Что такое магнитный диполь
Что такое магнитный диполь
Подобно электрическому диполю, магнитный диполь — это векторная величина, т.е. в нашем трехмерном пространстве диполь содержит три компоненты. В отличие от электрического диполя магнитный диполь нельзя представить пространственно-разделенными зарядами противоположного знака, так как не существует магнитных зарядов. Единица измерения магнитного момента следует из представления магнитного диполя витком с током, в СИ [m] = А·м$<>^<2>$.
Дипольным приближением можно пользоваться и в микроскопических масштабах (например, в случае атомных или молекулярных токов), и в лабораторных экспериментах с токовыми витками или постоянными магнитами, лишь бы расстояние до точки наблюдения было больше размеров диполей. Сейчас известно, что многие частицы, из которых состоит вещество: электроны, протоны, нейтроны, ядра атомов и многие ионы, ведут себя как магнитные диполи, т.е. обладают собственным магнитным моментом и создают магнитное поле, находясь даже в покое. Более детальное рассмотрение показывает, что магнитный момент этих частиц тоже можно представить круговым током, т.е. вращающимися электрическими зарядами. Постоянные магниты изготавливают из ферромагнитных материалов, в которых магнитные моменты молекулярных токов ориентированы параллельно друг другу и «заморожены» в этом состоянии.
Как и любая физическая система, магнитный диполь стремится перейти в положение с наименьшей потенциальной энергией и поэтому ориентируется в направлении внешнего магнитного поля. Благодаря вращательному моменту стрелка компаса поворачивается в направлении магнитного поля.
Принципы работы магнитных датчиков
Для усиления эффекта используют многовитковую катушку, а также вставляют внутрь стержень из ферромагнитного материала.
Датчик этого типа реагирует только на изменение магнитного потока, а следовательно, он не сможет измерять стационарные поля. Достоинством ИД является чрезвычайно широкий диапазон измеряемых магнитных полей, а также возможность создания датчиков слабых полей.
В работе применяются датчики, основанные на эффекте Холла. В простейшем случае эффект Холла состоит в том, что в проводнике, по которому течет ток, под действием внешнего магнитного поля возникает разность потенциалов между боковыми гранями:
Последнее упомянутое свойство позволило в 1879 г. Эдвину Холлу экспериментально доказать, что ток в металлах создается направленным движением именно электронов.
Теперь рассмотрим основные характеристики датчиков магнитного поля. Как определить, какой датчик лучше подходит для конкретной задачи? Основной характеристикой датчика является его чувствительность. Обычно чувствительность указывают в В/Тл, т.е. если чувствительность равна 1 В/Тл, то в поле 1 тесла на датчике возникнет напряжение 1 вольт. Например, среднее магнитное поле Земли составляет 50 мкТл и датчик с чувствительностью 1 В/Тл не очень подходит для его измерения.
Другой важной характеристикой датчика является диапазон измеримых полей. Обычно под этим подразумевают максимальное значение поля, которое можно измерить датчиком. Многие типы датчиков имеют свойство «насыщаться», т. е. при приложении поля, большего чем максимальное, датчик выдает одно и то же значение напряжения, вне зависимости от поля.
Для некоторых видов датчиков указывают температурные коэффициенты, например, дрейф магнитной чувствительности (magnetic sensitivity temperature drift). Обычно в процентах. Этот коэффициент показывает, на сколько процентов изменяется чувствительность при изменении температуры на 1 градус. Зависимость магнитной чувствительности от температуры связана, прежде всего, с изменением сопротивления элементов датчика при изменении температуры.
Современные датчики обычно содержат в себе встроенные усилители, поэтому в документации к датчикам приводятся параметры, характерные для усилителей, например, смещение нуля. Смещение нуля означает, что при нулевом магнитном поле на выходе датчика будет соответствующее ненулевое напряжение.
Назад к описанию лабораторных работ раздела Электростатика и магнитостатика или далее к описанию эксперимента
Понятие о магнитном диполь-дипольном взаимодействии
Выражение I S → = p m → ( 1 ) получило название момента магнитного диполя.
