Магнитный способ записи информации
С помощью ферромагнетиков изготавливают первоклассные магнитные ленты и миниатюрные магнитные пленки. Магнитные ленты имеют широкое применение в сферах звуко-и видеозаписи.
Магнитная лента является пластичной основой, состоящей из полирхлорвинила или прочих составляющих. Поверх нее наносится слой, представляющий собой магнитный лак, которые состоит из множества очень маленьких игольчатых частичек железа или прочего ферромагнетика.
Процесс звукозаписи осуществляется на ленту благодаря электромагнитам, магнитное поле которых подвергается изменениям в такт вследствие колебаний звука. В результате движения ленты около магнитной головки, каждый участок пленки подвергается намагничиванию.
Гипотеза Ампера о природе магнетизма
Причинно-следственная связь, в результате которой была установлена связь обладания тел магнитными особенностями, была открыта выдающимся французским ученым Андре-Мари Ампером. Но в чем состоит гипотеза Ампера о природе магнетизма?
История положила свое начало благодаря сильному впечатлению от увиденного ученым. Он стал свидетелем исследований Эрстеда Лмиера, который смело предположил, что причиной магнетизма Земли являются токи, которые регулярно проходят внутри земного шара. Был сделан основополагающий и самый весомый вклад: магнитные особенности тел можно было объяснить беспрерывной циркуляцией в них токов. После Ампер выдвинул следующее заключение: магнитные особенности любого из существующих тел определены замкнутой цепью электрических токов, протекающих внутри них. Заявление физика было смелым и отважным поступком, поскольку он перечеркнул все предшествующие открытия, объяснив магнитные особенности тел.
Направление электромагнитной силы
Если взять проводник с током и расположить его между полюсами магнита, как показано на рисунке ниже, то сила Ампера находится по формуле:
F = B × L × I, поскольку α = 90 градусов и sinα = 1.
Определение вектора действия силы выполняется согласно правилу левой руки. В этом случае нужно расположить ладонь левой руки перпендикулярно к силовым линиям магнитного поля. Пальцы при этом должны быть направлены в ту сторону, в которую течет ток. В таком положении перпендикулярно отставленный большой палец будет показывать направление электромагнитной силы.
При определении вектора силы, действующей на проводник, нужно учитывать, что ток всегда направлен от плюса к минусу. Это сложилось исторически, а потом стало традицией, несмотря на то, что в проводниках ток представляет собой движение электронов, то есть, отрицательных частиц.
В рассматриваемой ситуации можно регулировать силу взаимодействия, увеличивая или уменьшая силу тока. При этом напряжённость магнитного поля остается неизменной.
Проиллюстрировать применение правила левой руки можно на простом примере. Как уже было сказано выше, параллельные проводники с однонаправленными токами притягиваются. Правило поможет разобраться, почему это происходит.
Помещая первый проводник параллельно второму проводнику в магнитное поле, созданное последним, можно определить направление электромагнитной силы, используя правило левой руки. Расположив ее таким образом, чтобы получить линии МИ, входящие в ладонь, а направление пальцев, совпадающее с направлением тока, можно увидеть, что отогнутый большой палец указывает на второй проводник.
Понятно, что данное правило одинаково относится к обоим проводникам. Следовательно, можно определить направление электромагнитной силы в различных ситуациях. Аналогично можно видеть, что при противоположном направлении токов, действует сила отталкивания.
Понятие магнитизма
В начале девятнадцатого века физик Эрстед Ханс Кристиан открыл магнитное поле электрического тока. Это дало возможность предполагать, что природа магнетизма тесно взаимосвязана с электрическим током, который образуется внутри каждого из существующих атомов. Возникает вопрос, какими явлениями можно объяснить природу земного магнетизма?
На сегодняшний день установлено, что магнитные поля в намагниченных объектах зарождаются в большей степени электронами, которые беспрерывно делают обороты вокруг своей оси и около ядра существующего атома.
Давно установлено, что хаотичное перемещение электронов являет собой самый настоящий электрический ток, а его прохождение провоцирует зарождение магнитного поля. Подводя итог этой части, можно смело утверждать, что электроны вследствие своего хаотичного перемещения внутри атомов порождают внутриатомные токи, которые, в свою очередь, способствуют зарождению магнитного поля.
