Как связаны между собой индукция и напряженность магнитного поля: Магнитное поле в веществе. Часть 1

Содержание

Магнитное поле в веществе. Часть 1

Всем доброго времени суток. В прошлой статье я рассказывал о основной характеристике магнитного поля – магнитной индукции, однако приведённые расчётные формулы соответствуют магнитному полю в вакууме. Что в практической деятельности встречается довольно редко. Когда проводники с током находятся в какой–либо среде, даже в воздухе, магнитное поле, которое они создают, претерпевает некоторые, а иногда и существенные изменения. Какие изменения происходят с магнитным полем, и от чего это зависит, я расскажу в данной статье.

Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке.

Как связана индукция и напряженность магнитного поля?

Магнетиком называется вещество, которое под действием магнитного поля способно намагничиваться (или как говорят физики приобретать магнитный момент). Магнетиками являются практически все вещества. Намагничивание веществ объясняется тем, что в веществах присутствуют свои собственные микроскопические магнитные поля, которые создаются вращением электронов по своим орбитам. Когда внешнее магнитное поле отсутствует, то микроскопические поля расположены произвольным образом, а под воздействием внешнего магнитного поля соответствующим образом ориентируются.

Для характеристики намагничивания различных веществ используют так называемый вектор намагничивания J.

Таким образом, под действием внешнего магнитного поля с магнитной индукцией В0, магнетик намагничивается и создает свое магнитное поле с магнитной индукцией В’. В итоге общая индукция В будет состоять из двух слагаемых

Тут возникает проблема вычисления магнитной индукции намагниченного вещества В’, для решения которой необходимо считать электронные микротоки всего вещества, что практически нереально.

Альтернативой данного решения есть ввод вспомогательных параметров, а именно напряженность магнитного поля Н и магнитная восприимчивость χ. Напряженность связывает магнитную индукцию В и намагничивание вещества J следующим выражением

где В – магнитная индукция,

μ0 – магнитная постоянная, μ0 = 4π*10-7 Гн/м.

В то же время вектор намагничивания J связан с напряженность магнитного поля В параметром, характеризующим магнитные свойства вещества и называемым магнитной восприимчивостью χ

где J – вектор намагничивания вещества,

μr – относительная магнитная проницаемость вещества.

Однако наиболее часто для характеристики магнитных свойств веществ используют относительную магнитную проницаемость μr.

Таким образом, связь между напряженностью и магнитной индукцией будет иметь следующий вид

где μ0 – магнитная постоянная, μ0 = 4π*10-7 Гн/м,

μr – относительная магнитная проницаемость вещества.

Так как намагничивание вакуума равна нулю (J = 0), то напряженность магнитного поля в вакууме будет равна

Отсюда можно вывести выражения напряженности для магнитного поля, создаваемого прямым проводом с током:

где I – ток протекающий по проводнику,

b – расстояние от центра провода до точки, в которой считается напряженность магнитного поля.

Как видно из данного выражения единицей измерения напряженности является ампер на метр (А/м) или эрстед (Э)

Таким образом, магнитная индукция В и напряженность Н являются основными характеристиками магнитного поля, а магнитная проницаемость μr – магнитной характеристикой вещества.

Намагничивание ферромагнетиков

В зависимости от магнитных свойств, то есть способности намагничиваться под действием внешнего магнитного поля, все вещества делятся на несколько классов. Которые характеризуются разной величиной относительной магнитной проницаемости μr и магнитной восприимчивости χ. Большинство веществ являются диамагнетиками (χ = -10-8 … -10-7 и μr < 1) и парамагнетиками (χ = 10-7 … 10-6 и   μr > 1), несколько реже встречаются ферромагнетики (χ = 103 … 105 и   μr >> 1). Кроме данных классов магнетиков существует ещё несколько классов магнетиков: антиферромагнетики, ферримагнетики и другие, однако их свойства проявляются только при определённых условиях.

Особый интерес в радиоэлектронике ферромагнитные вещества. Основным отличием данного класса веществ является нелинейная зависимость намагничивания, в отличие от пара- и диамагнетиков, имеющих линейную зависимость намагничивания J от напряженности Н магнитного поля.

Зависимость намагничивания ферромагнетика от напряженности магнитного поляЗависимость намагничивания ферромагнетика от напряженности магнитного поля
Зависимость намагничивания J ферромагнетика от напряженности Н магнитного поля.

На данном графике показана основная кривая намагничивания ферромагнетика. Изначально намагниченность  J, в отсутствие магнитного поля (Н = 0), равна нулю. По мере возрастания напряженности намагничивание ферромагнетика проходит довольно интенсивно, вследствие того что его магнитная восприимчивость и проницаемость очень велика. Однако по достижении напряженности магнитного поля порядка H ≈ 100 А/м увеличение намагниченности прекращается, так как достигается точка насыщения JНАС. Данное явление называется магнитным насыщением. В данном режиме магнитная проницаемость ферромагнетиков сильно падает и при дальнейшем увеличении напряженности магнитного поля стремится к единице.

Гистерезис ферромагнетиков

Еще одной особенностью ферромагнетиков является наличие петли гистерезиса, которая является основополагающим свойством ферромагнетиков.

Петля гистерезиса ферромагнетикаПетля гистерезиса ферромагнетика
Петля гистерезиса ферромагнетика.

Для понимания процесса намагничивания ферромагнетика изобразим зависимость индукции В от напряженности Н магнитного поля, где красным цветом выделим основную кривую намагничивания. Данная зависимость довольно неопределенна, так как зависит от предыдущего намагничивания ферромагнетика.

Возьмём образец ферромагнитного вещества, которое не подвергалось намагничиванию (точка 0) и поместим его в магнитное поле, напряженность Н которого начнем увеличивать, то есть зависимость будет соответствовать кривой 0 – 1, пока не будет достигнуто магнитное насыщение (точка 1). Дальнейшее увеличение напряженности не имеет смысла, потому как намагниченность J практически не увеличивается, а магнитная индукция увеличивается пропорционально напряженности Н. Если же начинать уменьшать напряженность, то зависимость В(Н) будет соответствовать кривой 1 – 2 – 3, при этом когда напряженность магнитного поля упадёт до нуля (точка 2), то магнитная индукция не упадёт до нуля, а будет равна некоторому значению Br, которое называется остаточной индукцией, а намагничивание будет иметь значение Jr, называемое остаточным намагничиванием.

Для того чтобы снять остаточное намагничивание и уменьшить остаточную индукцию Br до нуля, необходимо создать магнитное поле, противоположное полю, вызвавшему намагничивание, причем напряженность размагничивающего поля должна составлять Нс, называемая коэрцитивной силой. При дальнейшем росте напряженности магнитного поля, которое противоположно первоначальному полю, происходит насыщение ферромагнетика (точка 4).

Таким образом, при действии на ферромагнетик переменного магнитного поля зависимость индукции от напряженности будет соответствовать кривой 1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 6 – 1, которая называется петлёй гистерезиса. Таких петель для ферромагнетика может быть множество (пунктирные кривые), называемые частными циклами. Однако, если при максимальных значениях напряженности магнитного поля происходит насыщение, то получается максимальная петля гистерезиса (сплошная кривая).

