L'induction magnétique est une quantité vectorielle caractérisant l'intensité et la direction du champ magnétique en un point de l'espace. Vous l'avez probablement déjà vu dans les images sur les leçons de physique: turbulences sous la forme de méridiens planétaires convergeant vers les pôles d'un fer à cheval rouge et bleu. Les premières images du champ magnétique ont été essayées au 17ème siècle. Apparemment, en utilisant des limailles métalliques. L'amplitude de l'induction magnétique est déterminée par les paramètres du milieu.
Lignes de champ magnétique
Champ magnétique et magnétisme
L'induction magnétique décrit un champ beaucoup plus précisément que d'autres méthodes. Les termes enchevêtrés interfèrent avec la compréhension. L'induction est confondue avec la tension. Les deux termes sont vectoriels, décrivent un champ. La tension ne dépend pas des caractéristiques de l'environnement, mais diffère en cela. Le magnétisme est connu depuis l'Antiquité.Les scientifiques sont impuissants à déterminer la date à laquelle le champ de la Terre a commencé à être utilisé par les marins, les historiens ont révélé les faits curieux suivants:
- Olmec( une ancienne tribu indienne) utilisait des aiguilles magnétisées en 1500 av. Il n’existe aucune preuve précise concernant l’objet de la structure. On pense que, grâce au magnétisme, l’ancien peuple déterminait la direction.
- En Chine, les premiers documents écrits font référence au IIe siècle av. Des aiguilles magnétiques ont été utilisées pour prévoir la nature du terrain à la surface de la Terre afin d’arranger des habitations selon les techniques du Feng Shui.
Les faits historiques sont appelés la première civilisation moderne, qui a commencé à pratiquer la navigation avec orientation par le champ magnétique de la Terre, en Chine. X - XI siècle après JC.La conception est soigneusement ignorée par les sources écrites. Nous prenons le risque de supposer que la boussole répète les exploits des devins:
- La fin d’une aiguille en métal est magnétisée par le fer.
- Le produit est suspendu à un fil de soie. La cire agit comme un fixateur pour le point de fixation.
Les appareils fabriqués de cette manière sont orientés vers le sud, puis vers le nord. En fonction des conditions de magnétisation de l'aiguille. L'Europe a appris la boussole quelques siècles plus tard. La première source décrivant la conception de tels dispositifs, avec l'astrolabe, est une simple lettre( 1269 après JC), esquissée par Petrus "Peregrinus"( Pèlerin) à un certain propriétaire foncier du temps du siège de la Lucera italienne. Apparemment, le surnom de l'auteur indique que l'auteur connaît bien le sujet. L'astrolabe a aidé à déterminer l'heure locale. En combinaison avec la boussole, il est devenu possible de calculer les coordonnées géographiques. Les deux appareils ont simplifié la navigation( bien entendu, la priorité est donnée aux voyages en mer).
Le champ magnétique terrestre a longtemps été utilisé par les voyageurs pour viser la surface de la planète. Avec des dispositifs exotiques: des cristaux, divisant la lumière du soleil et permettant ainsi de déterminer l'emplacement de l'étoile principale dans le ciel. L'astrolabe a ajouté une projection stéréographique( d'une sphère sur un plan) de tous les corps. Permettant de faire des calculs dans le noir. Il suffit de mesurer avec alidade( la flèche du revers de l'astrolabe) l'élévation de l'étoile au-dessus de l'horizon.
Il y avait un inconvénient: pour chaque latitude, il était nécessaire de faire une carte sur le tympan( onglet rotatif du cas de l'astrolabe).Un marin utilisant le disque nécessaire a résolu le problème à n’importe quelle latitude. Bien sûr, je dois prendre soin à l’avance d’acquérir les cartes tympaniques nécessaires. Sinon, les mesures sont devenues inexactes, incorrectes. Vous voyez combien de difficultés les voyageurs ont dû endurer, revenons au champ magnétique de la Terre. Le phénomène décrit l'induction. Selon la rumeur, Tesla a utilisé la connaissance de la magnitude du champ magnétique de la Terre pour choisir les paramètres des appareils électriques. Cependant, ça sent les fantasmes, les extra-terrestres des stars, la seconde guerre mondiale.
