Супермагнітами! Опис явища магнетизм, магнітне поле, постійні магніти

3. Постійний магніт

1. Магнетизм - форма взаємодії рухомих електричних зарядів, здійснювана на відстані за допомогою магнітного поля. Орбітальні і спінові магнітні моменти елементарних частинок. атомів і молекул, а в макроскопічному масштабі - електричний струм і постійні магніти. Поряд з електрикою, магнетизм - один із проявів електромагнітної взаємодії. Основною характеристикою магнітного поля є вектор індукції, що співпадає в вакуумі з вектором напруженості магнітного поля.

Магнітний момент, магнітний дипольний момент - основна величина, що характеризує магнітні властивості речовини. Джерелом магнетизму, згідно з класичною теорією електромагнітних явищ, є електричні макро- і мікроструми. Елементарним джерелом магнетизму вважають замкнутий струм. Магнітним моментом мають елементарні частинки, атомні ядра, електронні оболонки атомів і молекул. Магнітний момент елементарних частинок (електронів, протонів, нейтронів і інших), як показала квантова механіка, обумовлений існуванням у них власного механічного моменту - спина. Магнітний момент вимірюється в А * м2 або Дж / Тл (СІ).

Формули для обчислення магнітного моменту
У разі плоского контуру з електричним струмом магнітний момент обчислюється як
. де I - сила струму в контурі, S - площа контуру, n - одиничний вектор нормалі до площини контура. Напрямок магнітного моменту зазвичай знаходиться за правилом свердлика: якщо обертати ручку свердлика в напрямку струму, то напрямок магнітного моменту буде збігатися з напрямком поступального руху свердлика.

Для довільного замкнутого контуру магнітний момент знаходиться з:

де r - радіус-вектор проведений з початку координат до елемента довжини контуру dl

У загальному випадку довільного розподілу струмів в середовищі:

де j - щільність струму в елементі обсягу dV.

2. Магнітне поле - складова електромагнітного поля, що з'являється при наявності змінюється в часі електричного поля. Крім того, магнітне поле може створюватися струмом заряджених частинок, або магнітними моментами електронів в атомах (постійні магніти). Основною характеристикою магнітного поля є його сила, яка визначається вектором магнітної індукції B. В СІ магнітна індукція вимірюється в Тесла (Тл).

Магнітне поле - це особливий вид матерії, за допомогою якої здійснюється взаємодія між рухомими зарядженими частинками або тілами, що володіють магнітним моментом.

Можна також розглядати магнітне поле, як релятивістську складову електричного поля. Точніше, магнітні поля є необхідним наслідком існування електричних полів і спеціальної теорії відносності. Разом, магнітне і електричне поля утворюють електромагнітне поле, проявами якого є світло та інші електромагнітних хвилі.

Картина силових ліній магнітного поля, створюваного постійним магнітом у формі стрижня. Залізні тирсу на аркуші паперу.

Прояв магнітного поля
Магнітне поле виявляється у впливі на магнітні моменти частинок і тіл, на рухомі заряджені частинки (або провідники зі струмом). Сила, що діє на рухому в магнітному полі електрично заряджену частинку, називається силою Лоренца, яка завжди спрямована перпендикулярно до вектора v. В системі одиниць СІ сила Лоренца виражається так:

де a - кут між напрямком вектора швидкості частинки v v і напрямком вектора магнітного поля B

Також магнітне поле діє на провідник зі струмом. Сила, що діє на провідник буде називатися силою Ампера. Ця сила складається з сил, діючі на окремі рухомі всередині провідника заряди.

Взаємодія двох магнітів
Найбільш часто зустрічається прояв магнітного поля - взаємодія двох магнітів: подібні полюса відштовхуються, протилежні притягуються. Звісно ж привабливим описати взаємодію між магнітами, як взаємодія між двома монополіями, але ця ідея не призводить до правильного опису явища.

Правильніше буде сказати, що на магнітний диполь поміщений в неоднорідне поле діє сила, яка прагне повернути його так, щоб магнітний момент диполя був сонаправлени з магнітним полем.

Сила, що діє на магнітний диполь з магнітним моментом m виражається за формулою:

Сила, що діє на магніт з боку неоднорідного магнітного поля, може бути також визначена підсумовуванням всіх сил, що діють на елементарні диполі, що становлять магніт.

Енергія магнітного поля
Енергію магнітного поля можна знайти за формулою:

де: Ф - магнітний потік, I - струм, L - індуктивність котушки або витка зі струмом.

3. Постійний магніт - виріб різної форми з жорсткого матеріалу з високою залишковою магнітною індукцією, що зберігають стан намагніченості протягом тривалого часу. Постійні магніти застосовуються як автономні (не споживає енергії) джерел магнітного поля.

Властивості магніту визначаються характеристиками розмагнічуючого ділянки петлі магнітного гістерезису матеріалу магніту: чим вище залишкова індукція Br і коерцитивної сила Hc, тим вище намагніченість і стабільність магніту.

Індукція постійного магніту Bd не може перевищувати Br: рівність Bd = Br можливо лише в тому випадку, якщо магніт являє собою замкнутий магнітопровід, тобто не має повітряного проміжку, проте постійні магніти, як правило, використовуються для створення магнітного поля в повітряному (або заповненому іншим середовищем) зазорі, в цьому випадку Bd