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Grüße, liebe Leser. Die Natur birgt viele Geheimnisse. Für einige Geheimnisse gelang es dem Menschen, Erklärungen zu finden, für andere jedoch nicht. Magnetische Phänomene in der Natur treten auf unserer Erde und um uns herum auf, und manchmal nehmen wir sie einfach nicht wahr.

Eines dieser Phänomene lässt sich beobachten, wenn man einen Magneten in die Hand nimmt und ihn auf einen Metallnagel oder eine Metallnadel richtet. Sehen Sie, wie sie sich zueinander hingezogen fühlen.

Viele von uns erinnern sich noch an Experimente mit diesem Objekt, das über ein Magnetfeld verfügt, aus unserem Physikkurs in der Schule.

Ich hoffe, Sie erinnern sich, was magnetische Phänomene sind? Dies ist natürlich die Fähigkeit, andere Metallgegenstände anzuziehen, die über ein Magnetfeld verfügen.

Betrachten Sie magnetisches Eisenerz, aus dem Magnete hergestellt werden. Solche Magnete hat wahrscheinlich jeder von euch an der Kühlschranktür.

Es könnte Sie interessieren, welche anderen magnetischen Naturphänomene es gibt? Aus dem Physikunterricht in der Schule wissen wir, dass Felder magnetisch und elektromagnetisch sein können.

Lassen Sie sich wissen, dass magnetisches Eisenerz bereits vor unserer Zeitrechnung in der belebten Natur bekannt war. Zu dieser Zeit wurde ein Kompass geschaffen, den der chinesische Kaiser bei seinen zahlreichen Feldzügen und Spaziergängen auf See nutzte.

Das Wort Magnet wird aus dem Chinesischen als liebevoller Stein übersetzt. Erstaunliche Übersetzung, nicht wahr?

Christoph Kolumbus, der auf seinen Reisen einen Magnetkompass benutzte, bemerkte, dass geografische Koordinaten die Abweichung der Kompassnadel beeinflussen. Dieses Beobachtungsergebnis führte die Wissenschaftler anschließend zu dem Schluss, dass es auf der Erde Magnetfelder gibt.

Der Einfluss des Magnetfeldes in der belebten und unbelebten Natur

Die einzigartige Fähigkeit von Zugvögeln, ihre Lebensräume genau zu lokalisieren, war schon immer von Interesse für Wissenschaftler. Das Erdmagnetfeld hilft ihnen, unverwechselbar zu liegen. Und die Wanderungen vieler Tiere hängen von diesem Bereich der Erde ab.

Also nicht nur Vögel, sondern auch solche Tiere wie:

• Schildkröten
• Meeresschalentiere
• Lachsfisch
• Salamander
• und viele andere Tiere.

Wissenschaftler haben herausgefunden, dass es im Körper lebender Organismen spezielle Rezeptoren sowie Magnetitpartikel gibt, die dabei helfen, magnetische und elektromagnetische Felder wahrzunehmen.

Doch wie genau ein in freier Wildbahn lebendes Lebewesen den gewünschten Orientierungspunkt findet, können Wissenschaftler nicht eindeutig beantworten.

Magnetische Stürme und ihre Auswirkungen auf den Menschen

Wir wissen bereits über die Magnetfelder unserer Erde Bescheid. Sie schützen uns vor den Auswirkungen geladener Mikropartikel, die uns von der Sonne erreichen. Ein magnetischer Sturm ist nichts anderes als eine plötzliche Veränderung des elektromagnetischen Feldes der Erde, das uns schützt.

Ist Ihnen nicht aufgefallen, dass manchmal plötzlich ein stechender Schmerz in die Schläfe schießt und Sie sofort starke Kopfschmerzen bekommen? Alle diese schmerzhaften Symptome, die im menschlichen Körper auftreten, weisen auf das Vorhandensein dieses natürlichen Phänomens hin.

Dieses magnetische Phänomen kann zwischen einer und zwölf Stunden andauern oder nur von kurzer Dauer sein. Und wie Ärzte festgestellt haben, leiden ältere Menschen mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen stärker darunter.

Es wurde festgestellt, dass während eines längeren Magnetsturms die Zahl der Herzinfarkte zunimmt. Es gibt eine Reihe von Wissenschaftlern, die das Auftreten magnetischer Stürme überwachen.

Deshalb, meine lieben Leser, manchmal lohnt es sich, sich über ihr Aussehen zu informieren und zu versuchen, ihre schrecklichen Folgen nach Möglichkeit zu verhindern.

Magnetische Anomalien in Russland

Auf dem riesigen Territorium unserer Erde gibt es verschiedene Arten magnetischer Anomalien. Lasst uns ein wenig über sie herausfinden.

Der berühmte Wissenschaftler und Astronom P. B. Inokhodtsev untersuchte bereits 1773 die geografische Lage aller Städte im zentralen Teil Russlands. Damals entdeckte er eine starke Anomalie in der Gegend von Kursk und Belgorod, wo sich die Kompassnadel fieberhaft drehte. Und erst 1923 wurde der erste Brunnen gebohrt, der Metallerz förderte.

Auch heute noch können sich Wissenschaftler die riesigen Ansammlungen von Eisenerz in der magnetischen Kursk-Anomalie nicht erklären.

Aus Geographielehrbüchern wissen wir, dass das gesamte Eisenerz in Berggebieten abgebaut wird. Es ist nicht bekannt, wie die Eisenerzvorkommen in der Ebene entstanden sind.

Brasilianische magnetische Anomalie

Vor der Meeresküste Brasiliens, in einer Höhe von mehr als 1000 Kilometern, stellen die meisten Instrumente der über diesen Ort fliegenden Flugzeuge – Flugzeuge und sogar Satelliten – ihre Arbeit ein.

Stellen Sie sich eine orange Orange vor. Seine Schale schützt das Fruchtfleisch und das Magnetfeld der Erde mit einer Schutzschicht der Atmosphäre schützt unseren Planeten vor schädlichen Einflüssen aus dem Weltraum. Und die brasilianische Anomalie ist wie eine Delle in dieser Schale.

Darüber hinaus wurden an diesem ungewöhnlichen Ort mehr als einmal mysteriöse Tiere beobachtet.

Es gibt immer noch viele Geheimnisse und Geheimnisse unseres Landes, die den Wissenschaftlern, meinen Freunden, gelüftet werden müssen. Ich wünsche Ihnen gute Gesundheit und dass ungünstige magnetische Phänomene an Ihnen vorbeigehen!

Ich hoffe, Ihnen hat mein kurzer Überblick über magnetische Phänomene in der Natur gefallen. Oder vielleicht haben Sie sie bereits beobachtet oder ihre Wirkung auf sich selbst gespürt. Schreiben Sie darüber in Ihren Kommentaren, es würde mich interessieren, darüber zu lesen. Und das ist alles für heute. Ich verabschiede mich von Ihnen und sehe Sie wieder.

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Arbeitsschritte

Setzen Sie Ziele und Vorgaben. Praktischer Teil. Forschung und Beobachtung. Abschluss.

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Zweck: experimentelle Untersuchung der Eigenschaften magnetischer Phänomene. Ziele: - Literatur studieren.

- Experimente und Beobachtungen durchführen.

