Thema: Magnetfeld

Erstellt von: Baygarashev D.M.

Geprüft von: Gabdullina A.T.

Magnetfeld

Wenn zwei parallele Leiter so an eine Stromquelle angeschlossen werden, dass ein elektrischer Strom durch sie fließt, dann stoßen sich die Leiter abhängig von der Richtung des Stroms in ihnen entweder ab oder ziehen sich an.

Eine Erklärung dieses Phänomens ist aus der Sicht der Entstehung einer besonderen Art von Materie um die Leiter möglich – Magnetfeld.

Die Kräfte, mit denen stromdurchflossene Leiter interagieren, werden aufgerufen magnetisch.

Magnetfeld- Dies ist eine besondere Art von Materie, deren spezifisches Merkmal die Wirkung auf eine sich bewegende elektrische Ladung, stromführende Leiter, Körper mit einem magnetischen Moment ist, mit einer Kraft, die vom Ladungsgeschwindigkeitsvektor und der Richtung des Stroms abhängt der Leiter und die Richtung des magnetischen Moments des Körpers.

Die Geschichte des Magnetismus reicht bis in die Antike zurück, bis zu den alten Zivilisationen Kleinasiens. Auf dem Gebiet Kleinasiens, in Magnesia, wurden Gesteine ​​gefunden, deren Proben sich gegenseitig anzogen. In Anlehnung an den Namen des Gebiets wurden solche Proben „Magnete“ genannt. Jeder stab- oder hufeisenförmige Magnet hat zwei Enden, die Pole genannt werden; An diesem Ort sind seine magnetischen Eigenschaften am stärksten ausgeprägt. Wenn Sie einen Magneten an eine Schnur hängen, zeigt ein Pol immer nach Norden. Der Kompass basiert auf diesem Prinzip. Der Nordpol eines freihängenden Magneten wird Nordpol (N) des Magneten genannt. Der Gegenpol wird Südpol (S) genannt.

Magnetische Pole interagieren miteinander: Gleiche Pole stoßen sich ab und ungleiche Pole ziehen sich an. Ähnlich wie das Konzept eines elektrischen Feldes, das eine elektrische Ladung umgibt, wird das Konzept eines magnetischen Feldes um einen Magneten eingeführt.

Im Jahr 1820 entdeckte Oersted (1777-1851), dass eine Magnetnadel, die sich neben einem elektrischen Leiter befindet, abgelenkt wird, wenn Strom durch den Leiter fließt, d. h. um den stromdurchflossenen Leiter entsteht ein Magnetfeld. Wenn wir einen Rahmen mit Strom nehmen, dann interagiert das äußere Magnetfeld mit dem Magnetfeld des Rahmens und übt auf ihn eine orientierende Wirkung aus, d. h. es gibt eine Position des Rahmens, an der das äußere Magnetfeld eine maximale rotierende Wirkung auf ihn hat , und es gibt eine Position, in der die Drehmomentkraft Null ist.

Das Magnetfeld an jedem Punkt kann durch den Vektor B charakterisiert werden, der aufgerufen wird Vektor der magnetischen Induktion oder magnetische Induktion an der Stelle.

Die magnetische Induktion B ist ein Vektor physikalische Größe, das ist die Stärke des Magnetfelds an einem Punkt. Es ist gleich dem Verhältnis des maximalen mechanischen Moments der Kräfte, die auf einen Rahmen mit Strom in einem gleichmäßigen Feld wirken, zum Produkt aus der Stromstärke im Rahmen und seiner Fläche:

Als Richtung des magnetischen Induktionsvektors B wird die Richtung der positiven Normalen zum Rahmen angenommen, die durch die Regel der rechten Schraube mit dem Strom im Rahmen zusammenhängt, wobei das mechanische Drehmoment gleich Null ist.

Auf die gleiche Weise wie die Linien der elektrischen Feldstärke dargestellt wurden, werden auch die Induktionslinien des magnetischen Feldes dargestellt. Die magnetische Feldlinie ist eine imaginäre Linie, deren Tangente in einem Punkt mit der Richtung B zusammenfällt.

Die Richtungen des Magnetfelds an einem bestimmten Punkt können auch als die Richtung definiert werden, die anzeigt

der Nordpol der an diesem Punkt platzierten Kompassnadel. Es wird angenommen, dass die magnetischen Feldlinien vom Nordpol nach Süden gerichtet sind.

Die Richtung der magnetischen Induktionslinien des Magnetfeldes, das von einem elektrischen Strom erzeugt wird, der durch einen geraden Leiter fließt, wird durch die Bohrer- oder Rechtsschraubenregel bestimmt. Als Richtung der magnetischen Induktionslinien wird die Drehrichtung des Schraubenkopfes angenommen, die dessen translatorische Bewegung in die Richtung gewährleisten würde elektrischer Strom(Abb. 59).

wobei n01 = 4 Pi 10 -7 V s/(Am). - magnetische Konstante, R - Abstand, I - Stromstärke im Leiter.

Im Gegensatz zu elektrostatischen Feldlinien, die bei einer positiven Ladung beginnen und bei einer negativen Ladung enden, sind magnetische Feldlinien immer geschlossen. Es wurde keine magnetische Ladung festgestellt, die einer elektrischen Ladung ähnelt.

Als Einheit der Induktion wird ein Tesla (1 T) angenommen – die Induktion eines solchen gleichmäßigen Magnetfeldes, bei dem ein maximales mechanisches Drehmoment von 1 N·m auf einen Rahmen mit einer Fläche von 1 m2 wirkt, durch den ein Strom fließt 1 A fließt.

Die Magnetfeldinduktion kann auch durch die Kraft bestimmt werden, die in einem Magnetfeld auf einen stromdurchflossenen Leiter wirkt.

