Любой человек, наблюдающий происходящие в наши дни явления, связанные с глобальным изменением климата на планете, так или иначе, но задумывается, во-первых, над причинами роста числа и силы природных катаклизмов, во-вторых, над возможностью долгосрочного прогнозирования природных стихий с целью помощи обществу. Ведь сегодня всё чаще звучит информация о вхождении человечества в эпоху глобальных природных катаклизмов. Существует ли возможность если не полного предотвращения, то хотя бы минимизации последствий глобального изменения климата на планете? Поиск привёл к весьма впечатляющей и позитивно обнадёживающей информации - докладу сообщества учёных АЛЛАТРА НАУКА: " " . В докладе содержится уникальная информация для каждого человека, поскольку это ключ к решению климатических проблем любой сложности. В нём также показан реальный путь выхода из сложившейся ситуации через объединение мирового сообщества на созидательных, духовно-нравственных основах.

Магнитное поле Земли - это естественный «щит» планеты от вредоносной для всего живого космической и солнечной радиации. По факту, если бы Земля не обладала собственным магнитным полем, то и жизнь, в привычном для нас виде, была бы на ней невозможна. Напряжённость магнитного поля Земли распределяется неоднородно и составляет на поверхности в среднем около 50 000 нТл (0,5 Э) и варьируется в пределах от 20 000 нТл до 60 000 нТл.

Рис. 1. «Снимок» главного магнитного поля на поверхности Земли в июне 2014 на основе данных со спутников Swarm. Красным цветом обозначены области сильного магнитного поля, а синим - ослабленного .

Однако наблюдения показывают, что магнитное поле Земли постепенно ослабевает , при этом смещаются геомагнитные полюса. Как сказано в вышеупомянутом докладе, на эти процессы оказывают влияние, в первую очередь, определённые космические факторы , хотя традиционная наука о них пока не ведает и не учитывает, пытаясь безрезультатно найти ответы в недрах Земли.

Данные, передаваемые спутниками Swarm, запущенными Европейским космическим агентством (European Space Agency, ESA), подтверждают общую тенденцию ослабления величины магнитного поля, причём наибольший уровень снижения наблюдается в Западном полушарии нашей планеты .

Рис. 2. Изменение напряжённости магнитного поля Земли за период c января 2014 по июнь 2014 по данным Swarm. На рисунке сиреневый цвет соответствует увеличению, а тёмно-синий - уменьшению напряжённости в диапазоне ±100 нТл .

Анализируя последствия множества сти-хийных бедствий, учёными было установле-но, что перед началом сейсмической активности появляются аномалии маг-нитного поля Земли. В частности, землетрясению, произошедшему 11 марта 2011 года в Японии, предшествовала активизация Тихоокеанской литосферной плиты в зонах субдукции. Данное событие стало своеобразным индикатором но-вой фазы сейсмической активности, связанной с ускорением движения этой литосферной плиты. Смещение геомагнитных полюсов, расположен-ных в Восточной Сибири и Тихом оке-ане, вследствие космических факторов, привело к ши-рокомасштабным изменениям веко-вых магнитных вариаций на террито-рии Японского архипелага. Результатом этих явлений стала серия мощных землетрясений, магнитудой 9,0.

Официально считается, что за последние 100 лет магнитное поле Земли ослабло примерно на 5%. В области так называемой Южной Атлантической аномалии у берегов Бразилии ослабление было еще более существенным. Однако, стоит отметить, что ранее, впрочем как и сейчас, наземные измерения проводятся точечно, причём на суше, что уже не может отражать полную картину вековых изменений магнитного поля. Также не учитываются дыры в магнитном поле Земли - своеобразные бреши в магнитосфере, через которые проникают огромные потоки солнечной радиации. По неизвестным традиционной науке причинам количество этих дыр постоянно растёт. Но о них мы поговорим в следующих публикациях.

Известно, что ослабление магнитного поля Земли ведёт к переполюсовке, при которой северный и южный магнитные полюса меняются местами, происходит их инверсия. Исследования в области палеомагнетизма показали, что ранее во время переполюсовок, которые происходили постепенно, магнитное поле Земли теряло дипольную структуру. Инверсии магнитного поля предшествовало его ослабление, а после неё величина поля вновь возрастала до прежних значений. В прошлом данные инверсии в среднем происходили примерно каждые 250 000 лет. Но со времени последней, как утверждают учёные, прошло уже около 780 000 лет. Однако каких-либо объяснений столь длительного периода стабильности официальная наука дать пока не может. Кроме того, в научных кругах корректность интерпретации палеомагнитных данных периодически подвергается критике. Так или иначе, но стремительное ослабление магнитного поля в наши дни является признаком начала глобальных процессов как в космическом пространстве, так и в недрах Земли. Именно поэтому происходящие на планете катаклизмы вызваны в большей степени природными факторами, нежели антропогенным влиянием.

Традиционная наука пока затрудняется и с поиском ответа на вопрос: что же происходит с магнитным полем в момент инверсии? Исчезает ли оно полностью или же ослабевает до определённых критических значений? На этот счёт существует множество теорий и предположений, но ни одна из них не кажется достоверной. Одна из попыток моделирования магнитного поля в момент инверсии показана на Рис. 3:

Рис. 3. Модельное представление главного магнитного поля Земли в его современном состоянии (слева) и в процессе переполюсовки (справа). Со временем магнитное поле Земли из дипольного может превратиться в мультипольное, а затем опять сформируется стабильная дипольная структура. Однако направление поля изменится на противоположное: северный геомагнитный полюс окажется на месте южного, а южный перейдёт в Северное полушарие.

