Dia 2

Työvaiheet

Aseta tavoitteet ja tavoitteet Käytännön osa. Tutkimus ja havainto. Johtopäätös.

Dia 3

Tarkoitus: tutkia kokeellisesti magneettisten ilmiöiden ominaisuuksia. Tavoitteet: - Kirjallisuuden opiskelu. - Suorita kokeita ja havaintoja.

Dia 4

Magnetismi

Magnetismi on liikkuvien sähkövarausten vuorovaikutuksen muoto, joka tapahtuu etäisyyden päässä magneettikentän kautta. Magneettisella vuorovaikutuksella on tärkeä rooli maailmankaikkeudessa tapahtuvissa prosesseissa. Tässä on kaksi esimerkkiä, jotka vahvistavat sanotun. Tiedetään, että tähden magneettikenttä synnyttää aurinkotuulen kaltaisen tähtituulen, joka pienentämällä tähden massaa ja hitausmomenttia muuttaa sen kehityksen kulkua. Tiedetään myös, että Maan magnetosfääri suojaa meitä kosmisten säteiden tuhoisilta vaikutuksilta. Jos sitä ei olisi ollut olemassa, planeettamme elävien olentojen evoluutio olisi ilmeisesti kulkenut eri polulla, eikä elämää maapallolla ehkä olisi syntynyt ollenkaan.

Dia 5

Dia 6

Maan magneettikenttä

Pääsyy Maan magneettikentän olemassaoloon on se, että Maan ydin koostuu kuumasta raudasta (hyvä maapallon sisällä syntyvien sähkövirtojen johde). Graafisesti Maan magneettikenttä on samanlainen kuin kestomagneetin magneettikenttä. Maan magneettikenttä muodostaa magnetosfäärin, joka ulottuu 70-80 tuhatta km Auringon suuntaan. Se suojaa maapallon pintaa, suojaa varautuneiden hiukkasten haitallisilta vaikutuksilta, suurilta energioilta ja kosmisilta säteiltä sekä määrittää sään luonteen. Auringon magneettikenttä on 100 kertaa suurempi kuin Maan.

Dia 7

Magneettikentän muutos

Syynä jatkuviin muutoksiin on mineraaliesiintymien esiintyminen. Maapallolla on alueita, joilla rautamalmien esiintyminen vääristää suuresti sen omaa magneettikenttää. Esimerkiksi Kurskin magneettinen anomalia, joka sijaitsee Kurskin alueella. Syynä lyhytaikaisiin muutoksiin Maan magneettikentässä on "aurinkotuulen", ts. Auringon lähettämän varautuneiden hiukkasten virran toiminta. Tämän virtauksen magneettikenttä on vuorovaikutuksessa Maan magneettikentän kanssa ja "magneettisia myrskyjä" syntyy.

Dia 8

Ihminen ja magneettimyrskyt

Sydän- ja verenkiertoelimistö, verenpaine kohoaa, sepelvaltimoverenkierto heikkenee. Magneettiset myrskyt aiheuttavat pahenemista sydän- ja verisuonijärjestelmän sairauksista (sydäninfarkti, aivohalvaus, verenpainekriisi jne.) kärsivän ihmisen kehossa. Hengityselimet Biorytmit muuttuvat magneettisten myrskyjen vaikutuksesta. Joidenkin potilaiden tila huononee ennen magneettisia myrskyjä ja toisten jälkeen. Tällaisten potilaiden sopeutumiskyky magneettisten myrskyjen olosuhteisiin on erittäin heikko.

Dia 9

Käytännön osa

Tavoite: kerätä tiedot ambulanssipuheluiden määrästä vuodelta 2008 ja tehdä johtopäätös. Selvittää lapsuuden sairastuvuuden ja magneettimyrskyjen välistä korrelaatiota.

Tervehdys, rakkaat lukijat. Luonto kätkee monia salaisuuksia. Ihminen onnistui löytämään selityksiä joillekin mysteereille, mutta ei toisille. Luonnon magneettisia ilmiöitä tapahtuu maapallollamme ja ympärillämme, ja joskus emme yksinkertaisesti huomaa niitä.

Yksi näistä ilmiöistä voidaan nähdä ottamalla magneetti ja osoittamalla se metallinaulaa tai tappia kohti. Katso kuinka he houkuttelevat toisiaan.

Monet meistä muistavat vieläkin kokeita tällä esineellä, jolla on magneettikenttä, koulun fysiikan kurssilta.

Toivottavasti muistat mitä magneettiset ilmiöt ovat? Tietenkin tämä on kyky houkutella muita metalliesineitä itseensä, joilla on magneettikenttä.

Harkitse magneettista rautamalmia, josta magneetit valmistetaan. Jokaisella teistä on todennäköisesti tällaisia ​​magneetteja jääkaapin ovessa.