Так как магнитная проницаемость μr ферромагнетиков имеет довольно сложную зависимость от напряженности магнитного поля, поэтому нормируются два параметра магнитной проницаемости:

μн – начальная магнитная проницаемость соответствует напряженности Н = 0;

μmax – максимальная магнитная проницаемость достигается в магнитном поле при приближении магнитного насыщения.

Таким образом, у ферромагнетиков величины Br, Нс и μнmax) являются основными характеристиками, влияющими на выбор вещества в конкретном случае.

Теория это хорошо, но без практического применения это просто слова.Здесь можно всё сделать своими руками.

Магнитное поле. Индукция и напряженность магнитного поля. Закон Ампера.




Проводники с током в магнитном поле. Взаимодействие параллельных токов.

Если в поле (или электромагнита) поместить проводник с током, который создает свое собственное магнитное поле, то оба магнитных поля, взаимодействуя между собой, создадут силу, которая стремиться вытолкнуть проводник из поля. Как видно на рисунке №1 А, магнитные силовые линии поля и проводника слева от него совпадают по направлению и их полностью здесь больше, чем справа от проводника где магнитные силовые линии проводника идут навстречу линиям поля и ослабляют одна другую. Проводник выталкивается из магнитного поля вправо. Если изменить направление тока в проводнике (рисунок №1 Б), то направление силы также изменится. Сила с которой поле действует на проводник,

Для определения направления силы, действующей в магнитном поле, применяют правило левой руки: если расположить левую руку так, чтобы магнитные линии входили в ладонь, а вытянутые четыре пальца совпадали с направлением тока проводнике, то большой палец укажет направление действия силы, приложенной к проводнику.

Два параллельных тока одинакового направления притягиваются друг к другу с силой, равной

Если токи имеют противоположные направления, то, используя правило левой руки, определим, что между ними действует сила отталкивания, определяемая выражением.

Движение заряженной частицы в магнитном поле. Сила Лоренца.

Формула силы Лоренца дает возможность найти ряд закономерностей движения заряженных частиц в магнитном поле. Зная направление силы Лоренца и направление вызываемого ею отклонения заряженной частицы в магнитном поле можно найти знак заряда частиц, которые движутся в магнитных полях.

Для вывода общих закономерностей будем полагать, что магнитное поле однородно и на частицы не действуют электрические поля. Если заряженная частица в магнитном поле движется со скоростью v вдоль линий магнитной индукции, то угол α между векторами v и Вравен 0 или π. Тогда сила Лоренца равна нулю, т. е. магнитное поле на частицу не действует и она движется равномерно и прямолинейно.



В случае, если заряженная частица движется в магнитном поле со скоростью v, которая перпендикулярна вектору В, то сила ЛоренцаF=Q[vB] постоянна по модулю и перпендикулярна к траектории частицы. По второму закону Ньютона, сила Лоренца создает центростремительное ускорение. Значит, что частица будет двигаться по окружности, радиус r которой находится из условия QvB=mv2/r , следовательно

(1)

Период вращения частицы, т. е. время Т, за которое она совершает один полный оборот,

Подствавив(1),получим (2)

т. е. период вращения частицы в однородном магнитном поле задается только величиной, которая обратна удельному заряду (Q/m) частицы, и магнитной индукцией поля, но при этом не зависит от ее скорости (при v<<c). На этом соображении основано действие циклических ускорителей заряженных частиц.

Сила Лоренца

— сила, действующая со стороны магнитного поля на движущуюся электрически заряженную частицу.

где q — заряд частицы;
V — скорость заряда;
B — индукции магнитного поля;
a — угол между вектором скорости заряда и вектором магнитной индукции.

Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки:

Если поставить левую руку так, чтобы перпендикулярная скорости составляющая вектора индукции входила в ладонь, а четыре пальца были бы расположены по направлению скорости движения положительного заряда (или против направления скорости отрицательного заряда), то отогнутый большой палец укажет направление силы Лоренца

.

Так как сила Лоренца всегда перпендикулярна скорости заряда, то она не совершает работы (т.е. не изменяет величину скорости заряда и его кинетическую энергию).

Если заряженная частица движется параллельно силовым линиям магнитного поля, то Fл = 0 , и заряд в магнитном поле движется равномерно и прямолинейно.

Магнитное поле. Индукция и напряженность магнитного поля. Закон Ампера.

Магни́тное по́ле — силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения.

Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц и/или магнитным моментами электронов в атомах (и магнитными моментами других частиц, хотя в заметно меньшей степени) (постоянные магниты).




Кроме этого, оно появляется при наличии изменяющегося во времени электрического поля

Магни́тная инду́кция векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля (его действия на заряженные частицы) в данной точке пространства. Определяет, с какой силой магнитное поле действует на заряд , движущийся со скоростью .

Более конкретно, — это такой вектор, что сила Лоренца , действующая со стороны магнитного поля на заряд , движущийся со скоростью , равна

Напряжённость магни́тного по́ля (стандартное обозначение Н) — векторная физическая величина, равная разности вектора магнитной индукции B и вектора намагниченности M.

В СИ: где — магнитная постоянная. ( 4П*10^-7 Гн/м)

Зако́н Ампе́ра — закон взаимодействия электрических токов. Из закона Ампера следует, что параллельные проводники с электрическими токами, текущими в одном направлении, притягиваются, а в противоположных — отталкиваются. dF=I{dI,B} B-вектор магнитной индукции, dI-вектор по модулю равный и совпадающий с током, dF направление определяется по правилу левой руки ( Если расположить ладонь левой руки так, чтобы линии индукции магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре пальца направлены по току, то отставленный на 90° большой палец укажет направление силы, действующей на проводник. )

2) Закон БиоСавара-Лапласа и следствия из него: после прямого тока и в центре кругового тока.

Это физический закон для определения вектора индукции магнитного поля, порождаемого постоянным электрическим током.

где dl — вектор, по модулю равный длине dl элемента проводника и совпадающий по направлению с током, r—радиус-вектор, проведанный из элемента dlпроводника в точку А поля, r — модуль радиуса-вектора r. Направление dB перпендикулярно dl и r, т. е. перпендикулярно плоскости, в которой они лежат, и совпадает с касательной к линии магнитной индукции. Это направление может быть найдено по правилу нахождения линий магнитной индукции (правилу правого винта): направление вращения головки винта дает направление dB, если поступательное движение винта соответствует направлению тока в элементе.

Магнитное поле прямого тока — тока, текущего по тонкому прямому проводу бесконечной длины (рис. 165). В произвольной точке А, удаленной от оси проводника на расстояние R, векторы dB от всех элементов тока имеют одинаковое направление, перпендикулярное плоскости чертежа («к вам»). Поэтому сложение векторов dB можно заменить сложением их модулей. В качестве постоянной интегрирования выберем угол a (угол между векторами dl и r), выразив через него все остальные величины.

Магнитное поле в центре кругового проводника с током — все элементы кругового проводника с током создают в центре магнитные поля одинакового направления — вдоль нормали от витка. Поэтому сложение векторов dB можно заменить сложением их модулей. Так как все элементы проводника перпендикулярны радиусу-вектору (sina =1) и расстояние всех элементов проводника до центра кругового тока одинаково и равно R.

3) Циркуляция вектора напряженности магнитного поля. Поле соленоида и тороида.