Сам факт наличия существенных магнитных аномалий в момент переполюсовки может приводить к глобальным тектоническим явлениям на Земле, а также представлять серьёзную опасность для всего живого на планете ввиду повышающегося уровня солнечной радиации.

Развитием методов наблюдения за магнитным полем Земли, а также за септонным полем Земли занимается . Эти данные позволяют своевременно реагировать на их вариации и предпринимать контрмеры, направленные на устранение либо минимизацию природных катаклизмов. Заблаговременное определение очагов будущей стихии (землетрясений, извержений вулканов, торнадо, ураганов) даёт возможность запустить адаптивные механизмы, благодаря чему значительно снижается интенсивность сейсмической и вулканической активности, появляется время для предупреждения населения, проживающего на опасной территории. Данное направление передовых научных исследований называется климатический геоинжиниринг и включает в себя разработки его нового направления и мето-дов, полностью безопасных для целостности эко-системы и жизнедеятельности людей, основанные на фундаментально новом понимании физики ‒ ИСКОННОЙ ФИЗИКЕ АЛЛАТРА . На сегодняшний день в этом направлении сделан ряд успешных шагов, которые приобрели твёрдую научную основу и практическое подтверждение. Начальная стадия практической разработки данно-го направления уже демонстрирует стабильные ре-зультаты… .

В период всё возрастающей опасности глобальных климатических событий человечеству жизненно необходимо сплотиться на созидательных духовно-нравственных основах, постоянно расширять познания ИСКОННОЙ ФИЗИКИ АЛЛАТРА , развивать перспективные научные направления, упомянутые в докладе. ДУХОВНОСТЬ и НАУКА АЛЛАТРА - это именно тот прочный фундамент, который позволит выжить человечеству в эпоху глобального изменения климата и создать в новых условиях общество нового образца, о котором давно мечтает человечество. Начальные знания даны в докладах сообщества ALLATRA SCIENCE, и теперь очень многое зависит от каждого человека, чтобы использовались они исключительно во благо!

Виталий Афанасьев

Литература :

Доклад «О проблемах и последствиях глобального изменения климата на Земле. Эффективные пути решения данных проблем» интернациональной группы учёных Международного общественного движения «АЛЛАТРА», 26 ноября 2014 г. ;

Взаимосвязь электрических и магнитных полей замечена очень давно. Данную связь еще в 19 веке обнаружил английский ученый-физик Фарадей и дал ему название . Она появляется в тот момент, когда магнитный поток пронизывает поверхность замкнутого контура. После того как происходит изменение магнитного потока в течение определенного времени, в этом контуре наблюдается появление электрического тока.

Взаимосвязь электромагнитной индукции и магнитного потока

Суть магнитного потока отображается известной формулой: Ф = BS cos α. В ней Ф является магнитным потоком, S - поверхность контура (площадь), В - вектор магнитной индукции. Угол α образуется за счет направления вектора магнитной индукции и нормали к поверхности контура. Отсюда следует, что максимального порога магнитный поток достигнет при cos α = 1, а минимального - при cos α = 0.

Во втором варианте вектор В будет перпендикулярен к нормали. Получается, что линии потока не пересекают контур, а лишь скользят по его плоскости. Следовательно, определять характеристики будут линии вектора В, пересекающие поверхность контура. Для расчета в качестве единицы измерения используется вебер: 1 вб = 1в х 1с (вольт-секунда). Еще одной, более мелкой единицей измерения служит максвелл (мкс). Он составляет: 1 вб = 108 мкс, то есть 1 мкс = 10-8 вб.

Для исследования Фарадеем были использованы две проволочные спирали, изолированные между собой и размещенные на катушке из дерева. Одна из них соединялась с источником энергии, а другая - с гальванометром, предназначенным для регистрации малых токов. В тот момент, когда цепь первоначальной спирали замыкалась и размыкалась, в другой цепи стрелка измерительного устройства отклонялась.

Проведение исследований явления индукции

В первой серии опытов Майкл Фарадей вставлял намагниченный металлический брусок в катушку, подключенную к току, а затем вынимал его наружу (рис. 1, 2).

1 2

В случае помещения магнита в катушку, подключенную к измерительному прибору, в цепи начинает протекать индукционный ток. Если магнитный брусок удаляется из катушки, индукционный ток все равно появляется, но его направление становится уже противоположным. Следовательно, параметры индукционного тока будут изменены по направлению движения бруска и в зависимости от полюса, которым он помещается в катушку. На силу тока оказывает влияние быстрота перемещения магнита.

Во второй серии опытов подтверждается явление, при котором изменяющийся ток в одной катушке, вызывает индукционный ток в другой катушке (рис. 3, 4, 5). Это происходит в моменты замыкания и размыкания цепи. От того, замыкается или размыкается электрическая цепь, будет зависеть и направление тока. Кроме того, эти действия есть ни что иное, как способы изменения магнитного потока. При замыкании цепи он будет увеличиваться, а при размыкании - уменьшаться, одновременно пронизывая первую катушку.

3 4

5

В результате опытов было установлено, что возникновение электрического тока внутри замкнутого проводящего контура возможно лишь в том случае, когда они помещаются в переменное магнитное поле. При этом, поток может изменяться во времени любыми способами.

Электрический ток, появляющийся под действием электромагнитной индукции, получил название индукционного, хотя это и не будет током в общепринятом понимании. Когда замкнутый контур оказывается в магнитном поле, происходит генерация ЭДС с точным значением, а не тока, зависящего от разных сопротивлений.

