자기장이란 무엇입니까? 자기장, 자기장 특성

우리는 여전히 학교의 자기장에 대해 기억합니다. 모든 사람의 기억 속에 "팝업"되는 것은 아닙니다. 우리가 겪은 일을 새롭게 하여 새롭고 유용하며 흥미로운 것을 알려드리겠습니다.

자기장의 결정

자기장은 움직이는 전하(입자)에 작용하는 역장입니다. 이 역장으로 인해 물체는 서로 끌어당깁니다. 자기장에는 두 가지 유형이 있습니다.

1. 중력 -이 입자의 특징과 구조를 기반으로 강도가 기본 입자 및 viruetsya 근처에서만 형성됩니다.
2. 움직이는 전하가 있는 물체(전류 송신기, 자화 물질)에서 생성되는 동적입니다.

처음으로 자기장의 지정은 1845년 M. Faraday에 의해 도입되었지만 전기 및 자기 효과와 상호 작용이 모두 동일한 물질 필드를 기반으로 한다고 믿었기 때문에 그 의미는 약간 잘못되었습니다. 1873년 후반에 D. Maxwell은 이러한 개념이 분리되기 시작한 양자 이론을 "제시"했으며 이전에 유도된 역장을 전자기장이라고 했습니다.

자기장은 어떻게 나타납니까?

다양한 물체의 자기장은 사람의 눈으로 감지되지 않으며 특수 센서만이 고정할 수 있습니다. 미세한 규모에서 자력장이 나타나는 원인은 다음과 같은 자화된(전하를 띤) 미립자의 움직임입니다.

• 이온;
• 전자;
• 양성자.

그들의 움직임은 각 미세 입자에 존재하는 스핀 자기 모멘트로 인해 발생합니다.

자기장, 어디에서 찾을 수 있습니까?

이상하게 들릴지 모르지만 우리 주변의 거의 모든 물체에는 자체 자기장이 있습니다. 많은 사람들의 개념에서는 자석이라는 조약돌만이 자기장을 가지고 있어 철제 물체를 끌어당깁니다. 사실 인력의 힘은 모든 물체에 있으며 낮은 원자가에서만 나타납니다.

또한 자기장이라고 하는 역장은 전하 또는 물체가 움직이는 조건에서만 나타난다는 점을 명확히 해야 합니다.

움직이지 않는 전하에는 전기력장이 있습니다(움직이는 전하에도 존재할 수 있음). 출처가 밝혀졌다. 자기장이다:

• 영구 자석;
• 모바일 요금.

잘 알려진 넓은 적용일상 생활, 직장 및 과학 연구에서 자기장. 발전기, 전기 모터, 릴레이, 입자 가속기 및 다양한 센서와 같은 장치의 이름을 지정하는 것으로 충분합니다. 자기장이 무엇이며 어떻게 형성되는지 더 자세히 살펴 보겠습니다.

자기장이란 무엇입니까 - 정의

자기장은 움직이는 하전 입자에 작용하는 힘의 장입니다. 자기장의 크기는 변화율에 따라 달라집니다. 이 기능에 따르면 동적 및 중력의 두 가지 유형의 자기장이 구별됩니다.

중력 자기장은 기본 입자 근처에서만 발생하며 구조의 특징에 따라 형성됩니다. 동적 자기장의 소스는 움직이는 전하 또는 대전체, 전류 전달 도체 및 자화 물질입니다.

자기장 특성

위대한 프랑스 과학자 André Ampere는 자기장의 두 가지 기본 특성을 알아냈습니다.

1. 자기장과 전기장의 주요 차이점과 주요 속성은 상대적이라는 것입니다. 대전된 물체를 어떤 기준틀에서도 움직이지 않게 두고 근처에 자기 바늘을 놓으면 평소와 같이 북쪽을 가리킬 것입니다. 즉, 지구 이외의 필드는 감지하지 않습니다. 이 충전 된 몸체를 화살표를 기준으로 움직이기 시작하면 회전하기 시작합니다. 이는 충전 된 몸체가 움직일 때 전기장 외에 자기장도 발생 함을 나타냅니다. 따라서 움직이는 전하가 있는 경우에만 자기장이 나타납니다.
2. 자기장은 다른 전류에 작용합니다. 따라서 하전 입자의 움직임을 추적하여 감지 할 수 있습니다. 자기장에서 이탈하고 전류가있는 도체가 움직이고 전류가있는 프레임이 회전하고 자화 된 물질이 이동합니다. 여기에서 우리는 일반적으로 파란색으로 칠해진 자기 나침반 바늘을 기억해야 합니다. 지구에는 자기장이 있기 때문에 항상 북쪽을 가리킵니다. 우리 지구 전체는 거대한 자석입니다. 남자기대는 북극에 위치하고 자북극은 남극에 있습니다.

또한 자기장의 특성에는 다음과 같은 특성이 포함됩니다.

