток, $$I$$— ток, $$L$$— индуктивность катушки или витка с током.

См. также

• Магнит
• Поляризация электромагнитных волн
• Магнитная плёнка визуализатор
• Магнитное поле звёзд
• Магнитное поле планет
• Магнитное поле Земли
• Вращающееся магнитное поле
• Магнитноротационная неустойчивость
• Межпланетное магнитное поле

Ссылки

• Влияние слабых магнитных полей на биосистемы (видео).