Данное явление получило название ЭДС индукции, которую отражает формула: Еинд = - ∆Ф/∆t. Ее значение совпадает с быстротой изменений магнитного потока, пронизывающего поверхность замкнутого контура, взятого с отрицательным значением. Минус, присутствующий в данном выражении, является отражением правила Ленца.

Правило Ленца в отношении магнитного потока

Известное правило было выведено после проведения цикла исследований в 30-х годах 19 века. Оно сформулировано в следующем виде:

Направление индукционного тока, возбуждаемого в замкнутом контуре изменяющимся магнитным потоком, оказывает влияние на создаваемое им магнитное поле таким образом, что оно в свою очередь создает препятствие магнитному потоку, вызывающему появление индукционного тока.

Когда магнитный поток увеличивается, то есть становится Ф > 0, а ЭДС индукции снижается и становится Еинд < 0, в результате этого появляется электроток с такой направленностью, при которой под влиянием его магнитного поля происходит изменение потока в сторону уменьшения при его прохождении через плоскость замкнутого контура.

Если поток снижается, то наступает обратный процесс, когда Ф < 0 и Еинд > 0, то есть действие магнитного поля индукционного тока, происходит увеличение магнитного потока, проходящего через контур.

Физический смысл правила Ленца заключается в отражении закона сохранения энергии, когда при уменьшении одной величины, другая увеличивается, и, наоборот, при увеличении одной величины другая будет уменьшаться. Различные факторы влияют и на ЭДС индукции. При вводе в катушку поочередно сильного и слабого магнита, прибор соответственно будет показывать в первом случае более высокое, а во втором - более низкое значение. То же самое происходит, когда изменяется скорость движения магнита.

На представленном рисунке видно, как определяется направление индукционного тока с применением правила Ленца. Синий цвет соответствует силовым линиям магнитных полей индукционного тока и постоянного магнита. Они расположены в направлении полюсов от севера к югу, которые имеются в каждом магните.

Изменяющийся магнитный поток приводит к возникновению индукционного электрического тока, направление которого вызывает противодействие со стороны его магнитного поля, препятствующее изменениям магнитного потока. В связи с этим, силовые линии магнитного поля катушки направлены в сторону, противоположную силовым линиям постоянного магнита, поскольку его движение происходит в сторону этой катушки.

Для определения направления тока используется с правой резьбой. Он должен ввинчиваться таким образом, чтобы направление его поступательного движения совпадало с направлением индукционных линий катушки. В этом случае направления индукционного тока и вращения рукоятки буравчика будут совпадать.

Компьютерное моделирование позволяет представить себе, как изменяется магнитное поле Земли при смене полярности. Прежде чем южный магнитный полюс станет северным, а северный южным, они оба на некоторое время исчезнут, или, что то же самое, их станет много. Credits Gary Glatzmaier, Paul Roberts

Ожидание катастроф лежит в человеческой природе. Начиная, как минимум, с библейских времен, наши предки ждали чего-то плохого: конца света, страшного суда, второго пришествия. Ждали и боялись. Продолжают ждать и бояться и наши современники. Только современный мир предлагает гораздо больше опций. Нобелевский лауреат по биологии Фрэнсис Крик в своей книге «Жизнь на Земле, ее зарождение и сущность» приводит четыре основных причины, по которым человечество может не дожить до конца ХXI века: глобальный вооруженный конфликт с использованием оружия массового поражения, фатальное загрязнение окружающей среды, исчерпание необходимых природных ресурсов, космическая катастрофа. Эти четыре класса причин расположены в порядке убывания их вероятности. Каждую из нее можно детализировать и дополнять в зависимости от силы воображения. В Х веке люди боялись начала нового тысячелетия, в конце XVI века предвестником конца света сочли вспыхнувшую на небе сверхновую, на рубеже XIX и ХХ веков было модно бояться приближающихся к Земле комет. Среди новых страшилок – опасность «переполюсовки», о которой говорят на протяжении нескольких последних лет.

Речь вот о чем. Магнитное поле нашей планеты имеет довольно сложную форму, которую принято представлять в виде так называемого мультипольного разложения – то есть бесконечной суммы элементарных в определенном смысле слагаемых. Первое слагаемое в этой сумме называется монопольным, но для Земли (а также для любого другого известного нам космического тела) оно равно нулю. Попросту говоря, это означает, что всякая магнитная линия, начавшаяся на поверхности Земли, на поверхности Земли и заканчивается. Следующее по величине слагаемое – дипольное. Его создает два бесконечно больших по заряду магнитных монополя, расположенных бесконечно близко друг к другу, или кольцевой электрический ток бесконечно большой силы и бесконечно малого радиуса. Для Земли это слагаемое значительно больше всех остальных, потому что, как сейчас принято считать, ее магнитное поле создается вихревыми движениями жидкого земного ядра. Заряды в нем перемещаются не очень быстро, так что ток получается не очень большой, зато очень большой радиус. Но даже этот большой радиус мал по сравнению с радиусом Земли.

Это не означает, что дипольный момент обязательно самое большое слагаемое в этой сумме. При некоторых обстоятельствах он пропадает совсем. Так произошло, например, на Солнце пять лет назад. На протяжении почти целого года – с марта 2000 по февраль 2001 года – на Солнце не было ни северного, ни южного магнитного полюса, или, если формально считать магнитным полюсом то место, где магнитная силовая линия пересекает поверхность звезды или планеты параллельно ее радиусу, то их было одновременно как минимум по два. Магнитное поле при этом ведет себя в высшей степени беспокойно, и в среднем сильно ослабевает. Происходи нечто подобное на Земле, нас ждало бы много неприятностей: затяжная и необычно сильная магнитная буря сопровождалась бы ослаблением магнитного поля в среднем. Магнитосфера хуже справлялась бы со своей важнейшей для биосферы функцией – защищать ее от потоков заряженных частиц из космоса и с Солнца.