Циркуляция магнитного поля постоянных токов по всякому замкнутому контуру пропорциональна сумме сил токов, пронизывающих контур циркуляции.

В математической формулировке для магнитостатики теорема имеет[2]следующий вид[1][3]:

Здесь — вектор магнитной индукции, — плотность тока; интегрирование слева производится по произвольному замкнутому контуру, справа — по произвольной поверхности, натянутой на этот контур. Данная форма носит название интегральной, поскольку в явном виде содержит интегрирование. Теорема может быть также представлена в дифференциальной форме:

Экспериментальное изучение магнитного поля соленоида показывает, что внутри соленоида поле однородно, вне соленоида — неоднородно и практически отсутствует.

Поле внутри соленоида однородно (при расчетах пренебрегают краевыми эффектами в областях, прилегающих к торцам соленоида).

Важное практическое значение имеет также магнитное поле тороида — кольцевой катушки, у которой витки намотаны на сердечник, который имеет форму тора. Магнитное поле сосредоточено внутри тороида, а вне его поле равно нулю.










Индукция и напряженность магнитного поля. — КиберПедия

Магнитная индукциявекторная физическая величина, характеризующая магнитное поле.Вектор магнитной индукции всегда направлен по касательной к магнитной линии

Расчетная формула:

 

 

Индукция магнитного поля, созданного бесконечно длинным прямым проводником с током

 

 

B — магнитная индукция
μ — относительная магнитная проницаемость
μ0 — магнитная постоянная
I — сила тока
r — расстояние до проводника


Магнитная индукция поля в центре кругового тока (витка)

B — магнитная индукция
μ — относительная магнитная проницаемость
μ0 — магнитная постоянная
I — сила тока
R — радиус

Напряженностью магнитного поля называют векторную величину , характеризующую магнитное поле и определяемую следующим образом:,

Напряжённость магнитного поля: бесконечной прямой провод

 

H — напряжённость магнитного поля
I — сила тока
r — расстояние до проводника

Напряжённость магнитного поля в центре витка

 

H — напряжённость магнитного поля
I — сила тока
R — радиус

 

Закон Био-Савара-Лапласа.

Закон БиоСавара Лапласа — Магнитное поле любого тока может быть вычислено как векторная сумма полей, создаваемая отдельными участками токов.

Формулировка

Пусть постоянный ток течёт по контуру γ, находящемуся в вакууме, —точка, в которой ищется поле, тогда индукция магнитного поля в этой точкевыражается интегралом (в системе СИ)

Направление перпендикулярно и , то есть перпендикулярноплоскости, в которой они лежат, и совпадает с касательной к линиимагнитной индукции. Это направление может быть найдено по правилунахождения линий магнитной индукции (правилу правого винта):направление вращения головки винта дает направление , еслипоступательное движение буравчика соответствует направлению тока вэлементе. Модуль вектора определяется выражением (в системе СИ)

Векторный потенциал даётся интегралом (в системе СИ)

 

2.9.

Поток индукции магнитного поля.

Магнитный поток (поток линий магнитной индукции) через контур численно равен произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь, ограниченную контуром, и на косинус угла между направлением вектора магнитной индукции и нормалью к поверхности, ограниченной этим контуром.

Формула работы силы Ампера при движении прямого проводника с постоянным током в однородном магнитном поле.

Таким образом, работа силы Ампера может быть выражена через силу тока в перемещаемом проводнике и изменение магнитного потока через контур, в который включен этот проводник:


 

Индуктивность контура.

Индуктивностьфиз. величина, численно равная ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменении силы тока на 1Ампер за 1 секунду.
Также индуктивность можно рассчитать по формуле:

где Ф — магнитный поток через контур, I — сила тока в контуре.

Единицы измерения индуктивности в системе СИ:

Энергия магнитного поля.

Магнитное поле обладает энергией. Подобно тому, как в заряженном конденсаторе имеется запас электрической энергии, в катушке, по виткам которой протекает ток, имеется запас магнитной энергии.

 

2.10.

Электромагнитная индукция.

Электромагнитная индукция — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменениимагнитного потока, проходящего через него.

Основные формулы. Связь магнитной индукции и напряженностью магнитного поля: — Студопедия

Связь магнитной индукции и напряженностью магнитного поля:

где – магнитная проницаемость среды; – магнитная постоянная. В вакууме , и тогда магнитная индукция в вакууме

Закон БиоСавараЛапласа:

,

где магнитная индукция поля, создаваемого элементом проводника, длиной с током , радиус–вектор, направленный от элемента проводника к точке, в которой определяется магнитная индукция; угол между радиус–вектором и направлением тока в элементе проводника.

Магнитная индукция в центре кругового тока:

где радиус витка.

Магнитная индукция на оси кругового тока:

,

где расстояние от центра витка до точки, в которой определяется магнитная индукция.

Магнитная индукция поля прямого тока:

,

где — расстояние от оси проводника до точки, в которой определяется магнитная индукция.

Магнитная индукция поля, создаваемого отрезком провода с током.

Магнитная индукция поля соленоида:

,

где — отношение числа витков соленоида к его длине.

Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле

(закон Ампера):

.

где — длина проводника; — угол между направлением тока в проводнике и вектором магнитной индукции В. Это выражение справедливо для однородного магнитного поля и прямого отрезка проводника. Если поле неоднородно и проводник не является прямым, то закон Ампера можно применять к каждому элементу проводника в отдельности:

Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле:



Э.д.с. индукции:

Разность потенциалов на концах проводника, движущегося со

скоростью в магнитном поле:

,

где — длина проводника; — угол между векторами и .

Индуктивность контура:

Э.д.с. самоиндукции:

Индуктивность соленоида:

где — отношение числа витков соленоида к его длине; V — объем соленоида.

Мгновенное значение силы тока в цепи, обладающей сопротивлением и индуктивностью :

(при замыкании цепи),

(при размыкании цепи),

где — сила тока в цепи при = 0.

Энергия магнитного поля:

где V -объем соленоида.

Объемная плотность энергии магнитного поля:

, или , или

где В — магнитная индукция; Н — напряженность магнитного поля.

Сила взаимодействия параллельных проводников с током:

,

где — расстояние между проводниками.

Магнитный момент плоского контура с током:

где — единичный вектор нормали к плоскости контура; — сила тока, протекающего по контуру; — площадь контура.


Механический (вращательный) момент, действующий на контур с током, помещенный в однородное магнитное поле:

,

где — угол между векторами

Потенциальная энергия контура с током в магнитном поле:

Отношение магнитного момента к механическому (моменту импульса) заряженной частицы, движущейся по круговой орбите:

где q — заряд частицы; — масса частицы.

Сила Лоренца:

где — скорость заряженной частицы, — угол между векторами и

Магнитный поток:

в случае однородного магнитного поля и плоской поверхности

или ,

где — площадь контура; — угол между нормалью к плоскости контура и вектором магнитной индукции:

в случае неоднородного поля и произвольной поверхности:

(интегрирование ведётся по всей поверхности).

Потокосцепление:

Эта формула верна для соленоида и тороида с равномерной намоткой плотно прилегающих друг к другу N витков.

Связь между векторами индукции и напряжённости магнитного поля:

18) Элементарная теория диамагнетизма.