Saatat olla kiinnostunut tietämään, mitä muita magneettisia luonnonilmiöitä on olemassa? Koulun fysiikan tunneista tiedämme, että kentät voivat olla magneettisia ja sähkömagneettisia.

Olkoon teille tiedossa, että magneettinen rautamalmi tunnettiin elävässä luonnossa jo ennen aikakauttamme. Tällä hetkellä luotiin kompassi, jota Kiinan keisari käytti lukuisissa kampanjoissaan ja vain merikävelyissään.

Sana magneetti on käännetty kiinan kielestä rakastavaksi kiveksi. Upea käännös, eikö?

Matkoillaan magneettista kompassia käyttänyt Christopher Columbus huomasi, että maantieteelliset koordinaatit vaikuttavat kompassin neulan poikkeamaan. Myöhemmin tämä havaintotulos johti tutkijat päättämään, että maapallolla on magneettikenttiä.

Magneettikentän vaikutus elävässä ja elottomassa luonnossa

Muuttolintujen ainutlaatuinen kyky paikantaa elinympäristönsä tarkasti on aina kiinnostanut tutkijoita. Maan magneettikenttä auttaa heitä makaamaan erehtymättä. Ja monien eläinten vaellukset riippuvat tästä maapallon kentästä.

Joten ei vain linnut, vaan myös sellaiset eläimet kuin:

• Kilpikonnat
• Meren äyriäiset
• Lohi kala
• Salamanterit
• ja monia muita eläimiä.

Tutkijat ovat havainneet, että elävien organismien kehossa on erityisiä reseptoreita sekä magnetiittihiukkasia, jotka auttavat aistimaan magneettisia ja sähkömagneettisia kenttiä.

Mutta kuinka tarkalleen luonnossa elävä olento löytää oikean maamerkin, ei tiedemiehet pysty yksiselitteisesti vastaamaan.

Magneettiset myrskyt ja niiden vaikutukset ihmisiin

Tiedämme jo maapallomme magneettikentistä. Ne suojaavat meitä auringosta saapuvien varautuneiden mikrohiukkasten vaikutuksilta. Magneettinen myrsky ei ole muuta kuin äkillinen muutos meitä suojaavassa maan sähkömagneettisessa kentässä.

Etkö ole huomannut, kuinka joskus sinulla on äkillinen terävä kipu pään temppeliin ja sitten ilmenee heti voimakas päänsärky? Kaikki nämä ihmiskehossa esiintyvät tuskalliset oireet osoittavat tämän luonnonilmiön olemassaolon.

Tämä magneettinen ilmiö voi kestää tunnista 12 tuntiin tai se voi olla lyhytikäinen. Ja kuten lääkärit ovat huomauttaneet, iäkkäät ihmiset, joilla on sydän- ja verisuonitauteja, kärsivät tästä enemmän.

On havaittu, että pitkittyneen magneettisen myrskyn aikana sydänkohtausten määrä lisääntyy. On olemassa useita tutkijoita, jotka seuraavat magneettisten myrskyjen esiintymistä.

Joten rakkaat lukijani, joskus kannattaa ottaa selvää heidän ulkonäöstään ja yrittää estää niiden kauheita seurauksia, jos mahdollista.

Magneettiset poikkeavuudet Venäjällä

Maapallomme laajalla alueella on monenlaisia ​​magneettisia poikkeavuuksia. Otetaanpa niistä vähän selvää.

Kuuluisa tiedemies ja tähtitieteilijä P.B. Inokhodtsev tutki vuonna 1773 kaikkien Venäjän keskiosan kaupunkien maantieteellistä sijaintia. Silloin hän löysi voimakkaan poikkeaman Kurskin ja Belgorodin alueelta, missä kompassin neula pyöri kuumeisesti. Vasta vuonna 1923 porattiin ensimmäinen kaivo, joka paljasti metallimalmia.

Tiedemiehet eivät vieläkään pysty selittämään valtavia rautamalmin kertymiä Kurskin magneettisessa poikkeamassa.

Tiedämme maantieteen oppikirjoista, että kaikki rautamalmi louhitaan vuoristoalueilla. Ei tiedetä, kuinka rautamalmiesiintymät syntyivät tasangolle.

Brasilian magneettinen anomalia

Brasilian valtameren rannikolla, yli 1000 kilometrin korkeudessa, useimmat tämän paikan yli lentävien lentokoneiden instrumentit - lentokoneet ja jopa satelliitit - lopettavat toimintansa.

Kuvittele oranssi appelsiini. Sen kuori suojaa massaa, ja maan magneettikenttä ilmakehän suojaavalla kerroksella suojaa planeettamme haitallisilta avaruuden vaikutuksilta. Ja brasilialainen poikkeama on kuin lommo tässä kuoressa.

Lisäksi salaperäisiä havaittiin useammin kuin kerran tässä epätavallisessa paikassa.