1. 자기장의 강도는 자기 유도에 의해 설명됩니다. 이것은 자기장이 움직이는 전하에 영향을 미치는 강도를 결정하는 벡터량입니다.
2. 자기장은 일정하고 가변적일 수 있습니다. 첫 번째는 시간에 따라 변하지 않는 전기장에 의해 생성되며 이러한 필드의 유도도 변경되지 않습니다. 두 번째는 교류로 구동되는 인덕터를 사용하여 가장 자주 생성됩니다.
3. 자기장은 인간의 감각으로 감지할 수 없으며 특수 센서에 의해서만 기록됩니다.

지구의 자기장

자기장은 운동 상태에 관계없이 움직이는 전하와 자기 모멘트가 있는 물체에 작용하는 힘의 장입니다.

거시적 자기장의 소스는 자화체, 전류 전달 전도체 및 움직이는 전하를 띤 물체입니다. 이러한 소스의 특성은 동일합니다. 자기장은 하전된 미세 입자(전자, 양성자, 이온)의 이동 결과로 발생하고 미세 입자에 자체(스핀) 자기 모멘트가 존재하기 때문에 발생합니다.

교류 자기장은 전기장이 시간에 따라 변할 때도 발생합니다. 차례로 자기장이 시간이 지남에 따라 변하면 전기장이 발생합니다. 전체 설명그들의 관계에서 전기장과 자기장은 Maxwell 방정식을 제공합니다. 자기장을 특성화하기 위해 필드 힘선(자기 유도선)의 개념이 종종 도입됩니다.

자기장의 특성과 물질의 자기적 특성을 측정하기 위해 다양한 방식자력계. CGS 단위계에서 자기장 유도 단위는 가우스(Gs)입니다. 국제 시스템단위(SI) - Tesla(T), 1T = 104Gs. 강도는 각각 에르스텟(Oe) 및 미터당 암페어(A / m, 1 A / m \u003d 0.01256 Oe, 자기장 에너지 - Erg / cm 2 또는 J / m 2, 1 J / m 2)로 측정됩니다. \u003d 10erg/cm2.

나침반 반응
지구 자기장에

자연의 자기장은 그 규모와 영향이 매우 다양합니다. 지구의 자기권을 형성하는 지구 자기장은 태양 방향으로 70~80,000km, 반대 방향으로 수백만 km까지 뻗어 있습니다. 지구 표면에서 자기장은 평균 50μT, 자기권 경계 ~ 10 -3G입니다. 지자기장은 태양풍과 부분적으로는 우주선에서 나오는 하전 입자의 흐름으로부터 지구 표면과 생물권을 보호합니다. 유기체의 중요한 활동에 대한 지자기장 자체의 영향은 자기 생물학에 의해 연구됩니다. 지구 근처 공간에서 자기장은 고에너지 하전 입자에 대한 자기 트랩(지구의 복사 벨트)을 형성합니다. 방사선 벨트에 포함된 입자는 우주 비행 중에 심각한 위험을 초래합니다. 지구 자기장의 기원은 다음과 관련이 있습니다. 대류 운동지구의 핵에 있는 전도성 액체 물질.

우주선의 도움을 받아 직접 측정한 결과 지구에 가장 가까운 우주체인 달, 금성, 화성에는 지구와 유사한 자체 자기장이 없는 것으로 나타났습니다. 다른 행성에서 태양계목성과 분명히 토성만이 행성 자기 함정을 만들기에 충분한 자체 자기장을 가지고 있습니다. 최대 10가우스의 자기장과 여러 가지 특징적인 현상이 목성에서 감지되었습니다. 자기 폭풍, 싱크로트론 무선 방출 등), 행성 과정에서 자기장의 중요한 역할을 나타냅니다.

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태양의 사진
좁은 스펙트럼에서

행성간 자기장은 주로 태양풍(태양 코로나의 지속적으로 팽창하는 플라스마)의 장입니다. 지구 궤도 근처에서 행성 간 필드는 ~ 10 -4 -10 -5 Gs입니다. 행성 간 자기장의 규칙성은 다양한 유형의 플라즈마 불안정성, 충격파의 통과, 태양 플레어에 의해 생성된 빠른 입자 흐름의 전파로 인해 교란될 수 있습니다.

태양의 모든 과정에서 - 플레어, 점과 홍염의 출현, 태양 우주선의 탄생, 자기장은 중요한 역할을 합니다. Zeeman 효과를 기반으로 한 측정에 따르면 흑점의 자기장은 수천 가우스에 도달하고 돌출부는 ~ 10-100 가우스의 필드로 유지됩니다(태양의 총 자기장의 평균값 ~ 1 가우스).

자기 폭풍

자기 폭풍은 지구 자기장의 강한 교란으로 매끄러운 표면을 급격히 방해합니다. 일일 코스지구 자기의 요소. 자기 폭풍은 몇 시간에서 며칠 동안 지속되며 지구 전체에서 동시에 관찰됩니다.

일반적으로 자기 폭풍은 예비, 초기 및 주요 단계와 복구 단계로 구성됩니다. 예비 단계에서는 지자기장의 미미한 변화가 관찰되며 (주로 고위도에서) 특징적인 단기 필드 진동의 여기가 관찰됩니다. 초기 단계는 지구 전체에 걸쳐 개별 필드 구성 요소의 급격한 변화를 특징으로 하며 주요 단계는 큰 필드 변동과 수평 구성 요소의 강한 감소를 특징으로 합니다. 자기 폭풍 복구 단계에서 필드는 정상 값으로 돌아갑니다.