Auf einen stromdurchflossenen Leiter, der sich in einem Magnetfeld befindet, wirkt eine Ampere-Kraft, deren Größe durch den folgenden Ausdruck bestimmt wird:

wobei I die Stromstärke im Leiter ist, l - die Länge des Leiters, B ist die Größe des magnetischen Induktionsvektors und der Winkel zwischen dem Vektor und der Richtung des Stroms.

Die Richtung der Ampere-Kraft kann durch die Linke-Hand-Regel bestimmt werden: Wir legen die Handfläche der linken Hand so, dass die magnetischen Induktionslinien in die Handfläche eindringen, wir legen vier Finger in Richtung des Stroms im Leiter, dann die gebogen Daumen zeigt die Richtung der Ampere-Kraft.

Unter Berücksichtigung von I = q 0 nSv und Einsetzen dieses Ausdrucks in (3.21) erhalten wir F = q 0 nSh/B sin A. Die Anzahl der Teilchen (N) in einem gegebenen Volumen eines Leiters ist N = nSl, dann ist F = q 0 NvB sin A.

Bestimmen wir die Kraft, die das Magnetfeld auf ein einzelnes geladenes Teilchen ausübt, das sich in einem Magnetfeld bewegt:

Diese Kraft wird Lorentzkraft (1853-1928) genannt. Die Richtung der Lorentzkraft kann durch die Regel der linken Hand bestimmt werden: Wir legen die Handfläche der linken Hand so, dass die magnetischen Induktionslinien in die Handfläche eindringen, vier Finger zeigen die Bewegungsrichtung der positiven Ladung, die große Der gebogene Finger zeigt die Richtung der Lorentzkraft an.

Die Wechselwirkungskraft zwischen zwei parallelen Leitern, die die Ströme I 1 und I 2 führen, ist gleich:

Wo l - Teil eines Leiters, der sich in einem Magnetfeld befindet. Sind die Ströme in die gleiche Richtung, dann ziehen sich die Leiter an (Abb. 60), sind sie in die entgegengesetzte Richtung, stoßen sie sich ab. Die auf jeden Leiter wirkenden Kräfte sind gleich groß und entgegengesetzt gerichtet. Formel (3.22) ist die Grundlage für die Bestimmung der Stromeinheit 1 Ampere (1 A).

Die magnetischen Eigenschaften eines Stoffes werden durch eine skalare physikalische Größe charakterisiert – die magnetische Permeabilität, die angibt, wie oft sich die Induktion B des Magnetfeldes in einem Stoff, der das Feld vollständig ausfüllt, in ihrer Größe von der Induktion B 0 des Magnetfeldes in unterscheidet ein Vakuum:

Alle Stoffe werden nach ihren magnetischen Eigenschaften eingeteilt diamagnetisch, paramagnetisch Und ferromagnetisch.

Betrachten wir die Natur der magnetischen Eigenschaften von Stoffen.

Elektronen in der Hülle von Atomen einer Substanz bewegen sich auf unterschiedlichen Bahnen. Zur Vereinfachung gehen wir davon aus, dass diese Umlaufbahnen kreisförmig sind und jedes Elektron umkreist Atomkern kann als kreisförmiger elektrischer Strom betrachtet werden. Jedes Elektron erzeugt wie ein Kreisstrom ein Magnetfeld, das wir Orbital nennen. Darüber hinaus verfügt ein Elektron in einem Atom über ein eigenes Magnetfeld, das sogenannte Spinfeld.

Wenn es in ein äußeres Magnetfeld mit der Induktion B 0 eingeführt wird, entsteht im Inneren des Stoffes eine Induktion B< В 0 , то такие вещества называются диамагнитными (N< 1).

IN diamagnetisch In Materialien werden in Abwesenheit eines äußeren Magnetfelds die Magnetfelder der Elektronen kompensiert, und wenn sie in ein Magnetfeld eingeführt werden, richtet sich die Induktion des Magnetfelds des Atoms gegen das äußere Feld. Das diamagnetische Material wird aus dem äußeren Magnetfeld herausgedrückt.

U paramagnetisch Materialien wird die magnetische Induktion von Elektronen in Atomen nicht vollständig kompensiert und das Atom als Ganzes ähnelt einem kleinen Permanentmagneten. Normalerweise sind in einer Substanz alle diese kleinen Magnete zufällig ausgerichtet und die gesamte magnetische Induktion aller ihrer Felder ist Null. Wenn Sie einen Paramagneten in ein äußeres Magnetfeld bringen, drehen sich alle kleinen Magnete – Atome – im äußeren Magnetfeld wie Kompassnadeln und das Magnetfeld in der Substanz nimmt zu ( N >= 1).

Ferromagnetisch sind jene Materialien, in denen N„ 1. In ferromagnetischen Materialien entstehen sogenannte Domänen, makroskopische Bereiche spontaner Magnetisierung.

In verschiedenen Domänen haben Magnetfeldinduktionen unterschiedliche Richtungen (Abb. 61) und in einem großen Kristall

kompensieren sich gegenseitig. Wenn eine ferromagnetische Probe in ein äußeres Magnetfeld gebracht wird, verschieben sich die Grenzen einzelner Domänen, so dass das Volumen der entlang des äußeren Feldes ausgerichteten Domänen zunimmt.

Mit zunehmender Induktion des äußeren Feldes B 0 nimmt die magnetische Induktion der magnetisierten Substanz zu. Bei einigen Werten von B 0 hört die Induktion auf, stark anzusteigen. Dieses Phänomen wird magnetische Sättigung genannt.

Charakteristisches Merkmal von Ferro magnetische Materialien- das Phänomen der Hysterese, das in der mehrdeutigen Abhängigkeit der Induktion im Material von der Induktion des äußeren Magnetfelds bei seiner Änderung besteht.

Die magnetische Hystereseschleife ist eine geschlossene Kurve (cdc`d`c), die die Abhängigkeit der Induktion im Material von der Amplitude der Induktion des äußeren Feldes mit einer periodischen, eher langsamen Änderung des letzteren ausdrückt (Abb. 62).