Maamme monia mysteereitä ja salaisuuksia on vielä paljastettavana tiedemiehille, ystävilleni. Haluaisin toivottaa sinulle hyvää terveyttä ja että epäsuotuisat magneettiset ilmiöt ohittavat sinut!

Toivottavasti pidit lyhyestä katsauksestani luonnon magneettisista ilmiöistä. Tai ehkä olet jo havainnut niitä tai tuntenut niiden vaikutuksen itseesi. Kirjoita siitä kommentteihin, olen kiinnostunut lukemaan siitä. Ja siinä kaikki tälle päivälle. Anna minun sanoa hyvästit sinulle ja nähdään taas.

Suosittelen tilaamaan blogipäivitykset. Voit myös arvioida artikkelin 10-järjestelmän mukaan merkitsemällä sen tietyllä määrällä tähtiä. Tule käymään ja tuo ystäväsikin, sillä tämä sivusto on luotu erityisesti sinua varten. Olen varma, että löydät täältä varmasti paljon hyödyllistä ja mielenkiintoista tietoa.

Myrskyt jne. Miten ne syntyvät? Mikä niille on ominaista?

Magnetismi

Magneettisia ilmiöitä ja ominaisuuksia kutsutaan yhteisesti magnetismiksi. Niiden olemassaolo on ollut tiedossa jo pitkään. Oletetaan, että jo neljätuhatta vuotta sitten kiinalaiset käyttivät tätä tietoa kompassin luomiseen ja merimatkojen navigointiin. He alkoivat tehdä kokeita ja tutkia vakavasti fyysistä magneettista ilmiötä vasta 1800-luvulla. Hans Oerstediä pidetään yhtenä ensimmäisistä tutkijoista tällä alalla.

Magneettisia ilmiöitä voi esiintyä sekä avaruudessa että maan päällä ja esiintyä vain magneettikentissä. Tällaiset kentät syntyvät sähkövarauksista. Kun varaukset ovat paikallaan, niiden ympärille muodostuu sähkökenttä. Niiden liikkuessa syntyy magneettikenttä.

Eli magneettikentän ilmiö tapahtuu sähkövirran tai vaihtuvan sähkökentän ilmaantumisen yhteydessä. Tämä on avaruuden alue, jossa voima vaikuttaa magneetteihin ja magneettijohtimiin. Sillä on oma suunta ja se pienenee liikkuessaan pois lähteestään - johtimesta.

Magneetit

Kehoa, jonka ympärille se muodostuu, kutsutaan magneetiksi. Pienin niistä on elektroni. Magneettien vetovoima on tunnetuin fyysinen magneettinen ilmiö: jos laitat kaksi magneettia vierekkäin, ne joko houkuttelevat tai hylkivät. Kyse on heidän asemastaan ​​suhteessa toisiinsa. Jokaisella magneetilla on kaksi napaa: pohjoinen ja etelä.

Kuten pylväät hylkivät, ja toisin kuin pylväät, päinvastoin, houkuttelevat. Jos leikkaat sen kahtia, pohjois- ja etelänavat eivät eroa. Tuloksena saamme kaksi magneettia, joista jokaisessa on myös kaksi napaa.

On olemassa useita materiaaleja, joilla on nämä ominaisuudet: rauta, koboltti, nikkeli, teräs jne. Niiden joukossa on nesteitä, seoksia ja kemiallisia yhdisteitä. Jos pidät magneetteja magneetin lähellä, niistä itsestään tulee yksi.

Aineet, kuten puhdas rauta, saavat helposti tämän ominaisuuden, mutta myös jättävät sille nopeasti hyvästit. Toisten (esimerkiksi teräksen) magnetoituminen kestää kauemmin, mutta ne säilyttävät vaikutuksen pitkään.

Magnetisointi

Yllä totesimme, että magneettikenttä syntyy, kun varautuneet hiukkaset liikkuvat. Mutta millaisesta liikkeestä voidaan puhua esimerkiksi jääkaapissa roikkuvassa raudanpalassa? Kaikki aineet koostuvat atomeista, jotka sisältävät liikkuvia hiukkasia.

Jokaisella atomilla on oma magneettikenttä. Mutta joissakin materiaaleissa nämä kentät on suunnattu kaoottisesti eri suuntiin. Tästä johtuen niiden ympärille ei muodostu yhtä suurta kenttää. Tällaiset aineet eivät pysty magnetisoitumaan.

Muissa materiaaleissa (rauta, koboltti, nikkeli, teräs) atomit pystyvät asettumaan riviin siten, että ne kaikki osoittavat samalla tavalla. Tämän seurauksena niiden ympärille muodostuu yleinen magneettikenttä ja keho magnetoituu.