По формуле ( 1 ) видно, что величина по модулю равняется произведению силы тока, протекающего в контуре, на площадь, охваченную им. Магнитный момент и положительная нормаль к поверхности S имеют одинаковое направление. Значение векторного потенциала магнитного диполя по формуле определено как:
Магнитное поле, создающее магнитный диполь, запишется:
Если даны большие расстояния от диполя в любом направлении, то наблюдается пропорциональные r 3 убывание поля и рост площади витка.
Слово диполь в применении к токам запутывает, так как не имеет отдельных магнитных полюсов, соответствующих электрическим зарядам. Создание магнитного «дипольного» поля происходит за счет элементарной петли с током, а не при помощи двух зарядов.
Взаимодействие магнитных диполей
При действии на контур с током вращательного момента M → :
Модуль вектора М запишется как:
Энергия диполь-дипольного взаимодействия
Энергия диполь-дипольного взаимодействия зависит от взаимного расположения диполей.
Провести сравнение поля электрического диполя и поля магнитного диполя.
Формула напряженности поля электрического диполя записывается как:
Создаваемое магнитным диполем магнитное поле запишется как:
Показать, что энергия диполь-дипольного взаимодействия находится в зависимости от взаимной ориентации диполей.
Для решения необходимо применить формулу энергии магнитного взаимодействия полей, которая имеет вид:
Магнитный диполь
Магнитное поле вокруг любого магнитного источника все больше выглядит поле магнитного диполя как расстояние от источника увеличивается.
Содержание
Внешнее магнитное поле, создаваемое магнитным дипольным моментом [ править ]
а плотность магнитного потока (напряженность B-поля) в теслах равна [2]
В качестве альтернативы можно сначала получить скалярный потенциал из предела магнитного полюса,
и, следовательно, напряженность магнитного поля (или напряженность H-поля) в ампер-витках на метр равна
Магнитное поле симметрично относительно вращений вокруг оси магнитного момента.
Внутреннее магнитное поле диполя [ править ]
Две модели диполя (токовая петля и магнитные полюса) дают одинаковые предсказания для магнитного поля вдали от источника. Однако внутри области источника они дают разные прогнозы. Магнитное поле между полюсами имеет направление, противоположное магнитному моменту (который указывает от отрицательного заряда к положительному), в то время как внутри токовой петли оно находится в том же направлении (см. Рисунок справа). Понятно, что пределы этих полей также должны быть другими, поскольку источники уменьшаются до нулевого размера. Это различие имеет значение только в том случае, если дипольный предел используется для расчета полей внутри магнитного материала.
Если магнитный диполь создается путем уменьшения и уменьшения токовой петли, но при сохранении постоянства произведения тока и площади, ограничивающее поле равно
Если магнитный диполь сформирован путем взятия «северного полюса» и «южного полюса», приведения их все ближе и ближе друг к другу, но с сохранением постоянства произведения заряда магнитного полюса и расстояния, ограничивающее поле равно
Силы между двумя магнитными диполями [ править ]
Силу F, прилагаемую одним дипольным моментом m 1 к другому m 2, разделенному в пространстве вектором r, можно вычислить с помощью: [4]
Крутящий момент можно получить по формуле
Диполярные поля из конечных источников [ править ]
Понятие о магнитном диполь-дипольном взаимодействии
Вы будете перенаправлены на Автор24
Магнитный диполь
Магнитным диполем является небольшая петля с током. Под словом «небольшая» понимают то, что размеры витка с током много меньше, чем геометрические величины, характеризующие размеры петли. Любая петля с током создает магнитное поле, которое можно уподобить электрическому полю от электрического диполя. Магнитный диполь характеризуется магнитным моментом ($\overrightarrow
называется магнитным моментом магнитного диполя.
Из формулы (1) очевидно, что эта величина по модулю равна произведению силы тока, который течет в контуре на площадь, которая охвачена им. Направление магнитного момента совпадает с положительной нормалью к поверхности S. Векторный потенциал магнитного диполя примет вид:
Магнитное поле, которое создает магнитный диполь, имеет вид:
Слово диполь в применении к токам слегка запутывает, так как нет отдельных магнитных полюсов, которые бы соответствовали электрическим зарядам. Магнитное «дипольное» поле создается не двумя зарядами, а элементарной петлей с током.