Но чем же обусловлено то, что в разных материях магнитное поле имеет значительные отличия в собственной величине, а также различную силу намагничивания? Это связано с тем, что оси и орбиты перемещения самостоятельных электронов в атомах способны быть в разнообразных положениях относительно друг друга. Это приводит к тому, что в соответствующих положениях располагаются и произведенные перемещающимися электронами магнитные поля.
Таким образом, следует отметить, что среда, в которой зарождается магнитное поле, оказывает воздействие непосредственно на него, преумножая или ослабевая само поле.
Материалы, магнитное поле которых ослабляет результирующее поле, получили название диамагнитные, а материалы, весьма слабо усиливающие магнитное поле, именуются парамагнитными.
Последние заданные вопросы в категории Физика
Физика 20.10.2023 17:07 29 Непайда Даша
Определите плотность жидкости находящейся в сосуде если давление ровно 68 кПа а высота жидкости 0,5м
Ответов: 1
Физика 20.10.2023 16:42 30 Романченко Алиса
Давление ручки сумки на ладонь 95000 Па. Площадь соприкосновения ладони с ручкой 12 см(квадратных).
Ответов: 1
Физика 20.10.2023 15:15 18 Ишимова Аня
Формула при параллельном соединении
Ответов: 2
Физика 20.10.2023 14:47 20 Вычегжанин Михаил
Определите оптическую разность хода волн!!!
Ответов: 1
Физика 20.10.2023 14:32 4 Микешин Ваня
Какаво давление вертикального столба ртути высотой 760мм
Ответов: 3
Физика 20.10.2023 11:53 17 Шилов Ваня
Чему равна полное сопротивление в цепи пременого тока
Ответов: 3
Физика 20.10.2023 11:42 24 Безукладнова Таня
Коли сила тяги врівноважує силу тертя,то тіло
Ответов: 2
Физика 20.10.2023 11:40 31 Хусаин Барат
Чему равен ток в колебательном контуре(R=0) если заряд в колебательном контуре максимален ?
Ответов: 2
Физика 20.10.2023 11:11 6 Лугинин Никита
Помогите решить задачу, плииз№5
Ответов: 1
Физика 20.10.2023 10:43 30 Шугуров Алексей
Дано V=20л р=830кПа t=17°C Найти m(Н2)
Ответов: 2
Практическое применение
Сила Ампера используется практически во всех электромеханических устройствах, где необходимо с помощью электрических процессов вызвать движение реальных объектов. Одним из примеров применения являются измерительные приборы.
На рисунке приведен пример схемы измерительного прибора. К оси присоединен источник питания (4). Ось закреплена в подшипниках (5), поэтому может свободно вращаться. На оси есть прямоугольная рамка (1), через которую течёт ток. Она расположена между полюсами постоянного магнита (2). Контакты сделаны в виде спиральных пружин. К оси прикреплена стрелка (6), острие которой передвигается по шкале измерения (7).
При пропускании тока через проводник появляется магнитное взаимодействие, и рамка начинает вращаться. При этом смещается стрелка указателя до тех пор, пока сила Ампера не уравновесит силу упругости обеих пружин. Полученный показатель будет характеризовать ток, протекающий через проводник. Чем больше сила тока, тем сильнее отклонится стрелка.
На законе Ампера основывается и такая отрасль, как электротехника. Например, электромагнитная индукция применяется в электродвигателях.
Двигатель обеспечивает преобразование электроэнергии во вращение вала. Ток на рамку поступает через скользящие щётки. Она взаимодействует с постоянным магнитом, что приводит к её повороту под действием силы Ампера. В современных двигателях может использоваться одновременно несколько рамок. Это позволяет увеличить мощность мотора и сделать вращение оси более плавным.
Двигатели, работающие на основе рассматриваемого эффекта, активно используются в различных видах электротранспорта — трамваях, троллейбусах, электропоездах.
Еще одно применение закона Ампера — это громкоговорители. Внутри них находится постоянный магнит. Изменение силы тока вызывает изменение силы воздействия магнитного поля, что приводит к вибрации мембраны, производящей звук нужной частоты.