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Magnetismus

Magnetismus ist eine Form der Wechselwirkung bewegter elektrischer Ladungen, die über eine Entfernung durch ein Magnetfeld erfolgt. Magnetische Wechselwirkungen spielen eine wichtige Rolle bei den Prozessen im Universum. Hier sind zwei Beispiele, die das Gesagte bestätigen. Es ist bekannt, dass das Magnetfeld eines Sterns einen Sternwind ähnlich dem Sonnenwind erzeugt, der durch Verringerung der Masse und des Trägheitsmoments des Sterns den Verlauf seiner Entwicklung verändert. Es ist auch bekannt, dass die Magnetosphäre der Erde uns vor den verheerenden Auswirkungen der kosmischen Strahlung schützt. Hätte es sie nicht gegeben, hätte die Entwicklung der Lebewesen auf unserem Planeten offenbar einen anderen Weg genommen und möglicherweise wäre das Leben auf der Erde überhaupt nicht entstanden.

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Der Hauptgrund für das Vorhandensein des Erdmagnetfelds liegt darin, dass der Erdkern aus heißem Eisen besteht (einem guten Leiter der im Erdinneren entstehenden elektrischen Ströme). Grafisch gesehen ähnelt das Erdmagnetfeld dem Magnetfeld eines Permanentmagneten. Das Erdmagnetfeld bildet eine Magnetosphäre, die sich 70-80.000 km in Richtung der Sonne erstreckt. Es schirmt die Erdoberfläche ab, schützt vor den schädlichen Auswirkungen geladener Teilchen, hoher Energien und kosmischer Strahlung und bestimmt die Natur des Wetters. Das Magnetfeld der Sonne ist 100-mal größer als das der Erde.

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Magnetfeldänderung

Der Grund für die ständigen Veränderungen ist das Vorhandensein von Mineralvorkommen. Es gibt Gebiete auf der Erde, in denen das eigene Magnetfeld durch das Vorkommen von Eisenerzen stark verzerrt wird. Zum Beispiel die magnetische Kursk-Anomalie in der Region Kursk. Der Grund für kurzfristige Veränderungen des Erdmagnetfeldes ist die Wirkung des „Sonnenwindes“, d.h. die Wirkung eines Stroms geladener Teilchen, der von der Sonne emittiert wird. Das Magnetfeld dieser Strömung interagiert mit dem Erdmagnetfeld und es entstehen „magnetische Stürme“.

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Mensch und magnetische Stürme

Herz-Kreislauf- und Kreislaufsystem, Blutdruck steigt, Herzkranzgefäße verschlechtern sich. Magnetische Stürme verursachen Exazerbationen im Körper einer Person, die an Erkrankungen des Herz-Kreislauf-Systems (Myokardinfarkt, Schlaganfall, hypertensive Krise usw.) leidet. Atmungsorgane Der Biorhythmus verändert sich unter dem Einfluss magnetischer Stürme. Der Zustand einiger Patienten verschlechtert sich vor magnetischen Stürmen, bei anderen erst danach. Die Anpassungsfähigkeit solcher Patienten an die Bedingungen magnetischer Stürme ist sehr gering.

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Praktischer Teil

Ziel: Daten über die Anzahl der Rettungseinsätze im Jahr 2008 sammeln und eine Schlussfolgerung daraus ziehen. Um den Zusammenhang zwischen Morbidität im Kindesalter und magnetischen Stürmen herauszufinden.

Stürme usw. Wie entstehen sie? Wodurch zeichnen sie sich aus?

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Magnetische Phänomene und Eigenschaften werden zusammenfassend als Magnetismus bezeichnet. Ihre Existenz ist seit sehr langer Zeit bekannt. Es wird angenommen, dass die Chinesen dieses Wissen bereits vor viertausend Jahren nutzten, um einen Kompass zu bauen und Seereisen zu steuern. Erst im 19. Jahrhundert begannen sie, Experimente durchzuführen und das physikalisch-magnetische Phänomen ernsthaft zu untersuchen. Hans Oersted gilt als einer der ersten Forscher auf diesem Gebiet.

Magnetische Phänomene können sowohl im Weltraum als auch auf der Erde auftreten und treten nur innerhalb von Magnetfeldern auf. Solche Felder entstehen durch elektrische Ladungen. Wenn die Ladungen stationär sind, bildet sich um sie herum ein elektrisches Feld. Wenn sie sich bewegen, entsteht ein Magnetfeld.

Das heißt, das Phänomen eines Magnetfelds tritt beim Auftreten eines elektrischen Stroms oder eines elektrischen Wechselfelds auf. Dabei handelt es sich um einen Raumbereich, in dem eine Kraft auf Magnete und magnetische Leiter wirkt. Es hat seine eigene Richtung und nimmt ab, wenn es sich von seiner Quelle – dem Leiter – entfernt.

Magnete

Der Körper, um den es sich bildet, wird Magnet genannt. Das kleinste davon ist das Elektron. Die Anziehung von Magneten ist das bekannteste physikalische magnetische Phänomen: Legt man zwei Magnete nebeneinander, ziehen sie sich entweder an oder stoßen sie ab. Es geht nur um ihre Position relativ zueinander. Jeder Magnet hat zwei Pole: Nord und Süd.

Gleiche Pole stoßen sich ab, ungleiche Pole hingegen ziehen sich an. Wenn man es in zwei Teile schneidet, trennen sich Nord- und Südpol nicht. Als Ergebnis erhalten wir zwei Magnete, von denen jeder auch zwei Pole hat.

Es gibt eine Reihe von Materialien, die diese Eigenschaften aufweisen: Eisen, Kobalt, Nickel, Stahl usw. Darunter sind Flüssigkeiten, Legierungen und chemische Verbindungen. Wenn Sie Magnete in die Nähe eines Magneten halten, werden sie selbst zu einem.

Stoffe wie reines Eisen erwerben diese Eigenschaft leicht, verabschieden sich aber auch schnell von ihr. Bei anderen (z. B. Stahl) dauert die Magnetisierung länger, die Wirkung bleibt jedoch lange erhalten.

Magnetisierung

Wir haben oben festgestellt, dass ein Magnetfeld entsteht, wenn sich geladene Teilchen bewegen. Aber über welche Bewegung können wir beispielsweise bei einem Stück Eisen sprechen, das an einem Kühlschrank hängt? Alle Stoffe bestehen aus Atomen, die bewegliche Teilchen enthalten.

Jedes Atom hat sein eigenes Magnetfeld. Aber in manchen Materialien sind diese Felder chaotisch in verschiedene Richtungen gerichtet. Aus diesem Grund entsteht um sie herum kein großes Feld. Solche Stoffe sind nicht magnetisierbar.

In anderen Materialien (Eisen, Kobalt, Nickel, Stahl) können sich die Atome so anordnen, dass sie alle in die gleiche Richtung zeigen. Dadurch entsteht um sie herum ein allgemeines Magnetfeld und der Körper wird magnetisiert.

Es stellt sich heraus, dass die Magnetisierung eines Körpers die Ordnung der Felder seiner Atome ist. Um diese Ordnung zu durchbrechen, genügt ein kräftiger Schlag, zum Beispiel mit einem Hammer. Die Felder der Atome beginnen sich chaotisch zu bewegen und verlieren ihre magnetischen Eigenschaften. Das Gleiche passiert, wenn das Material erhitzt wird.