Die Hystereseschleife ist durch folgende Werte gekennzeichnet: B s, Br, B c. B s – Maximalwert der Materialinduktion bei B 0s; In r ist die Restinduktion, gleich dem Induktionswert im Material, wenn die Induktion des externen Magnetfelds von B 0s auf Null abnimmt; -B c und B c – Koerzitivkraft – ein Wert, der der Induktion des externen Magnetfelds entspricht, die erforderlich ist, um die Induktion im Material von Rest auf Null zu ändern.

Für jeden Ferromagneten gibt es eine Temperatur (Curie-Punkt (J. Curie, 1859-1906), oberhalb derer der Ferromagnet seine ferromagnetischen Eigenschaften verliert.

Es gibt zwei Möglichkeiten, einen magnetisierten Ferromagneten in einen entmagnetisierten Zustand zu bringen: a) Erhitzen über den Curie-Punkt und Abkühlen; b) Magnetisieren Sie das Material mit einem magnetischen Wechselfeld mit langsam abnehmender Amplitude.

Ferromagnete mit geringer Restinduktion und Koerzitivfeldstärke werden als weichmagnetisch bezeichnet. Sie finden Anwendung in Geräten, in denen Ferromagnete häufig ummagnetisiert werden müssen (Kerne von Transformatoren, Generatoren usw.).

Zur Herstellung von Permanentmagneten werden hartmagnetische Ferromagnete verwendet, die eine hohe Koerzitivfeldstärke aufweisen.

Jeder ist seit langem an einen solchen Gegenstand wie einen Magneten gewöhnt. Wir sehen nichts Besonderes an ihm. Normalerweise verbinden wir es mit Physikunterricht oder Vorführungen in Form von Tricks über die Eigenschaften eines Magneten für Vorschulkinder. Und selten denkt jemand darüber nach, wie viele Magnete uns umgeben Alltag. Es gibt Dutzende davon in jeder Wohnung. In jedem Lautsprecher, Tonbandgerät, Elektrorasierer und jeder Uhr ist ein Magnet vorhanden. Sogar ein Glas Nägel ist so.

Was noch?

Wir Menschen sind da keine Ausnahme. Dank der im Körper fließenden Bioströme gibt es um uns herum ein unsichtbares Muster seiner Energieleitungen. Der Planet Erde ist ein riesiger Magnet. Und noch grandioser ist der Plasmaball der Sonne. Die für den menschlichen Verstand unfassbaren Ausmaße von Galaxien und Nebeln lassen selten die Vorstellung zu, dass es sich bei all diesen Galaxien auch um Magnete handelt.

Die moderne Wissenschaft erfordert die Schaffung neuer großer und superstarker Magnete, deren Anwendungsgebiete mit der Kernfusion und deren Erzeugung zusammenhängen elektrische Energie, Beschleunigung geladener Teilchen in Synchrotrons, Heben versunkener Schiffe. Die Schaffung eines superstarken Feldes ist eine der Aufgaben der modernen Physik.

Lassen Sie uns die Konzepte klären

Ein Magnetfeld ist eine Kraft, die auf geladene Körper wirkt, die sich in Bewegung befinden. Es „funktioniert nicht“ mit stationären Objekten (oder solchen ohne Ladung) und dient als eines der Formulare elektromagnetisches Feld, das als allgemeineres Konzept existiert.

Wenn Körper um sich herum ein Magnetfeld erzeugen können und selbst die Kraft seines Einflusses erfahren, werden sie Magnete genannt. Das heißt, diese Objekte sind magnetisiert (haben das entsprechende Moment).

Verschiedene Materialien reagieren unterschiedlich auf äußere Felder. Diejenigen, die seine Wirkung intern schwächen, werden Paramagnete genannt, und diejenigen, die sie verstärken, werden Diamagnete genannt. Bestimmte Materialien haben die Eigenschaft, ihr äußeres Magnetfeld um das Tausendfache zu verstärken. Dabei handelt es sich um Ferromagnete (Kobalt, Nickel mit Eisen, Gadolinium sowie Verbindungen und Legierungen der genannten Metalle). Diejenigen von ihnen, die selbst magnetische Eigenschaften annehmen, wenn sie einem starken äußeren Feld ausgesetzt werden, werden als hartmagnetisch bezeichnet. Andere sind weichmagnetisch und können sich nur unter dem direkten Einfluss des Feldes wie Magnete verhalten und es nicht mehr sein, wenn es verschwindet.

Ein bisschen Geschichte

Die Eigenschaften von Permanentmagneten werden seit sehr, sehr alten Zeiten erforscht. Sie werden in den Werken von Wissenschaftlern erwähnt Antikes Griechenland bereits 600 v. Chr. Natürliche (natürlich vorkommende) Magnete können in magnetischen Erzlagerstätten gefunden werden. Der berühmteste der großen Naturmagnete wird an der Universität Tartu aufbewahrt. Es wiegt 13 Kilogramm und die Last, die mit seiner Hilfe gehoben werden kann, beträgt 40 kg.

Die Menschheit hat gelernt, mithilfe verschiedener Ferromagnete künstliche Magnete herzustellen. Der Wert von pulverförmigen (aus Kobalt, Eisen usw.) liegt in der Fähigkeit, eine Last zu tragen, die das 5000-fache ihres Eigengewichts wiegt. Künstliche Proben können permanent sein (hergestellt aus oder Elektromagneten mit einem Kern, dessen Material weichmagnetisches Eisen ist. Das Spannungsfeld in ihnen entsteht durch den Durchgang von elektrischem Strom durch die Drähte der Wicklung, die den Kern umgibt.

Das erste ernsthafte Buch mit Versuchen wissenschaftliche Forschung Eigenschaften eines Magneten – das Werk des Londoner Arztes Gilbert, veröffentlicht im Jahr 1600. Dieses Werk enthält alle damals verfügbaren Informationen zu Magnetismus und Elektrizität sowie die Experimente des Autors.