Вещества намагничивающиеся во внешнем
магнитном поле против направления поля
, называются диамагнетиками. ( Наведенные
состовляющие магнитных полей атомов
складываются и образуют собственное
магнитное поле вещества ослабляющее
внешнее магнитное поле. В отсутствие
внешнего поля диамагнетик немагнитен.

Элементарная теория парамагнетизма.

Парамагнетики — вещества намагничивающиеся
по направлению поля. Они всегда обладают
магнитным моментом. Парамагнетик
намагничивается создавая собственное
магнитное поле совпадающее с внешним
и усиливающем его.

19) Ферромагнетизм.

Ферромагнетики — вещества обладающие
спонтанной намагниченостью. Ферромагнетики
с узкой петлёй гистерезиса называются
мягкими, с широкой жёсткими. Для каждого
ферромагнетика существует определённая
тем-ра ( точка Кюри ) при которой он теряет
свои магнитные свойства.

Ферромагнетизм — магнитоупорядоченное
состояние вещества, в котором большинство
атомных магнитных моментов параллельны
друг другу, так что вещество обладает
самопроизвольной (спонтанной)
намагниченностью.

При положительном значении интеграла
обмена взаимодействие приводит к
параллельной ориентации спинов, которая
устанавливается при температурах ниже
температуры Кюри Тс в отсутствие внешнего
магнитного поля. Выше температуры Кюри
ферромагнитные свойства ферромагнетика
исчезают, вещество становится
парамагнетиком.

В отсутствие внешнего магнитного поля
ферромагнитный образец разбит в магнитном
отношении на домены — области
однородной спонтанной намагниченности.
В пределах каждого домена ферромагнетик
намагничен до насыщения и обладает
определенным магнитным моментом.
Направления этих моментов для разных
доменов различны, так что в отсутствие
внешнего поля суммарный момент всего
тела равен нулю (см. рис.1).

Магнитный гистерезис — явление
зависимости вектора намагничивания и
вектора напряженности магнитного поля
в веществе не только от приложенного
внешнего поля, но и от предыстории
данного образца. Магнитный гистерезис
обычно проявляется в ферромагнетиках
— Fe, Co, Ni и сплавах на их основе. Именно
магнитным гистерезисом объясняется
существование постоянных магнитов.

20)
Электромагнитная индукция — явление
возникновения электрического тока в
замкнутом контуре при изменении
магнитного потока, проходящего через
него.

Закон электромагнитной индукции(Фарадей):

где

  • — электродвижущая сила, действующая
    вдоль произвольно выбранного контура,

Правило Ленца:

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.

Магни́тный пото́к — поток как
интеграл вектора магнитной индукции В
через конечную поверхность .S
Определяется через интеграл по
поверхности:

при этом векторный элемент площади
поверхности определяется как

где

— единичный вектор, нормальный к
поверхности.

21)
Самоиндукция — явление возникновения
ЭДС индукции в проводящем контуре при
изменении тока, протекающего через
контур.

При изменении тока в контуре меняется
магнитный поток через поверхность,
ограниченную этим контуром, изменение
потока магнитной индукции приводит к
возбуждению ЭДС самоиндукции. Направление
ЭДС оказывается таким, что при увеличении
тока в цепи ЭДС препятствует возрастанию
тока, а при уменьшении тока — убыванию.

Величина ЭДС самоиндукции пропорциональна
скорости изменения силы тока I и
индуктивности контура L:

22)Индукти́вность
(L)— коэффициент
пропорциональности между магнитным
потоком (создаваемым током какого-либо
витка при отсутствии намагничивающих
сред, например, в воздухе) и величиной
этого тока

Если в проводящем контуре течёт ток, то
ток создаёт магнитное поле. Величина
магнитного потока, пронизывающего
одновитковый контур, связана с величиной
тока следующим образом:

Пусть соленоид длиной l, во много раз
превышающей его диаметр, имеет N витков,
по которым течет ток силой I. Магнитная
индукция поля в нем численно равна

B = μ(0)*
μ* I*N / L = μ(0)*
μ*I*n,

где n = N/l;
I*n
– число ампер-витков, приходящихся на
единицу длины соленоида; μ(0)
– магнитная постоянная, характеризующая
магнитное поле в вакууме(μ0 = 4π · 10^(-7)
{кг · м/(с^2 · А^2}.)

Энергию магнитного поля в катушке
индуктивности можно найти по формуле:



23)

Причина возникновения электрического
тока в неподвижном проводнике —
электрическое поле.

Всякое
изменение магнитного поля порождает
индукционное электрическое поле
независимо от наличия или отсутствия
замкнутого контура, при этом если
проводник разомкнут, то на его концах
возникает разность потенциалов; если
проводник замкнут, то в нем наблюдается
индукционный ток.

Индукционное электрическое поле является
вихревым.

Направление силовых линий вихревого
эл. поля совпадает с направлением
индукционного тока

Индукционное электрическое поле имеет
совершенно другие свойства в отличии
от электростатического поля.

Ток смещения или абсорбционный ток
— понятие из области теории классической
электродинамики. Введено Дж. К. Максвеллом
при построении теории электромагнитного
поля для описания слабых токов, возникающих
при смещении заряженных частиц в
диэлектриках.

При разрыве цепи постоянного тока и
включении в неё конденсатора ток в
разомкнутом контуре отсутствует. При
питании такого разомкнутого контура
от источника переменного напряжения в
нём регистрируется переменный ток (при
достаточно высокой частоте и ёмкости
конденсатора загорается лампа, включённая
последовательно с конденсатором). Для
описания и объяснения «прохождения»
переменного тока через конденсатор
(разрыв по постоянному току) Максвелл
ввёл понятие тока смещения.

Ток смещения существует и в проводниках,
по которым течёт переменный ток
проводимости, однако в данном случае
он пренебрежимо мал по сравнению с током
проводимости. Наличие токов смещения
подтверждено экспериментально советским
физиком А. А. Эйхенвальдом, изучившим
магнитное поле тока поляризации, который
является частью тока смещения. В общем
случае, токи проводимости и смещения в
пространстве не разделены, они находятся
в одном и том же объеме. Поэтому Максвелл
ввёл понятие полного тока, равного сумме
токов проводимости (а также конвекционных
токов) и смещения. Плотность полного
тока:

Опера́тор на́бла (оператор Гамильтона)
— векторный дифференциальный оператор,
обозначаемый символом

(набла) (в Юникоде U+2207, ).
Для трёхмерного евклидова пространства
в прямоугольных декартовых координатах[1]
оператор набла определяется следующим
образом:

24)
Диэлектри́ческая восприи́мчивость
(или поляризуемость) вещества — физическая
величина, мера способности вещества
поляризоваться под действием электрического
поля. Диэлектрическая восприимчивость
χ(е) — коэффициент линейной связи между
поляризацией диэлектрика P и внешним
электрическим полем E в достаточно малых
полях:

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ
ПРОНИЦАЕМОСТЬ
— важнейшая
электродинамическая характеристика
среды (газа, жидкости, твёрдого тела,
нейтронного вещества), частицы которой
обладают зарядом или магнитным моментом;
понятие Д. п. иногда распространяют и
на непротяжённые системы (атом, ядро,
нуклоны). Д. п. описывает как внутренние
свойства среды (спектр возбуждений,
взаимодействие частиц), так и результат
воздействия на неё внеш. зарядов или
токов (неупругое рассеяние заряженных
частиц, прохождение электромагнитных
волн). Д. п. содержится в материальных
уравнениях, которые дополняют систему
Максвелла уравнений, делая её замкнутой.