Но и на Земле нечто подобное время от времени происходит. Правда, гораздо реже, чем на Солнце. На Солнце магнитные полюса меняются местами каждые одиннадцать лет. На Земле в последний раз магнитные полюса менялись местами 740 000 лет назад. И есть некоторые указания на то, что настало время пережить это вновь. На протяжении последних ста пятидесяти лет магнитное поле Земли заметно ослабевает. Может быть, оно ослабевало и раньше, но теперь выяснилось, что в период с 1590 года по 1840-й оно менялось значительно медленнее. Об этом свидетельствуют старые судовые журналы, исследованные Дэвидом Габбинсом и его коллегами из университета города Лидс (отчет об их исследовании был опубликован в журнале Science. 2006. Vol. 312. No. 5775. P. 900-902)

Их идея заключалась в том, чтобы восстановить значение дипольного момента магнитного поля Земли во времена предшествовавшие 1837 году. Именно в этом году великий немецкий математик Карл Гаусс открыл способ непосредственного измерения дипольного момента. И с тех пор его более или менее регулярно мерили. Но до того представления людей о магнитном поле были самыми расплывчатыми. Оказалось, что выход есть. Старые моряки с большим вниманием относились к показаниям компаса. Во-первых, уже во времена позднего Средневековья было известно, что компас почти никогда не показывает точно на Север. Легендарный итальянский врач, поэт и астроном Джироламо Фракасто (Girolamo Fracastoro, 1478–1553) предложил даже самое древнее дошедшее до нас теоретическое тому объяснение: магнитную стрелку компаса притягивают огромные железные горы на севере Атлантического океана. Именно поэтому она никогда не смотрит точно на север. С тех пор моряки внимательно регистрировали, насколько показание компаса отличается от истинного направления на север. Проблема, правда, в том, что они редко могли проделать это с нужной точностью и часто ошибались.

Но в конце XVII века моряки обнаружили новую неожиданность: магнитная стрелка не только «смотрит» мимо полюса, она еще и не параллельна поверхности Земли. На северном магнитном полюсе стрелка компаса вообще встает вертикально (если, конечно, предоставить ее самой себе). Тогда справедливо полагали, что знание такого «наклонения» (как его принято называть) позволяет уточнять направление на север по показанию компаса. А Дэвиду Габбинсу оно позволило уточнить само отличие между направлением на север и показанием компаса. Но несмотря ни на что всех собранных данных было недостаточно для восстановления полной картины изменения дипольного момента до 1840 года. Однако их было достаточно для принципиального вывода: магнитное поле нашей планеты ослабевает с возрастающей скоростью. Возможно она испытала несколько скачков за это время.

В настоящее время, то есть в течение последних ста пятидесяти лет, дипольный момент магнитного поля Земли убывает примерно на 0,5% каждые 10 лет. Нетрудно посчитать, что эта компонента поля обратится в ноль через две тысячи лет. Возможно, это и есть момент начала следующей смены полюсов. Новые результаты Габбинса показывают, что эту оценку следует пересмотреть. Дипольный момент обратится в ноль примерно вдвое быстрее.

Исследованием изменения магнитного поля занимались в университете штата Калифорния, восстанавливая данные о силе магнитного поля по ориентации магнитных частиц в горной породе и в осколках глиняной посуды. Геофизик Гэри Глацмайер (Gary Glatzmaier) использует эти данные для моделирования процессов, происходящих глубоко под поверхностью Земли и участвующих в создании магнитного поля. Он считает, что новое исследование, выполненное в Англии, подтверждает его принципиальную идею о неравномерности изменения магнитного поля, которое может увеличиваться, уменьшаться или оставаться неизменной на протяжении неопределенного периода времени. Вполне вероятно, что предположение о линейном изменении дипольного момента между 1590-м и 1840 годом слишком грубое. В конце концов, совпадение резкого изменения скорости ослабления дипольного момента магнитного поля и открытия Гаусса выглядит немного подозрительно. С равным успехом можно допустить, что по большей части и в период 1590–1840 поле ослабевало примерно с той же скоростью, но в некоторые, относительно короткие промежутки времени оно не ослабевало, а наоборот быстро росло. Из-за этого средняя скорость оказалась в два раза ниже. Вполне возможно, что за 740 тысяч лет, прошедших с момента последней «переполюсовки» Земля не раз начинала этот процесс вновь, но потом возвращалась к исходному состоянию.

Магнитное поле – это материальная среда, через которую осуществляется взаимодействие между проводниками с током или движущимися зарядами.

Свойства магнитного поля :

Характеристики магнитного поля :

Для исследования магнитного поля используют пробный контур с током. Он имеет малые размеры, и ток в нём много меньше тока в проводнике, создающем магнитное поле. На противоположные стороны контура с током со стороны магнитного поля действуют силы, равные по величине, но направленные в противоположные стороны, так как направление силы зависит от направления тока. Точки приложения этих сил не лежат на одной прямой. Такие силы называют парой сил . В результате действия пары сил контур не может двигаться поступательно, он поворачивается вокруг своей оси. Вращающее действие характеризуетсямоментом сил .

, гдеl –плечо пары сил (расстояние между точками приложения сил).

