Магнетно поле

Шематски приказ на магнетните линии кои одат од северниот магнетен пол (црвена боја) и влегуваат во јужниот магнетен пол (зелена боја). Во таа смисла условно Северниот Пол може да се смета како позитивен, а јужниот како негативен.

Магнетното поле е механичко поле, кое се создава од честички со ненулев магнетен момент (на пример од магнетни момент на електроните во атомите на постојан магнет) или од промената во времето на електричното поле. Ова е една од двете компоненти на електромагнетното поле. Неговите главни карактеристики се неговата сила и насока, дефинирани од векторот на магнетната индукција, односно тоа е векторски поле. SI силата на магнетното поле се мери со тесли (ознака Т).

Комплексната математика на магнетното поле на еден објект обично е претставена преку магнетни линии. Овие така наречени линии се чисто математичка апстракција и не постојат физички. Сепак, растурат железен прав во близина на магнет формира слични на имагинарните линии и дава претстава за нивното располагање.

Магнетите извршуваат сила еден на друг преку магнетните полиња кои се создаваат. Електричната струја и во принцип на движење на вчитани честички создава магнетно поле. Магнетното поле на постојан магнет опстојува главно благодарение на електроните неповрзани во двојки. За да се создаде магнетно поле потребна е енергија која се ослободува кога полето се уништува. Електричните и магнетните полиња се неразделно поврзани. Промената во електричното поле создава магнетно поле и промените во магнетното поле создаваат електрична енергија. Ова се опишува со равенките на Максвел. Од гледна точка на специјалната теорија на релативноста овие две полиња се всушност различна манифестација на ист предмет - електромагнетното поле. Од гледна точка на квантната механика тоа електромагнетно поле се создава од виртуелни фотон. Во некои едноставни случаи полето може да се утврди со законот на Био-сејверот или од теорема за циркулацијата (во понатамошниот исто така закон на ампер). Во посложени случаи се бара како решение за равенки на Максвел.

Ова магнетно поле се манифестира преку содејство врз магнетните моменти на честичките и телата, движејќи електрични вчитани честички. Силата, дејствувајќи врз движењето во магнетното поле се нарекува сила на Лоренц. Таа е пропорционална на наполнетоста на ова честичка и на векторско поле и брзината на движењете на ова честичка.

Магнетните полиња наоѓаат широка примена уште одамна. Земјата има свое магнетно поле, што е важно за навигацијата, бидејќи Северниот Пол на компасите всушност е свртен кон јужниот магнетен пол на Земјата, кој се наоѓа во близина на северниот географски пол. Денес магнетните полиња се користат во електрични мотори, трансформатори, генератори и многу други електрични уреди.

Историja

До 19 век

Едно од првите презентации на магнетно поле, Рене Декарт, 1644.

Иако магнетите и магнетизмот се познати од антиката, еден од првите описи на магнетното поле е она на французинот Петрус Перегринус од 1269 година, врз основа на сликата на магнетното поле на сферичен магнет добиени по растурање на железен прав. Забележале дека линиите се собираат во две точки, тој ги нарекува овие точки полови по аналогија со половите на Земјата. Три века подоцна, Вилијам Гилберт го образложил експериментот на Перегринус и станал првиот кој изразува тврдењето дека Земјата е исто така еден огромен магнет. Тој објави ја De Magnete во 1600 година и помага за воспоставување на учењето за магнетизмот како наука.

Едни од првите успешни описи и карти на магнетното поле се создадени во 1824 година од Симеон Дени Поасон. Тој претпоставува дека магнетизмот се должи на „магнетни полначи, кои можат да се привлекуваат или одвелкуваат“. Овој модел е целосно сличен на современиот модел од електростатиката, според кој електричните полиња се создаваат од позитивни и негативни електрични полначи. Овој модел предвидува правилно H-полето на постојани магнети, правилно опишување и предвидување на силите меѓу нив, дури тој ја пресметува правилно енергија, која се содржи во магнетното поле. Моделот има сепак две важни недостатоци. Прво, магнетните полначи не постојат, ако еден магнет го исечете на две, не се создаваат два одделни магнетни столбови, а второ, моделот не може да ја објасни врската помеѓу струјата и магнетот.