L'induction au champ magnétique de la Terre est présente, tout le monde va trouver une carte électronique, avoir un besoin. Les pôles magnétiques ne coïncident pas avec le vrai. Une carte à induction magnétique aura des méridiens différents de ceux spatiaux. Aux latitudes moyennes, cela n’empêche pas les navigateurs de naviguer à l’aide d’une boussole.
L'émergence du concept d'induction magnétique
À l'aube de l'ère du développement de l'électricité, les gens ont commencé à explorer des phénomènes connexes. Ainsi, Hans Oersted découvrit en 1819: un conducteur avec courant créait un champ magnétique circulaire autour, André-Marie Amper montra que si le sens du mouvement des charges coïncidait, les conducteurs adjacents s’attiraient. La loi de Bio-Savar( ajout de Laplace aux sources domestiques), décrivant la magnitude, la direction de l'induction magnétique en un point de l'espace, met fin à la controverse. Les sources admettent une clause concernant les recherches menées par courant continu.
Interconnexion de l'induction et de l'intensité du champ magnétique
L'intégration( voir la figure) suit un circuit avec un courant. Dans la formule, r implique le point milieu élémentaire du segment en cours, r0 est le lieu de l'espace pour lequel l'induction magnétique est calculée. Notez que dans le dénominateur de la fraction pour l'intégrale, deux vecteurs sont multipliés. Le résultat est une valeur dont la direction est déterminée par la règle d'un vrille( main gauche ou main droite).L’intégration est effectuée sur l’élément de contour dr, r - le milieu de la petite coupe de toute la longueur. Les différences identiques dans le numérateur et le dénominateur que nous réduisons restent au sommet du vecteur unitaire, ce qui définit la direction du résultat.
Formula montre comment trouver un champ pour des contours de n'importe quelle forme, en effectuant une intégration par points. Les méthodes numériques modernes sous-tendent l'action des applications informatiques( comme Maxwell 3D) pour résoudre le problème correspondant. L'équation est conforme aux lois de Gauss( induction magnétique) et d'Ampère( circulation du champ magnétique).Georg Ohm a utilisé la connaissance de la boussole pour en déduire une dépendance connue. La forme des lignes de champ sera obtenue à l'aide de flèches magnétiques et de la force de laisser la direction inchangée( voir la note sur la loi d'Ohm pour la section de chaîne).Ce sera une image de l'induction magnétique dans l'espace, confirmant expérimentalement la loi de Bio-Savart-Laplace.
Autorisé par Ampère en 1825 à montrer: le courant électrique est dans certains cas analogue à un aimant permanent. Il y avait un nouveau modèle qui était plus conforme à la réalité que le schéma dipolaire de Poisson. Une telle abstraction explique l'absence de pôles magnétiques isolés dans la nature. Selon les concepts modernes, une pièce d'acier est magnétisée, car les dipôles de particules élémentaires et de molécules acquièrent de l'ordre. Les circuits de démagnétisation des cœurs de transformateur reposent sur ce principe qui, avant la mise hors tension, provoque des oscillations de courant amorties. En conséquence, l'effet de l'ordre est flou, les propriétés prononcées disparaissent.
Spin électronique
La présence d'un moment magnétique est expliquée par l'existence de spins( le concept introduit dans les années 1920) - le moment angulaire des particules du micro-monde. Des choses réelles, pas abstraites, l’existence est confirmée expérimentalement( Stern-Gerlach).Le spin est une quantité vectorielle identique pour toutes les particules du même type( par exemple, des électrons) et est décrite par un nombre quantique spécial. En SI, l'unité de mesure est j s, comme pour l'autre moment cinétique( constante de Planck).Parfois, un enregistrement sans dimension simplifié est utilisé.Constant Planck est abaissé.Le nombre d'essorage est simplement indiqué( s, ms).