Magnetische Induktion

Magnetische Phänomene sind mit bewegten Ladungen verbunden. Somit entsteht um einen Leiter, der elektrischen Strom führt, mit Sicherheit ein Magnetfeld. Aber könnte es auch umgekehrt sein? Diese Frage stellte sich einst der englische Physiker Michael Faraday und entdeckte das Phänomen der magnetischen Induktion.

Er kam zu dem Schluss, dass ein konstantes Feld keinen elektrischen Strom erzeugen kann, ein Wechselfeld jedoch schon. Der Strom entsteht in einer geschlossenen Schleife eines Magnetfeldes und wird als Induktion bezeichnet. Die elektromotorische Kraft ändert sich proportional zur Änderung der Geschwindigkeit des Feldes, das den Stromkreis durchdringt.

Faradays Entdeckung war ein echter Durchbruch und brachte den Herstellern von Elektrogeräten erhebliche Vorteile. Dank ihm wurde es möglich, aus mechanischer Energie Strom zu erzeugen. Das vom Wissenschaftler abgeleitete Gesetz wurde und wird bei der Konstruktion von Elektromotoren, verschiedenen Generatoren, Transformatoren usw. angewendet.

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Jupiter, Neptun, Saturn und Uranus haben ein Magnetfeld. Unser Planet ist keine Ausnahme. Im normalen Leben bemerken wir es kaum. Es ist immateriell, hat weder Geschmack noch Geruch. Aber magnetische Phänomene in der Natur sind damit verbunden. Wie das Polarlicht, magnetische Stürme oder die Magnetorezeption bei Tieren.

Im Wesentlichen ist die Erde ein riesiger, aber nicht sehr starker Magnet mit zwei Polen, die nicht mit den geografischen Polen übereinstimmen. Magnetische Linien verlassen den Südpol des Planeten und treten in den Nordpol ein. Das bedeutet, dass der Südpol der Erde tatsächlich der Nordpol des Magneten ist (weshalb im Westen Blau der Südpol – S und Rot der Nordpol – N ist).

Das Magnetfeld erstreckt sich Hunderte von Kilometern von der Planetenoberfläche entfernt. Es dient als unsichtbare Kuppel, die starke galaktische und Sonnenstrahlung reflektiert. Bei der Kollision von Strahlungsteilchen mit der Erdhülle entstehen viele magnetische Phänomene. Schauen wir uns die berühmtesten davon an.

Magnetische Stürme

Die Sonne hat einen starken Einfluss auf unseren Planeten. Es spendet uns nicht nur Wärme und Licht, sondern löst auch so unangenehme magnetische Phänomene wie Stürme aus. Ihr Erscheinen ist mit einer Zunahme der Sonnenaktivität und den Prozessen verbunden, die im Inneren dieses Sterns ablaufen.

Die Erde wird ständig vom Fluss ionisierter Teilchen der Sonne beeinflusst. Sie bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von 300–1200 km/s und werden als Sonnenwind bezeichnet. Aber von Zeit zu Zeit kommt es auf dem Stern zu plötzlichen Emission großer Mengen dieser Teilchen. Sie wirken als Stöße auf die Erdhülle und versetzen das Magnetfeld in Schwingungen.

Normalerweise dauern solche Stürme bis zu drei Tage. Einige Bewohner unseres Planeten fühlen sich derzeit unwohl. Schwankungen der Membran führen bei uns zu Kopfschmerzen, erhöhtem Blutdruck und Schwäche. Im Laufe seines Lebens erlebt ein Mensch durchschnittlich 2.000 Stürme.

Nordlicht

Es gibt auch angenehmere magnetische Phänomene in der Natur – das Nordlicht oder das Polarlicht. Es erscheint als Leuchten am Himmel mit schnell wechselnden Farben und kommt hauptsächlich in hohen Breitengraden (67–70°) vor. Bei starker Sonnenaktivität ist auch das Leuchten schwächer zu beobachten.

Ungefähr 64 Kilometer über den Polen treffen geladene Sonnenteilchen auf die entlegensten Bereiche des Magnetfelds. Hier werden einige von ihnen zu den Magnetpolen der Erde geleitet, wo sie mit atmosphärischen Gasen interagieren, wodurch das Leuchten entsteht.

Das Spektrum des Leuchtens hängt von der Zusammensetzung der Luft und ihrer Verdünnung ab. Das rote Leuchten entsteht in einer Höhe von 150 bis 400 Kilometern. Blau- und Grüntöne werden mit einem hohen Sauerstoff- und Stickstoffgehalt in Verbindung gebracht. Sie kommen in einer Höhe von 100 Kilometern vor.

Magnetorezeption

Die wichtigste Wissenschaft, die magnetische Phänomene untersucht, ist die Physik. Einige von ihnen können jedoch auch Biologie beinhalten. Die magnetische Empfindlichkeit lebender Organismen ist beispielsweise die Fähigkeit, das Erdmagnetfeld zu erkennen.

Viele Tiere, insbesondere Zugvögel, verfügen über diese einzigartige Gabe. Die Fähigkeit zur Magnetorezeption wurde bei Fledermäusen, Tauben, Schildkröten, Katzen, Hirschen, einigen Bakterien usw. gefunden. Sie hilft Tieren, im Weltraum zu navigieren und ihr Zuhause zu finden, indem sie sich mehrere Dutzend Kilometer davon entfernen.

Nutzt der Mensch einen Kompass zur Orientierung, so bedienen sich Tiere ganz natürlicher Werkzeuge. Wissenschaftler können noch nicht genau bestimmen, wie und warum die Magnetorezeption funktioniert. Aber es ist bekannt, dass Tauben ihr Zuhause auch dann finden können, wenn sie Hunderte von Kilometern von ihm weggebracht werden, während sie den Vogel in einer völlig dunklen Kiste einsperren. Schildkröten finden ihren Geburtsort auch Jahre später.

Dank ihrer „Superkräfte“ können Tiere Vulkanausbrüche, Erdbeben, Stürme und andere Katastrophen vorhersehen. Sie spüren subtil Schwankungen im Magnetfeld, was ihre Fähigkeit zur Selbsterhaltung erhöht.

14. Magnetfeldinduktion. Das Prinzip der Überlagerung magnetischer Felder. Ampere-Leistung. Lorentzkraft. Elektrische Messgeräte. Magnetische Eigenschaften der Materie.

Magnetische Phänomene

Sowohl elektrische als auch magnetische Phänomene sind die Wechselwirkung von Körpern in einiger Entfernung. Diese Wechselwirkungen äußern sich in der Entstehung mechanischer Kräfte und Kraftmomente zwischen Körpern.

Der Unterschied zwischen elektrischer und magnetischer Wechselwirkung zeigt sich beispielsweise darin, dass man zum Trennen elektrischer Ladungen verschiedene Gegenstände aneinander reiben kann, aber um Magnete zu erhalten, ist das Aneinanderreiben von Gegenständen nutzlos. Indem Sie einen geladenen Gegenstand in ein nasses Tuch einwickeln, können Sie seine elektrische Ladung zerstören. Das gleiche Verfahren führt bei einem Magneten nicht zum Verschwinden der magnetischen Eigenschaften. Die Magnetisierung magnetischer Materialien in Gegenwart anderer Magnete führt nicht zur Trennung elektrischer Ladungen. Diese beiden Arten der Interaktion von Objekten in der Ferne lassen sich nicht auf einander reduzieren.