Взаимодействие магнитных диполей
Если ориентация магнитного момента диполя (2) остается неизменной по отношению к полю диполя (1), то легко найти количественное выражение для силы взаимодействия диполей. При этом потенциальная энергия механического взаимодействия диполей ($W_
$) зависит только от x (через B). Следовательно:
На контур с током будет действовать вращательный момент ($\overrightarrow
\[\overrightarrow
Модуль вектора М равен:
Энергия диполь-дипольного взаимодействия
Энергия диполь-дипольного взаимодействия зависит от взаимного расположения диполей.
Задание: Проведите сравнение поля электрического диполя и поля магнитного диполя.
Напряженности поля электрического диполя, имеет вид:
Согласно формуле (1.1) напряженность поля диполя убывает, пропорционально третьей степени расстояния от диполя, до точки в которой рассматривается поле.
Магнитное поле, которое создает магнитный диполь, имеет вид:
$\overrightarrow-$магнитный момент магнитного диполя.
Готовые работы на аналогичную тему
В качестве основания для решения задачи используем формулу для энергии магнитного взаимодействия диполей:
Преобразуем выражение (2.1), получим:
Так требуемое доказано.
Получи деньги за свои студенческие работы
Курсовые, рефераты или другие работы
Автор этой статьи Дата последнего обновления статьи: 10 02 2021
Магнитный дипольный момент
Магнитный дипольный момент
Классическая электродинамика | ||||||||||||
Магнитное поле соленоида | ||||||||||||
Электричество · Магнетизм
|
Магни́тный моме́нт, магни́тный дипо́льный моме́нт — основная величина, характеризующая магнитные свойства вещества. Источником магнетизма, согласно классической теории электромагнитных явлений, являются электрические макро- и микротоки. Элементарным источником магнетизма считают замкнутый ток. Магнитным моментом обладают элементарные частицы, атомные ядра, электронные оболочки атомов и молекул. Магнитный момент элементарных частиц (электронов, протонов, нейтронов и других), как показала квантовая механика, обусловлен существованием у них собственного механического момента — спина.
Магнитный момент измеряется в А⋅м 2 или Дж/Тл (СИ).
Формулы для вычисления магнитного момента
В случае плоского контура с электрическим током магнитный момент вычисляется как
,
где I — сила тока в контуре, S — площадь контура, — единичный вектор нормали к плоскости контура. Направление магнитного момента обычно находится по правилу буравчика: если вращать ручку буравчика в направлении тока, то направление магнитного момента будет совпадать с направлением поступательного движения буравчика.
Для произвольного замкнутого контура магнитный момент находится из:
,
где — радиус-вектор проведенный из начала координат до элемента длины контура
В общем случае произвольного распределения токов в среде:
,
Литература
Полезное
Смотреть что такое «Магнитный дипольный момент» в других словарях:
магнитный (дипольный) момент — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN magnetic (dipole) moment … Справочник технического переводчика
магнитный дипольный момент — magnetinis dipolinis momentas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. magnetic dipole moment vok. magnetisches Dipolmoment, n rus. магнитный дипольный момент, m pranc. moment de dipôle magnétique, m; moment dipolaire magnétique, m; moment… … Fizikos terminų žodynas
ДИПОЛЬНЫЙ МОМЕНТ — физическая величина, характеризующая свойства диполя. Электрический дипольный момент равен произведению положительного заряда электрического диполя на расстояние между зарядами и направлен от отрицательного заряда к положительному. Магнитный… … Большой Энциклопедический словарь
Дипольный момент — Классическая электродинамика Магнитное поле соленоида Электричество · Магнетизм Электростатика Закон Кулона … Википедия
дипольный момент — физическая величина, характеризующая свойства диполя. Электрический дипольный момент равен произведению положительного заряда электрического диполя на расстояние между зарядами и направлен от отрицательного заряда к положительному. Магнитный… … Энциклопедический словарь
Дипольный момент — электрический, физическая величина, характеризующая электрические свойства системы заряженных частиц. Д. м. системы из N заряженных частиц равен где ei заряд частицы номера i, а ri её радиус вектор. Д. м. нейтральной в… … Большая советская энциклопедия
Электрический дипольный момент — Классическая электродинамика … Википедия
Магнитный момент — Размерность L2I Единицы измерения СИ А⋅м2 … Википедия
Магнитный диполь — Классическая электродинамика Магнитное поле соленоида Электричество · Магнетизм Электростатика Закон Кулона … Википедия