Основы и формулы магнитостатики

1. Магнитное поле как объект изучения магнитостатики
2. Основные формулы магнитостатики

Раздел физики, изучающий взаимосвязь электротоков, магнитов, магнитов и электротоков, называют магнетизмом. Некоторое время магнетизм не связывали с электричеством, но ряд открытий ученых Фарадея и Ампера показали взаимосвязь между этими явлениями. Поэтому магнетизм начали изучать вместе с электричеством.

Магнитное поле как объект изучения магнитостатики

Раздел классической электродинамики, что исследует взаимосвязи постоянных электрических токов в постоянном магнитном поле, что создано ими, называется магнитостатикой. Магнитостатика изучает методику расчета параметров магнитного поля и его свойства.

Методы магнитостатики применимы для постоянных полей и электрических токов, либо для таких, которые изменяются очень медленно за определенный промежуток времени.

В качестве частного случая классической динамики магнитостатика рассматривается вкупе с электростатикой. Их можно рассматривать как вместе, так и по отдельности, поскольку магнитное и электрическое поля рассчитываются отдельно и не зависимы.

Процесс изучения магнитных полей длился несколько веков. Первым магнитное поле начал изучать врач из Англии Уильям Гильберт. В те времена считалось, что электричество и магнетизм совершенно несвязанные понятия. Но в первой половине XIX века появилось предположение, что магнетизм является особой формой электричества. В 1820 году исследователь из Дании Эрстед доказал это экспериментально. В дальнейшем произошло немало открытий в данной области, имеющих большое значение для науки.

Начало XIX столетия известно многочисленными экспериментами, доказавшими, что постоянный магнит и проводник электрического тока сквозь пространство воздействуют с некоторой силой на иные магниты и проводники.

Для изучения магнитного поля использовали нехитрый прибор, что состоял из магнитной стрелки, которая подвешивалась на нитку либо устанавливалась на острие. Произвольно располагающаяся стрелка при помещении в разные участки магнитного поля вела себя определенно. Данное явление наблюдалось из-за воздействия на нее крутящего момента, стремящегося повернуть ее в направлении действия магнитного поля.

Ряд экспериментов привел к некоторым открытиям, на основании которых были сформированы главные особенности магнитного поля.

Сложно разобраться самому?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

Тип задания Выберите тип заданияКонтрольнаяРешение задачКурсоваяРефератОнлайн-помощьТест дистанционноДипломЛабораторнаяЧертежОтчет по практикеЭссеОтветы на билетыПрезентацияПеревод с ин. языкаДокладСтатьяСочинениеМагистерская диссертацияКандидатская диссертацияБизнес-планПодбор литературыШпаргалкаПоиск информацииРецензияДругое

Предмет

E-mail

Узнать стоимость

это быстро и бесплатно

Перечислим их:

1. При подвешивании возле магнитной стрелки заряженного диэлектрического шарика, стрелка не реагировала. Это означало, что постоянный магнит не воздействует на неподвижный заряд, и магнитное поле не создается.
2. При помещении магнитной стрелки под прямоугольный проводник с электрическим током, она разворачивалась так, чтобы стать перпендикулярно проводнику. При этом, если направление тока меняли на противоположное, она поворачивалась ровно на 180 градусов. Данный эксперимент назвали «опытом Эрстеда».
3. При направлении пучка электронов на магнитную стрелку, она вела себя, как в опыте с проводником. Данный эксперимент назвали «опытом Иоффе».
4. Конфекционные токи, созданные подвижными заряженными телами, воздействовали на магнитную стрелку так, как токи проводимости. Данный эксперимент назвали «опытом Эйхенвальда».

Основываясь на этих опытах, ученые сделали заключение, что магнитное поле формируется подвижным зарядом или заряженным телом и постоянным магнитом. Собственно, в этом состоит главное отличие магнитного поля от электрического, которое формируется не только движущимися, но и стационарными зарядами.