태양풍의 영향
지구의 자기권으로

자기 폭풍은 태양의 활성 영역에서 나오는 태양 플라스마 흐름이 잔잔한 태양풍에 중첩되어 발생합니다. 따라서 자기 폭풍은 태양 활동의 11년 주기의 최대값 근처에서 더 자주 관찰됩니다. 지구에 도달하면 태양 플라즈마 흐름은 자기권의 압축을 증가시켜 자기 폭풍의 초기 단계를 일으키고 부분적으로 지구의 자기권으로 침투합니다. 고 에너지 입자가 지구의 상층 대기로 유입되고 자기권에 미치는 영향으로 인해 전류가 생성 및 증폭되어 전리층의 극지방에서 가장 높은 강도에 도달합니다. 자기 활동의 고위도 지역. 자기권-전리층 전류 시스템의 변화는 불규칙한 자기 교란의 형태로 지구 표면에 나타납니다.

소우주 현상에서 자기장의 역할은 우주적 규모만큼이나 필수적입니다. 이것은 물질의 구조적 요소(전자, 양성자, 중성자), 자기 모멘트, 움직이는 전하에 대한 자기장의 작용 등 모든 입자의 존재 때문입니다.

과학과 기술에서 자기장의 응용. 자기장은 일반적으로 약(최대 500Gs), 중간(500Gs - 40kGs), 강함(40kGs - 1MGs) 및 초강력(1MG 이상)으로 세분됩니다. 실질적으로 모든 전기 공학, 무선 공학 및 전자 공학은 약한 중간 자기장의 사용을 기반으로 합니다. 영구 자석, 전자석, 냉각되지 않은 솔레노이드, 초전도 자석을 사용하여 약하고 중간 자기장을 얻습니다.

자기장 소스

자기장의 모든 소스는 인공 및 자연으로 나눌 수 있습니다. 자기장의 주요 자연 발생원은 지구 자체의 자기장과 태양풍입니다. 인공 소스에는 우리 몸에 풍부한 모든 전자기장이 포함됩니다. 현대 세계특히 우리 집. 자세한 내용을 읽고 우리에 대해 읽어보십시오.

전기 운송은 0~1000Hz 범위의 강력한 자기장 소스입니다. 철도 운송은 교류를 사용합니다. 도시 교통은 영구적입니다. 교외 전기 운송에서 자기장 유도의 최대값은 75µT에 도달하고 평균값은 약 20µT입니다. DC 구동 차량의 평균값은 29µT로 고정됩니다. 리턴 와이어가 레일인 트램에서는 트롤리 버스의 와이어보다 훨씬 더 먼 거리에서 자기장이 서로 보상하며 트롤리 버스 내부에서는 가속 중에도 자기장 변동이 작습니다. 그러나 자기장의 가장 큰 변동은 지하철에 있습니다. 컴포지션을 보낼 때 플랫폼의 자기장의 크기는 50-100μT 이상으로 지자기장을 초과합니다. 기차가 터널 속으로 사라진 지 오래되어도 자기장은 이전 값으로 돌아오지 않습니다. 컴포지션이 접촉 레일에 대한 다음 연결 지점을 통과한 후에야 자기장이 이전 값으로 돌아갑니다. 사실, 때로는 시간이 없습니다. 다음 기차가 이미 플랫폼에 접근하고 있으며 속도가 느려지면 자기장이 다시 바뀝니다. 자동차 자체에서 자기장은 150-200μT, 즉 기존 열차보다 10배 더 강합니다.

우리가 가장 자주 접하는 자기장 유도 값 일상 생활아래 다이어그램에 나와 있습니다. 이 다이어그램을 보면 우리가 언제 어디서나 자기장에 노출되어 있다는 것이 분명해집니다. 일부 과학자에 따르면 0.2µT 이상의 유도가 있는 자기장은 유해한 것으로 간주됩니다. 당연히 우리 주변 장의 유해한 영향으로부터 우리 자신을 보호하기 위해 특정한 예방 조치를 취해야 합니다. 몇 가지 간단한 규칙을 따르면 자기장이 신체에 미치는 영향을 크게 줄일 수 있습니다.

현재 SanPiN 2.1.2.2801-10 "SanPiN 2.1.2.2645-10 "주거용 건물 및 건물의 생활 조건에 대한 위생 및 역학 요구 사항"에 대한 변경 및 추가 번호 1은 다음과 같이 명시합니다. 주거용 건물 구내의 필드는 1.5"로 설정됩니다. 주파수가 50Hz 인 자기장의 강도 및 강도의 최대 허용 값도 설정됩니다.

• 거주지에서 - 5μT또는 오전 4시;
• 주거용 건물의 비거주 건물, 정원 구역을 포함한 주거 지역- 10μT또는 오전 8시.

이러한 표준에 따라 모든 사람은 각 특정 방에서 얼마나 많은 전기 제품이 켜져 있고 대기 상태에 있을 수 있는지 또는 생활 공간의 정상화에 대한 권장 사항을 기반으로 계산할 수 있습니다.