Experimentelle Untersuchungen von Magneten und verschiedenen Materialien zeigen, dass einige Objekte ständig magnetische Eigenschaften haben, das heißt, sie sind „Permanentmagnete“, während andere Körper nur in Gegenwart von Permanentmagneten magnetische Eigenschaften erlangen. Es gibt auch Materialien, die keine ausgeprägten magnetischen Eigenschaften haben, das heißt, sie werden von starken Permanentmagneten weder angezogen noch abgestoßen. Die intrinsischen und induzierten magnetischen Eigenschaften von Objekten führen zu ähnlichen Effekten. Beispielsweise sind permanente Streifenmagnete, von denen Muster normalerweise in jedem Physikunterricht an jeder Schule zu finden sind, bei horizontaler Aufhängung so ausgerichtet, dass ihre Enden nach Norden und Süden zeigen. Allein diese Eigenschaft der Magnete hat dem Menschen viele Dienste geleistet. Der Kompass wurde vor langer Zeit erfunden, quantitative Untersuchungen der magnetischen Eigenschaften von Objekten und die mathematische Analyse dieser Eigenschaften wurden jedoch erst im 18. und 19. Jahrhundert durchgeführt.

Stellen wir uns vor, wir hätten „lange“ Magnete, deren Pole weit voneinander entfernt sind. Wenn zwei Pole zweier verschiedener Magnete nahe beieinander platziert sind und die zweiten Pole desselben Magneten weit voneinander entfernt sind, wird die Kraftwechselwirkung zwischen nahe beieinander liegenden Polen durch dieselben Formeln beschrieben wie im Coulombschen Gesetz für das elektrostatische Feld . Jedem Pol eines Magneten kann eine magnetische Ladung zugeordnet werden, die seinen „Norden“ oder „Süden“ charakterisiert. Es ist möglich, ein Verfahren zu entwickeln, das die Messung von Kräften oder Kraftmomenten umfasst und es ermöglichen würde, die magnetischen „Ladungen“ beliebiger Magnete mit einem Standard zu vergleichen. Diese gedankliche Konstruktion ermöglicht es uns, praktische Probleme zu lösen, vorausgesetzt, wir stellen uns noch nicht die Frage: Wie funktioniert ein Langstreifenmagnet, das heißt, was befindet sich im Inneren des Magneten in dem Raumbereich, der die beiden Magnetpole verbindet?

Sie können eine Einheit der magnetischen Ladung eingeben. Das einfachste Verfahren zur Bestimmung einer solchen Einheit besteht darin, anzunehmen, dass die Wechselwirkungskraft zwischen zwei „Punkt“-Magnetpolen einer magnetischen Einheitsladung, die sich in einem Abstand von 1 Meter voneinander befinden, 1 Newton beträgt. Da Versuche, die Magnetpole zu trennen, immer erfolglos blieben, d Magnetpole existieren immer nur paarweise. Folglich kann jeder lange Streifenmagnet als kürzere Magnete dargestellt werden, die in einer Kette angeordnet sind. Ebenso kann jeder Magnet mit endlichen Abmessungen als eine große Anzahl kurzer Magnete dargestellt werden, die über den Raum verteilt sind.

Um die Kraftwechselwirkung elektrischer und magnetischer Ladungen zu beschreiben, wird die gleiche Vorstellung von der Existenz eines bestimmten Kraftvektorfeldes im Raum verwendet. Im „elektrischen“ Fall heißt der entsprechende Vektor Vektor Spannungen elektrisches Feld E . Für den „magnetischen“ Fall heißt der entsprechende Vektor Vektor Induktion Magnetfeld IN . (1)

Die Felder können in beiden Fällen durch die Verteilung von „Kraftvektoren“ im Raum beschrieben werden. Für den magnetischen Nordpol stimmt die Richtung der vom Magnetfeld auf ihn wirkenden Kraft mit der Richtung des Vektors überein IN , und für den Südpol ist die Kraft diesem Vektor entgegengesetzt gerichtet. Wenn die Größe der „magnetischen Ladung“ unter Berücksichtigung ihres Vorzeichens („Nord“ oder „Süd“) mit dem Symbol N bezeichnet wird, dann ist die vom Magnetfeld auf die magnetische Ladung wirkende Kraft gleich F =N B .

Ähnlich wie wir es bei der Beschreibung der Wechselwirkung elektrischer Ladungen durch ein Feld getan haben, tun wir dies auch bei der Beschreibung der Wechselwirkung magnetischer Ladungen. Das von einer punktuellen magnetischen Ladung im umgebenden Raum erzeugte Magnetfeld wird durch genau die gleiche Formel beschrieben wie im Fall eines elektrischen Feldes.

B = K m N R /R 3 .

Die Konstante K m ist ein Proportionalitätskoeffizient, der von der Wahl des Einheitensystems abhängt. Für die Wechselwirkung magnetischer Ladungen gilt außerdem das Coulombsche Gesetz und das Superpositionsprinzip.

Erinnern wir uns daran, dass das Coulombsche Gesetz (oder das Gesetz der universellen Gravitation) und der Satz von Gauß Zwillingsbrüder sind. Da Magnetpole nicht einzeln existieren und jeder Magnet als Kombination von Polpaaren entgegengesetzter Polarität und gleicher Größe dargestellt werden kann, gilt im Fall eines Magnetfelds der Fluss des Magnetfeldinduktionsvektors durch eine beliebige geschlossene Oberfläche ist immer Null.

Wir diskutieren magnetische Phänomene und verwenden die Idee magnetischer Ladungen, als ob sie wirklich existieren würden. Tatsächlich ist dies nur eine Möglichkeit, ein Magnetfeld im Raum zu beschreiben (die magnetische Wechselwirkung zu beschreiben). Wenn wir die Eigenschaften des Magnetfelds genauer herausfinden, werden wir diese Methode nicht mehr verwenden. Wir brauchen es wie Waldbauer, um ein Gebäude zu errichten. Sobald die Bauarbeiten abgeschlossen sind, wird das Gerüst abgebaut und ist nicht mehr sichtbar und wird nicht mehr benötigt.

Das Interessanteste ist, dass ein magnetisches Feld (statisch) keinen Einfluss auf eine stationäre elektrische Ladung (oder einen Dipol) hat und ein elektrisches Feld (statisch) keinen Einfluss auf stationäre magnetische Ladungen (oder Dipole) hat. Die Situation ist so, als ob die Felder unabhängig voneinander existieren würden. Allerdings ist Frieden, wie wir wissen, ein relativer Begriff. Bei der Wahl eines anderen Bezugssystems kann ein „ruhender“ Körper zu einem „bewegten“ Körper werden. Es stellte sich heraus, dass das elektrische und das magnetische Feld etwas Einheitliches sind und jedes der Felder sozusagen verschiedene Seiten derselben Medaille darstellt.