Osoittautuu, että kappaleen magnetoituminen on sen atomien kenttien järjestystä. Voit rikkoa tämän järjestyksen lyömällä sitä kovaa, esimerkiksi vasaralla. Atomien kentät alkavat liikkua kaoottisesti ja menettävät magneettiset ominaisuutensa. Sama tapahtuu, jos materiaalia kuumennetaan.

Magneettinen induktio

Magneettiset ilmiöt liittyvät liikkuviin varauksiin. Siten magneettikenttä syntyy varmasti sähkövirtaa kuljettavan johtimen ympärille. Mutta voisiko asia olla toisinpäin? Englantilainen fyysikko Michael Faraday esitti kerran tämän kysymyksen ja löysi magneettisen induktion ilmiön.

Hän päätteli, että vakiokenttä ei voi aiheuttaa sähkövirtaa, mutta vaihtokenttä voi. Virta syntyy magneettikentän suljetussa silmukassa ja sitä kutsutaan induktioksi. Sähkömotorinen voima muuttuu suhteessa kentän nopeuden muutokseen, joka läpäisee piirin.

Faradayn löytö oli todellinen läpimurto ja toi huomattavia etuja sähkölaitteiden valmistajille. Hänen ansiostaan ​​oli mahdollista saada virtaa mekaanisesta energiasta. Tieteen johtamaa lakia sovellettiin ja sovelletaan sähkömoottoreiden, erilaisten generaattoreiden, muuntajien jne. suunnittelussa.

Maan magneettikenttä

Jupiterilla, Neptunuksella, Saturnuksella ja Uranuksella on magneettikenttä. Planeettamme ei ole poikkeus. Tavallisessa elämässä emme juuri huomaa sitä. Se on aineeton, sillä ei ole makua tai hajua. Mutta magneettiset ilmiöt luonnossa liittyvät siihen. Kuten aurora, magneettiset myrskyt tai magnetoresepti eläimillä.

Pohjimmiltaan maapallo on valtava, mutta ei kovin vahva magneetti, jossa on kaksi napaa, jotka eivät ole samat kuin maantieteelliset. Magneettiset viivat lähtevät planeetan etelänavalta ja tulevat pohjoisnavalle. Tämä tarkoittaa, että itse asiassa Maan etelänapa on magneetin pohjoisnapa (siksi lännessä sininen on etelänapa - S ja punainen on pohjoisnapa - N).

Magneettikenttä ulottuu satojen kilometrien päähän planeetan pinnasta. Se toimii näkymätönnä kupolina, joka heijastaa voimakasta galaktista ja auringon säteilyä. Säteilyhiukkasten törmäyksessä Maan kuoren kanssa muodostuu monia magneettisia ilmiöitä. Katsotaanpa niistä kuuluisimpia.

Magneettiset myrskyt

Auringolla on voimakas vaikutus planeettaamme. Se ei ainoastaan ​​anna meille lämpöä ja valoa, vaan myös aiheuttaa sellaisia ​​epämiellyttäviä magneettisia ilmiöitä kuin myrskyt. Niiden ulkonäkö liittyy auringon aktiivisuuden lisääntymiseen ja tämän tähden sisällä tapahtuviin prosesseihin.

Maahan vaikuttaa jatkuvasti Auringosta tuleva ionisoituneiden hiukkasten virtaus. Ne liikkuvat 300-1200 km/s nopeudella ja niitä luonnehditaan aurinkotuuleksi. Mutta aika ajoin tähdellä tapahtuu äkillisiä valtavia määriä näitä hiukkasia. Ne vaikuttavat maan kuoreen iskuina ja saavat magneettikentän värähtelemään.

Tällaiset myrskyt kestävät yleensä jopa kolme päivää. Tällä hetkellä jotkut planeettamme asukkaista voivat huonosti. Kalvon heilahtelut aiheuttavat päänsärkyä, kohonnutta verenpainetta ja heikkoutta. Ihminen kokee elämänsä aikana keskimäärin 2000 myrskyä.

Revontulet

Luonnossa on myös miellyttävämpiä magneettisia ilmiöitä - revontulia tai auroraa. Se näkyy hehkuna taivaalla nopeasti muuttuvilla väreillä ja esiintyy pääasiassa korkeilla leveysasteilla (67-70°). Voimakkaalla auringon aktiivisuudella hehku havaitaan myös alhaisemmaksi.

Noin 64 kilometriä napojen yläpuolella varautuneet aurinkohiukkaset kohtaavat magneettikentän kauas. Täällä osa niistä on suunnattu Maan magneettinapoihin, joissa ne ovat vuorovaikutuksessa ilmakehän kaasujen kanssa, minkä vuoksi hehku ilmestyy.

Hehkun spektri riippuu ilman koostumuksesta ja sen harvinaisuudesta. Punaista hehkua esiintyy 150-400 kilometrin korkeudessa. Siniset ja vihreät sävyt liittyvät korkeaan happi- ja typen määrään. Niitä esiintyy 100 kilometrin korkeudessa.