Притяжение между проводниками с током легло в основу точного определения единицы измерения 1 Ампер. При этом рассматривалась абстрактная ситуация, предполагающая наличие двух параллельно расположенных проводников с бесконечной длиной. Считалось, что каждый из них имеет бесконечно малое сечение, размерами которого можно пренебречь.
Принято, что на всём протяжении они находятся точно на расстоянии один метр и в вакууме. При прохождении тока величиной 1 Ампер сила, действующая на каждый метр проводников, должна составлять 0.0000002 Ньютона. Это определение вступило в силу в 1948 году.
За последние 50 лет все отрасли наук шагнули стремительно вперед. Но прочитав множество журналов о природе магнетизма и гравитации, можно прийти к выводу, что у человека появляется еще больше вопросов, чем было.
§ 117. Гипотеза Ампера об элементарных электрических токах.
Открытия Эрстеда и Ампера привели к новому и более глубокому представлению о природе магнитных явлений. Опираясь на установленную в этих опытах тождественность магнитных действий магнитов и соответствующим образом подобранных токов, Ампер решительно отказался от представления о существовании в природе особых магнитных зарядов. С точки зрения Ампера, элементарный магнит – это круговой ток, циркулирующий внутри небольшой частицы вещества: атома, молекулы или группы их. При намагничивании большая или меньшая часть таких токов устанавливается параллельно друг другу, как показано на рис. 209 (амперовы токи).
Рис. 209. Упорядоченное расположение амперовых токов в намагниченном железе, помещенном в магнитном поле
Мы видели в § 115, что по своим магнитным свойствам круговой ток вполне подобен короткому магниту, ось которого перпендикулярна к плоскости тока. Поэтому изображенная условно на рис. 209 система ориентированных молекулярных токов совершенно равносильна цепочкам элементарных магнитиков в гипотезе Кулона.
Таким образом, теория Ампера сделала ненужным допущение о существовании особых магнитных зарядов, позволив объяснить все магнитные явления при помощи элементарных электрических токов. Дальнейшее более глубокое изучение свойств намагничивающихся тел показало не только, что гипотеза магнитных зарядов или элементарных магнитиков излишня, но что она неверна и не может быть согласована с некоторыми экспериментальными фактами. Мы позже познакомимся с этими фактами (§ 147).
С точки зрения теории Ампера становится совершенно понятной неотделимость друг от друга северных и южных полюсов, о которой мы говорили в предыдущем параграфе. Каждый элементарный магнит представляет собой круговой виток тока. Мы видели уже, что одна сторона этого витка соответствует северному, другая – южному полюсу. Именно поэтому нельзя отделить друг от друга северный и южный полюсы, как нельзя отделить одну сторону плоскости от другой.
Таким образом, мы пришли к следующему основному результату.
Никаких магнитных зарядов не существует. Каждый атом вещества можно рассматривать в отношении его магнитных свойств как круговой ток. Магнитное поле намагниченного тела слагается из магнитных полей этих круговых токов.
В ненамагниченном теле все элементарные токи расположены хаотически, и поэтому мы не наблюдаем во внешнем пространстве никакого магнитного поля.
Процесс намагничивания тела заключается в том, что под влиянием внешнего магнитного поля его элементарные токи в большей или меньшей степени устанавливаются параллельно друг другу и создают результирующее магнитное поле.
Значение теории Ампера не вызывало сомнения. Однако представления Ампера о существовании элементарных токов, непрерывно циркулирующих внутри частиц веществ, были чрезвычайно смелы и необычны для его времени. Дальнейшее развитие науки сделало эти представления естественным следствием созданной в XX веке теории атома. Атом представляет собой систему из центрального положительно заряженного ядра и электронов, обращающихся около него, подобно тому как планеты обращаются вокруг Солнца. Движение электронов представляет собой круговые токи, циркулирующие внутри атомов. Удалось даже осуществить специальные опыты, показывающие, что намагничивание тел сопровождается ориентировкой осей этих круговых токов, стремящихся расположиться параллельно.
Такие наглядные представления о строении атомов являются слишком грубыми и потому неточными, однако они в общих чертах правильно передают сущность дела.
Гипотеза Ампера
Магнитная проницаемость показывает во сколько раз меньше или больше индукция магнитного поля в данной среде индукции магнитного поля в вакууме.