Heutzutage können wir problemlos über die Beziehung zwischen elektrischen und magnetischen Feldern sprechen, aber bis zum Beginn des 19. Jahrhunderts galten elektrische und magnetische Phänomene nicht als zusammenhängend. Sie vermuteten diesen Zusammenhang und suchten nach experimenteller Bestätigung. Beispielsweise sammelte der französische Physiker Arago Informationen über Schiffe, die nach einem Blitzeinschlag vom Kurs abkamen. „Der Blitz ist ein kaputter Kompass“ – es gibt einen Zusammenhang, aber wie kann man das Experiment wiederholen? Sie wussten noch nicht, wie man Blitze reproduziert, daher war es unmöglich, eine systematische Studie durchzuführen.

Ausgangspunkt für das Verständnis des Zusammenhangs zwischen diesen Phänomenen war die Entdeckung des Dänen Hans Christian Oersted im Jahr 1820. Es wurde der Einfluss eines durch einen langen geraden Draht fließenden elektrischen Stroms auf die Ausrichtung einer beweglichen Magnetnadel neben dem Draht festgestellt. Der Pfeil neigte dazu, senkrecht zum Draht zu stehen. Das gegenteilige Phänomen: Der Einfluss eines Magnetfelds auf einen elektrischen Strom wurde von Ampere experimentell entdeckt.

Eine kleine flache Spule mit Strom erfährt in einem Magnetfeld sowohl eine Kraft als auch eine Orientierungswirkung. Wenn das Magnetfeld gleichmäßig ist, ist die Gesamtkraft, die mit Strom auf die Spule wirkt, Null, und die Spule ist ausgerichtet (nimmt eine Gleichgewichtsposition ein), in der ihre Ebene senkrecht zur Richtung des Induktionsvektors des Magnetfelds steht. Zur Bestimmung der Einheit der Magnetfeldinduktion kann auch dieses mechanische Phänomen genutzt werden.

In den nächsten Jahren nach 1820 wurden die Grundzüge der Wechselwirkung stromdurchflossener Leiter untereinander und mit Permanentmagneten geklärt. Einige davon heißen heute Gesetze. Diese Gesetze sind mit den Namen der Physiker Ampere, Biot, Savart, Laplace verbunden. Die allgemeinsten Schlussfolgerungen aus den etablierten Wechselwirkungsgesetzen waren:

1. Geladene Teilchen erzeugen im Raum um sie herum ein elektrisches Feld.
2. Das elektrische Feld hat den gleichen Effekt auf geladene Teilchen, egal ob sie sich bewegen oder ruhen.
3. Bewegte geladene Teilchen erzeugen im Raum um sie herum ein Magnetfeld.
4. Ein Magnetfeld übt eine Kraft auf geladene Teilchen in Bewegung aus und wirkt nicht auf geladene Teilchen in Ruhe.
5. Wenn sich die Position und der Bewegungszustand eines geladenen Teilchens ändern, ändern sich die elektrischen und magnetischen Felder im Raum nicht sofort, sondern mit einer Verzögerung.

So stellte sich heraus, dass die Wechselwirkung geladener Teilchen untereinander nicht nur von ihrer gegenseitigen räumlichen Anordnung, sondern auch von ihrer gegenseitigen (relativen) Bewegung abhängt. Die Gesetze, die diese Wechselwirkung beschreiben, erwiesen sich aus mathematischer Sicht als recht einfach.

Beim Studium der Mechanik haben wir die Newtonschen Gesetze verwendet, aus denen folgt, dass ein materieller Punkt, der sich mit Beschleunigung in einem beliebigen Trägheitsbezugssystem bewegt, in allen anderen ISOs die gleiche Beschleunigung hat, unabhängig von der Wahl. Mittlerweile ist klar geworden, dass das Magnetfeld nur auf bewegte geladene Teilchen wirkt. Stellen wir uns vor, dass sich in einem ISO-Bereich ein geladenes Teilchen in einem Magnetfeld bewegt, es jedoch kein elektrisches Feld gibt. Gehen wir zu einem anderen Inertial-Referenzsystem über, in dem das betreffende Teilchen zu einem bestimmten Zeitpunkt die Geschwindigkeit Null hat. Der Krafteinfluss des Magnetfeldes ist verschwunden und das Teilchen muss sich immer noch mit Beschleunigung bewegen!!! Im Königreich Dänemark stimmt etwas nicht! Damit ein geladenes Teilchen, das zu einem bestimmten Zeitpunkt ruht, beschleunigt werden kann, muss es sich in einem elektrischen Feld befinden!

Es stellt sich also heraus, dass die elektrischen und magnetischen Felder nicht absolut sind, sondern von der Wahl des Bezugssystems abhängen. Das Vorhandensein einer Wechselwirkung ist absolut, aber wie sie auf „elektrische“ oder „magnetische“ Weise beschrieben wird, hängt von der Wahl des Referenzsystems ab. Daher müssen wir verstehen, dass elektrische und magnetische Felder nicht unabhängig voneinander sind. Tatsächlich wäre es richtig, ein einzelnes elektromagnetisches Feld zu betrachten. Beachten Sie, dass die korrekte Beschreibung der Felder in der Theorie von James Clerk Maxwell gegeben ist. Die Gleichungen in dieser Theorie sind so geschrieben, dass sich ihre Form beim Übergang von einem Inertialbezugssystem zu einem anderen nicht ändert. Dies ist die erste „relativistische“ Theorie in der Physik.

Elektrische Ströme und Magnetfeld

Gehen wir zurück zum Anfang des 19. Jahrhunderts. Bei Demonstrationen bei Vorlesungen an der University of G.H. Oersted selbst oder mit Hilfe von Studenten bemerkte, dass eine Magnetnadel, die sich zufällig in der Nähe des Drahtes befand, ihre Position änderte, wenn ein Strom durch den Draht geleitet wurde. Eine gründlichere Untersuchung des Phänomens ergab, dass die Magnetnadeln je nach Stärke und Richtung des Stroms in einem langen geraden Draht wie in der Abbildung gezeigt ausgerichtet waren:

Die Induktionslinien sind geschlossen, und im Fall eines langen geraden Leiters, der Strom durchfließt, haben diese geschlossenen Linien die Form von Kreisen, die in Ebenen senkrecht zum stromdurchflossenen Leiter liegen. Die Mittelpunkte dieser Kreise liegen auf der Achse des stromdurchflossenen Leiters. Die Richtung des magnetischen Induktionsvektors an einem bestimmten Punkt im Raum (Tangente zur magnetischen Induktionslinie) wird durch die Regel der „rechten Schraube“ (Bohrer, Schraube, Korkenzieher) bestimmt. Die Richtung, in die sich der in der Abbildung gezeigte Korkenzieher bewegt, wenn er sich um seine Achse dreht, entspricht der Richtung des Stroms in einem langen geraden Draht, und die Richtungen, in die sich die Extrempunkte seines Griffs bewegen, entsprechen der Richtung des magnetischen Induktionsvektors an den Stellen, an denen sich diese Griffenden befinden.

Bei einer schematischen Zeichnung mit konzentrischen Kreisen bewegen sich geladene Teilchen in einem Draht, der senkrecht zur Zeichnungsebene verläuft, entlang dieses Drahtes, und wenn sich positiv geladene Teilchen bewegen würden, würden sie sich „von uns über diese Ebene hinaus“ bewegen. Wenn sich negativ geladene Elektronen im Draht bewegen, dann bewegen sie sich auch entlang des Drahtes, allerdings „von unterhalb der Zeichenebene auf uns zu“.

