Студент бакалавриата
  1. Классическая механика  1.1. динамика  1.1.1. Движение в одном измерении  1.1.2. Движение в двух измерениях  1.1.3. движение снаряда  1.1.4. Относительная скорость  1.1.5. Равномерное круговое движение  1.1.6. Неравномерное круговое движение  1.1.7. Системы отсчета и преобразования  1.2. Законы движения Ньютона  1.2.1. Первый закон движения  1.2.2. Second law of motion  1.2.3. Third Law of Motion  1.2.4. Применение законов Ньютона  1.2.5. Трение и его виды  1.2.6. Диаграмма свободного тела  1.2.7. Ограничения и псевдо-силы  1.3. Work and Energy  1.3.1. работа, проделанная силой  1.3.2. Теорема о работе и энергии  1.3.3. Кинетическая энергия  1.3.4. Потенциальная энергия в классической механике  1.3.5. Консервативные и неконсервативные силы  1.3.6. Сохранение энергии  1.3.7. Мощность и КПД  1.4. Скорость и столкновения  1.4.1. Линейный импульс  1.4.2. Закон сохранения импульса  1.4.3. Impulse and impact force  1.4.4. Упругие и неупругие столкновения  1.4.5. Центр масс и скорость  1.4.6. Rocket Propulsion  1.5. Вращательное движение  1.5.1. Крутящий момент и угловой момент  1.5.2. Момент инерции  1.5.3. Кинематика вращения  1.5.4. Вращательная энергия  1.5.5. Rolling Motion  1.5.6. Precession and gyroscopic motion  1.6. Gravitational force  1.6.1. Закон всемирного тяготения Ньютона  1.6.2. Гравитационная потенциальная энергия  1.6.3. Orbital mechanics  1.6.4. Kepler's laws of planetary motion  1.6.5. Гравитационное поле и потенциал  1.7. Fluid mechanics  1.7.1. Давление и принцип Паскаля  1.7.2. Плавучесть и принцип Архимеда  1.7.3. Динамика жидкостей и принцип Бернулли  1.7.4. Вязкость и закон Пуазейля  1.7.5. Поверхностное натяжение и капиллярность  1.8. Колебания и волны  1.8.1. Простое Гармоническое Движение  1.8.2. Затухающие и вынужденные колебания  1.8.3. Связанные колебания и нормальные режимы  1.8.4. Wave properties and types  1.8.5. Звуковые волны и эффект Доплера  1.8.6. Интерференция волн и суперпозиция
  2. Электромагнетизм  2.1. Электростатика  2.1.1. Electric charge and properties  2.1.2. Coulomb's law  2.1.3. Электрическое поле и электрический потенциал  2.1.4. Закон Гаусса  2.1.5. Capacitance and Dielectric  2.1.6. Электрический диполь и потенциальная энергия  2.2. Electric circuits  2.2.1. Ток и сопротивление  2.2.2. Закон Ома  2.2.3. Kirchhoff's Laws  2.2.4. RC цепь  2.2.5. AC Circuits and Reactance  2.2.6. Электрическая мощность и энергия  2.3. Магнетизм  2.3.1. Магнитные поля и силы  2.3.2. Закон Ампера  2.3.3. Magnetic dipole moment  2.3.4. Закон Био-Савара  2.3.5. Magnetic Materials and Hysteresis  2.4. Электромагнитная индукция  2.4.1. Закон Фарадея  2.4.2. Lenz's law  2.4.3. Самоиндукция и взаимная индукция  2.4.4. Трансформаторы и индуктивные цепи  2.5. Уравнения Максвелла  2.5.1. Закон Гаусса для электричества  2.5.2. Закон Гаусса для магнетизма  2.5.3. Закон индукции Фарадея  2.5.4. Ampere-Maxwell law  2.5.5. Electromagnetic waves