При увеличении тока в пробном контуре или площади контура пропорционально увеличится момент пары сил. Отношение максимального момента сил, действующего на контур с током, к величине силы тока в контуре и площади контура – есть величина постоянная для данной точки поля. Называется она магнитной индукцией .

, где
-магнитный момент контура с током.

Единица измерения магнитной индукции –Тесла [Тл].

Магнитный момент контура – векторная величина, направление которой зависит от направления тока в контуре и определяется поправилу правого винта : правую руку сжать в кулак, четыре пальца направить по направлению тока в контуре, тогда большой палец укажет направление вектора магнитного момента. Вектор магнитного момента всегда перпендикулярен плоскости контура.

За направление вектора магнитной индукции принимают направление вектора магнитного момента контура, ориентированного в магнитном поле.

Линия магнитной индукции – линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с направлением вектора магнитной индукции. Линии магнитной индукции всегда замкнуты, никогда не пересекаются.Линии магнитной индукции прямого проводника с током имеют вид окружностей, расположенных в плоскости, перпендикулярной проводнику. Направление линий магнитной индукции определяют по правилу правого винта.Линии магнитной индукции кругового тока (витка с током) также имеют вид окружностей. Каждый элемент витка длиной
можно представить как прямолинейный проводник, который создаёт своё магнитное поле. Для магнитных полей выполняется принцип суперпозиции (независимого сложения). Суммарный вектор магнитной индукции кругового тока определяется как результат сложения этих полей в центре витка по правилу правого винта.

Если величина и направление вектора магнитной индукции одинаковы в каждой точке пространства, то магнитное поле называют однородным . Если величина и направление вектора магнитной индукции в каждой точке не изменяются с течением времени, то такое поле называютпостоянным.

Величина магнитной индукции в любой точке поля прямо пропорциональна силе тока в проводнике, создающем поле, обратно пропорциональна расстоянию от проводника до данной точки поля, зависит от свойств среды и формы проводника, создающего поле.

, где
Н/А 2 ; Гн/м– магнитная постоянная вакуума ,

-относительная магнитная проницаемость среды ,

-абсолютная магнитная проницаемость среды .

В зависимости от величины магнитной проницаемости все вещества разделяют на три класса:

При увеличении абсолютной проницаемости среды увеличивается и магнитная индукция в данной точке поля. Отношение магнитной индукции к абсолютной магнитной проницаемости среды – величина постоянная для данной точки поли, е называют напряжённостью.

.

Векторы напряжённости и магнитной индукции совпадают по направлению. Напряжённость магнитного поля не зависит от свойств среды.

Сила Ампера – сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током.

Гдеl – длина проводника,- угол между вектором магнитной индукции и направлением тока.

Направление силы Ампера определяют по правилу левой руки : левую руку располагают так, чтобы составляющая вектора магнитной индукции, перпендикулярная проводнику, входила в ладонь, четыре вытянутых пальца направить по току, тогда отогнутый на 90 0 большой палец укажет направление силы Ампера.

Результат действия силы Ампера – движение проводника в данном направлении.

Если= 90 0 , тоF=max, если= 0 0 , тоF= 0.

Сила Лоренца – сила действия магнитного поля на движущийся заряд.

, гдеq– заряд,v– скорость его движения,- угол между векторами напряжённости и скорости.

Сила Лоренца всегда перпендикулярна векторам магнитной индукции и скорости. Направление определяют по правилу левой руки (пальцы – по движению положительного заряда). Если направление скорости частицы перпендикулярно линиям магнитной индукции однородного магнитного поля, то частица движется по окружности без изменения кинетической энергии.

Так как направление силы Лоренца зависит от знака заряда, то её используют для разделения зарядов.

Магнитный поток – величина, равная числу линий магнитной индукции, которые проходят через любую площадку, расположенную перпендикулярно линиям магнитной индукции.

, где- угол между магнитной индукцией и нормалью (перпендикуляром) к площадиS.

Единица измерения – Вебер [Вб].

Способы измерения магнитного потока:

Изменение ориентации площадки в магнитном поле (изменение угла)

Изменение площади контура, помещённого в магнитное поле

Изменение силы тока, создающего магнитное поле

Изменение расстояния контура от источника магнитного поля

Изменение магнитных свойств среды.

Фарадей регистрировал электрический ток в контуре, не содержащим источника, но находившемся рядом с другим контуром, содержащим источник. Причём ток в первом контуре возникал в следующих случаях: при любом изменении тока в контуре А, при относительном перемещении контуров, при внесении в контур А железного стержня, при движении относительно контура Б постоянного магнита. Направленное движение свободных зарядов (ток) возникает только в электрическом поле. Значит, изменяющееся магнитное поле порождает электрическое поле, которое и приводит в движение свободные заряды проводника. Это электрическое поле называютиндуцированным иливихревым .

Отличия вихревого электрического поля от электростатического:

Источник вихревого поля – изменяющееся магнитное поле.

Линии напряжённости вихревого поля замкнуты.

Работа, совершаемая этим полем по перемещению заряда по замкнутому контуру не равна нулю.

Энергетической характеристикой вихревого поля является не потенциал, а ЭДС индукции – величина, равная работе сторонних сил (сил не электростатического происхождения) по перемещению единицы заряда по замкнутому контуру.

.Измеряется в Вольтах [В].

Вихревое электрическое поле возникает при любом изменении магнитного поля, независимо от того, есть ли проводящий замкнутый контур или его нет. Контур только позволяет обнаружить вихревое электрическое поле.

Электромагнитная индукция – это возникновение ЭДС индукции в замкнутом контуре при любом изменении магнитного потока через его поверхность.