Magneettivastaanotto

Pääasiallinen tiede, joka tutkii magneettisia ilmiöitä, on fysiikka. Jotkut niistä voivat kuitenkin liittyä myös biologiaan. Esimerkiksi elävien organismien magneettinen herkkyys on kyky tunnistaa Maan magneettikenttä.

Tämä ainutlaatuinen lahja on monilla eläimillä, erityisesti muuttoliikkeillä. Magnetoreseptiokyky on löydetty lepakoista, kyyhkysistä, kilpikonnista, kissoista, peuroista, joistakin bakteereista jne. Se auttaa eläimiä navigoimaan avaruudessa ja löytämään kotinsa siirtyen siitä kymmenien kilometrien päähän.

Jos ihminen käyttää kompassia suuntautumiseen, niin eläimet käyttävät täysin luonnollisia työkaluja. Tutkijat eivät voi vielä määrittää tarkasti, kuinka ja miksi magnetoreseptio toimii. Mutta tiedetään, että kyyhkyset voivat löytää kotinsa, vaikka ne viedään satojen kilometrien päähän siitä, samalla kun ne sulkevat linnun täysin pimeään laatikkoon. Kilpikonnat löytävät syntymäpaikkansa jopa vuosia myöhemmin.

"Supervoimiensa" ansiosta eläimet ennakoivat tulivuorenpurkauksia, maanjäristyksiä, myrskyjä ja muita katastrofeja. He havaitsevat hienovaraisesti magneettikentän vaihtelut, mikä lisää heidän kykyään säilyttää itseään.

Tässä oppitunnissa, jonka aiheena on "Sähkömagneettinen kenttä", keskustelemme "sähkömagneettisen kentän" käsitteestä, sen ilmentymisen ominaisuuksista ja tämän kentän parametreista.

Puhumme matkapuhelimessa. Miten signaali välitetään? Miten signaali välitetään Marsiin lentävältä avaruusasemalta? Tyhjyydessä? Kyllä, ainetta ei ehkä ole, mutta tämä ei ole tyhjyyttä, on jotain muuta, jonka kautta signaali välitetään. Tätä asiaa kutsuttiin sähkömagneettiseksi kenttään. Tämä ei ole suoraan havaittavissa oleva, vaan todella olemassa oleva luonnonkohde.

Jos äänisignaali on muutos aineen, esimerkiksi ilman, parametreissa (kuva 1), niin radiosignaali on muutos EM-kentän parametreissa.

Riisi. 1. Ääniaaltojen eteneminen ilmassa

Sanat "sähköinen" ja "magneettinen" ovat meille selvät, olemme jo tutkineet erikseen sähköilmiöitä (kuva 2) ja magneettisia ilmiöitä (kuva 3), mutta miksi sitten puhutaan sähkömagneettisesta kentästä? Tänään selvitämme sen.

Riisi. 2. Sähkökenttä

Riisi. 3. Magneettikenttä

Esimerkkejä sähkömagneettisista ilmiöistä.

Mikroaaltouuni luo voimakkaita, ja mikä tärkeintä, erittäin nopeasti muuttuvia sähkömagneettisia kenttiä, jotka vaikuttavat sähkövaraukseen. Ja kuten tiedämme, aineiden atomit ja molekyylit sisältävät sähkövarauksen (kuva 4). Tässä sähkömagneettinen kenttä vaikuttaa siihen pakottaen molekyylit liikkumaan nopeammin (kuva 5) - lämpötila nousee ja ruoka lämpenee. Röntgensäteilyllä, ultraviolettisäteellä ja näkyvällä valolla on sama luonne.

Riisi. 4. Vesimolekyyli on dipoli

Riisi. 5. Sähkövarauksen omaavien molekyylien liike

Mikroaaltouunissa sähkömagneettinen kenttä välittää energiaa aineelle, jota käytetään lämmitykseen, näkyvä valo välittää energiaa silmän reseptoreille, jota käytetään aktivoimaan reseptori (kuva 6), ultraviolettisäteiden energiaa käytetään muodostavat ihossa melaniinia (rusketuksen ilme, kuva 7) ja Röntgensäteiden energia saa kalvon muuttumaan mustaksi, jossa näet kuvan luurangostasi (kuva 8). Kaikissa näissä tapauksissa sähkömagneettisella kentällä on erilaiset parametrit, ja siksi sillä on erilaiset vaikutukset.

Riisi. 6. Ehdollinen kaavio silmäreseptorin aktivoinnista näkyvän valon energialla

Riisi. 7. Ihon rusketus

Riisi. 8. Filmin tummuminen röntgenkuvauksen aikana

Joten kohtaamme sähkömagneettisen kentän paljon useammin kuin miltä näyttää, ja olemme pitkään tottuneet siihen liittyviin ilmiöihin.