Der Mensch versucht, jedes der bestehenden Phänomene an das praktische Leben anzupassen. Natürlich war der Magnet keine Ausnahme.

Wie werden Magnete verwendet?

Welche Eigenschaften von Magneten hat die Menschheit übernommen? Sein Anwendungsbereich ist so breit gefächert, dass wir die Gelegenheit haben, nur kurz auf die wichtigsten und bekanntesten Geräte und Anwendungsbereiche dieses wunderbaren Artikels einzugehen.

Ein Kompass ist ein bekanntes Gerät zur Richtungsbestimmung am Boden. Dadurch werden Routen für Flugzeuge und Schiffe, für den Bodentransport und für den Fußgängerverkehr angelegt. Diese Geräte können magnetisch (Zeigertyp) sein, von Touristen und Topographen verwendet werden, oder nicht magnetisch (Funk- und Hydrokompasse).

Die ersten Kompasse wurden im 11. Jahrhundert hergestellt und in der Navigation eingesetzt. Ihre Wirkung beruht auf der freien Drehung einer langen Nadel aus magnetischem Material in einer horizontalen Ebene, die auf einer Achse balanciert ist. Ein Ende davon zeigt immer nach Süden, das andere nach Norden. Auf diese Weise können Sie die Hauptrichtungen der Himmelsrichtungen immer genau ermitteln.

Hauptbereiche

Die Bereiche, in denen die Eigenschaften von Magneten ihre Hauptanwendung gefunden haben, sind die Radio- und Elektrotechnik, der Instrumentenbau, die Automatisierung und die Telemechanik. Daraus werden Relais, Magnetkreise usw. hergestellt. Im Jahr 1820 wurde die Eigenschaft eines Stromleiters entdeckt, die Nadel eines Magneten zu beeinflussen und ihn zu drehen. Gleichzeitig wurde eine weitere Entdeckung gemacht: Ein Paar paralleler Leiter, durch die ein Strom gleicher Richtung fließt, hat die Eigenschaft der gegenseitigen Anziehung.

Dadurch wurde eine Annahme über den Grund für die Eigenschaften des Magneten getroffen. Alle diese Phänomene entstehen im Zusammenhang mit Strömen, auch solchen, die in magnetischen Materialien zirkulieren. Moderne Vorstellungen in der Wissenschaft stimmen vollständig mit dieser Annahme überein.

Über Motoren und Generatoren

Darauf aufbauend wurden viele Arten von Elektromotoren und Elektrogeneratoren geschaffen, also Rotationsmaschinen, deren Funktionsprinzip auf der Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie (wir sprechen von Generatoren) oder elektrische Energie beruht Energie in mechanische Energie (wir sprechen von Motoren). Jeder Generator arbeitet nach diesem Prinzip elektromagnetische Induktion Das heißt, EMF (elektromotorische Kraft) tritt in einem Draht auf, der sich in einem Magnetfeld bewegt. Ein Elektromotor basiert auf dem Phänomen der Kraft, die in einem stromdurchflossenen Draht entsteht, der sich in einem Querfeld befindet.

Geräte, die magnetoelektrisch genannt werden, nutzen die Wechselwirkungskraft des Feldes mit dem Strom, der durch die Wicklungswindungen ihrer beweglichen Teile fließt. Ein Induktionsstromzähler fungiert als neuer leistungsstarker Wechselstrom-Elektromotor mit zwei Wicklungen. Eine zwischen den Wicklungen befindliche leitfähige Scheibe wird durch ein Drehmoment rotiert, dessen Kraft proportional zur Leistungsaufnahme ist.

Wie sieht es im Alltag aus?

Ausgestattet mit einer Miniaturbatterie, elektrisch Armbanduhr jedem bekannt. Dank der Verwendung eines Magnetpaares, eines Induktorpaares und eines Transistors ist ihr Aufbau im Hinblick auf die Anzahl der verfügbaren Teile viel einfacher als der einer mechanischen Uhr.

Zunehmend werden elektromagnetische Schlösser oder mit Magnetelementen ausgestattete Zylinderschlösser eingesetzt. Sowohl der Schlüssel als auch das Schloss sind mit einem Zahlenrad ausgestattet. Beim Schlag in das Schlossloch richtigen Schlüssel Die inneren Elemente des Magnetschlosses werden in die gewünschte Position gezogen und ermöglichen so das Öffnen.

Das Gerät von Dynamometern und Galvanometern (ein hochempfindliches Gerät, mit dem schwache Ströme gemessen werden) basiert auf der Wirkung von Magneten. Die Eigenschaften von Magneten werden bei der Herstellung von Schleifmitteln genutzt. Als Bezeichnung werden scharfe, kleine und sehr harte Partikel bezeichnet, die zur mechanischen Bearbeitung (Schleifen, Polieren, Schaben) unterschiedlichster Gegenstände und Materialien benötigt werden. Bei der Herstellung setzt sich das in der Mischung benötigte Ferrosilicium teilweise am Boden der Öfen ab und wird teilweise in die Schleifmittelzusammensetzung eingearbeitet. Um es von dort zu entfernen, sind Magnete erforderlich.

Wissenschaft und Kommunikation

Dank der magnetischen Eigenschaften von Stoffen hat die Wissenschaft die Möglichkeit, deren Struktur zu untersuchen verschiedene Körper. Wir können nur die Magnetochemie oder (eine Methode zur Erkennung von Defekten durch Untersuchung der Verzerrung des Magnetfelds in bestimmten Bereichen von Produkten) erwähnen.