( электрическую индукцию D с напряжённостью
E электрического поля в среде)

Электростатическая индукция
явление наведения собственного
электростатического поля, при действии
на тело внешнего электрического поля.
Явление обусловлено перераспределением
зарядов внутри проводящих тел, а также
поляризацией внутренних микроструктур
у непроводящих тел. Внешнее электрическое
поле может значительно исказиться
вблизи тела с индуцированным электрическим
полем.

19)Вектор индукции магнитного поля!! Связь между вектором магнитной индукции и напряженностью!!!

Магни́тная
инду́кция
 —векторнаявеличина,
являющаяся силовой характеристикоймагнитного
поля(его действия на заряженные
частицы) в данной точке пространства.
Определяет, с какойсилоймагнитное
поле действует назаряд,
движущийся со скоростью.

Более
конкретно, 
это такой вектор, чтосила
Лоренца,
действующая со стороны магнитного
поля[1] на
заряд ,
движущийся со скоростью,
равна

где
косым крестом обозначено векторное
произведение, α — угол между
векторами скорости и магнитной индукции
(направление вектораперпендикулярно
им обоим и направлено поправилу
правого винта).

Также
магнитная индукция может быть
определена[2] как
отношение максимального механического момента
сил, действующих на рамку стоком,
помещенную в однородное поле, к
произведениюсилы
токав рамке на еёплощадь.

Является
основной фундаментальной характеристикой
магнитного поля, аналогичной
вектору напряжённости
электрического поля.

В
системе СГСмагнитная
индукция поля измеряется вгауссах(Гс),
в системеСИ—
втеслах(Тл)

1
Тл = 104 Гс

20) Принцип суперпозиции для магнитных полей!! Закон Био-Савара-Лапласа!! Магнитное поле кругового тока и соленоида!!!

Принцип
суперпозиции магнитных полей
:
если магнитное поле создано несколькими
проводниками с токами, то вектор
магнитной индукции в какой-либо точке
этого поля равен векторной сумме
магнитных индукций, созданных в этой
точке каждым током в отдельности:

Компьютерная
программа позволяет изменять величину
и направление токов, текущих по
параллельным проводникам, расстояние
между ними. Положение точки, в которой
производится измерение вектора магнитной
индукции результирующего поля, изменяется
с помощью курсора мыши.

Закон
Био́—Савара—Лапла́са
 —
физический закон для определения
вектора индукции магнитного
поля,
порождаемого постоянным электрическим
током.

Закон
Био – Свара – Лапласа звучит так:
 если
постоянный ток проходит по контуру,
который находится в вакууме, rо – точка,
в которой ищется поле, то индукция
магнитного поля в этой точке будет
выражено интегралом:

Где
I –постоянный
ток; γ –
это контур; rо –
произвольно взятая точка.

Направление dB перпендикулярно dI и r,
что означает, что оно перпендикулярно
плоскости, в которой лежат, и полностью
совпадает с касательной к линии магнитной
индукции. Данное направление можно без
труда определить по правилу правой руки
(по правилу буравчика): если поступательное
движение буравчика совпадает с направление
тока, то направление вращения руки будет
совпадать с направлением dB.
Модуль вектора dB выражается
формулой:

Векторный
потенциал представляется следующим
интегралом:

21) Закон Ампера!! Взаимодействие параллельных токов!!!

Как
нам уже известно, магнитное поле оказывает
на рамку с током ориентирующее действие.
Значит, вращающий момент, который
испытывает рамка, является результатом
действия сил на отдельные ее элементы.
Сравнивая и обобщая результаты
исследования действия магнитного поля
на различные проводники с током, Ампер
открыл, что сила dF,
с которой магнитное поле действует на
элемент проводника dl с
током, который находится в магнитном
поле, равна 

(1) где
dl —
вектор, по модулю равный dl и
совпадающий по направлению с током, В —
вектор магнитной индукции. 

Направление
вектора dF может
быть определено, используя (1), по правилу
векторного произведения, откуда
следует правило
левой руки
:
если ладонь левой руки расположить так,
чтобы в нее входил вектор В,
а четыре вытянутых пальца расположить
по направлению тока в проводнике, то
отогнутый большой палец покажет
направление силы, которая действуюет
на ток. 

Модуль силы Ампера (см.
(1)) равен (2) где
α — угол между векторами dl и В

Закон
Ампера используется при нахождении
силы взаимодействия двух токов. Рассмотрим
два бесконечных прямолинейных параллельных
тока I1 и
I2;
(направления токов даны на рис. 1),
расстояние между которыми R. Каждый из
проводников создает вокруг себя магнитное
поле, которое действует по закону Ампера
на соседний проводник с током. Найдем,
с какой силой действует магнитное поле
тока I1 на
элемент dl второго
проводника с током I2.
Магнитное поле тока I1 есть
линии магнитной индукции, представляющие
собой концентрические окружности.
Направление вектора B1 задается
правилом правого винта, его модуль по
формуле (5) есть 

Направление
силы dF1,
с которой поле B1 действует
на участок dl второго
тока, находится по правилу левой руки
и указано на рисунке. Модуль силы,
используя (2), с учетом того, что угол α
между элементами тока I2 и
вектором B1 прямой,
будет равен 

подставляя
значение дляВ1,
найдем (3) 

Аналогично
рассуждая, можно показать, что сила
dF2 с
которой магнитное поле тока I2 действует
на элемент dl первого
проводника с током I1,
направлена в противоположную сторону
и по модулю равна 

(4) 

Сопоставление
выражений (3) и (4) дает, чтот.
е.два
параллельных тока одинакового направления
притягиваются друг к другу
 с
силой, равной (5)

Электромагнетизм

1. Вращающий
момент, действующий на рамку с током со
стороны магнитного поля. Магнитный
момент рамки с током. Вращающий момент.
Определение индукции магнитного поля.
Единицы индукции и вращающего момента.

Поместив рамку в
однородное магнитное поле, на нее
действует пара сил, которая создает
вращающий момент.

2. Напряженность магнитного поля и ее связь с индукцией. Единица напряженности.

Вектор магнитной
индукции является общей характеристикой
точек магнитного поля независимо от
того, как создается магнитное поле:
намагниченным телом или проводником с
током находящимся в данной среде.

Однако можно ввести
некоторую характеристику магнитного
поля не зависящую от среды, а определяющуюся
токами и конфигурацией проводников —
вектор
напряженности магнитного поля
.
Эти две характеристики (одна общая, а
другая частная) связаны между собой:

где
— абсолютная магнитная проницаемость
вакуума,μ
— относительная магнитная проницаемость
среды, для вакуума μ
= 1.

Напряженностью
магнитного поля

– отношение механической силы, действующей
на положительный полюс пробного магнита,
к величине его магнитной массы или
механическая сила, действующая на
положительный полюс пробного магнита
единичной массы в данной точке поля.