Der Störfaktor war das Erdmagnetfeld. Je größer der Strom im Draht, desto genauer waren die Pfeile in Richtung der Tangente an den Kreis ausgerichtet, wobei der Mittelpunkt an der Stelle des Drahtes lag. Die Schlussfolgerung liegt auf der Hand: Um den stromdurchflossenen Leiter ist ein Magnetfeld entstanden. Magnetische Pfeile richten sich entlang des Induktionsvektors des Magnetfelds aus.

Nach dem dritten Newtonschen Gesetz wirkt die Magnetnadel (Magnet bzw. sein Magnetfeld) wiederum auch auf den stromdurchflossenen Leiter. Es stellte sich heraus, dass auf einem geraden Abschnitt eines Leiters der Länge L, durch den der Strom I fließt, von der Seite her ein gleichmäßiges Magnetfeld mit Induktion entsteht IN Es wirkt eine Kraft proportional zu L, I und B, und die Richtung der Kraft hängt von der relativen Ausrichtung der Vektoren ab L Und IN . Vektor L stimmt in der Richtung mit der Richtung der Geschwindigkeit positiv geladener Teilchen überein, die in diesem Stück Draht einen elektrischen Strom erzeugen. Diese Kraft wurde nach einem der aktiven Forscher magnetischer Phänomene benannt – A.M. Ampere.

F =K I [ L × B ].

Hier ist K der Proportionalitätskoeffizient. Eckige Klammern bezeichnen das Vektorprodukt zweier Vektoren. Wenn der Leiter nicht gerade ist und das Magnetfeld nicht gleichmäßig ist, müssen Sie ihn in diesem Fall (gedanklich) in viele kleine Segmente unterteilen, um die auf den stromdurchflossenen Leiter wirkende Kraft zu ermitteln. Für jedes kleine Segment können wir davon ausgehen, dass es sich in einem einheitlichen Feld befindet. Die Gesamtkraft wird durch Summieren der Ampere-Kräfte über alle diese Segmente ermittelt.

Wechselwirkung von Leitern mit Strom

Der Strom im Draht erzeugt im umgebenden Raum ein Magnetfeld, und dieses Magnetfeld übt wiederum eine Kraft auf einen anderen Draht mit Strom aus. (2) Im SI-Einheitensystem wird die Stromeinheit 1 Ampere aus der Kraftwechselwirkung paralleler Leiter mit dem Strom bestimmt. Zwei dünne lange parallele Leiter im Abstand von 1 Meter voneinander, durch die identische konstante Ströme gleicher Richtung mit einer Kraft von 1 Ampere fließen, werden mit einer Kraft von 2 × 10 -7 Newton zueinander angezogen pro Meter Länge des Leiters.

Im SI-System wird in der Formel für die Ampere-Kraft der Proportionalitätskoeffizient K gleich Eins gewählt:

F =ich [ L × B ].

Lorentzkraft

Wenn wir in die Formel für die Ampere-Kraft den Ausdruck für die Stärke des Stroms einsetzen, der sich aus den von jedem sich bewegenden geladenen Teilchen erzeugten Termen zusammensetzt, können wir daraus schließen, dass in einem Magnetfeld auf jedes sich bewegende geladene Teilchen eine Kraft wirkt:

F = q [ v × IN ].

Wenn im Raum sowohl elektrische als auch magnetische Felder vorhanden sind, erfährt ein geladenes Teilchen die folgende Kraft:

F = q [ v × IN ] + q E .

Die Kraft, die in einem elektromagnetischen Feld auf ein geladenes Teilchen wirkt, wird Lorentzkraft genannt. Dieser Kraftausdruck gilt immer, nicht nur für stationäre Felder.

Wenn wir die Arbeit der Lorentzkraft berechnen, die sie während der Elementarbewegung eines Teilchens leistet, muss der Ausdruck für die Kraft skalar mit dem Produkt multipliziert werden v Δt. Der erste Term in der Formel für die Lorentzkraft ist der Vektor senkrecht zur Teilchengeschwindigkeit, also multipliziert man ihn mit v Δt ergibt Null.

Somit leistet die magnetische Komponente der Lorentzkraft beim Bewegen eines geladenen Teilchens keine Arbeit, da die entsprechenden Elementarverschiebungen und die magnetische Komponente der Kraft immer senkrecht zueinander stehen.

Welches Magnetfeld wird durch den Strom erzeugt?

Die Experimente von Biot und Savart und die theoretischen Arbeiten von Laplace (allesamt französische Physiker) führten zu einer Formel zur Ermittlung des Beitrags jedes kleinen Abschnitts eines stromführenden Leiters zur „gemeinsamen Ursache“ – der Schaffung des Magnetfeldinduktionsvektors an einem bestimmten Punkt im Raum.

Bei der Ableitung (genauer: Auswahl) der allgemeinen Formel wurde davon ausgegangen, dass sich das Gesamtfeld aus Einzelteilen zusammensetzt und das Superpositionsprinzip erfüllt ist, das heißt, dass sich die von verschiedenen Abschnitten stromdurchflossener Leiter erzeugten Felder addieren als Vektoren. Jeder stromführende Abschnitt eines Leiters und eigentlich jedes sich bewegende geladene Teilchen erzeugt im umgebenden Raum ein Magnetfeld. Das resultierende Feld an einem bestimmten Punkt entsteht durch die Addition magnetischer Induktionsvektoren, die von jedem Abschnitt des stromdurchflossenen Leiters erzeugt werden.

Elementarkomponente des magnetischen Induktionsvektors Δ IN , erzeugt durch einen kleinen Abschnitt des Leiters Δ l mit dem Strom I an einem Punkt im Raum, der sich in seiner Lage vektoriell von diesem Abschnitt des Leiters unterscheidet R , entspricht der Formel:

Δ IN = (μ 0 /4π) I [Δ l × R ]/R 3 .

Hier [Δ l × R ] ist das Vektorprodukt zweier Vektoren. Der Dimensionskoeffizient (μ 0 /4π) wird aus Gründen der Vereinfachung genau in dieser Form im SI-System eingeführt, die, wie wir wiederholen, in der Schulphysik überhaupt nicht vorkommt.

Das von einem Leiter beliebiger Form erzeugte Feld wird wie üblich durch Summieren der Elementarvektoren der magnetischen Induktion ermittelt, die von kleinen Abschnitten dieses Leiters erzeugt werden. Alle experimentellen Ergebnisse mit Gleichströmen bestätigen die Vorhersagen, die mit der oben geschriebenen Formel erhalten wurden, die den Namen trägt: Biot – Savart – Laplace.

Erinnern wir uns an die Definition von Strom, die wir letztes Semester eingeführt haben. Strom ist der Fluss des Stromdichtevektors durch eine ausgewählte Oberfläche. Die Formel zur Ermittlung der Stromdichte umfasste die Summe aller sich bewegenden geladenen Teilchen:

J = Σqi v i /V, I=( JS )

Die Biot-Savart-Laplace-Formel beinhaltet daher das Produkt (Δ l S ), und das ist das Volumen des Leiters, in dem sich geladene Teilchen bewegen.

Wir können daraus schließen, dass das vom stromdurchflossenen Bereich erzeugte Magnetfeld durch die gemeinsame Wirkung aller geladenen Teilchen in diesem Bereich entsteht. Der Beitrag jedes Teilchens mit der Ladung q, das sich mit Geschwindigkeit bewegt v gleich:

IN = (μ 0 /4π) q [ v × R ]/R 3 = μ 0 ε 0 [ v × E ],

Wo E = Q R /(4πε 0 R 3).