Sie werden auch bei der Herstellung von Geräten im Ultrahochfrequenzbereich, Funkkommunikationssystemen (für militärische Zwecke und auf kommerziellen Strecken) sowie bei der Wärmebehandlung sowohl zu Hause als auch im Innenbereich eingesetzt Lebensmittelindustrie Produkte (jeder kennt Mikrowellenherde). Es ist nahezu unmöglich, im Rahmen eines Artikels alle hochkomplexen technischen Geräte und Anwendungsbereiche aufzulisten, in denen die magnetischen Eigenschaften von Stoffen heute genutzt werden.

Medizinischer Bereich

Der Bereich der Diagnostik und medizinischen Therapie bildete keine Ausnahme. Danke an Generieren Röntgenstrahlung Elektronenlinearbeschleuniger führen die Tumortherapie durch; Protonenstrahlen werden in Zyklotronen oder Synchrotronen erzeugt, die Vorteile gegenüber haben Röntgenstrahlen in lokaler Richtung und erhöhte Effizienz bei der Behandlung von Augen- und Hirntumoren.

Was die biologische Wissenschaft betrifft, so waren die lebenswichtigen Funktionen des Körpers bereits vor der Mitte des letzten Jahrhunderts in keiner Weise mit der Existenz magnetischer Felder verbunden. Die wissenschaftliche Literatur wurde gelegentlich durch vereinzelte Berichte über die eine oder andere medizinische Wirkung ergänzt. Aber seit den sechziger Jahren gibt es Veröffentlichungen über biologische Eigenschaften Magnet

Vorher und jetzt

Allerdings unternahmen Alchemisten bereits im 16. Jahrhundert Versuche, Menschen damit zu behandeln. Es gab viele erfolgreiche Versuche, Zahnschmerzen zu heilen, nervöse Störungen, Schlaflosigkeit und viele Probleme innere Organe. Spätestens in der Medizin scheint der Magnet seine Verwendung gefunden zu haben.

Im letzten halben Jahrhundert erfreuen sich Magnetarmbänder großer Beliebtheit bei Patienten mit eingeschränktem Blutdruck. Wissenschaftler glaubten ernsthaft an die Fähigkeit eines Magneten, den Widerstand des menschlichen Körpers zu erhöhen. Mithilfe elektromagnetischer Geräte lernten sie, die Geschwindigkeit des Blutflusses zu messen, Proben zu entnehmen oder die notwendigen Medikamente aus Kapseln zu verabreichen.

Mithilfe eines Magneten werden kleine Metallpartikel, die ins Auge gelangen, entfernt. Die Arbeit elektrischer Sensoren basiert auf ihrer Wirkung (jeder von uns kennt das Verfahren zur Erstellung eines Elektrokardiogramms). Heutzutage wird die Zusammenarbeit von Physikern mit Biologen zur Untersuchung der tiefgreifenden Mechanismen des Einflusses des Magnetfelds auf den menschlichen Körper immer enger und notwendiger.

Neodym-Magnet: Eigenschaften und Anwendungen

Den größten Einfluss haben Neodym-Magnete menschliche Gesundheit. Sie bestehen aus Neodym, Eisen und Bor. Chemische Formel ihres ist NdFeB. Der Hauptvorteil eines solchen Magneten ist die starke Wirkung seines Feldes bei relativ geringer Größe. Somit beträgt das Gewicht eines Magneten mit einer Kraft von 200 Gauss etwa 1 g. Zum Vergleich: Ein Eisenmagnet gleicher Stärke hat ein etwa zehnmal größeres Gewicht.

Ein weiterer unbestrittener Vorteil der genannten Magnete ist ihre gute Stabilität und die Fähigkeit, die notwendigen Eigenschaften über Hunderte von Jahren zu bewahren. Im Laufe eines Jahrhunderts verliert ein Magnet seine Eigenschaften nur um 1 %.

Wie genau werden sie mit einem Neodym-Magneten behandelt?

Mit seiner Hilfe verbessern sie die Durchblutung, stabilisieren den Blutdruck und bekämpfen Migräne.

Die Eigenschaften von Neodym-Magneten wurden bereits vor etwa 2000 Jahren zur Behandlung genutzt. Erwähnungen dieser Art der Therapie finden sich in Manuskripten des alten China. Anschließend wurden sie behandelt, indem magnetisierte Steine ​​auf den menschlichen Körper aufgetragen wurden.

Es gab auch eine Therapie in Form der Befestigung am Körper. Der Legende nach verdankte Kleopatra ihre ausgezeichnete Gesundheit und überirdische Schönheit dem ständigen Tragen eines magnetischen Verbandes am Kopf. Im 10. Jahrhundert beschrieben persische Wissenschaftler ausführlich die wohltuende Wirkung der Eigenschaften von Neodym-Magneten auf den menschlichen Körper bei der Beseitigung von Entzündungen und Muskelkrämpfen. Basierend auf den erhaltenen Zeugnissen aus dieser Zeit kann man ihre Verwendung zur Steigerung der Muskelkraft und Knochenstärke sowie zur Linderung von Gelenkschmerzen beurteilen.

Von allen Beschwerden...

Beweise für die Wirksamkeit dieser Wirkung wurden 1530 vom berühmten Schweizer Arzt Paracelsus veröffentlicht. In seinen Schriften beschrieb der Arzt magische Eigenschaften ein Magnet, der die körpereigenen Kräfte anregen und die Selbstheilung bewirken kann. Damals begann man, eine Vielzahl von Krankheiten mit einem Magneten zu bekämpfen.

Selbstmedikation mit Hilfe von dieses Werkzeug in den USA in den Nachkriegsjahren (1861-1865), als ein kategorischer Mangel an Medikamenten herrschte. Es wurde sowohl als Arzneimittel als auch als Schmerzmittel eingesetzt.