En raison de la présence d'un spin, une particule élémentaire acquiert un moment magnétique calculé par la formule suivante: dans le numérateur, le produit du moment angulaire de spin de la charge de la particule et du facteur g( constantes données dans divers répertoires pour certaines particules élémentaires);au dénominateur - doubler la masse de la particule élémentaire. Comme vous pouvez le constater, on peut compter, la magnétisation maximale du matériau dans des conditions données peut être calculée à l’avance. Le vrai triomphe de l'électrodynamique quantique était la prédiction des facteurs g pour certaines particules élémentaires.
La découverte par Michael Faraday en 1831 de la génération d'un champ électrique circulaire par un champ électrique circulaire a montré que deux phénomènes sont étroitement liés, condition préalable à la création de( quatre) équations de Maxwell, un cas particulier constituant la majorité des formules de ce champ, compte tenu de celles mentionnées précédemment. La recherche a continué comme d'habitude, mais de manière légèrement différente. L’intégration a été réalisée par Lord Kelvin, connu sous le nom de William Thompson, qui a montré la présence de l’induction magnétique H( intensité) et B, la première caractérisant le modèle de Poisson, le second - Ampère.
Induction magnétique B et H
L'induction magnétique B est mesurée par Tesla( SI), T est équivalent à N s / Cl m N est le newton, unité de mesure de la force;s est la seconde du temps;CL - pendant, charge électrique;distance m - mètre. Dans le même but, le SGH s’applique à Gauss( G = √ g / s √ cm), gramme de masse;s est la seconde du temps;distance cm - centimètre. H est l'induction magnétique mesurée en ampères par mètre( SI) ou Oersted( GHS).La littérature en langue russe fait référence à l'intensité du champ H.
L'unité Tesla a été créée en 1960 par la Conférence internationale sur les poids et mesures en l'honneur du défunt Nikola Tesla. En fait, depuis le début de l'IS.Comment vivaient les scientifiques avant cela? En 1948, l'idée d'introduire l'IS était née, le SGH existait déjà.Les origines de ce dernier ont été établies en 1832 par Karl Friedrich Gauss, qui cherchait une base unique pour les branches de la physique, de sorte qu'il était plus facile de relier des lois hétérogènes. Le scientifique a demandé trois unités de base: millimètre, milligramme, seconde.
Gauss mourut peu de temps après avoir introduit le concept d'induction magnétique et de division de la magnitude en B et H. Toutefois, en 1874, James Maxwell et Lord Kelvin complétèrent la liste avec de nouvelles quantités. L'induction magnétique porte le nom du fondateur. En même temps, le système s'appelait le GHS( auparavant appelé gaussien).En ce qui concerne le SI, tesla peut être représenté de différentes manières à l'aide d'unités de base ou dérivées. Weber, par mètre carré.
- Répulsion de bobines avec courant -
- Dans le vide, deux types d'induction( H et B) sont connectés via des courants constants. Pour distinguer les uns des autres, H est appelé vecteur d'intensité de champ magnétique. Il est clair que la signification n’est pas très différente de B. Dans la formule:
- µ est la perméabilité magnétique du milieu.
- µ0 est la constante magnétique( perméabilité au vide).Dans le système, le SGH est égal à 1, dans le vide, B et H sont identiques. Le SI est de 1,257 micronewton par ampère carré.Les constantes
sont spécifiquement introduites pour établir une relation entre les caractéristiques des champs magnétiques H et B.En passant, il existe de nombreuses versions pour lesquelles Lord Kelvin appelle les vecteurs de cette manière( lettres H et B).Les personnes intéressées sont encouragées à se familiariser avec les concepts suivants: perméabilité magnétique relative( rapport du μ absolu à μ0 constant), susceptibilité magnétique( perméabilité magnétique relative augmentée de 1).Cela aidera à mieux comprendre les formules de sources littéraires, où la relation entre B et H est d'un autre type donné dans la revue.
Vous pouvez trouver de nombreuses lois, formules concernant l'induction magnétique, montrant l'importance d'un paramètre en théorie. Les auteurs ne savent pas si Nikola Tesla a utilisé des quantités similaires pour développer un moteur asynchrone multiphase, mais ce n’est pas sans raison qu’ils ont donné son nom au grand scientifique!