ЭДС индукции в замкнутом контуре порождает индукционный ток.

.

Направление индукционного тока определяют поправилу Ленца : индукционный ток имеет такое направление, что созданное им магнитное поле противодействует любому изменению магнитного потока, породившего этот ток.

Закон Фарадея для электромагнитной индукции : ЭДС индукции в замкнутом контуре прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром.

Токи Фуко – вихревые индукционные токи, возникающие в проводниках больших размеров, помещённых в изменяющееся магнитное поле. Сопротивление такового проводника мало, так как он имеет большое сечениеS, поэтому токи Фуко могут быть большими по величине, в результате чего проводник нагревается.

Самоиндукция – это возникновение ЭДС индукции в проводнике при изменении силы тока в нём.

Проводник с током создаёт магнитное поле. Магнитная индукция зависит от силы тока, следовательно собственный магнитный поток тоже зависит от силы тока.

, гдеL– коэффициент пропорциональности,индуктивность .

Единица измерения индуктивности – Генри [Гн].

Индуктивность проводника зависит от его размеров, формы и магнитной проницаемости среды.

Индуктивность увеличивается при увеличении длины проводника, индуктивность витка больше индуктивности прямого проводника такой же длины, индуктивность катушки (проводника с большим числом витков) больше индуктивности одного витка, индуктивность катушки увеличивается, если в неё вставить железный стержень.

Закон Фарадея для самоиндукции :
.

ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна скорости изменения тока.

ЭДС самоиндукции порождает ток самоиндукции, который всегда препятствует любому изменению тока в цепи, то есть, если ток увеличивается, ток самоиндукции направлен в противоположную сторону, при уменьшении тока в цепи, ток самоиндукции направлен в ту же сторону. Чем больше индуктивность катушки, тем больше ЭДС самоиндукции возникает в ней.

Энергия магнитного поля равна работе, которую совершает ток для преодоления ЭДС самоиндукции за время, пока ток возрастает от нуля до максимального значения.

.

Электромагнитные колебания – это периодические изменения заряда, силы тока и всех характеристик электрического и магнитного полей.

Электрическая колебательная система (колебательный контур) состоит из конденсатора и катушки индуктивности.

Условия возникновения колебаний :

Систему надо вывести из состояния равновесия, для этого сообщают заряд конденсатору. Энергия электрического поля заряженного конденсатора:

.

Система должна возвращаться в состояние равновесия. Под действием электрического поля заряд переходит с одной пластины конденсатора на другую, то есть в цепи возникает электрический ток, которые идёт по катушке. При увеличении тока в катушке индуктивности возникает ЭДС самоиндукции, ток самоиндукции направлен в противоположную сторону. Когда ток в катушке уменьшается, ток самоиндукции направлен в ту же сторону. Таким образом, ток самоиндукции стремиться возвратить систему к состоянию равновесия.

Электрическое сопротивление цепи должно быть малым.

Идеальный колебательный контур не имеет сопротивления. Колебания в нём называютсвободными.

Для любой электрической цепи выполняется закон Ома, согласно которому ЭДС, действующая в контуре, равна сумме напряжений на всех участках цепи. В колебательном контуре источника тока нет, но в катушке индуктивности возникает ЭДС самоиндукции, которая равна напряжению на конденсаторе.

Вывод: заряд конденсатора изменяется по гармоническому закону .

Напряжение на конденсаторе :
.

Сила тока в контуре :
.

Величина
- амплитуда силы тока.

Отличие от заряда на
.

Период свободных колебаний в контуре :

Энергия электрического поля конденсатора :

Энергия магнитного поля катушки :

Энергии электрического и магнитного полей изменяются по гармоническому закону, но фазы их колебаний разные: когда энергия электрического поля максимальна, энергия магнитного поля равна нулю.

Полная энергия колебательной системы :
.

В идеальном контуре полная энергия не изменяется.

В процессе колебаний энергия электрического поля полностью превращается в энергию магнитного поля и наоборот. Значит энергия в любой момент времени равна или максимальной энергии электрического поля, или максимальной энергии магнитного поля.

Реальный колебательный контур содержит сопротивление. Колебания в нём называютзатухающими.

Закон Ома примет вид:

При условии что затухание мало (квадрат собственной частоты колебаний много больше квадрата коэффициента затухания) логарифмический декремент затухания:

При сильном затухании (квадрат собственной частоты колебаний меньше квадрата коэффициента колебаний):

Это уравнение описывает процесс разрядки конденсатора на резистор. При отсутствии индуктивности колебаний не возникнет. По такому закону изменяется и напряжение на обкладках конденсатора.

Полная энергия в реальном контуре уменьшается, так как на сопротивлениеRпри прохождении тока выделяется теплота.

Переходный процесс – процесс, возникающий в электрических цепях при переходе от одного режима работы к другому. Оценивается временем (), в течение которого параметр, характеризующий переходный процесс изменится в е раз.

Для контура с конденсатором и резистором :
.

Теория Максвелла об электромагнитном поле :

1 положение:

Всякое переменное электрическое поле порождает вихревое магнитное. Переменное электрическое поле было названо Максвеллом током смещения, так как оно подобно обычному току вызывает магнитное поле.

Для обнаружения тока смещения рассматривают прохождение тока по системе, в которую включён конденсатор с диэлектриком.

Плотность тока смещения :
. Плотность тока направлена в сторону изменения напряжённости.

Первое уравнение Максвелла :
- вихревое магнитное поле порождается как токами проводимости (движущимися электрическими зарядами) так и токами смещения (переменным электрическим полем Е).