Seit dem 20. Jahrhundert medizinische Eigenschaften Magnet erhielt wissenschaftliche Begründung. 1976 führte der japanische Arzt Nikagawa das Konzept des Magnetfeldmangelsyndroms ein. Die Forschung hat die genauen Symptome festgestellt. Sie bestehen aus Schwäche, Müdigkeit, verminderter Leistungsfähigkeit und Schlafstörungen. Hinzu kommen Migräne, Gelenk- und Wirbelsäulenschmerzen, Verdauungsprobleme und Herz-Kreislauf-Systeme in Form von Hypotonie oder Hypertonie. Das Syndrom betrifft sowohl den Bereich der Gynäkologie als auch Hautveränderungen. Der Einsatz der Magnetfeldtherapie kann diese Zustände recht erfolgreich normalisieren.

Die Wissenschaft steht nicht still

Wissenschaftler experimentieren weiterhin mit Magnetfeldern. Experimente werden sowohl an Tieren und Vögeln als auch an Bakterien durchgeführt. Bedingungen eines geschwächten Magnetfelds verringern den Erfolg von Stoffwechselprozessen bei Versuchsvögeln und Mäusen; Bakterien stellen die Fortpflanzung abrupt ein. Bei längerem Feldmangel unterliegen lebende Gewebe irreversiblen Veränderungen.

Es geht um die Bekämpfung all dieser Phänomene und der zahlreichen durch sie verursachten Phänomene negative Folgen Als solche kommt die Magnetfeldtherapie zum Einsatz. Es scheint, dass derzeit alles wohltuende Eigenschaften Magnete sind noch nicht ausreichend untersucht. Ärzte haben viele interessante Entdeckungen und neue Entwicklungen vor sich.

Magnetfeld und seine Eigenschaften. Wenn ein elektrischer Strom durch einen Leiter fließt, a Magnetfeld. Magnetfeld stellt eine der Arten von Materie dar. Es verfügt über Energie, die sich in Form elektromagnetischer Kräfte äußert, die auf einzelne bewegte elektrische Ladungen (Elektronen und Ionen) und auf deren Flüsse, d. h. elektrischen Strom, wirken. Unter dem Einfluss elektromagnetischer Kräfte weichen bewegte geladene Teilchen senkrecht zum Feld von ihrer ursprünglichen Bahn ab (Abb. 34). Das Magnetfeld entsteht nur um sich bewegende elektrische Ladungen herum, und seine Wirkung erstreckt sich auch nur auf sich bewegende Ladungen. Magnetische und elektrische Felder untrennbar miteinander verbunden und bilden zusammen eine Einheit elektromagnetisches Feld. Jede Änderung elektrisches Feld führt zum Auftreten eines Magnetfeldes und umgekehrt geht jede Änderung des Magnetfeldes mit dem Auftreten eines elektrischen Feldes einher. Elektromagnetisches Feld breitet sich mit Lichtgeschwindigkeit aus, also 300.000 km/s.

Grafische Darstellung Magnetfeld. Grafisch wird das Magnetfeld durch magnetische Kraftlinien dargestellt, die so gezeichnet werden, dass die Richtung der Feldlinie an jedem Punkt des Feldes mit der Richtung der Feldkräfte übereinstimmt; Magnetische Kraftlinien sind immer kontinuierlich und geschlossen. Die Richtung des Magnetfeldes an jedem Punkt kann mit einer Magnetnadel bestimmt werden. Der Nordpol des Pfeils ist immer in Richtung der Feldkräfte ausgerichtet. Das Ende eines Permanentmagneten, aus dem die Feldlinien austreten (Abb. 35, a), wird als Nordpol betrachtet, und das gegenüberliegende Ende, in das die Feldlinien eintreten, ist der Südpol (die Feldlinien verlaufen im Inneren). Magnet sind nicht dargestellt). Die Verteilung der Feldlinien zwischen den Polen eines Flachmagneten kann mithilfe von Stahlspänen ermittelt werden, die auf ein auf die Pole gelegtes Blatt Papier gestreut werden (Abb. 35, b). Das Magnetfeld im Luftspalt zwischen zwei parallelen Gegenpolen eines Permanentmagneten zeichnet sich durch eine gleichmäßige Kraftverteilung aus magnetische Linien(Abb. 36) (Feldlinien, die im Inneren des Magneten verlaufen, sind nicht dargestellt).

Reis. 37. Magnetischer Fluss, der die Spule durchdringt, wenn ihre Positionen senkrecht (a) und geneigt (b) relativ zur Richtung der magnetischen Kraftlinien sind.

Für eine visuellere Darstellung des Magnetfeldes werden die Feldlinien seltener oder dichter platziert. An Orten, an denen das Magnetfeld stärker ist, liegen die Feldlinien näher beieinander, an Orten, an denen es schwächer ist, sind sie weiter voneinander entfernt. Die Kraftlinien schneiden sich nirgends.

In vielen Fällen ist es zweckmäßig, magnetische Kraftlinien als einige elastische, gedehnte Fäden zu betrachten, die dazu neigen, sich zusammenzuziehen und sich auch gegenseitig abzustoßen (eine gegenseitige seitliche Schubkraft auszuüben). Dieses mechanische Kraftlinienkonzept ermöglicht es, die Entstehung elektromagnetischer Kräfte bei der Wechselwirkung eines Magnetfeldes und eines Leiters mit Strom sowie zweier Magnetfelder anschaulich zu erklären.

Die Hauptmerkmale eines Magnetfelds sind magnetische Induktion, magnetischer Fluss, magnetische Permeabilität und magnetische Feldstärke.