Намагниченным называется то вещество, которое создает собственное магнитное поле. Намагниченность возникает, если вещество поместить во внешнее магнитное поле.
Французский ученый Ампер установил причину, следствием которой является обладание телами магнитных свойств. В гипотезе Ампера говорится о том, что внутри вещества имеются микроскопические электрические токи (электрон имеет собственный магнитный момент, имеющий квантовую природу, орбитальное движение в атомах электронов). Именно ими и определяются магнитные свойства вещества. Если токи имеют неупорядоченные направления, то магнитные поля, которые они порождают, компенсируют друг друга. Тело оказывается не намагничено. Внешнее магнитное поле упорядочивает эти токи. Вследствие этого в веществе возникает собственное магнитное поле. Это и есть намагниченность вещества.
Именно по реакции веществ на внешнее магнитное поле и по упорядоченности их внутренней структуры, определяют магнитные свойства вещества. В соответствии с этими параметрами их делят на такие группы:
- Парамагнетики
- Диамагнетики
- Ферромагнетики
- Антиферромагнетики
Диамагнетики и парамагнетики
- Вещества, которые имеют отрицательную магнитную восприимчивость, не зависящую от напряженности магнитного поля, называются диамагнетики. Давайте разберемся, какие магнитные свойства вещества, называются отрицательной магнитной восприимчивостью. Это когда к телу подносится магнит, и оно при этом отталкивается, а не притягивается. К диамагнетикам относятся например, инертные газы, водород, фосфор, цинк, золото, азот, кремний, висмут, медь, серебро. То есть это вещества, которые находятся в сверхпроводящем состоянии или имеющие ковалентные связи.
- Парамагнетики. У этих веществ магнитная восприимчивость тоже не зависит от того, какая напряженность поля существует. Она при этом положительная. То есть при сближении парамагнетика с постоянно действующим магнитом, возникает сила притягивания. К ним можно отнести алюминий, платину, кислород, марганец, железо.
Ферромагнетики
Вещества, у которых высокая положительная магнитная восприимчивость, называются ферромагнетиками. У этих веществ, в отличие от диамагнетиков и парамагнетиков, магнитная восприимчивость зависит от температуры и напряженности магнитного поля, причем в значительной мере. К ним относятся кристаллы никеля и кобальта.
Антиферромагнетики и ферримагнетики
- Вещества, у которых во время нагревания совершается фазовый переход данного вещества, сопровождающегося появлением парамагнитных свойств, называются антиферромагнетиками. Если температура становится, ниже какой-то определенной, эти свойства у вещества наблюдаться не будут. Примерами этих веществ будут марганец и хром.
- Ферримагнетики характеризуются присутствием в них некомпенсированного антиферромагнетизма. Их магнитная восприимчивость тоже зависит от температур и напряженности магнитного поля. Но отличия у них все же, есть. К этим веществам можно отнести различные оксиды.
Все вышеперечисленные магнетики можно еще разделить на 2 категории:
- Магнитотвердые материалы. Это материалы с высоким значением коэрцитивной силы. Для их перемагничивания необходимо создать мощное магнитное поле. Эти материалы применяются в изготовлении постоянных магнитов.
- Магнитомягкие материалы, напротив, имеют маленькую коэрцитивную силу. При слабых магнитных полях они способны войти в насыщение. На перемагничивание у них малые потери. Из-за этого эти материалы применяются для изготовления сердечников для электрических машин, которые работают на переменном токе. Это, например, трансформатор тока и напряжения, или генератор, или асинхронный двигатель.
Мы рассмотрели все основные магнитные свойства вещества и разобрались, какие виды магнетиков существуют.
Топ вопросов за вчера в категории Физика
Физика 19.06.2023 23:44 2739 Трухман Дарья
6. По графику зависимости скорости равномерно дви- жущегося тела от времени (рис. 43) определите с
Ответов: 1
Физика 28.09.2023 20:06 4619 Копылова Алёна
3) Предложите единицы скорости, не указанные в параграфе.7 класс Физика
Ответов: 2
Физика 20.06.2023 14:02 3297 Ашкенова Дарига
Скоростной поезд за 10 минут проходит путь, равны 40 км. Определить его среднюю скорость.