Единица напряженности
магнитного поля

— ампер на метр (А/м): 1 А/м — напряженность
такого поля, магнитная индукция которого
в вакууме равна 4π*Тл.

3. Изображение
магнитных полей с помощью силовых линий
индукции (напряженности). Вид линий
магнитной индукции прямого и кругового
токов, соленоида. Правила, но которым
определяют направление линий магнитной
индукции.

4. Магнитные поля проводников с токами. Закон Био-Савара-Лапласа.

Магнитное поле
– это силовое поле, действующее на
движущиеся электрические заряды и на
тела, обладающие магнитным моментом,
независимо от состояния их движения.

Закон
Био-Савара-Лапласа:

В векторной форме:

В скалярной форме:

5. Применение закона Био-Савара-Лапласа для определения напряженности поля, создаваемого:

а) прямым проводником
конечной длины (вывод формулы)

б) бесконечно
длинным прямым проводником (вывод
формулы)

в) круговым
проводником в центре (вывод формулы)

г) соленоидом и
тороидом

д) круговым
проводником на оси (без вывода)

6. Сила Ампера. Правило для определения направления силы Ампера.

На проводник с
током, находящийся в магнитном поле,
действует сила, равная F = I·L·B·sina

I — сила тока в
проводнике; B — модуль вектора индукции
магнитного поля; L — длина проводника,
находящегося в магнитном поле; a — угол
между вектором магнитного поля
инаправлением тока в проводнике.

Сила Ампера
– Сила, действующую на проводник с током
в магнитном поле.

Максимальная сила
Ампера равна: F = I·L·B. Ей соответствует
a = 90.

Направление силы
Ампера определяется по
правилу левой руки
:
если левую руку расположить так, чтобы
перпендикулярная составляющая вектора
магнитной индукции В входила в ладонь,
а четыре вытянутых пальца были направлены
по направлению тока, то отогнутый на 90
градусов большой палец покажет направление
силы, действующей на отрезок проводника
с током, то есть силы Ампера.

Напряженность магнитного поля

Магнитные поля, создаваемые токами и рассчитываемые по закону Ампера или закону Био-Савара, характеризуются магнитным полем B, измеряемым в теслах. Но когда генерируемые поля проходят через магнитные материалы, которые сами вносят вклад во внутренние магнитные поля, могут возникнуть неоднозначности относительно того, какая часть поля исходит от внешних токов, а что исходит от самого материала. Обычной практикой было определение другой величины магнитного поля, обычно называемой «силой магнитного поля», обозначенной Х.Его можно определить соотношением

H = B / μ м = B / μ 0 — M

и имеет значение, однозначно определяя управляющее магнитное влияние от внешних токов в материале, независимо от магнитного отклика материала. Отношение для B можно записать в эквивалентной форме

B = μ 0 (H + M)

H и M будут иметь одинаковые единицы измерения, ампер / метр. Чтобы еще больше отличить B от H, B иногда называют плотностью магнитного потока или магнитной индукцией.Величина M в этих соотношениях называется намагниченностью материала.

Другая часто используемая форма отношения между B и H —

B = μ м H

где

μ = μ м = K м μ 0

μ 0 — магнитная проницаемость пространства, а K м — относительная проницаемость материала. Если материал не реагирует на внешнее магнитное поле, создавая какую-либо намагниченность, тогда K м = 1.Другой часто используемой магнитной величиной является магнитная восприимчивость, которая указывает, насколько относительная проницаемость отличается от единицы.

Магнитная восприимчивость χ м = K м — 1

Для парамагнитных и диамагнитных материалов относительная проницаемость очень близка к 1, а магнитная восприимчивость очень близка к нулю. Для ферромагнитных материалов эти количества могут быть очень большими.

Единица измерения напряженности магнитного поля H может быть получена из ее отношения к магнитному полю B, B = мкГн.Так как единица магнитной проницаемости μ — N / A 2 , то единица измерения напряженности магнитного поля:

T / (N / A 2 ) = (N / Am) / (N / A 2 ) = A / м

Старой единицей измерения напряженности магнитного поля является эрстед: 1 А / м = 0,01257 эрстед

.

Электромагнетизм | физика | Britannica

Электромагнетизм , наука о заряде, а также о силах и полях, связанных с зарядом. Электричество и магнетизм — два аспекта электромагнетизма.

Британская викторина

Викторина «Все о физике»

В начале 18 века, к какому поразительному выводу пришел Джон Дальтон относительно «элементарных частиц» или атомов каждого из химических элементов?

Электричество и магнетизм долгое время считались отдельными силами.Только в 19 веке они стали рассматриваться как взаимосвязанные явления. В 1905 году специальная теория относительности Альберта Эйнштейна без всяких сомнений установила, что оба аспекта являются аспектами одного общего явления. Однако на практике электрические и магнитные силы ведут себя по-разному и описываются разными уравнениями. Электрические силы создаются электрическими зарядами в состоянии покоя или в движении. С другой стороны, магнитные силы создаются только движущимися зарядами и действуют исключительно на движущиеся заряды.

Электрические явления происходят даже в нейтральной материи, потому что силы действуют на отдельные заряженные составляющие. В частности, электрическая сила отвечает за большинство физических и химических свойств атомов и молекул. Это чрезвычайно сильно по сравнению с гравитацией. Например, отсутствие только одного электрона на каждый миллиард молекул в двух 70-килограммовых (154-фунтовых) людях, стоящих на расстоянии двух метров (двух ярдов) друг от друга, оттолкнет их с силой в 30 000 тонн. В более привычном масштабе электрические явления ответственны за молнии и гром, сопровождающие определенные бури.

Электрические и магнитные силы могут быть обнаружены в областях, называемых электрическими и магнитными полями. Эти поля имеют фундаментальную природу и могут существовать в космосе вдали от заряда или тока, которые их породили. Примечательно, что электрические поля могут создавать магнитные поля и наоборот, независимо от любого внешнего заряда. Как обнаружил в своей работе английский физик Майкл Фарадей, изменяющееся магнитное поле создает электрическое поле, лежащее в основе производства электроэнергии. И наоборот, изменяющееся электрическое поле создает магнитное поле, как пришел к выводу шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл.Математические уравнения, сформулированные Максвеллом, включают световые и волновые явления в электромагнетизм. Он показал, что электрические и магнитные поля путешествуют вместе в пространстве как волны электромагнитного излучения, при этом изменяющиеся поля взаимно поддерживают друг друга. Примерами электромагнитных волн, распространяющихся в пространстве независимо от материи, являются радио- и телевизионные волны, микроволны, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовый свет, рентгеновские лучи и гамма-лучи. Все эти волны движутся с одинаковой скоростью, а именно скоростью света (примерно 300 000 километров, или 186 000 миль в секунду).Они отличаются друг от друга только частотой, с которой колеблются их электрическое и магнитное поля.