2 положение:

Всякое переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле – основной закон электромагнитной индукции.

Второе уравнение Максвелла :
- связывает скорость изменения магнитного потока сквозь любую поверхность и циркуляцию вектора напряжённости электрического поля, возникающего при этом.

Любой проводник с током создаёт в пространстве магнитное поле . Если ток постоянный (не изменяется с течением времени), то и связанное с ним магнитное поле тоже постоянное. Изменяющийся ток создаёт изменяющиеся магнитное поле. Внутри проводника с током существует электрическое поле. Следовательно, изменяющееся электрическое поле создаёт изменяющееся магнитное поле.

Магнитное поле вихревое, так как линии магнитной индукции всегда замкнуты. Величина напряженности магнитного поля Н пропорциональна скорости изменения напряжённости электрического поля . Направление вектора напряжённости магнитного полясвязано с изменением напряжённости электрического поляправилом правого винта: правую руку сжать в кулак, большой палец направить в сторону изменения напряжённости электрического поля, тогда согнутые 4 пальца укажут направление линий напряжённости магнитного поля.

Любое изменяющееся магнитное поле создаёт вихревое электрическое поле , линии напряжённости которого замкнуты и расположены в плоскости, перпендикулярной напряжённости магнитного поля.

Величина напряжённости Е вихревого электрического поля зависит от скорости изменения магнитного поля . Направление вектора Е связано с направлением изменения магнитного пол Н правилом левого винта: левую руку сжать в кулак, большой палец направить в сторону изменения магнитного поля, согнутые четыре пальца укажут направление линий напряжённости вихревого электрического поля.

Совокупность связанных друг с другом вихревых электрического и магнитного полей представляют электромагнитное поле . Электромагнитное поле не остаётся в месте зарождения, а распространяется в пространстве в виде поперечной электромагнитной волны.

Электромагнитная волна – это распространение в пространстве связанных друг с другом вихревых электрического и магнитного полей.

Условие возникновения электромагнитной волны – движение заряда с ускорением.

Уравнение электромагнитной волны :

- циклическая частота электромагнитных колебаний

t– время от начала колебаний

l– расстояние от источника волны до данной точки пространства

- скорость распространения волны

Время движения волны от источника до данной точки.

Векторы Е и Н в электромагнитной волне перпендикулярны друг другу и скорости распространения волны.

Источник электромагнитных волн – проводники, по которым протекают быстропеременные токи (макроизлучатели), а также возбуждённые атомы и молекулы (микроизлучатели). Чем больше частота колебаний, тем лучше излучаются в пространстве электромагнитные волны.

Свойства электромагнитных волн:

Все электромагнитные волны – поперечные

В однородной среде электромагнитные волны распространяются с постоянной скоростью , которая зависит от свойств среды:

- относительная диэлектрическая проницаемость среды

- диэлектрическая постоянная вакуума,
Ф/м, Кл 2 /нм 2

- относительная магнитная проницаемость среды

- магнитная постоянная вакуума,
Н/А 2 ; Гн/м

Электромагнитные волны отражаются от препятствий, поглощаются, рассеиваются, преломляются, поляризуются, дифрагируют, интерферируют .

Объёмная плотность энергии электромагнитного поля складывается из объёмных плотностей энергии электрического и магнитного полей:

Плотность потока энергии волн – интенсивность волны :

-вектор Умова-Пойнтинга .

Все электромагнитные волны расположены в ряд по частотам или длинам волн (
). Этот ряд –шкала электромагнитных волн .

Низкочастотные колебания . 0 – 10 4 Гц. Получают в генераторах. Они плохо излучаются

Радиоволны . 10 4 – 10 13 Гц. Излучаются твёрдыми проводниками, по которым проходят быстропеременные токи.

Инфракрасное излучение – волны, излучаемые всеми телами при температуре свыше 0 К, благодаря внутриатомным и внутри молекулярным процессам.

Видимый свет – волны, оказывающие действие на глаз, вызывая зрительное ощущение. 380-760 нм

Ультрафиолетовое излучение . 10 – 380 нм. Видимый свет и УФ возникают при изменении движения электронов внешних оболочек атома.

Рентгеновское излучение . 80 – 10 -5 нм. Возникает при изменении движения электронов внутренних оболочек атома.

Гамма-излучение . Возникает при распаде ядер атомов.

Что же такое постоянный магнит? Постоянным магнитом называется тело, способное долгое время сохранять намагничивание. В результате многократных исследований, проведенных многочисленных опытов, мы можем сказать, что только три вещества на Земле могут быть постоянными магнитами (рис. 1).

Рис. 1. Постоянные магниты. ()

Только эти три вещества и их сплавы могут быть постоянными магнитами, только они могут намагничиваться и сохранять такое состояние долгое время.

Постоянные магниты использовались очень давно, и в первую очередь это приборы ориентирования в пространстве - первый компас был изобретен в Китае для того, чтобы ориентироваться в пустыне. На сегодняшний день о магнитных стрелках, о постоянных магнитах уже никто не спорит, их используют повсеместно в телефонах и в радиопередатчиках и просто в различных электротехнических изделиях. Они могут быть разными: есть полосовые магниты (рис. 2)

Рис. 2. Полосовой магнит ()

А есть магниты, которые называются дугообразными или подковообразными (рис. 3)

Рис. 3. Дугообразный магнит ()

Исследование постоянных магнитов связано исключительно с их взаимодействием. Магнитное поле может создаваться электрическим током и постоянным магнитом, поэтому первое, что было проведено, - это исследования с магнитными стрелками. Если поднести магнит к стрелке, то мы увидим взаимодействие - одноименные полюса будут отталкиваться, а разноименные будут притягиваться. Такое взаимодействие наблюдается со всеми магнитами.