관련 동영상

작은 과학 영화지구 자기장에 대해

참조

1. 위대한 소비에트 백과사전.

또한보십시오: 포털:물리학

자기장은 하전된 입자의 전류 및/또는 원자 내 전자의 자기 모멘트에 의해 생성될 수 있습니다(및 그 정도는 훨씬 적지만 다른 입자의 자기 모멘트에 의해)(영구 자석).

또한 시변 전기장이 존재하는 경우에도 나타납니다.

자기장의 주요 전력 특성은 자기 유도 벡터 (자기장 유도 벡터) . 수학적 관점에서 정의하고 지정하는 벡터 필드 물리적 개념자기장. 종종 자기 유도의 벡터는 간결함을 위해 단순히 자기장이라고 합니다(아마도 이것이 용어의 가장 엄격한 사용은 아닐지라도).

자기장의 또 다른 기본 특성(교체 자기 유도 및 이와 밀접하게 관련되어 물리적 가치가 실질적으로 동일함)은 다음과 같습니다. 벡터 전위 .

자기장은 움직이는 하전 입자 또는 자기 모멘트를 갖는 물체 사이에서 상호 작용이 수행되는 특별한 종류의 물질이라고 할 수 있습니다.

자기장은 전기장의 존재로 인해 필요한 (문맥상) 결과입니다.

• 양자장 이론의 관점에서 볼 때, 자기 상호작용 - 전자기 상호작용의 특수한 경우로서 기본 질량이 없는 보손 - 광자(전자기장의 양자 여기로 나타낼 수 있는 입자)에 의해 전달되는 경우가 많습니다. 예를 들어 정적 필드의 모든 경우) - 가상.

자기장 소스

자기장은 하전 입자의 전류, 시변 전기장 또는 입자의 고유 자기 모멘트에 의해 생성(생성)됩니다(후자는 그림의 균일성을 위해 공식적으로 감소될 수 있음). 전류).

계산

간단한 경우 전류가 흐르는 도체의 자기장(전류가 체적이나 공간에 임의로 분포된 경우 포함)은 Biot-Savart-Laplace 법칙이나 순환 정리(암페르의 법칙이기도 함)에서 찾을 수 있습니다. 원칙적으로 이 방법은 정자기학의 경우(근사)로 제한됩니다. 즉, 일정한 경우(엄격한 적용 가능성에 대해 이야기하는 경우) 또는 오히려 천천히 변화하는 경우(대략적인 적용에 대해 이야기하는 경우) 자기장과 전기장의 경우입니다.

더 어려운 상황 Maxwell의 방정식에 대한 솔루션으로 모색됩니다.

자기장의 발현

자기장은 입자와 물체의 자기 모멘트, 움직이는 하전 입자(또는 전류 전달 도체)에 미치는 영향으로 나타납니다. 자기장 내에서 이동하는 전하를 띤 입자에 작용하는 힘을 로렌츠 힘이라고 하며 항상 벡터에 수직으로 향합니다. V그리고 비. 입자의 전하에 비례한다 큐, 속도 성분 V, 자기장 벡터의 방향에 수직 비및 자기장 유도의 크기 비. SI 단위계에서 로렌츠 힘은 다음과 같이 표현됩니다.

CGS 단위계에서:

여기서 대괄호는 벡터 곱을 나타냅니다.

또한 (도체를 따라 이동하는 하전 입자에 대한 로렌츠 힘의 작용으로 인해) 자기장은 전류와 함께 도체에 작용합니다. 전류가 흐르는 도체에 작용하는 힘을 암페어 힘이라고 합니다. 이 힘은 도체 내부에서 움직이는 개별 전하에 작용하는 힘의 합입니다.

두 자석의 상호작용

일상 생활에서 자기장의 가장 일반적인 현상 중 하나는 두 자석의 상호 작용입니다. 동일한 극은 밀어내고 반대 극은 끌어당깁니다. 자석 사이의 상호 작용을 두 개의 단극 사이의 상호 작용으로 설명하고 싶은 유혹이 있는 것 같습니다. 형식적인 관점에서 볼 때 이 아이디어는 상당히 실현 가능하고 종종 매우 편리하므로 (계산에서) 실질적으로 유용합니다. 그러나 자세한 분석은 사실 이것이 현상에 대한 완전히 정확한 설명이 아니라는 것을 보여줍니다 (이러한 모델의 틀 내에서 설명할 수 없는 가장 분명한 질문은 왜 모노폴이 결코 분리될 수 없는지에 대한 질문입니다. 실험에 따르면 고립된 신체는 실제로 자기 전하를 가지고 있지 않습니다. 형식적 기술, 그것은 단지 근본적인 의미에서 이론의 복잡성으로 이어질 뿐입니다).

불균일한 자기장에 놓인 자기 쌍극자에 힘이 작용하여 쌍극자의 자기 모멘트가 자기장과 같은 방향으로 향하도록 회전시키는 경향이 있다고 말하는 것이 더 정확할 것입니다. 그러나 어떤 자석도 균일한 자기장에서 (총) 힘을 받지 않습니다. 자기 모멘트를 가진 자기 쌍극자에 작용하는 힘 중다음 공식으로 표현됩니다.