Magnetische Induktion und magnetischer Fluss. Die Stärke des Magnetfeldes, also seine Fähigkeit, Arbeit zu leisten, wird durch eine Größe bestimmt, die magnetische Induktion genannt wird. Je stärker das von einem Permanentmagneten oder Elektromagneten erzeugte Magnetfeld ist, desto größer ist die Induktion. Die magnetische Induktion B kann durch die Dichte magnetischer Feldlinien charakterisiert werden, d. h. die Anzahl der Feldlinien, die durch eine Fläche von 1 m 2 oder 1 cm 2 verlaufen, die senkrecht zum Magnetfeld liegt. Es gibt homogene und inhomogene Magnetfelder. In einem gleichmäßigen Magnetfeld hat die magnetische Induktion an jedem Punkt im Feld den gleichen Wert und die gleiche Richtung. Das Feld im Luftspalt zwischen den gegenüberliegenden Polen eines Magneten oder Elektromagneten (siehe Abb. 36) kann in einiger Entfernung von seinen Rändern als homogen angesehen werden. Der durch eine beliebige Oberfläche fließende magnetische Fluss Ф wird durch die Gesamtzahl der magnetischen Kraftlinien bestimmt, die diese Oberfläche durchdringen, beispielsweise Spule 1 (Abb. 37, a), also in einem gleichmäßigen Magnetfeld

F = BS (40)

wobei S die Querschnittsfläche der Oberfläche ist, durch die die magnetischen Feldlinien verlaufen. Daraus folgt, dass in einem solchen Feld die magnetische Induktion gleich dem Fluss geteilt durch die Querschnittsfläche S ist:

B = F/S (41)

Wenn eine Oberfläche schräg zur Richtung der magnetischen Feldlinien liegt (Abb. 37, b), ist der sie durchdringende Fluss geringer als wenn sie senkrecht zu ihrer Position steht, d. h. Ф 2 ist kleiner als Ф 1 .

Im SI-Einheitensystem wird der magnetische Fluss in Weber (Wb) gemessen, diese Einheit hat die Dimension V*s (Voltsekunde). Die magnetische Induktion in SI-Einheiten wird in Tesla (T) gemessen; 1 T = 1 Wb/m2.

Magnetische Permeabilität. Die magnetische Induktion hängt nicht nur von der Stärke des Stroms ab, der durch einen geraden Leiter oder eine Spule fließt, sondern auch von den Eigenschaften des Mediums, in dem das Magnetfeld erzeugt wird. Die Größe, die die magnetischen Eigenschaften eines Mediums charakterisiert, ist die absolute magnetische Permeabilität? A. Seine Maßeinheit ist Henry pro Meter (1 H/m = 1 Ohm*s/m).
In einem Medium mit größerer magnetischer Permeabilität erzeugt ein elektrischer Strom einer bestimmten Stärke ein Magnetfeld mit größerer Induktion. Es wurde festgestellt, dass die magnetische Permeabilität von Luft und allen Stoffen mit Ausnahme ferromagnetischer Materialien (siehe § 18) ungefähr den gleichen Wert hat wie die magnetische Permeabilität von Vakuum. Die absolute magnetische Permeabilität eines Vakuums wird magnetische Konstante genannt? o = 4?*10 -7 H/m. Die magnetische Permeabilität ferromagnetischer Materialien ist tausend- und sogar zehntausendmal größer als die magnetische Permeabilität nichtferromagnetischer Substanzen. Magnetisches Permeabilitätsverhältnis? und irgendeine Substanz zur magnetischen Permeabilität des Vakuums? o heißt relative magnetische Permeabilität:

? = ? A /? O (42)

Magnetische Feldstärke. Die Intensität Und hängt nicht von den magnetischen Eigenschaften des Mediums ab, sondern berücksichtigt den Einfluss der Stromstärke und der Form der Leiter auf die Intensität des Magnetfelds an einem bestimmten Punkt im Raum. Magnetische Induktion und Spannung hängen durch die Beziehung zusammen

H = B/? a = B/(?? o) (43)

Folglich ist in einem Medium mit konstanter magnetischer Permeabilität die Magnetfeldinduktion proportional zu seiner Stärke.
Die magnetische Feldstärke wird in Ampere pro Meter (A/m) oder Ampere pro Zentimeter (A/cm) gemessen.

So wie eine ruhende elektrische Ladung durch ein elektrisches Feld auf eine andere Ladung einwirkt, wirkt ein elektrischer Strom durch ein elektrisches Feld auf eine andere Ladung Magnetfeld. Die Wirkung eines Magnetfelds auf Permanentmagnete reduziert sich auf die Wirkung auf Ladungen, die sich in den Atomen einer Substanz bewegen und mikroskopisch kleine Kreisströme erzeugen.

Die Lehre von Elektromagnetismus basierend auf zwei Bestimmungen:

• das Magnetfeld wirkt auf bewegte Ladungen und Ströme;
• Um Ströme und bewegte Ladungen herum entsteht ein Magnetfeld.

Magnetinteraktion

Permanentmagnet(oder Magnetnadel) ist entlang des magnetischen Meridians der Erde ausgerichtet. Das Ende, das nach Norden zeigt, heißt Nordpol(N) und das entgegengesetzte Ende ist Südpol(S). Wenn wir zwei Magnete einander näher bringen, stellen wir fest, dass sich ihre gleichen Pole abstoßen und ihre ungleichen Pole sich anziehen ( Reis. 1 ).

Wenn wir die Pole trennen, indem wir einen Permanentmagneten in zwei Teile schneiden, werden wir feststellen, dass jeder von ihnen auch so ist zwei Pole, d.h. wird ein Permanentmagnet sein ( Reis. 2 ). Beide Pole – Nord und Süd – sind untrennbar miteinander verbunden und gleichberechtigt.

Das von der Erde oder Permanentmagneten erzeugte Magnetfeld wird wie ein elektrisches Feld durch magnetische Kraftlinien dargestellt. Ein Bild der magnetischen Feldlinien eines Magneten erhält man, indem man ein Blatt Papier darüber legt, auf das in einer gleichmäßigen Schicht Eisenspäne gestreut sind. Wenn das Sägemehl einem Magnetfeld ausgesetzt wird, wird es magnetisiert – jeder von ihnen hat einen Nord- und einen Südpol. Die entgegengesetzten Pole tendieren dazu, einander anzunähern, was jedoch durch die Reibung des Sägemehls auf dem Papier verhindert wird. Wenn Sie mit dem Finger auf das Papier klopfen, verringert sich die Reibung und die Späne ziehen sich gegenseitig an und bilden Ketten, die magnetische Feldlinien darstellen.