  3. Термодинамика  3.1. Laws of Thermodynamics  3.1.1. Нулевой закон термодинамики  3.1.2. Первый закон термодинамики  3.1.3. Второй закон  3.1.4. Третий закон  3.2. Тепло и работа  3.2.1. Теплопередача (кондукция, конвекция, излучение)  3.2.2. Термическое расширение  3.2.3. Тепловые двигатели и холодильники  3.2.4. Цикл Карно и эффективность  3.3. Статистическая механика  3.3.1. Распределение Максвелла–Больцмана  3.3.2. Энтропия и Вероятность  3.3.3. Функция распределения  3.3.4. Статистика Ферми–Дирака и Бозе–Эйнштейна
  4. Оптика  4.1. Геометрическая оптика  4.1.1. Отражение и преломление  4.1.2. Mirrors and lenses  4.1.3. Optical Instruments  4.1.4. Fermat's principle  4.2. Оптика волн  4.2.1. Интерференция в волновой оптике  4.2.2. Дифракция  4.2.3. Поляризация  4.2.4. Когерентность и голография
  5. Квантовая механика  5.1. Дуализм волна-частица  5.1.1. Излучение абсолютно черного тела в дуализме волны-частицы в квантовой механике  5.1.2. Фотоэлектрический эффект  5.1.3. Комптоновское рассеяние  5.1.4. Длина волны де Бройля  5.2. Уравнение Шрёдингера  5.2.1. Стационарное уравнение Шрёдингера  5.2.2. Частица в ящике  5.2.3. Quantum Tunneling  5.2.4. Потенциальные ямы и барьеры  5.3. Квантовые состояния  5.3.1. Функция волны  5.3.2. Quantum operators  5.3.3. Принцип неопределённости Гейзенберга  5.3.4. Угловой момент и спин
  6. Относительность  6.1. Special relativity  6.1.1. Преобразования Лоренца  6.1.2. Временное расширение и сокращение длины  6.1.3. Релятивистская энергия и импульс  6.2. Общая теория относительности  6.2.1. Принцип Эквивалентности  6.2.2. Метрика Шварцшильда  6.2.3. Гравитационные волны  6.2.4. Чёрные дыры и горизонты событий
  7. Физика твердого тела  7.1. Кристаллическая структура  7.1.1. Решетки Бравэ  7.1.2. Рентгеновская дифракция  7.1.3. Band theory  7.1.4. Фононы и колебания решетки  7.2. Electrical and Magnetic Properties  7.2.1. Conductors, Semiconductors and Insulators  7.2.2. Сверхпроводимость  7.2.3. Эффект Холла
  8. Ядерная и частичная физика  8.1. Atomic Structure  8.1.1. Атомная модель  8.1.2. Энергия связи ядра  8.2. Радиоактивность  8.2.1. Alpha, beta, gamma decay  8.2.2. Период полураспада  8.2.3. Ядерное деление и слияние  8.3. Particle physics  8.3.1. Standard Model  8.3.2. Кварки и лептоны  8.3.3. антиматерия  8.3.4. Фундаментальные взаимодействия
  9. Астрофизика и космология  9.1. Эволюция звезд  9.1.1. Звездообразование  9.1.2. Чёрные дыры и нейтронные звёзды  9.1.3. Белые карлики и сверхновые  9.2. Космология  9.2.1. Теория Большого взрыва  9.2.2. Dark matter and dark energy  9.2.3. Космическое микроволновое фоновое излучение