불균일 자기장으로부터 자석(단일점 쌍극자가 아님)에 작용하는 힘은 자석을 구성하는 기본 쌍극자에 작용하는 모든 힘(이 공식으로 정의됨)을 합산하여 결정할 수 있습니다.

그러나 자석의 상호 작용을 암페어 힘으로 줄이는 접근이 가능하며 자기 쌍극자에 작용하는 힘에 대한 위의 공식 자체도 암페어 힘을 기반으로 얻을 수 있습니다.

전자기 유도 현상

벡터 필드 시간 SI 시스템에서는 미터당 암페어(A/m)로, CGS에서는 에르스텟으로 측정됩니다. 에르스텟과 가우스는 동일한 양이며 그 구분은 순전히 용어입니다.

자기장 에너지

자기장의 에너지 밀도 증가는 다음과 같습니다.

시간- 자기장 강도, 비- 자기 유도

선형 텐서 근사에서 자기 투자율은 텐서(우리는 그것을 표시함)이고 벡터의 곱셈은 텐서(행렬) 곱셈입니다.

또는 구성 요소에서.

이 근사치의 에너지 밀도는 다음과 같습니다.

- 투자율 텐서의 구성요소 , - 투자율 텐서의 매트릭스에 역행렬로 표현되는 텐서, - 자기 상수

자기 투자율 텐서의 기본 축과 일치하도록 좌표축을 선택하면 구성 요소의 공식이 단순화됩니다.

는 자체 축에서 자기 투자율 텐서의 대각선 구성 요소입니다(이 특수 좌표의 다른 구성 요소는 - 그들 안에만! - 0과 같습니다).

등방성 선형 자석에서:

- 상대 투자율

진공 상태 및:

인덕터의 자기장의 에너지는 다음 공식으로 구할 수 있습니다.

Ф - 자속, I - 전류, L - 코일 또는 전류가 있는 코일의 인덕턴스.

물질의 자기 특성

기본적인 관점에서, 위에서 언급한 바와 같이 자기장은 교번 전기장, 하전 입자 흐름 형태의 전류 또는 입자의 자기 모멘트.

다양한 물질(혼합물, 합금, 응집 상태, 결정 변형 등)의 특정 미세 구조 및 특성은 거시적 수준에서 외부 자기장의 작용에 따라 상당히 다르게 거동할 수 있다는 사실로 이어집니다. (특히 다양한 정도로 약화 또는 증폭).

이와 관련하여 자기 특성과 관련된 물질(및 일반적으로 매체)은 다음과 같은 주요 그룹으로 나뉩니다.

• 반 강자성체는 원자 또는 이온의 자기 모멘트의 반 강자성 순서가 설정된 물질입니다. 물질의 자기 모멘트는 반대 방향으로 향하고 강도가 같습니다.
• 반자성체는 외부 자기장의 방향에 대해 자화되는 물질입니다.
• 상자성체는 외부 자기장 방향으로 외부 자기장에서 자화되는 물질입니다.
• 강자성체는 특정 임계 온도(퀴리점) 미만에서 자기 모멘트의 장거리 강자성 순서가 설정되는 물질입니다.
• Ferrimagnets - 물질의 자기 모멘트가 반대 방향으로 향하고 강도가 같지 않은 물질.
• 위의 물질 그룹에는 주로 일반적인 고체 또는 (일부) 액체 물질과 가스가 포함됩니다. 초전도체와 플라즈마의 자기장과의 상호 작용은 크게 다릅니다.

토키 푸코

푸코 전류 (와상 전류) - 관통하는 자속의 변화로 인해 발생하는 거대한 도체의 폐쇄 전류. 그것들은 그것이 위치한 자기장의 시간 변화로 인해 또는 자기장에서 신체의 움직임의 결과로 전도성 몸체에 형성된 유도 전류이며, 신체 또는 그 일부. Lenz의 규칙에 따르면, 푸코 전류의 자기장은 이러한 전류를 유도하는 자속의 변화에 ​​반대 방향으로 향합니다.

자기장에 대한 아이디어 개발의 역사

자석과 자성은 훨씬 더 일찍 알려졌지만, 자기장에 대한 연구는 1269년 프랑스 과학자 Peter Peregrine(Méricourt의 기사 Pierre)이 강철 바늘을 사용하여 구형 자석 표면의 자기장을 기록하고 그 결과 자기장선은 두 지점에서 교차했으며, 그는 지구의 극과 유사하게 "극"이라고 불렀습니다. 거의 3세기 후에 William Gilbert Colchester는 Peter Peregrinus의 작업을 사용하여 처음으로 지구 자체가 자석이라고 결정적으로 말했습니다. 1600년에 출판된 길버트의 작품 드 마그네트, 과학으로서 자기의 토대를 마련했습니다.

