Теории земного магнетизма по физике

Разбираем тему магнетизма в физике, его природные источники и основные формулы.

Что такое магнетизм в физике

Это взаимодействие движущихся электрических зарядов, которое происходит на расстояния благодаря магнитному полю. Как и электричество, это одно из проявлений электромагнитного воздействия.

Природа земного магнетизма

Сегодня принято считать, что геомагнетизм вызван определенным перечнем причин. Дело в том, что источник главного магнитного поля и его вариаций расположен в ядре планеты. В магнитноактивной оболочке Земли (в ее тонком верхнем слое) находится совокупность источников, которые рождают аномальное поле. Источники околоземного пространства находятся во внешнем поле, которое также называют переменным электромагнитным полем Земли. Оба этих поля обыкновенно объединяют общим термином: постоянное геомагнитное поле.

Оно находится под воздействием потока солнечной плазмы (или солнечного ветра). В результате этого взаимодействия возникает магнитопауза (внешняя граница околоземного магнитного поля), которая ограничивает земную магнитосферу. Ее форма всегда меняется в зависимости от солнечного ветра. Часть энергии ветра попадает внутрь магнитосферы и передается токовым системам околоземного пространства. Такие изменения магнитного поля Земли во времени и называют геомагнитными вариациями. Их различают по длительности и локализации, и каждая из них имеет свою морфологию.

Основные уравнения и законы теории магнетизма

Закон электромагнитной индукции Фарадея

Это основной закон классической электродинамики, который затрагивает принцип работы трансформаторов, дросселей и многих других видов электродвигателей и генераторов.

Это понятие сформулировано следующим образом:

Для любого контура индуцированная электродвижущая сила (ЭДС) равна скорости изменения магнитного потока, проходящего через этот контур, взятой со знаком минус.

Формула выглядит следующим образом:

\(\varepsilon\;=\;\Delta Ф/\Delta t,\)

где \(\varepsilon\;\)- ЭДС индукции в контуре, 

\(\Delta Ф/\Delta t\) - скорость изменения потока.

Закон Ампера

Это закон о взаимодействии электрических токов.

Параллельные проводники с электрическими токами, текущими в одном направлении, притягиваются, а в противоположных — отталкиваются.

С помощью этого закона также определяется сила, с которой поле действует на малый отрезок проводника с током.

Модуль силы Ампера находится по формуле:

\(dF\;=\;IBdl\sin\alpha,\)

где \(I\) — сила тока, \(B\) — магнитная индукция, \(dl\) — элемент длины проводника, \(\alpha\) — угол между вектором индукции и направлением, вдоль которого течет ток.

Закон Био-Савара-Лапласа

Он существует для определения вектора индукции магнитного поля, порождаемого постоянным электрическим током. С помощью него можно также вычислить поле движущегося точечного заряда.

Можно сказать, что это главный закон магнитостатики, из которого получаются все остальные результаты и выводы.

В международной системе единиц СИ формулу Био-Савара-Лапласа для вакуума можно записать так:

\(dB=(\mu0/(4\pi))(Idlsin\alpha/r^2),\)

где \(\mu0\) — магнитная постоянная.

Сила Лоренца

Сила, с которой электромагнитное поле действует на точечную заряженную частицу. В международной системе единиц она выражается так:

\(F\;=\;q(E\;+\;\lbrack v\;\ast\;B\rbrack),\)

где \(q\) — заряд со стороны магнитного поля, \(v\) — скорость заряда, \(Е\) — электрическое поле, \(B\) — магнитное поле, а \(v * B\) — векторное произведение двух величин.

Теорема о циркуляции магнитного поля

Это одна из фундаментальных теорем в электродинамике, которая гласит:

Циркуляция магнитного поля постоянных токов по всякому замкнутому контуру пропорциональна сумме сил токов, пронизывающих контур циркуляции.

Также эта теорема в некоторых источниках называется теоремой Ампера или законом Ампера о циркуляции.

Ее формула выглядит так:

\(\oint L¯Hd¯r=\sum Im(6).\)

На носу контрольная, а все равно ничего не понятно? Пиши специалистам ФениксХелп, они помогут разобраться с темой любой сложности!