Расположим вдоль полосового магнита маленькие магнитные стрелки (Рис. 4), южный полюс будет взаимодействовать с северным, а северный будет притягивать южный. Магнитные стрелки будут располагаться вдоль линии магнитного поля. Принято считать, что магнитные линии направлены вне постоянного магнита от северного полюса к южному, а внутри магнита от южного полюса к северному. Таким образом, магнитные линии замкнуты точно так же, как и у электрического тока, это концентрические окружности, они замыкаются внутри самого магнита. Получается, что вне магнита магнитное поле направлено от севера к югу, а внутри магнита от юга к северу.

Рис. 4. Лини магнитного поля полосового магнита ()

Для того чтобы пронаблюдать форму магнитного поля полосового магнита, форму магнитного поля дугообразного магнита, воспользуемся следующими приборами или деталями. Возьмем прозрачную пластину, железные опилки и проведем эксперимент. Посыплем железными опилками пластину, находящуюся на полосовом магните (рис. 5):

Рис. 5. Форма магнитного поля полосового магнита ()

Мы видим, что линии магнитного поля выходят из северного полюса и входят в южный полюс, по густоте линий можно судить о полюсах магнита, где линии гуще - там находятся полюса магнита (рис. 6).

Рис. 6. Форма магнитного поля дугообразного магнита ()

Аналогичный опыт проведем с дугообразным магнитом. Мы видим, что магнитные линии начинаются на северном и заканчиваются на южном полюсе по всему магниту.

Нам уже известно, что магнитное поле образуется только вокруг магнитов и электрических токов. Как же нам определить магнитное поле Земли? Любая стрелка, любой компас в магнитном поле Земли строго ориентированы. Раз магнитная стрелка строго ориентируется в пространстве, следовательно, на нее действует магнитное поле, и это магнитное поле Земли. Можно сделать вывод о том, что наша Земля - это большой магнит (Рис. 7) и, соответственно, этот магнит создает в пространстве достаточно мощное магнитное поле. Когда мы смотрим на стрелку магнитного компаса, мы знаем, что красная стрелочка показывает на юг, а синяя на север. Как же располагаются магнитные полюсы Земли? В этом случае необходимо помнить о том, что на северном географическом полюсе Земли располагается южный магнитный полюс и на южном географическом полюсе располагается северный магнитный полюс Земли. Если рассмотреть Землю как тело, находящееся в пространстве, то можно говорить о том, что, когда мы идем по компасу на север, мы придем на южный магнитный полюс, а когда идем на юг - мы попадем на северный магнитный полюс. На экваторе стрелочка компаса будет располагаться практически горизонтально относительно поверхности Земли, и чем ближе мы будем находиться к полюсам, тем вертикальнее будет расположение стрелки. Магнитное поле Земли могло изменяться, были времена, когда полюсы менялись относительно друг друга, то есть южный был там, где северный, и наоборот. По предположению ученых, это было предвестником больших катастроф на Земле. Последние несколько десятков тысячелетий этого не наблюдалось.

Рис. 7. Магнитное поле Земли ()

Магнитные и географические полюса не совпадают. Внутри самой Земли тоже существует магнитное поле, и, как в постоянном магните, оно направлено от южного магнитного полюса к северному.

Откуда же берется магнитное поле в постоянных магнитах? Ответ на этот вопрос дал французский ученый Андре-Мари Ампер. Он высказал идею о том, что магнитное поле постоянных магнитов объясняется элементарными, простейшими токами, протекающими внутри постоянных магнитов. Эти простейшие элементарные токи определенным образом усиливают друг друга и создают магнитное поле. Отрицательно заряженная частица - электрон - движется вокруг ядра атома, это движение можно считать направленным, и, соответственно, вокруг такого движущегося заряда создается магнитное поле. Внутри любого тела количество атомов и электронов просто огромно, соответственно, все эти элементарные токи принимают упорядоченное направление, и мы получаем достаточно значительное магнитное поле. То же самое мы можем сказать о Земле, то есть магнитное поле Земли очень напоминает магнитное поле постоянного магнита. А постоянный магнит - это достаточно яркая характеристика любого проявления магнитного поля.

Кроме существования магнитных бурь, существуют еще магнитные аномалии. Они связаны с солнечным магнитным полем. Когда на Солнце происходят достаточно мощные взрывы или выбросы, они происходят не без помощи проявления магнитного поля Солнца. Это эхо достигает Земли и сказывается на ее магнитном поле, в результате мы с вами наблюдаем магнитные бури. Магнитные аномалии связаны с залежами железных руд в Земле, огромные залежи в течение долгого времени намагничиваются магнитным полем Земли, и все тела, находящиеся вокруг, будут испытывать действие магнитного поля со стороны этой аномалии, стрелки компасов будут показывать неправильное направление.

На следующем уроке мы с вами рассмотрим другие явления, связанные с магнитными действиями.

Список литературы

1. Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. Физика 8 / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. - М.: Мнемозина.
2. Перышкин А.В. Физика 8. - М.: Дрофа, 2010.
3. Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. - М.: Просвещение.

1. Class-fizika.narod.ru ().
2. Class-fizika.narod.ru ().
3. Files.school-collection.edu.ru ().

Домашнее задание

1. Какой из концов стрелки компаса притягивается к северному полюсу Земли?
2. В каком месте Земли нельзя верить магнитной стрелке?
3. О чем говорит густота линий на магните?