Студент бакалавриата → Электромагнетизм → Магнетизм ↓


Магнитные поля и силы


Магнетизм — это увлекательная часть физики, которая играет жизненно важную роль в нашей повседневной жизни. Мы сталкиваемся с различными аспектами магнетизма в различных технологиях, таких как двигатели, генераторы, магнитное хранение и многое другое. Понимание принципов магнитных полей и сил поможет вам оценить мощь и потенциал этого явления.

Введение в магнетизм

Магнетизм — это фундаментальная составляющая электромагнетизма, одной из четырех фундаментальных сил природы. В своей основе магнетизм возникает из-за движения электрических зарядов. Все материалы проявляют какую-то форму магнитного поведения, но чаще всего оно наблюдается в ферромагнитных материалах, таких как железо, кобальт и никель.

Магнитное поле

Магнитное поле — это область в пространстве, где можно обнаружить магнитную силу. Оно создается движущимися электрическими зарядами, такими как провод, по которому течет ток, или врожденными магнитными моментами элементарных частиц, связанными с фундаментальным квантовым свойством, называемым спином. Символ B используется для обозначения магнитных полей, они измеряются в теслах (Т).

Направление B-поля

Направление магнитного поля в любой точке — это направление, в котором северный монополь будет двигаться, если его разместить в этой точке. К сожалению, магнитные монополи не являются изолированными объектами, но они служат отличным концептуальным инструментом для понимания полей.

Визуализация магнитного поля

Магнитные поля можно визуализировать с помощью линий магнитного поля. Эти воображаемые линии текут от северного полюса магнита к южному полюсу. Они никогда не пересекаются, и чем плотнее линии, тем сильнее магнитное поле.

N S

Магнитная сила

Магнитная сила — это сила, испытываемая в магнитном поле. Она проявляется в двух основных формах:

  1. Сила, действующая на движущийся заряд в магнитном поле.
  2. Сила между двумя проводами с током.

Сила на движущийся заряд

Когда заряженная частица проходит через магнитное поле, она испытывает силу, называемую силой Лоренца. Величина силы определяется следующей формулой:

F = q(v × B)

Где:

  • F — магнитная сила в ньютонах (Н).
  • q — заряд в кулонах (К).
  • v — скорость заряда в метрах в секунду (м/с).
  • B — напряженность магнитного поля в Тесла (Т).
  • × обозначает векторное произведение.
V B Почему

Сила Лоренца перпендикулярна как скорости заряда, так и внешнему магнитному полю. Из-за этой перпендикулярной связи магнитные силы не совершают работу над заряженными частицами, и поэтому они не могут изменить кинетическую энергию частиц, только их направление.

Практический пример — заряженные частицы в циклонных ускорителях, где высокие скорости достигаются за счет движения частиц по круговым траекториям в условиях очень сильных магнитных полей.

Сила между проводами с током

Два параллельных провода, несущие ток, будут оказывать магнитную силу друг на друга. Направление силы зависит от направления тока в проводах:

  • Если токи текут в одном направлении, провода притягиваются друг к другу.
  • Если токи текут в противоположных направлениях, провода отталкиваются друг от друга.

Сила на единицу длины между двумя параллельными проводами определяется следующим образом:

F/L = (μ0 /2π) × (I1 I2 /d)

Где:

  • F/L — сила на единицу длины в ньютонах на метр (Н/м).
  • μ0 — проницаемость свободного пространства, примерно 4π × 10-7 Т·м/А.
  • I1 и I2 — токи в амперах (А).
  • d — расстояние между проводами в метрах.
I1 I2 D

Этот принцип лежит в основе определения единицы измерения электрического тока — ампера.

Заключение

Понимание магнитных полей и сил необходимо для понимания электромагнитных явлений и их применения в технологиях. От определения траекторий заряженных частиц до прогнозирования взаимодействий между проводами с током изучение магнетизма богато как концепциями, так и приложениями, которые распространяются как на теоретическую физику, так и на практическую инженерию. Изучая магнитные поля и силы, мы получаем понимание одной из самых удивительных сил природы, что приводит к инновациям, формирующим наш технологический ландшафт.

Освоив эту тему, вы заложите основу для углубленного изучения электромагнитных принципов и их практической реализации, а также вдохновите следующую волну достижений в научных исследованиях и инженерных разработках.


Студент бакалавриата → 2.3.1


U
username
0%
завершено в Студент бакалавриата

← Предыдущий (2.3)
Магнетизм
Следующий (2.3.2) →
Закон Ампера

Комментарии 



Магнитные поля и силы

https://www.physicsflow.com/ug/2.3.1?pfal=ru