Tiedämme siis, että sähkökenttä syntyy sähkövarausten ympärillä (kuva 9). Täällä kaikki on selvää.

Riisi. 9. Sähkökenttä sähkövarauksen ympärillä

Jos sähkövaraus liikkuu, niin sen ympärille syntyy, kuten tutkimme, magneettikenttä (kuva 10). Tässä jo herää kysymys: sähkövaraus liikkuu, sen ympärillä on sähkökenttä, mitä tekemistä magneettikentällä on sen kanssa? Vielä yksi kysymys: sanomme "lataus liikkuu". Mutta liike on suhteellista, ja se voi liikkua yhdessä vertailukehyksessä ja olla levossa toisessa (kuva 11). Tarkoittaako tämä, että magneettikenttä on olemassa yhdessä vertailukehyksessä, mutta ei toisessa? Mutta kentän ei pitäisi olla olemassa tai sitä ei pitäisi olla olemassa riippuen viitekehyksen valinnasta.

Riisi. 10. Magneettikenttä liikkuvan sähkövarauksen ympärillä

Riisi. 11. Varauksen liikkeen suhteellisuusteoria

Tosiasia on, että on yksi sähkömagneettinen kenttä, ja sillä on yksi lähde - sähkövaraus. Siinä on kaksi komponenttia. Sähkö- ja magneettikentät ovat erillisiä ilmentymiä, yksittäisen sähkömagneettisen kentän erillisiä komponentteja, jotka ilmenevät eri tavoin eri vertailujärjestelmissä (kuva 12).

Riisi. 12. Sähkömagneettisen kentän ilmenemismuodot

Voit valita vertailukehyksen, jossa näkyy vain sähkökenttä tai vain magneettikenttä tai molemmat kerralla. On kuitenkin mahdotonta valita vertailujärjestelmää, jossa sekä sähköiset että magneettiset komponentit ovat nolla, eli jossa sähkömagneettinen kenttä lakkaa olemasta.

Viitejärjestelmästä riippuen näemme joko yhden kentän komponentin tai toisen tai molemmat. Se on kuin kappaleen liike ympyrässä: jos katsot sellaista kappaletta ylhäältä, näemme liikkeen ympyrää pitkin (kuva 13), jos sivulta, näemme värähtelyjä segmenttiä pitkin (kuva 14). ). Kussakin projektiossa koordinaattiakselille ympyräliike on värähtelyä.

Riisi. 13. Kehon liike ympyrässä

Riisi. 14. Kehon värähtely segmenttiä pitkin

Riisi. 15. Ympyränmuotoisten liikkeiden projektio koordinaattiakselille

Toinen analogia on pyramidin projektio tasoon. Se voidaan projisoida kolmioksi tai neliöksi. Tasossa nämä ovat täysin erilaisia ​​hahmoja, mutta kaikki tämä on pyramidi, jota tarkastellaan eri puolilta. Mutta ei ole kulmaa, josta pyramidi katoaisi kokonaan. Se näyttää enemmän neliöltä tai kolmiolta (kuva 16).

Riisi. 16. Pyramidin projektiot tasoon

Harkitse virtaa kuljettavaa johdinta. Siinä negatiiviset varaukset kompensoidaan positiivisilla, sähkökenttä sen ympärillä on nolla (kuva 17). Magneettikenttä ei ole nolla (Kuva 18) Tarkastelimme magneettikentän syntymistä johtimen ympärille. Valitaan vertailujärjestelmä, jossa sähkövirran muodostavat elektronit ovat paikallaan. Mutta tässä vertailukehyksessä johtimen positiivisesti varautuneet ionit liikkuvat vastakkaiseen suuntaan suhteessa elektroneihin: magneettikenttä syntyy silti (kuva 18).

Riisi. 17. Johdin, jonka sähkökenttä on nolla

Riisi. 18. Magneettikenttä virtaa kuljettavan johtimen ympärillä

Jos elektronit olisivat tyhjiössä, tässä vertailukehyksessä niiden ympärille syntyisi sähkökenttä, koska niitä ei kompensoida positiivisilla varauksilla, mutta magneettikenttää ei olisi (kuva 19).

Riisi. 19. Sähkökenttä elektronien ympärillä tyhjiössä

Katsotaanpa toista esimerkkiä. Otetaan kestomagneetti. Sen ympärillä on magneettikenttä, mutta ei sähköistä. Itse asiassa protonien ja elektronien sähkökenttä kompensoituu (kuva 20).