Современа теорија на магнетизмот

Основите на современата теорија на магнетизмот се составени од неколку револуционерни откритија од пред 1820 година. Ханс Кристијан Оерстед открива дека електричната струја, која тече низ кабел може да генерира магнетно поле околу него. Андре Мари Ампер покажува дека две паралелни жици, по кои тече струја во еден и ист правец се привлекуваа. И на крај, Жан Батист Био и Феликс Савар ги откриваат закони на Био-Савар, кое го претскажува магнетното поле околу проводник по кој тече струjа.

Во 1825 година Ампер ги дополнува откритијата со својот Закон на Ампер, кој помага да се стават темелите на електромагнетизмот. Во 1831 година Мајкл Фарадеј покажува дека спротивното е исто така точно, односно магнетното поле генерира електрично поле и на тој начин ја докажал тесната врска меѓу електрична енергија и магнетизмот.

Помеѓу 1861 и 1865 година, Џејмс Кларк Максвел ги објавил равенките на Максвел, кои ги имаат струјата и магнетизмот во една единствена теорија. За прв пат тој ги објавува со наслов On Physical Lines of Force во 1861 година. Овој сет на равенки е нецелосен, додека крајната верзија е објавена во 1865 година со наслов A Dynamical Theory of the Electromagnetic Fieldи покажува дека светлината е електромагнетски бран. Овој факт е потврден експериментално од страна на Хајнрих Херц во 1887 година.

Во 20-тиот век теоријата е проширена и обработена. Алберт Ајнштајн, во својата статија во 1905 година за релативитет покажува дека електричното и магнетното поле се манифестација на истата појава, гледано од различни почетни координативен систем. Квантната теорија ги дава и основите на квантната електродинамика.

B и H

Терминот магнетно поле се однесува на две различни векторска полиња, означени со H и B. Големината ${H}$ се вика напон на магнетното поле. Историски магнетно поле се однесува на H, додека ${B}$ се нарекува магнетна индукција. Магнетна индукција B се јавува основна карактеристика на магнетното поле. бидејќи токму таа ги одредува важечката сила на полначот, а исто така бидејќи B и E се јавуваат компоненти на единствен тензор на електромагнетното поле.Исто така, во еден тензор се здружуваат износите H и D (електрична индукција). Поделбата на електромагнетното поле на магнетно и електрично е совршено условно и зависи од изборот на почетниот систем. Единиците во кои се мери големината B во СИ се Тесла (Т), додека H се мери во ампер / метар (А / m).

Магнетното поле на постојани магнети

Насоката на магнетните линии е претставена преку поставеноста на одделните честички на железен прав, кои се ориентираат по овие линии. Честички се расфрлани на лист хартија, ставена на постојан магнет.

Според современите претстави секоја интеракција се врши преку „поле“. Постојат различни видови на полиња и нивното учење зазема централно место во современата физика.

Англискиот физичар Мајкл Фарадеј прв дошол до заклучок дека постојаните магнети комуницираат преку создадени од нив полиња. Секој магнет е извор на магнетното поле што го исполнува просторот околу него и му дава нови својства. Овие својства се изразуваат на пример со тоа што на секој друг магнет, поставен во полето дејствува одредена сила. Магнетното поле на земјата дејствува на стрелката на компасот со сили, кои ја вртат во насока север - југ. На овој начин магнетните сили дејствуваат од далечина, а тие произлегуваат од полето на местото каде се наоѓа магнетна стрелка и се спроведени врз неа.

Поврзано

• Земјино магнетно поле
• Ефект на Хол

Надворешни врски

• Магнитни полиња
• Магнетно поле
• Како изгледаат магнетните полиња