연속으로 세 개의 발견이 이 "자기의 기초"에 도전했습니다. 첫째, 1819년 Hans Christian Oersted는 전류가 자기 주위에 자기장을 생성한다는 사실을 발견했습니다. 그리고 1820년에 André-Marie Ampère는 같은 방향으로 전류가 흐르는 병렬 도선이 서로 끌어당긴다는 것을 보여주었습니다. 마지막으로 Jean-Baptiste Biot와 Félix Savard는 1820년에 Biot-Savart-Laplace 법칙이라는 법칙을 발견했는데, 이 법칙은 활선 주위의 자기장을 정확하게 예측했습니다.

이러한 실험을 확장하여 Ampère는 1825년에 자기 자신의 성공적인 자기 모델을 발표했습니다. 여기에서 그는 자석에서 전류의 등가성을 보여주었고 푸아송 모델에서 자기 전하의 쌍극자 대신 자기가 끊임없이 흐르는 전류 루프와 관련이 있다는 생각을 제안했습니다. 이 아이디어는 자기 전하가 분리될 수 없는 이유를 설명했습니다. 또한 Ampère는 Biot-Savart-Laplace 법칙과 마찬가지로 직류에 의해 생성되는 자기장을 올바르게 기술한 그의 이름을 딴 법칙을 추론했으며 자기장 순환 정리도 도입했습니다. 또한 이 작업에서 Ampère는 전기와 자기의 관계를 설명하기 위해 "전기 역학"이라는 용어를 만들었습니다.

Ampère의 법칙에 암시된 움직이는 전하의 자기장 강도가 명시적으로 언급되지는 않았지만 1892년 Hendrik Lorentz는 Maxwell의 방정식에서 이를 도출했습니다. 동시에 전기역학의 고전 이론이 기본적으로 완성되었습니다.

20세기는 상대성이론과 양자역학의 등장으로 전기역학에 대한 시야가 넓어졌다. 앨버트 아인슈타인은 상대성 이론이 입증된 1905년 논문에서 전기장과 자기장이 동일한 현상의 일부임을 보여주었습니다. 다른 시스템참조. (움직이는 자석과 도체 문제 - 결국 아인슈타인이 특수 상대성 이론을 발전시키는 데 도움이 된 사고 실험 참조). 마지막으로 양자역학과 전기역학을 결합하여 양자전기역학(QED)을 형성했습니다.

또한보십시오

• 자기 필름 시각화 장치

메모

1. TSB. 1973, "소비에트 백과사전".
2. 특별한 경우에 자기장은 전기장이 없는 상태에서도 존재할 수 있지만, 일반적으로 말해서 자기장은 동적으로(전기장과 자기장이 번갈아 가며 서로 발생하는) 전기장과 깊이 상호 연결되어 있습니다. 로 전환할 때 새로운 시스템참고로 자기장과 전기장은 서로를 통해 표현됩니다. 즉, 일반적으로 무조건 분리할 수는 없습니다.
3. Yavorsky B. M., Detlaf A. A.물리학 핸드북: 2판, 개정판. -M .: Science, 물리 및 수학 문헌의 주요 판, 1985, - 512 p.
4. SI에서 자기 유도는 가우스의 cgs 시스템에서 테슬라(T)로 측정됩니다.
5. CGS 단위 시스템에서 정확히 일치하고 SI에서는 상수 계수가 다르며 물론 실제 물리적 정체성의 사실을 변경하지는 않습니다.
6. 여기서 가장 중요하고 피상적인 차이점은 움직이는 입자(또는 자기 쌍극자)에 작용하는 힘이 가 아닌 의 관점에서 계산된다는 것입니다. 물리적으로 정확하고 의미 있는 다른 측정 방법을 사용하면 측정이 가능하지만 때로는 공식적인 계산에 더 편리한 것으로 판명됩니다. 실제로 이 보조 수량을 도입하는 요점은 무엇입니까(그렇지 않으면 우리는 전혀 사용하지 않고
7. 그러나 이 "물질"의 많은 기본 속성은 "물질"이라는 용어로 지정할 수 있는 일반적인 유형의 "물질"의 속성과 근본적으로 다르다는 것을 잘 이해해야 합니다.
8. Ampère의 정리를 참조하십시오.
9. 균질 필드의 경우 이 식은 모든 도함수가 0과 같기 때문에 힘이 0이 됩니다. 비좌표로.
10. Sivukhin D.V.일반 물리학 과정. - 에드. 넷째, 고정관념. -M .: Fizmatlit; MIPT 출판사, 2004. - 3권. 전기. - 656p. - ISBN 5-9221-0227-3; ISBN 5-89155-086-5.

자기장의 특성이 무엇인지 이해하기 위해서는 많은 현상을 정의해야 한다. 동시에 그것이 어떻게 그리고 왜 나타나는지 미리 기억해야합니다. 자기장의 전력 특성이 무엇인지 알아보십시오. 이러한 필드가 자석에서만 발생하는 것이 아니라는 점도 중요합니다. 이와 관련하여 지구 자기장의 특성을 언급하는 것은 나쁘지 않습니다.