Riisi. 20. Magneettikenttä kestomagneetin ympärillä

Otetaan vertailukehys, jossa magneetti liikkuu. Pyörresähkökenttä ilmestyy liikkuvan kestomagneetin ympärille (kuva 21). Kuinka tunnistaa se? Laitetaan metallirengas (liikkumaton tässä vertailukehyksessä) magneetin reitille. Siinä syntyy virta - tämä on hyvin tunnettu sähkömagneettisen induktion ilmiö: kun magneettivuo muuttuu, syntyy sähkökenttä, joka johtaa varausten liikkumiseen, virran ilmestymiseen (kuva 22). Yhdessä vertailukehyksessä ei ole sähkökenttää, mutta toisessa se näkyy.

Riisi. 21. Vortex-sähkökenttä liikkuvan kestomagneetin ympärillä

Riisi. 22. Sähkömagneettisen induktion ilmiö

Kestomagneetin magneettikenttä

Missä tahansa aineessa ytimen ympäri kiertäviä elektroneja voidaan pitää pienenä sähkövirtana, joka kulkee ympyrässä (kuva 23). Tämä tarkoittaa, että sen ympärille syntyy magneettikenttä. Jos aine ei ole magneettinen, se tarkoittaa, että elektronien pyörimistasot on suunnattu mielivaltaisesti ja yksittäisten elektronien magneettikentät kompensoivat toisiaan, koska ne on suunnattu kaoottisesti.

Riisi. 23. Elektronien pyörimisen esitys ytimen ympärillä

Magneettisissa aineissa elektronien kiertotasot ovat suunnilleen samansuuntaisia ​​(kuva 24). Siksi kaikkien elektronien magneettikentät summautuvat, ja nollasta poikkeava magneettikenttä saadaan koko magneetin mittakaavassa.

Riisi. 24. Elektronien pyöriminen magneettisissa aineissa

Kestomagneetin ympärillä on magneettikenttä tai pikemminkin sähkömagneettisen kentän magneettinen komponentti (kuva 25). Voimmeko löytää vertailukehyksen, jossa magneettikomponentti muuttuu nollaksi ja magneetti menettää ominaisuutensa? Vieläkin ei. Itse asiassa elektronit pyörivät samassa tasossa (katso kuva 24 milloin tahansa, elektronien nopeudet eivät ole suunnattu samaan suuntaan (kuva 26). Joten on mahdotonta löytää viitekehystä, jossa ne kaikki jäätyvät ja magneettikenttä katoaa.

Riisi. 25. Magneettikenttä kestomagneetin ympärillä

Siten sähkö- ja magneettikentät ovat yhden sähkömagneettisen kentän eri ilmenemismuotoja. Ei voida sanoa, että tietyssä avaruuden pisteessä on vain magneettikenttä tai vain sähkökenttä. Voi olla yhtä tai toista. Kaikki riippuu viitekehyksestä, josta tarkastelemme tätä kohtaa.

Miksi aiemmin puhuttiin erikseen sähkö- ja magneettikentistä? Ensinnäkin se tapahtui historiallisesti: ihmiset ovat tienneet magneeteista pitkään, ihmiset ovat pitkään havainneet meripihkaan sähköistyvän turkista, eikä kukaan tajunnut, että nämä ilmiöt olivat luonteeltaan samanlaisia. Ja toiseksi, tämä on kätevä malli. Ongelmissa, joissa emme ole kiinnostuneita sähköisten ja magneettisten komponenttien välisestä suhteesta, on kätevää tarkastella niitä erikseen. Kaksi levossa olevaa varausta tietyssä vertailukehyksessä vuorovaikuttavat sähkökentän kautta - sovellemme niihin Coulombin lakia, emme ole kiinnostuneita siitä, että nämä samat elektronit voivat liikkua jossain vertailukehyksessä ja luoda magneettikentän, ja ratkaisemme onnistuneesti ongelma (kuva 27) .

Riisi. 27. Coulombin laki

Magneettikentän vaikutusta liikkuvaan varaukseen tarkastellaan toisessa mallissa, ja se toimii soveltuvuuden puitteissa erinomaisesti myös useiden ongelmien ratkaisemisessa (kuva 28).

Riisi. 28. Vasemman käden sääntö

Yritetään ymmärtää, kuinka sähkömagneettisen kentän komponentit liittyvät toisiinsa.

On syytä huomata, että tarkka suhde on melko monimutkainen. Sen on kehittänyt brittiläinen fyysikko James Maxwell. Hän johti kuuluisat 4 Maxwell-yhtälöä (kuva 29), joita tutkitaan yliopistoissa ja jotka edellyttävät korkeamman matematiikan tuntemusta. Emme tietenkään tutki niitä, mutta muutamalla yksinkertaisella sanalla ymmärrämme, mitä ne tarkoittavat.

Riisi. 29. Maxwellin yhtälöt

Maxwell luotti toisen fyysikon, Faradayn työhön (kuva 30), joka yksinkertaisesti kuvasi laadullisesti kaikki ilmiöt. Hän teki piirustuksia (kuva 31) ja muistiinpanoja, jotka auttoivat suuresti Maxwellia.