An Reis. 3 zeigt die Lage von Sägemehl und kleinen Magnetpfeilen im Feld eines Direktmagneten und gibt die Richtung der Magnetfeldlinien an. Diese Richtung wird als Richtung des Nordpols der Magnetnadel angesehen.

Oersteds Erfahrung. Magnetfeld des Stroms

IN Anfang des 19. Jahrhunderts V. Dänischer Wissenschaftler Ørsted tat wichtige Entdeckung, entdeckt zu haben Wirkung von elektrischem Strom auf Permanentmagnete . Er platzierte einen langen Draht in der Nähe einer Magnetnadel. Wenn Strom durch den Draht floss, drehte sich der Pfeil und versuchte, sich senkrecht dazu zu positionieren ( Reis. 4 ). Dies könnte durch die Entstehung eines Magnetfeldes um den Leiter herum erklärt werden.

Die magnetischen Feldlinien, die von einem geraden, stromdurchflossenen Leiter erzeugt werden, sind konzentrische Kreise, die in einer Ebene senkrecht dazu liegen und deren Mittelpunkte an dem Punkt liegen, durch den der Strom fließt ( Reis. 5 ). Die Richtung der Linien wird durch die rechte Schraubenregel bestimmt:

Wird die Schraube in Richtung der Feldlinien gedreht, bewegt sie sich in Richtung des Stroms im Leiter .

Die Stärke des Magnetfeldes ist magnetischer Induktionsvektor B . An jedem Punkt ist es tangential zur Feldlinie gerichtet. Elektrische Feldlinien beginnen bei positiven Ladungen und enden bei negativen, und die in diesem Feld auf die Ladung wirkende Kraft ist an jedem Punkt tangential zur Linie gerichtet. Im Gegensatz zum elektrischen Feld sind die magnetischen Feldlinien geschlossen, was auf das Fehlen „magnetischer Ladungen“ in der Natur zurückzuführen ist.

Das Magnetfeld eines Stroms unterscheidet sich grundsätzlich nicht von dem Feld, das ein Permanentmagnet erzeugt. In diesem Sinne ist ein Analogon eines Flachmagneten ein langer Magnet – eine Drahtspule, deren Länge deutlich größer ist als ihr Durchmesser. Das Diagramm der von ihm erzeugten Magnetfeldlinien ist in dargestellt Reis. 6 , ähnelt dem für einen flachen Magneten ( Reis. 3 ). Die Kreise geben die Querschnitte des Drahtes an, der die Spulenwicklung bildet. Ströme, die vom Beobachter weg durch den Draht fließen, werden durch Kreuze angezeigt, und Ströme in die entgegengesetzte Richtung – zum Beobachter hin – werden durch Punkte angezeigt. Die gleichen Bezeichnungen werden auch für magnetische Feldlinien akzeptiert, wenn diese senkrecht zur Zeichenebene verlaufen ( Reis. 7 a, b).

Die Richtung des Stroms in der Magnetspule und die Richtung der magnetischen Feldlinien in ihr hängen auch durch die Regel der rechten Schraube zusammen, die in diesem Fall wie folgt formuliert ist:

Wenn Sie entlang der Achse des Magneten schauen, erzeugt der im Uhrzeigersinn fließende Strom darin ein Magnetfeld, dessen Richtung mit der Bewegungsrichtung der rechten Schraube übereinstimmt ( Reis. 8 )

Basierend auf dieser Regel ist es leicht zu verstehen, dass der in gezeigte Magnet Reis. 6 , der Nordpol ist sein rechtes Ende und der Südpol ist sein linkes Ende.

Das Magnetfeld innerhalb der Magnetspule ist gleichmäßig – der magnetische Induktionsvektor hat dort einen konstanten Wert (B = const). In dieser Hinsicht ähnelt die Magnetspule einem Parallelplattenkondensator, in dem ein gleichmäßiges elektrisches Feld erzeugt wird.

Kraft, die in einem Magnetfeld auf einen stromdurchflossenen Leiter wirkt

Es wurde experimentell festgestellt, dass auf einen stromdurchflossenen Leiter in einem Magnetfeld eine Kraft wirkt. In einem gleichmäßigen Feld erfährt ein gerader Leiter der Länge l, durch den ein Strom I fließt und der senkrecht zum Feldvektor B steht, die Kraft: F = I l B .

Die Richtung der Kraft wird bestimmt Regel der linken Hand:

Wenn die vier ausgestreckten Finger der linken Hand in Richtung des Stroms im Leiter ausgerichtet sind und die Handfläche senkrecht zum Vektor B steht, zeigt der ausgestreckte Daumen die Richtung der auf den Leiter wirkenden Kraft an (Reis. 9 ).

Es ist zu beachten, dass die Kraft, die auf einen Leiter mit Strom in einem Magnetfeld wirkt, nicht wie eine elektrische Kraft tangential zu seinen Kraftlinien, sondern senkrecht zu diesen gerichtet ist. Ein Leiter, der sich entlang der Kraftlinien befindet, wird von der magnetischen Kraft nicht beeinflusst.

Gleichung F = IlB ermöglicht es Ihnen, eine quantitative Charakteristik der Magnetfeldinduktion anzugeben.

Attitüde hängt nicht von den Eigenschaften des Leiters ab und charakterisiert das Magnetfeld selbst.

Der Betrag des magnetischen Induktionsvektors B ist numerisch gleich der Kraft, die auf einen senkrecht dazu stehenden Leiter mit einer Längeneinheit wirkt, durch den ein Strom von einem Ampere fließt.

Im SI-System ist die Einheit der Magnetfeldinduktion Tesla (T):

Magnetfeld. Tabellen, Diagramme, Formeln

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