Ответов: 1
Физика 05.06.2023 05:32 1728 Блок Богдана
7. По графикам зависимости пути от времени (рис. 44) двух тел, движущихся равномерно, определите,
Ответов: 1
Физика 09.01.2020 05:53 2339 Хлыбов Глеб
С какой скоростью плывет лосось, если за 5 секунд он проплыл 30 метров
Ответов: 2
Физика 19.04.2021 18:59 407 Семенюк Фёдор
Гепард, мчащийся со скоростью 108км/ч, догоняет антилопу гну,которая находится в 100 м от него и убе
Ответов: 2
Физика 09.07.2019 04:33 1823 Репин Иван
1)Какую массу пороха нужно сжечь, чтобы при полном его сгорании выделилось 38000 кДж энергии2) Оловя
Ответов: 1
Физика 29.04.2023 12:23 4661 Парамонов Александр
К неподвижном у телу массой 20 кг приложили постоянную силу 6Н .Какую скорость приобретёт тело за15с
Ответов: 2
Физика 16.05.2023 15:32 2363 Халмурзиев Назар
На столе в купе поезда лежит книга. Изобразите силу трения покоя, деtiствующую на книгу, в следующих
Ответов: 2
Физика 03.04.2021 00:59 2600 Гейдаров Камран
Помогите пожалуйста! 3. Стальную и свинцовую гири массой по 1 кг прогрели в кипящей воде, а
Ответов: 2
Гипотеза Ампера. Магнитные свойства вещества. Ферромагнетики.
Ферромагнетики — вещества (как правило, в твёрдом кристаллическом или аморфном состоянии), в которых ниже определённой критической температуры (точки Кюри) устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов атомов или ионов (в неметаллических кристаллах) или моментов коллективизированных электронов (в металлических кристаллах).
Гипотеза Ампера – о происхождении магнитных свойств: каждый атом имеет свое собственное магнитное поле, т.е. движение электронов по орбитам направленное и его и его можно применить за круговой ток.
31. Электромагнитная индукция. Выводы эдс индукции в движущихся проводниках.
Электромагнитная индукция— явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него.
Под действием Fл внутри проводника происходит распределение положительных и отрицательных зарядов вдоль всей длины проводника l. Сила Лоренца является в данном случае сторонней силой, и в проводнике возникает ЭДС индукции, а на концах проводника АВ возникает разность потенциалов.
32. Опыты Фарадея. Закон электромагнитной индукции. Правило ленца.
Закон электромагнитной индукции— Индукционный ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре, имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван данный ток.
Правило Ленца – индукционный ток в замкнутой катушки, имеет такое направление, что созданный им магнитный поток, припятствует изменению магнитного поля, вызвало данный ток.
Опыт Фарадея.Индукционный ток появляется при относительном движении катушки и магнита
33. Основные положения теории Максвелла. Вихревое электрическое поле. Токи Фуко.
Вихревые токи или токи Фуко́ (в честь Ж. Б. Л. Фуко)— вихревые индукционные токи, возникающие в проводниках при изменении пронизывающего их магнитного потока
Токи Фуко(в честь Фуко, Жан Бернар Леон) — это вихревые замкнутые электрические токи в массивном проводнике, которые возникают при изменении пронизывающего его магнитного потока. Вихревые токи являются индукционными токами и образуются в проводящем теле либо вследствие изменения во времени магнитного поля, в котором находится тело, либо вследствие движения тела в магнитном поле, приводящего к изменению магнитного потока через тело или какую-либо его часть. Величина токов Фуко тем больше, чем быстрее меняется магнитный поток.
Идеи Максвелла:
1.Переменное магнитное поле порождает в пространстве вихревое переменное магнитное поле
2. Переменное магнитное поле порождает в пространстве переменное вихревое электрическое поле
Вехривое электрическое поле – 1. Создается переменным магнитным полем; 2. Силовые линии замкнуты, нет ни начала ни конца.; 3. Работа на замкнутом пути равна ЭДС и не равна 0
Природа магнетизма и гравитации
Всем очевидно и понятно, что предметы, подброшенные вверх, стремительно падают на землю. Что же их притягивает? Можно смело предположить, что они притягиваются какими-то неведомыми силами. Те самые силы получили название — природная гравитация. После каждый интересующийся сталкивается со множеством споров, догадок, предположений и вопросов. Какова природа магнетизма? Чем являются гравитационные волны? В результате какого воздействия они образуются? В чем проявляется их сущность, а также частота? Как они воздействуют на окружающую среду и на каждого человека по отдельности? Как рационально можно использовать это явление во благо цивилизации?