분야의 출현

우선 필드의 모양을 설명해야 합니다. 그런 다음 자기장과 그 특성을 설명할 수 있습니다. 하전 입자의 이동 중에 나타납니다. 특히 전도성 전도체에 영향을 미칠 수 있습니다. 자기장과 움직이는 전하 또는 전류가 흐르는 도체 사이의 상호 작용은 전자기력으로 인해 발생합니다.

특정 공간 지점에서 자기장의 강도 또는 전력 특성은 자기 유도를 사용하여 결정됩니다. 후자는 기호 B로 표시됩니다.

필드의 그래픽 표현

자기장과 그 특성은 유도선을 사용하여 그래픽으로 나타낼 수 있습니다. 이 정의를 선이라고 하며, 임의의 지점에서 자기 유도의 벡터 y 방향과 일치하는 접선입니다.

이 선은 자기장의 특성에 포함되며 방향과 강도를 결정하는 데 사용됩니다. 자기장의 강도가 높을수록 더 많은 데이터 라인이 그려집니다.

자력선이란 무엇입니까?

전류가 흐르는 직선 도체의 자력선은 동심원 모양을 가지며 그 중심은이 도체의 축에 있습니다. 전류가 흐르는 도체 근처의 자력선의 방향은 다음과 같은 gimlet 규칙에 의해 결정됩니다. gimlet이 전류 방향으로 도체에 나사로 고정되도록 위치하면 회전 방향은 핸들은 자력선의 방향에 해당합니다.

전류가 흐르는 코일의 경우 자기장의 방향도 gimlet 규칙에 의해 결정됩니다. 또한 솔레노이드의 회전에서 핸들을 전류 방향으로 회전시켜야 합니다. 자기 유도선의 방향은 송곳의 병진 이동 방향과 일치합니다.

자기장의 주요 특징입니다.

동일한 조건에서 하나의 전류에 의해 생성된 필드는 이러한 물질의 서로 다른 자기 특성으로 인해 서로 다른 매질에서 강도가 달라집니다. 매질의 자기 특성은 절대 투자율을 특징으로 합니다. 미터당 헨리리(g/m) 단위로 측정됩니다.

자기장의 특성에는 자기 상수라고 하는 진공의 절대 투자율이 포함됩니다. 매질의 절대 투자율이 상수와 몇 배 차이가 나는지를 결정하는 값을 상대 투자율이라고 합니다.

물질의 투자율

이것은 차원이 없는 양입니다. 투자율 값이 1보다 작은 물질을 반자성체라고 합니다. 이러한 물질에서 필드는 진공보다 약합니다. 이러한 특성은 수소, 물, 석영, 은 등에 존재합니다.

자기 투자율이 1보다 큰 매체를 상자성이라고 합니다. 이러한 물질에서 필드는 진공 상태보다 더 강합니다. 이러한 매체 및 물질에는 공기, 알루미늄, 산소, 백금이 포함됩니다.

상자성 및 반자성 물질의 경우 투자율 값은 외부 자화장의 전압에 의존하지 않습니다. 이것은 특정 물질에 대해 값이 일정하다는 것을 의미합니다.

강자성체는 특별한 그룹에 속합니다. 이러한 물질의 경우 자기 투자율은 수천 이상에 이릅니다. 자화되어 자기장을 증폭시키는 특성을 가진 이러한 물질은 전기 공학에서 널리 사용됩니다.

전계 강도

자기장의 특성을 결정하기 위해서는 자기유도 벡터와 함께 자기장의 세기라는 값을 사용할 수 있다. 이 용어는 외부 자기장의 강도를 정의합니다. 모든 방향에서 동일한 속성을 가진 매질의 자기장의 방향, 강도 벡터는 필드 지점에서 자기 유도 벡터와 일치합니다.

강자성체의 강도는 작은 자석으로 나타낼 수 있는 임의로 자화된 작은 부품의 존재로 설명됩니다.

자기장이 없는 경우, 강자성 물질은 자구 필드가 다른 방향을 획득하고 전체 자기장이 0이기 때문에 뚜렷한 자기 특성을 갖지 않을 수 있습니다.

자기장의 주요 특성에 따르면 강자성체가 외부 자기장, 예를 들어 전류가 흐르는 코일에 배치되면 외부 필드의 영향을 받아 도메인이 외부 필드 방향으로 회전합니다. . 또한 코일의 자기장이 증가하고 자기 유도가 증가합니다. 외부 자기장이 충분히 약하면 자기장이 외부 자기장의 방향에 접근하는 모든 도메인의 일부만 뒤집힐 것입니다. 외부 자기장의 세기가 커질수록 회전하는 도메인의 수가 증가하게 되며, 일정한 외부 자기장 전압 값에서는 거의 모든 부분이 회전하여 자기장이 외부 자기장의 방향으로 위치하게 된다. 이 상태를 자기 포화라고 합니다.

자기 유도와 강도의 관계

강자성체의 자기유도와 외부 자기장 세기의 관계는 자화곡선이라는 그래프로 나타낼 수 있다. 곡선 그래프의 구부러진 부분에서 자기 유도 증가율이 감소합니다. 장력이 일정한 값에 도달하는 굽힘 후 포화가 발생하고 곡선이 약간 상승하여 점차 직선의 모양을 얻습니다. 이 섹션에서 유도는 여전히 증가하고 있지만 다소 느리고 외부 필드의 강도 증가로 인해 발생합니다.