Hier R ist ein Radiusvektor, dessen Anfang an dem Punkt liegt, an dem sich das Teilchen befindet, und dessen Ende an dem Punkt im Raum liegt, an dem das Magnetfeld gesucht wird. Der zweite Teil der Formel zeigt, wie die elektrischen und magnetischen Felder, die von einem geladenen Teilchen am selben Punkt im Raum erzeugt werden, miteinander zusammenhängen.

E - elektrisches Feld, das von demselben Teilchen am selben Punkt im Raum erzeugt wird. μ 0 =

4π×10 -7 H/m – magnetische Konstante.

„Nichtzentralität“ der Kräfte der elektromagnetischen Wechselwirkung

Betrachtet man die Wechselwirkung zweier punktuell bewegter geladener identischer Teilchen, so wird darauf hingewiesen, dass die Kräfte, die diese Wechselwirkung beschreiben, nicht entlang der die Teilchen verbindenden Geraden gerichtet sind. Tatsächlich ist der elektrische Teil der Wechselwirkungskräfte entlang dieser Geraden gerichtet, der magnetische Teil jedoch nicht.

Alle anderen Teilchen seien sehr weit von diesem Teilchenpaar entfernt. Um die Wechselwirkung zu beschreiben, wählen wir ein Referenzsystem, das dem Massenschwerpunkt dieser Teilchen zugeordnet ist.

Die Summe der inneren elektrischen Kräfte ist offensichtlich Null, da sie in entgegengesetzte Richtungen gerichtet sind, auf derselben Geraden liegen und einander in der Größe gleich sind.

Die Summe der magnetischen Kräfte ist ebenfalls Null:

Qμ 0 ε 0 [ v 2 [v 1 × E 1 ]] + qμ 0 ε 0 [ v 1 [v 2 × E 2 ]] = 0

v 2 = – v 1 ; E 1 = – E 2 .

Die Summe der Momente der Schnittkräfte darf jedoch nicht gleich Null sein:

Qμ 0 ε 0 [ R 12 [v 2 [v 1 × E 1 ]]] = qμ 0 ε 0 [ v 1 × E 1 ](R 12 v 2 ).

Es mag den Anschein haben, dass ein Beispiel gefunden wurde, das Newtons drittes Gesetz widerlegt. Es ist jedoch zu beachten, dass das dritte Gesetz selbst modellhaft formuliert ist, sofern nur zwei Teilnehmer an der Interaktion beteiligt sind, und die Art der Übertragung der Interaktion aus der Ferne in keiner Weise berücksichtigt. In diesem Fall gibt es drei Teilnehmer an der Veranstaltung: zwei Teilchen und ein elektromagnetisches Feld im Raum um sie herum. Ist das System isoliert, dann ist für es als Ganzes der Impuls- und Drehimpulserhaltungssatz erfüllt, da nicht nur Teilchen, sondern auch das elektromagnetische Feld selbst diese Bewegungseigenschaften aufweist. Daraus folgt, dass es notwendig ist, die Wechselwirkung bewegter geladener Teilchen unter Berücksichtigung von Änderungen des elektromagnetischen Feldes im Raum zu berücksichtigen. Wir werden (in einem der folgenden Abschnitte) die Entstehung und Ausbreitung elektromagnetischer Wellen im Raum während der beschleunigten Bewegung geladener Teilchen diskutieren.

Wenn wir ein anderes Bezugssystem wählen, in dem die Moduli der Geschwindigkeiten dieser Teilchen v 1 und v 2 sind, dann ist das Verhältnis der Moduli der magnetischen Komponente der Wechselwirkungskraft zwischen Teilchen und der elektrischen Komponente kleiner oder gleich dem Wert:

Das bedeutet, dass bei Teilchengeschwindigkeiten, die deutlich unter der Lichtgeschwindigkeit liegen, die elektrische Komponente der Wechselwirkung die Hauptrolle spielt.

In Situationen, in denen sich elektrische Ladungen in Drähten gegenseitig kompensieren, wird der elektrische Anteil der Wechselwirkung von Systemen, die aus einer großen Anzahl geladener Teilchen bestehen, deutlich kleiner als der magnetische Anteil. Dieser Umstand ermöglicht es, die magnetische Wechselwirkung „getrennt“ von der elektrischen zu untersuchen.

Messgeräte und Lautsprecher

Nach den Entdeckungen von Oersted und Ampere erhielten die Physiker Instrumente zur Strommessung: Galvanometer. Diese Geräte nutzen die Wechselwirkung von Strom und Magnetfeld. Einige der modernen Geräte verwenden Permanentmagnete, andere verwenden einen Strom, um das Magnetfeld zu erzeugen. Sie heißen jetzt anders: Amperemeter, Voltmeter, Ohmmeter, Wattmeter usw. aber grundsätzlich sind alle Geräte dieser Art gleich. In ihnen wirkt ein Magnetfeld auf eine stromdurchflossene Spule.

Bei Messgeräten ist die stromführende Spule so angeordnet, dass von der Seite des Magnetfeldes ein mechanisches Drehmoment auf sie einwirkt. Eine an einer Spule befestigte Schraubenfeder erzeugt ein mechanisches Drehmoment, das auf die Spule wirkt. Die Gleichgewichtslage wird erreicht, indem der Rahmen unter Strom um einen Winkel gedreht wird, der dem fließenden Strom entspricht. An der Spule ist ein Pfeil angebracht, dessen Drehwinkel als Maß für die Stromstärke dient.

In Geräten eines magnetoelektrischen Systems ist das Magnetfeld konstant. Es wird durch einen Permanentmagneten erzeugt. In elektromagnetischen Systemgeräten wird das Magnetfeld durch einen Strom erzeugt, der durch eine stationäre Spule fließt. Das mechanische Drehmoment ist proportional zum Produkt aus dem Strom der beweglichen Spule und der Magnetfeldinduktion, die wiederum proportional zum Strom in der stationären Spule ist. Wenn beispielsweise die Ströme in beiden Spulen eines elektromagnetischen Systemgeräts proportional zueinander sind, dann ist das Drehmoment proportional zum Quadrat des Stroms.

Ihre bevorzugten dynamischen Lautsprecher sind übrigens auf der Grundlage der Wechselwirkung von Strom und Magnetfeld entstanden. In ihnen ist die Spule, durch die der Strom fließt, so angeordnet, dass von der Seite des Magnetfelds eine Kraft entlang der Achse des Lautsprechers auf sie einwirkt. Die Größe der Kraft ist proportional zum Strom in der Spule. Eine Änderung der Stromrichtung in der Spule führt zu einer Änderung der Kraftrichtung.

Amperes Hypothese

Um den inneren Aufbau von Permanentmagneten (aus ferromagnetischen Materialien) zu erklären, stellte Ampere die Annahme – eine Hypothese – auf, dass das Magnetmaterial aus einer Vielzahl kleiner stromführender Kreise besteht. Jedes Molekül einer Substanz bildet mit Strom ein kleines Gerüst. Im Inneren des Magnetmaterials kompensieren sich im gesamten Volumen molekulare Ströme gegenseitig und auf der Oberfläche des Objekts scheint ein „Oberflächenstrom“ zu fließen. Befindet sich im Inneren eines magnetischen Körpers ein Hohlraum, so fließt auch entlang der Oberfläche dieses Hohlraums ein unkompensierter „Oberflächenstrom“.