Riisi. 31. Michael Faradayn piirroksia kirjasta "Electricity" (1852)

Faraday löysi sähkömagneettisen induktion ilmiön (kuva 32). Muistetaan mikä se on. Vaihtuva magneettikenttä synnyttää johtimeen indusoidun emf:n. Toisin sanoen vaihtuva magneettikenttä (kyllä, tässä tapauksessa ei sähkövaraus) synnyttää sähkökentän. Tämä sähkökenttä on pyörre, eli sen linjat ovat suljettuja (kuva 33).

Riisi. 32. Michael Faradayn piirustukset kokeeseen

Riisi. 33. Indusoituneen emf:n esiintyminen johtimessa

Lisäksi tiedämme, että liikkuva sähkövaraus synnyttää magneettikentän. Olisi oikeampaa sanoa, että se syntyy vaihtuvasta sähkökentästä. Varauksen liikkuessa sähkökenttä muuttuu kussakin pisteessä, ja tämä muutos synnyttää magneettikentän (kuva 34).

Riisi. 34. Magneettikentän syntyminen

Voit huomata magneettikentän esiintymisen kondensaattorin levyjen välissä. Kun se latautuu tai purkautuu, levyjen väliin syntyy vuorotteleva sähkökenttä, joka puolestaan ​​synnyttää magneettikentän. Tässä tapauksessa magneettikenttäviivat ovat tasossa, joka on kohtisuorassa sähkökenttäviivoja vastaan ​​(kuva 35).

Riisi. 35. Magneettikentän esiintyminen kondensaattorilevyjen välissä

Katsotaan nyt Maxwellin yhtälöitä (Kuva 29), lyhyt selitys niistä on alla viitteellesi.

Divergenssikuvake on matemaattinen operaattori, joka korostaa sen kentän komponentin, jolla on lähde, eli kenttäviivat alkavat ja päättyvät johonkin. Katso toista yhtälöä: tämä magneettikentän komponentti on nolla: magneettikenttäviivat eivät ala tai pääty mihinkään, magneettista varausta ei ole. Katsokaa ensimmäistä yhtälöä: tämä sähkökentän komponentti on verrannollinen varaustiheyteen. Sähkökenttä syntyy sähkövarauksella.

Mielenkiintoisimpia ovat seuraavat kaksi yhtälöä. Roottorikuvake on matemaattinen operaattori, joka korostaa kentän pyörrekomponenttia. Kolmas yhtälö tarkoittaa, että pyörteen sähkökenttä syntyy ajassa muuttuvan magneettikentän vaikutuksesta (tämä on derivaatta, joka, kuten matematiikasta tiedät, tarkoittaa magneettikentän muutosnopeutta). Eli puhumme sähkömagneettisesta induktiosta.

Neljäs yhtälö osoittaa, jos et kiinnitä huomiota suhteellisuuskertoimiin: pyörteen magneettikenttä syntyy muuttuvasta sähkökentästä, samoin kuin sähkövirrasta ( - virrantiheys). Puhumme siitä, minkä tiedämme hyvin: magneettikenttä syntyy liikkuvasta sähkövarauksesta ja.

Kuten näette, vaihtuva magneettikenttä voi tuottaa vaihtuvan sähkökentän, ja vaihtuva sähkökenttä puolestaan ​​tuottaa vaihtuvan magneettikentän ja niin edelleen (kuva 36).

Riisi. 36. Vaihtuva magneettikenttä voi synnyttää vaihtuvan sähkökentän ja päinvastoin

Tämän seurauksena avaruuteen voi muodostua sähkömagneettinen aalto (kuva 37). Näillä aalloilla on erilaisia ​​ilmenemismuotoja - nämä ovat radioaallot, näkyvä valo, ultravioletti ja niin edelleen. Puhumme tästä seuraavilla tunneilla.

Riisi. 37. Sähkömagneettinen aalto

Bibliografia

1. Kasjanov V.A. Fysiikka. 11. luokka: Koulutus. yleissivistävää koulutusta varten toimielimet. - M.: Bustard, 2005.
2. Myakishev G.Ya. Fysiikka: Oppikirja. 11 luokalle Yleissivistävä koulutus toimielimet. - M.: Koulutus, 2010.

1. Internet-portaali "studopedia.su" ()
2. Internet-portaali “worldofschool.ru” ()

Kotitehtävät

1. Onko mahdollista havaita magneettikenttä vertailukehyksessä, joka liittyy johonkin tasaisesti liikkuviin elektroneihin TV-kuvaputkeen syntyvässä virtauksessa?
2. Mikä kenttä ilmestyy elektronin ympärille, joka liikkuu tietyssä vertailukehyksessä vakionopeudella?
3. Millainen kenttä liikkumattoman, staattisella sähköllä ladatun meripihkan ympäriltä voidaan havaita? Liikkuvan ympärillä? Perustele vastauksesi.