이러한 지표의 그래픽 종속성은 직접적이지 않습니다. 즉, 비율이 일정하지 않고 재료의 자기 투자율이 일정한 지표가 아니라 외부 필드에 따라 달라집니다.

재료의 자기적 특성 변화

강자성 코어가있는 코일에서 전류 강도가 완전 포화 상태로 증가하고 그에 따라 감소함에 따라 자화 곡선은 감자 곡선과 일치하지 않습니다. 강도가 0이면 자기 유도가 같은 값을 가지지 않지만 잔류 자기 유도라는 지표를 얻습니다. 자화력에 의한 자기유도가 지연되는 상황을 히스테리시스라고 합니다.

코일의 강자성 코어를 완전히 감자하려면 필요한 장력을 생성하는 역전류를 공급해야 합니다. 다른 강자성 물질의 경우 길이가 다른 세그먼트가 필요합니다. 크기가 클수록 감자에 더 많은 에너지가 필요합니다. 재료가 완전히 감자되는 값을 보자력이라고 합니다.

코일의 전류가 더 증가하면 유도가 다시 포화 지수로 증가하지만 자력선의 방향이 다릅니다. 반대 방향으로 감자하면 잔류 유도가 발생합니다. 잔류 자기 현상은 잔류 자기가 높은 물질에서 영구 자석을 만드는 데 사용됩니다. 재자화 능력이 있는 물질에서 전기 기계 및 장치용 코어가 생성됩니다.

왼손법칙

전류가 흐르는 도체에 작용하는 힘의 방향은 왼손의 규칙에 의해 결정됩니다. 처녀 손의 손바닥이 자력선이 들어가는 방식으로 위치하고 네 개의 손가락이 도체에 전류가 흐를 때 구부러진 엄지 손가락은 힘의 방향을 나타냅니다. 이 힘은 유도 벡터와 전류에 수직입니다.

자기장에서 움직이는 전류 전달 도체는 전기 에너지를 기계 에너지로 바꾸는 전기 모터의 원형으로 간주됩니다.

오른손 법칙

자기장에서 전도체가 움직이는 동안 내부에 기전력이 유도되며, 이는 자기 유도, 관련된 전도체의 길이 및 이동 속도에 비례하는 값을 갖습니다. 이러한 의존성을 전자기 유도라고 합니다. 도체에서 유도 EMF의 방향을 결정할 때 규칙이 사용됩니다. 오른손: 오른손을 왼쪽의 예와 같은 위치에 놓았을 때 자력선이 손바닥으로 들어가고 엄지손가락이 도체의 이동방향을 가리키고 뻗은 손가락이 유도기전력의 방향을 가리킨다. 외부 기계적 힘의 영향으로 자속 속에서 움직이는 도체는 기계적 에너지가 전기 에너지로 변환되는 발전기의 가장 간단한 예입니다.

그것은 다르게 공식화 될 수 있습니다. 폐쇄 회로에서 EMF가 유도되고이 회로가 덮는 자속의 변화와 함께 회로의 EDE는 수치 적으로이 회로를 덮는 자속의 변화율과 같습니다.

이 양식은 평균 EMF 표시기를 제공하며 자속이 아니라 변화율에 대한 EMF의 의존성을 나타냅니다.

렌츠의 법칙

또한 Lenz의 법칙을 기억해야 합니다. 자기장과 함께 회로를 통과하는 자기장의 변화에 ​​의해 유도된 전류가 이러한 변화를 방지합니다. 코일의 권선이 서로 다른 크기의 자속에 의해 관통되면 전체 코일에 유도된 EMF는 서로 다른 권선에서 EMF의 합과 같습니다. 코일의 서로 다른 권선의 자속의 합을 플럭스 링키지라고합니다. 이 양과 자속의 측정 단위는 웨버입니다.

회로의 전류가 변하면 그에 의해 생성되는 자속도 변합니다. 이 경우 전자기 유도의 법칙에 따라 도체 내부에 EMF가 유도됩니다. 도체의 전류 변화와 관련하여 나타나므로 이러한 현상을 자기유도(self-induction)라 하고, 도체에 유도된 전자파를 자기유도(self-induction) EMF라 한다.

연결 자속과 자속은 전류의 세기뿐만 아니라 주어진 도체의 크기와 모양, 주변 물질의 자기 투자율에 따라 달라집니다.

도체 인덕턴스

비례 계수를 도체의 인덕턴스라고합니다. 전기가 통과할 때 자속 결합을 생성하는 도체의 능력을 나타냅니다. 이것은 전기 회로의 주요 매개 변수 중 하나입니다. 특정 회로의 경우 인덕턴스가 일정합니다. 윤곽의 크기, 구성 및 매체의 자기 투자율에 따라 달라집니다. 이 경우 회로의 전류 강도와 자속은 중요하지 않습니다.

위의 정의와 현상은 자기장이 무엇인지에 대한 설명을 제공합니다. 이 현상을 정의하는 것이 가능한 자기장의 주요 특성도 제공됩니다.