Закон Ампера
Закон Ампера является одним из основных законов электромагнетизма. Он сформулирован французским физиком Андре Мари Ампером в начале XIX века. Закон Ампера описывает взаимодействие электрических токов и магнитных полей.
Главное утверждение закона Ампера гласит, что силовые линии магнитного поля, создаваемого электрическим током, образуют замкнутые контуры вокруг проводника, по которому протекает ток. Другими словами, всякому элементу проводника с протекающим через него током соответствует замкнутая линия магнитного поля, название которой — направляющая линия.
Из закона Ампера вытекает дополнительное утверждение, что магнитное поле около прямого провода с током является прямолинейным, симметричным и ортогональным прямой, которой является проводник. Величина магнитного поля пропорциональна силе тока и обратно пропорциональна расстоянию от проводника.
Также закон Ампера формализует связь между силой тока и создаваемым им магнитным полем. Чем больше ток проходит через проводник, тем сильнее является создаваемое им магнитное поле. Это явление хорошо видно, например, при использовании витой пары в силовых линиях электромагнитного поля.
Важно отметить, что закон Ампера описывает только стационарные магнитные поля, то есть магнитные поля, не меняющиеся со временем. Для описания переменных магнитных полей применяются уравнения Максвелла, которые являются более общей формулировкой законов электромагнетизма
Описание закона Ампера
Закон Ампера в области электромагнетизма устанавливает, что сила, действующая между двумя параллельными проводниками, протекающими одинаковый ток, прямо пропорциональна произведению силы тока и длины проводника, а обратно пропорциональна квадрату расстояния между этими проводниками.
Закон Ампера формулируется следующим образом:
- Правило правой руки. Возьмите правую руку, согните четыре пальца так, чтобы они указывали в сторону тока. Большой палец будет указывать направление магнитного поля.
- Сила, действующая между двумя параллельными проводниками, протекающими токами I1 и I2, прямо пропорциональна произведению величин этих токов.
- Сила обратно пропорциональна квадрату расстояния между проводниками.
Таким образом, закон Ампера является фундаментальным законом в электромагнетизме и демонстрирует взаимодействие электрических токов и магнитных полей.
Таблица, изображающая пример расположения проводников
Проводник 1
Проводник 2
—
—
Правило правой руки позволяет установить направление магнитного поля, создаваемого электрическим током в проводнике. Используя этот закон, можно рассчитать силу взаимодействия между проводниками, что находит практическое применение в различных областях техники.
Применение закона Ампера для определения магнитных полей
Закон Ампера — одно из основных уравнений электродинамики, описывающее взаимодействие магнитного поля и электрического тока. Этот закон сформулировал в XIX веке французский физик Андре Мари Ампер на основе экспериментальных данных и его теоретических исследований.
Согласно закону Ампера, магнитное поле, создаваемое током, можно определить с помощью интеграла от суммы произведений токов и элементарных длин контуров, через которые протекает ток. Формально это выражается следующим образом:
B = μ · Ienc
Здесь B — магнитная индукция на некотором расстоянии от провода, μ — магнитная постоянная, а Ienc — суммарный электрический ток, протекающий через контур, ограничивающий область, где мы хотим определить магнитное поле.
Применение закона Ампера может быть полезно для определения магнитных полей различных физических объектов. В частности, методика особенно эффективна для измерения магнитных полей вокруг проводов с электрическим током и распределений токов в контурах. Она может применяться в различных областях, таких как физика, электроника, электротехника и многих других.
Для проведения измерений магнитных полей с использованием закона Ампера необходимо учесть такие факторы, как форма контура, распределение тока в контуре, а также направление и сила магнитного поля, которые нужно измерить. Основываясь на этих данных и применяя формулу, можно определить магнитные поля с высокой точностью и достоверностью.
Таким образом, применение закона Ампера для определения магнитных полей позволяет исследователям и инженерам изучать и оценивать характеристики магнитных полей в различных физических системах и использовать их для решения различных задач в науке и технике.