Получите эксклюзивный доступ к контенту нашего 1768 First Edition с подпиской.
Подпишитесь сегодня

Уравнения Максвелла по-прежнему обеспечивают полное и элегантное описание электромагнетизма вплоть до субатомного масштаба, но не включая его. Однако в XX веке интерпретация его творчества была расширена. Специальная теория относительности Эйнштейна объединила электрические и магнитные поля в одно общее поле и ограничила скорость всей материи скоростью электромагнитного излучения.В конце 1960-х физики обнаружили, что у других сил в природе есть поля с математической структурой, подобной структуре электромагнитного поля. Эти другие силы — сильная сила, ответственная за энергию, выделяемую при ядерном синтезе, и слабая сила, наблюдаемая при радиоактивном распаде нестабильных атомных ядер. В частности, слабые и электромагнитные силы были объединены в общую силу, называемую электрослабой силой. Цель многих физиков объединить все фундаментальные силы, включая гравитацию, в одну великую единую теорию, на сегодняшний день не достигнута.

Важным аспектом электромагнетизма является наука об электричестве, которая занимается поведением агрегатов заряда, включая распределение заряда в материи и движение заряда с места на место. Различные типы материалов классифицируются как проводники или изоляторы в зависимости от того, могут ли заряды свободно перемещаться через составляющие их вещества. Электрический ток — это мера потока зарядов; законы, управляющие токами в материи, важны в технологии, особенно в производстве, распределении и управлении энергией.

Понятие напряжения, как и понятия заряда и тока, является фундаментальным в науке об электричестве. Напряжение — это мера склонности заряда перетекать из одного места в другое; положительные заряды обычно имеют тенденцию перемещаться из области высокого напряжения в область более низкого напряжения. Распространенная проблема в электричестве — это определение отношения между напряжением и током или зарядом в данной физической ситуации.

Эта статья стремится дать качественное понимание электромагнетизма, а также количественную оценку величин, связанных с электромагнитными явлениями.

.

Электромагнитные поля и общественное здравоохранение

Статические электрические и магнитные поля

Технологии, использующие статические поля, все чаще используются в отдельных отраслях, таких как медицина с магнитно-резонансной томографией (МРТ), транспортные системы, использующие постоянный ток (DC) или статические магнитные поля, и исследовательские установки по физике высоких энергий. По мере того как напряженность статического поля увеличивается, увеличивается и возможность различных взаимодействий с телом.

Международный проект Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) по ЭМП недавно рассмотрел последствия для здоровья воздействия высоких статических полей и подчеркнул важность защиты общественного здоровья для медицинского персонала и пациентов (особенно детей и беременных женщин), а также работников в отраслях, производящих высокие поля. магниты (Environmental Health Criteria, 2006).

ИСТОЧНИКОВ

Электрические и магнитные поля создаются такими явлениями, как магнитное поле Земли, грозы и использование электричества.Когда такие поля не меняются во времени, они называются статическими и имеют частоту 0 Гц.

В атмосфере статические электрические поля (также называемые электростатическими полями) возникают естественным образом в хорошую погоду и особенно под грозовыми облаками. Трение может также разделять положительные и отрицательные заряды и создавать сильные статические электрические поля. Их сила измеряется в вольтах на метр (В / м) или киловольтах на метр (кВ / м). В повседневной жизни мы можем испытывать искровые разряды от заземленных предметов или волос, поднимающихся в результате трения, например, от ходьбы по ковру.Использование электричества постоянного тока является еще одним источником статических электрических полей, например рельсовые системы с использованием постоянного тока, телевизоры и компьютерные экраны с электронно-лучевыми трубками.

Статическое магнитное поле измеряется в единицах ампер на метр (А / м), но обычно выражается в единицах соответствующей магнитной индукции, измеряемой в единицах тесла (Тл) или миллитесла (мТл). Естественное геомагнитное поле изменяется в зависимости от поверхность Земли находится между 0,035 — 0,07 мТл и воспринимается некоторыми животными, которые используют ее для ориентации.Искусственные статические магнитные поля создаются везде, где используются токи постоянного тока, например, в электропоездах или промышленных процессах, таких как производство алюминия и газовая сварка. Они могут быть более чем в 1000 раз сильнее естественного магнитного поля Земли.

Последние технологические инновации привели к использованию магнитных полей, которые в 100 000 раз сильнее, чем магнитное поле Земли. Они используются в исследованиях и в медицинских целях, таких как МРТ, обеспечивающая трехмерные изображения мозга и других мягких тканей.В обычных клинических системах просканированные пациенты и операторы оборудования могут подвергаться воздействию сильных магнитных полей в диапазоне 0,2 — 3 Тл. В медицинских исследованиях для сканирования всего тела пациента используются более сильные магнитные поля, примерно до 10 Тл.

Для статических электрических полей проведено мало исследований. Полученные на сегодняшний день результаты показывают, что единственные острые эффекты связаны с движением волос на теле и дискомфортом от искровых разрядов. Хронические или отсроченные эффекты статических электрических полей должным образом не исследовались.

ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ЗДОРОВЬЕ

Для статических магнитных полей острые эффекты могут возникать только при наличии движения в поле, например, движения человека или внутреннего движения тела, такого как кровоток или сердцебиение. Человек, движущийся в поле выше 2 Тл, может испытывать ощущение головокружения и тошноты, а иногда металлический привкус во рту и восприятие вспышек света. Хотя такие эффекты носят временный характер, они могут повлиять на безопасность работников, выполняющих сложные процедуры (например, хирургов, выполняющих операции в отделениях МРТ).

Статические магнитные поля воздействуют на движущиеся заряды в крови, такие как ионы, создавая электрические поля и токи вокруг сердца и крупных кровеносных сосудов, которые могут незначительно препятствовать току крови. Возможные эффекты варьируются от незначительных изменений сердцебиения до увеличения риска нарушения сердечного ритма (аритмии), которое может быть опасным для жизни (например, фибрилляции желудочков). Однако эти типы острых эффектов вероятны только в пределах полей более 8 Тл.

Невозможно определить, есть ли какие-либо долгосрочные последствия для здоровья даже в результате воздействия в диапазоне миллитесла, поскольку на сегодняшний день нет хорошо проведенных эпидемиологических или долгосрочных исследований на животных. Таким образом, канцерогенность статических магнитных полей для человека в настоящее время не поддается классификации (IARC, 2002).

МЕЖДУНАРОДНЫЕ СТАНДАРТЫ

Воздействие статических магнитных полей рассматривалось Международной комиссией по защите от неионизирующего излучения (см .: www.icnirp.org). Для профессионального воздействия настоящие пределы основаны на избежании ощущений головокружения и тошноты, вызванных движением в статическом магнитном поле. Рекомендуемые пределы представляют собой средневзвешенные по времени 200 мТл в течение рабочего дня для профессионального облучения с максимальным значением 2 Т. Предел непрерывного воздействия 40 мТл предназначен для населения.

Статические магнитные поля влияют на имплантированные металлические устройства, такие как кардиостимуляторы, находящиеся внутри тела, и это может иметь прямые неблагоприятные последствия для здоровья.Пользователям кардиостимуляторов, ферромагнитных имплантатов и имплантированных электронных устройств рекомендуется избегать мест, где поле превышает 0,5 мТл. Кроме того, следует соблюдать осторожность, чтобы предотвратить внезапное притяжение металлических предметов к магнитам в поле более 3 мТл.