Dieser Oberflächenstrom erzeugt im Raum um den Magneten genau das gleiche Magnetfeld wie die Ströme aller Magnetmoleküle bei ihrer gemeinsamen Wirkung.

Amperes Hypothese wartete mehrere Jahrzehnte auf eine experimentelle Bestätigung und hat sich am Ende völlig bestätigt. Nach modernen Konzepten haben einige Atome und Moleküle ihre eigenen magnetischen Momente, die mit der Bewegung geladener Teilchen in ihrem Inneren verbunden sind, aus denen diese Atome und Moleküle bestehen. Wie sich herausstellte, besitzen die geladenen Teilchen selbst, aus denen Atome und Moleküle aufgebaut sind, magnetische Dipolmomente, die mit der mechanischen inneren Bewegung dieser Teilchen verbunden sind. (3)

Die Hypothese von Ampere ermöglicht es, das Modell der magnetischen Ladungen aufzugeben, da sie den Ursprung der magnetischen Wechselwirkung völlig ausreichend erklärt.

Aufgaben:

1. Zwei lange Streifenmagnete liegen Pol an Pol nebeneinander. Der nördliche befindet sich neben dem nördlichen und der südliche befindet sich neben dem südlichen. Auf einer Linie, die eine Fortsetzung der Magnete am Punkt A ist und sich im Abstand L von den nächstgelegenen Polen befindet, entsteht ein Magnetfeld mit der Induktion B. Sie haben die Aufgabe erhalten, die Feldinduktion am Punkt A um zu erhöhen 1,414-fach und ändern Sie die Feldrichtung an diesem Punkt um 45°. Sie dürfen einen der Magnete bewegen. Wie werden Sie die Aufgabe erledigen?
2. Während einer Expedition zum Nordmagnetpol der Erde stellten die Expeditionsteilnehmer N = 1000 sehr leichte Stative mit einer Höhe von L = 1 m und einer Basis mit einem Durchmesser von D = 10 cm auf einer ebenen horizontalen Fläche auf Eis um die Stange und spannte an ihren Spitzen einen Metalldraht mit einer Querschnittsfläche S = 1 mm 2. Das Ergebnis ist ein flaches Polygon mit einer Form, die einem Ring mit einem Radius von R = 100 m ähnelt. Welcher Mindestgleichstrom muss durch den Draht geleitet werden, damit alle Stative in das durch ihre Basen gebildete Polygon fallen? Die Stärke der Magnetfeldinduktion B in der Nähe des Pols auf der Erdoberfläche beträgt 10 -4 Tesla. Die Dichte ρ des Drahtmaterials beträgt 10 4 kg/m 3.
3. Zwei dünne parallele Drähte führen gleiche Ströme in entgegengesetzte Richtungen. Die Drähte befinden sich im Abstand L voneinander. Am Punkt A, der sich im Abstand L befindet, erzeugten Ströme sowohl von einem als auch vom anderen Draht ein Magnetfeld mit Induktion B. An der Unterseite der Drähte änderte sich die Richtung des Stroms in die entgegengesetzte Richtung, aber die Stärke des Stroms blieb gleich. Wie hat sich die Magnetfeldinduktion (in Größe und Richtung) an diesem Punkt A verändert?
4. Eine runde Spule aus steifem Draht liegt auf einem glatten horizontalen Tisch. Der Radius der Spule ist R. Die Masse der Spule ist M. Im Raum herrscht ein gleichmäßiges horizontales Magnetfeld mit der Induktion B. Welcher Mindestgleichstrom muss durch die Spule fließen, damit sie nicht mehr horizontal bewegungslos liegt? Beschreiben Sie seine Bewegung, nachdem er einen solchen Strom passiert hat.
5. Ein Teilchen mit der Masse M und der Ladung Q bewegt sich in einem gleichmäßigen Magnetfeld mit der Induktion B. Die Geschwindigkeit des Teilchens bildet einen Winkel & (Alpha) mit dem Induktionsvektor des Magnetfelds. Beschreiben Sie die Art der Bewegung des Teilchens. Welche Form hat seine Flugbahn?
6. Ein geladenes Teilchen ist in einen Raumbereich eingedrungen, in dem ein gleichmäßiges und zueinander senkrechtes elektrisches Feld E und magnetisches Feld B herrscht. Das Teilchen bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit. Was ist sein minimal möglicher Wert?
7. Zwei Protonen, die sich in einem gleichmäßigen Magnetfeld B = 0,1 T bewegen, haben stets den gleichen Abstand L = 1 m voneinander. Bei welchen minimalen Protonengeschwindigkeiten ist dies möglich?
8. Im Raumbereich zwischen den Ebenen X = A und die Z-Achse. Welchen Winkel bildet das Teilchen mit der Ebene X = const, nachdem es den Bereich mit einem Magnetfeld verlässt? Die X-, Y- und Z-Achsen stehen senkrecht zueinander.
9. Ein langer (L) gleichmäßiger Stab besteht aus einem „schwach magnetischen“ (nicht ferromagnetischen) Material. Es wurde in der Mitte eines dünnen langen Fadens in einem Labor in der Nähe des Äquators aufgehängt. Im Schwerkraftfeld und im Magnetfeld der Erde war der Stab horizontal positioniert. Der Stab wurde aus seiner Gleichgewichtsposition entfernt, indem er um einen Winkel von 30° um eine vertikale Achse gedreht wurde, die mit dem Gewinde zusammenfiel. Die Stange wurde bewegungslos gelassen und losgelassen. Nach 10 Sekunden hat der Stab die Gleichgewichtsposition überschritten. In welcher Mindestzeit wird es die Gleichgewichtslage wieder passieren? Dann wurde der Stab in zwei Stäbe gleicher Länge L/2 geschnitten. Das gleiche Experiment wurde mit einem von ihnen durchgeführt. Mit welcher Periode führt der verkürzte Stab in der Nähe der Gleichgewichtslage kleine Schwingungen aus?
10. Auf der Achse eines kleinen zylindrischen Magneten befindet sich eine kleine „schwach magnetische“ Kugel. Der Abstand L von der Kugel zum Magneten ist viel größer als die Abmessungen des Magneten und der Kugel. Die Körper ziehen sich gegenseitig mit der Kraft F an. Mit welcher Kraft ziehen sie sich an, wenn sich der Abstand zwischen ihnen um das Zweifache verringert? Die Kugel bleibt auf der Achse des Magneten.

1 Historische Namen spiegeln die Bedeutung der eingeführten Größen, die die elektrischen und magnetischen Komponenten des „elektromagnetischen Feldes“ charakterisieren, nicht angemessen wider, daher werden wir uns nicht mit der Etymologie dieser Wörter befassen.

2 Denken Sie daran: Wir haben ungefähr die gleiche Formulierung verwendet, als wir die Wechselwirkung elektrischer Ladungen diskutierten.

3 In diesem Fall meinen wir eine solche Eigenschaft von Elementarteilchen wie ihren eigenen mechanischen Drehimpuls – den Spin.