Главным параметром магнитного поля есть вектор магнитной индукции. За направление магнитной индукции в заданной точке принимается направление помещенной в нее магнитной стрелки. Схематически магнитное поле показывают силовыми линиями магнитной индукции. Подобные линии можно наблюдать, если насыпать железные опилки возле проводника с электрическим током, они как мелкие магнитики расположатся по силовым линиям магнитного поля.

Не нашли то, что искали?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

Тип работы Выберите тип работыКонтрольнаяРешение задачКурсоваяРефератОнлайн-помощьТест дистанционноДипломЛабораторнаяЧертежОтчет по практикеЭссеОтветы на билетыПрезентацияПеревод с ин. языкаДокладСтатьяСочинениеМагистерская диссертацияКандидатская диссертацияБизнес-планПодбор литературыШпаргалкаПоиск информацииРецензияДругое

Предмет

E-mail

Узнать стоимость

это быстро и бесплатно

В реальности можно встретить самые различные поля, они могут отличаться по размеру и силе. Например, магнитное поле планеты Земля создает земную магнитосферу и распространяется на тысячи миль к Солнцу.

Возле Земли оно улавливает частички с сильной энергией. Считается, что магнитное поле Земли создано жидкой субстанцией, находящейся в ее ядре. Не все планеты солнечной системы имеют магнитное поле, помимо Земли такими свойствами обладают только Юпитер и Сатурн. Магнитное поле Солнца имеет влияние на массу разнообразных процессов, таких как вспышки, пятна, солнечные космические лучи.

Магнитное поле нашло применение в различных сферах промышленности. Например, оно используется для очищения муки от металлических примесей. Для этого просеивающие поверхности оснащают магнитами, что при просеивании муки задерживают металлические частички, которые могли попасть в муку при перемалывании зерна.

Основные формулы магнитостатики

Как и в классической термодинамике, все формулы в магнитостатике представлены линейными уравнениями, что делает очень важным принцип суперпозиции для магнитостатики. Он формулируется так: магнитное поле, созданное несколькими токами, является векторной суммой полей, которые создались бы отдельно каждым из этих токов.

Данный принцип применим также для вектора магнитной индукции и векторного потенциала и используется при их вычислении. Он также наблюдается в законе Био-Савара. Здесь при расчетах магнитного поля используют сумму малых вкладов, создаваемых каждым из элементов протекающего тока.

Рассмотрим основные уравнения магнитостатики:
1. Закон Био-Савара – Лапласа. Он применим для магнитного поля, что создается элементом электрического тока:

\(d \vec{B} =\ frac {I}{C} \frac {[\vec{d}l \vec{r}]}{r^3}\)
\(d \vec{B} = \frac {I}{C} \frac {[\vec{j}dV \vec{r}]}{r^3}\)

2. Теорема про циркуляцию магнитного поля:

\(int \vec{B} \vec{d}l = \frac {4 pi}{c} I = \frac{4 pi}{c}int \vec{j}\vec{d}S\)

Дифференциальная форма данного уравнения:

\(rot \vec{B} = \frac {4 pi}{c}\vec{j}\)

3. Уравнение силы Лоренца. Сила Лоренца – это сила воздействия магнитного поля на перемещающуюся заряженную частичку:

\( \vec{F} = \frac {q}{c}[\vec{d}l \vec{B}]\)

При проведении вычислений параметров магнитного поля используют понятие магнитного заряда. То есть аналогично электрическому заряду, в магнитостатике используют уравнения электростатики, которые применимы для магнитного поля так же, как и для электрического. Имеется ввиду формальное их применение, так как реально на практике магнитный заряд не зафиксирован.

Подобное использование понятия магнитного заряда применимо, например, в теореме эквивалентности магнитных и электрических полей. Условно магнитные заряды применяют для решения задач, к примеру, для внешнего воздействия магнитного поля на магнитный объект.