ОТВЕТ ВОЗ

ВОЗ принимала активное участие в оценке проблем со здоровьем, возникающих в результате воздействия электромагнитных полей (ЭМП) в диапазоне частот от 0 до 300 ГГц. Международное агентство по изучению рака (IARC) оценило канцерогенность статических полей в 2002 году, а Международный проект ВОЗ по ЭМП недавно провел тщательную оценку риска для здоровья в этих областях (Environmental Health Criteria, 2006), где были выявлены пробелы в знаниях. .Это привело к разработке программы исследований на следующие несколько лет, которые будут использоваться для будущих оценок риска для здоровья (www.who.int/emf). ВОЗ рекомендует пересмотреть стандарты, когда появятся новые данные из научной литературы.

ЧТО МОГУТ ДЕЛАТЬ НАЦИОНАЛЬНЫЕ ОРГАНЫ?

Хотя использование статических магнитных полей дает огромные преимущества, особенно в медицине, необходимо должным образом оценить возможные неблагоприятные последствия для здоровья от их воздействия, чтобы можно было оценить истинные риски и преимущества.Для завершения необходимых исследований потребуется несколько лет. Между тем, ВОЗ рекомендует национальным властям разработать программы по защите населения и рабочих от возможных неблагоприятных воздействий статических полей. В случае статических электрических полей, поскольку основным эффектом является дискомфорт от электрических разрядов на теле, достаточно предоставить информацию о воздействии больших электрических полей и о том, как их избежать.

В случае статических магнитных полей, поскольку уровень информации о возможных долгосрочных или отсроченных эффектах воздействия в настоящее время недостаточен, могут быть оправданы экономически эффективные меры предосторожности для ограничения воздействия на рабочих и население.ВОЗ рекомендует властям принять следующие меры:

  • Принять международные научно обоснованные стандарты для ограничения воздействия на человека.
  • Примите защитные меры для промышленного и научного использования магнитных полей, сохраняя дистанцию ​​от полей, которые могут представлять значительный риск, ограждая поля или применяя административные меры контроля, такие как программы обучения персонала.
  • Рассмотрите возможность лицензирования аппаратов магнитно-резонансной томографии (МРТ) с напряженностью поля более 2 Тл, чтобы обеспечить выполнение защитных мер.
  • Финансирование исследований для заполнения больших пробелов в знаниях о безопасности людей.
  • Финансирование отделений и баз данных МРТ для сбора медицинской информации о воздействии на рабочих и пациентов.

СПРАВОЧНИКИ ДЛЯ ДАЛЬНЕЙШЕГО ЧТЕНИЯ

Критерии гигиены окружающей среды (2006 г.), Статические поля, Женева: Всемирная организация здравоохранения, Монография, т. 232

Влияние статических магнитных полей на здоровье человека (2005 г.), ред. Д. Ноубл, А.Маккинли, М. Репачоли, Прогресс в биофизике и молекулярной биологии , т. 87, №№ 2-3, февраль-апрель, 171-372

Монографии МАИР по оценке канцерогенных рисков для человека (2002 г.), Неионизирующее излучение, Часть 1: Статические и чрезвычайно низкочастотные (СНЧ) электрические и магнитные поля. Лион: Международное агентство по изучению рака, Монография, т. 80

Ссылки по теме

За дополнительной информацией обращайтесь:

Центр СМИ ВОЗ

Телефон: +41 22 791 2222

Электронная почта: mediainquiries @ who.int

.

геомагнитного поля | Определение, сила и факты

Представление поля

Электрические и магнитные поля создаются фундаментальным свойством материи — электрическим зарядом. Электрические поля создаются зарядами, находящимися в состоянии покоя относительно наблюдателя, тогда как магнитные поля создаются движущимися зарядами. Эти два поля представляют собой разные аспекты электромагнитного поля, которое является силой, заставляющей электрические заряды взаимодействовать. Электрическое поле E в любой точке вокруг распределения заряда определяется как сила на единицу заряда, когда в эту точку помещается положительный тестовый заряд.Для точечных зарядов электрическое поле направлено радиально от положительного заряда в сторону отрицательного заряда.

Магнитное поле создается движущимися зарядами, т. Е. Электрическим током. Магнитная индукция B может быть определена аналогично E как пропорциональная силе на единицу силы полюса, когда испытательный магнитный полюс приближается к источнику намагничивания. Однако чаще его определяют с помощью уравнения силы Лоренца. Это уравнение утверждает, что сила, воспринимаемая зарядом q , движущимся со скоростью v, определяется выражением F = q (vx B ).

В этом уравнении жирным шрифтом обозначены векторы (величины, которые имеют как величину, так и направление), а жирным шрифтом обозначены скалярные величины, такие как B , длина вектора B. Символ x указывает на перекрестное произведение (т. Е. Вектор справа углы как к v, так и к B, длиной v B sin θ). Тета — это угол между векторами v и B. (B обычно называют магнитным полем, несмотря на то, что это название зарезервировано для величины H, которая также используется в исследованиях магнитных полей.) Для простого линейного тока поле вокруг тока имеет цилиндрическую форму. Чувство поля зависит от направления тока, которое определяется как направление движения положительных зарядов. Правило правой руки определяет направление B, утверждая, что оно указывает в направлении пальцев правой руки, когда большой палец указывает в направлении тока.

В Международной системе единиц (СИ) электрическое поле измеряется скоростью изменения потенциала, вольт на метр (В / м).Магнитные поля измеряются в единицах тесла (Тл). Тесла — это большая единица для геофизических наблюдений, и обычно используется меньшая единица, нанотесла (нТл; одна нанотесла равна 10 -9 тесла). Нанотесла эквивалентна одной гамме, единице, первоначально определенной как 10 −5 гаусс, которая является единицей магнитного поля в системе сантиметр-грамм-секунда. И гаусс, и гамма все еще часто используются в литературе по геомагнетизму, хотя они больше не являются стандартными единицами измерения.

И электрическое, и магнитное поля описываются векторами, которые могут быть представлены в различных системах координат, таких как декартова, полярная и сферическая. В декартовой системе вектор разлагается на три компонента, соответствующих проекциям вектора на три взаимно ортогональных оси, которые обычно обозначаются x , y , z . В полярных координатах вектор обычно описывается длиной вектора в плоскости x y , его азимутальным углом в этой плоскости относительно оси x и третьей декартовой компонентой z .В сферических координатах поле описывается длиной вектора полного поля, полярным углом этого вектора относительно оси z и азимутальным углом проекции вектора в плоскости x y . В исследованиях магнитного поля Земли широко используются все три системы.

Номенклатура, используемая при изучении геомагнетизма для различных компонентов векторного поля, кратко представлена ​​на рисунке. B — векторное магнитное поле, а F — величина или длина B. X , Y и Z — три декартовых компонента поля, обычно измеряемых относительно географической системы координат. X — север, Y, — восток, и, завершая правостороннюю систему, Z — вертикально вниз к центру Земли. Величина поля, проецируемого в горизонтальной плоскости, называется H . Эта проекция составляет угол D (для склонения), измеренный положительным с севера на восток.Угол падения, I (для наклона), представляет собой угол, который общий вектор поля составляет по отношению к горизонтальной плоскости, и является положительным для векторов ниже плоскости. Это дополнение к обычному полярному углу сферических координат. (Географический и магнитный север совпадают по «агонической линии».)

Компоненты вектора магнитной индукции B показаны в трех системах координат: декартовой, полярной и сферической. Британская энциклопедия, Inc. .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *