II Раздел
Электромагнетизм
Магнетизм - это свойство некоторых тел притягивать к себе железные предметы. Такие тела называют магнитами. Они бывают естественные и искусственные.
Свойства магнитов.
1. Наибольшей силой притяжения обладают полюса (в магнетизме, в отличие от электричества полюса обозначаются не (+) и (-), а север (N) и юг (S) от английских слов North и South).
2. 
Одноименные полюса – отталкиваются, а разноименные – притягиваются.
3. Разделить полюса невозможно (если разрезать магнит - получиться два отдельных магнита со своими парами полюсов).
4. Магниты размагничиваются от нагреваний и ударов (вибрации).
Магнитное поле
Магнитное поле - это особый вид материи, который образуется:
1. Вокруг магнитов;
2. Вокруг движущихся электрических зарядов, т.е. проводников с током;
При изменении электрического поля.
Всякое изменение электрического поля образует магнитное поле и, наоборот, изменение магнитного поля порождает электрическое. Такое взаимодействие полей называется - электромагнитные волны. В том числе: радиоволны, видимый свет, ультрафиолетовое, инфракрасное излучение и пр.
Магнитное поле обозначается силовыми линиями, которые (в отличие от электрических силовых линий) всегда замкнуты, располагаются не только снаружи, но и внутри источника и направлены в ту сторону, куда поворачивается северный конец магнитной стрелки компаса, т.е. снаружи источника магнитные силовые линии направлены от севера (N) к югу (S).
Примечание: электрические и магнитные поля распространяются во взаимоперпендикулярных плоскостях.
Силовые линии магнитного поля проводника с током распространяются в плоскости, перпендикулярной направлению тока. Направление этих силовых линий определяется по правилу буравчика: буравчик мысленно вворачиваем по направлению электрического тока в проводнике, тогда направление вращения его рукоятки будет указывать направление магнитных силовых линий. Направление тока обозначается крестом (ток – от нас) или точкой (ток – к нам).
Прим. Направление тока в проводнике определяется при помощи стрелки. Если стрелка показывает своё оперение, то ток направлен от нас, если свое остриё, то к нам.
Характеристики магнитного поля.
1. Магнитная индукция В, [Тл] (тесла) - характеризует энергию магнитного поля в какой-либо точке. Чем гуще силовые линии (обычно - ближе к полюсам), тем больше магнитная индукция.
2. Магнитный поток Ф, [Вб] (вебер) - характеризует общую энергию магнитного поля, т.е общее число силовых линий проходящих через какую либо площадь S.
Ф = В* S; В = Ф/ S.
Прим. Различия между магнитной индукцией и потоком можно объяснить на примере воды из лейки душа: мощность одной струи эквивалентна индукции, а сумма всех струй аналогична магнитному потоку. При этом на одиночный проводник в магнитном поле действует именно индукция, а на массивную деталь – весь поток.
3. Магнитная проницаемость µ, [мю]- характеризует магнитные свойства данного материала или среды в сравнении с магнитными свойствами вакуума – пустого пространства (µ=1), т.е насколько хорошо материал пропускает магнитный поток и намагничивается. (по сравнению с вакуумом)
Прим. Конкретное значение магнитной проницаемости для любого материала или среды характеризует абсолютная магнитная проницаемость µа. Единицы ее измерения - Гн/м (генри/метр). Для удобства принято считать относительную магнитную проницаемость µ= µа/µ0всравнением с магнитной проницаемостью пустого пространства – вакуума, у которого абсолютная магнитная проницаемость µ0 = 4π*10-7Гн/м.
В зависимости от значения µ все материалы по магнитным свойствам делятся на 3 группы:
А) Ферромагнетики µ » 1 (>7000 единиц) - хорошо пропускают магнитный поток и намагничиваются (железо Fe, кобальт Cо, никель Ni);
Б) Парамагнетики µ ≥ 1 - намагничиваются слабо (алюминий Al, олово Sn и пр.);
В) Диамагнетики µ< 1 – не намагничиваются (медь Cu, золото Au и др.);
2.4. Природа ферромагнетизма.
Все ферромагнитные материалы по своей структуре разделены из отдельных мелких частиц размером тысячные доли сантиметра, которые называются ДОМЕН ами, они обладают собственным маленьким магнитным полем. В обычном состоянии их поля ориентированы хаотично и компенсируют друг друга.
Если такой материал поместить во внешнее магнитное поле (например, стальной сердечник поместить в катушку с током) эти домены начнут разворачиваться вдоль внешнего магнитного поля и их поля будут складываться, т.е. материал начнет намагничиваться. Чем сильнее внешнее магнитное поле, тем большее число доменов учувствует в это процессе, пока все они не развернутся вдоль линий внешнего поля. При этом намагниченность материала расти перестанет, т.е наступит магнитное насыщение.
Петля гистерезиса.
Достигнув магнитного насыщения материала (точка а) начнем уменьшать внешнее магнитное поле за счет уменьшения тока в катушке. Материал будет терять свою намагниченность (участок а-б), но медленнее, чем уменьшается внешнее магнитное поле и, когда внешнее поле станет = 0 (точка б), материал останется частично намагниченным – это называется остаточным магнетизмом. Что бы полностью размагнитить материал, нужно изменить направление внешнего магнитного поля (участок б-в). Если продолжать увеличивать внешнее магнитное поле в обратном направлении, материал начнет намагничиваться в обратном направлении (участок в-г), достигнет насыщения (точка г) и т.д.
Явление запаздывания изменения собственного магнитного поля материала (намагниченности) от изменения внешнего магнитного поля называется гистерезисом, а кривая, характеризующая этот процесс – петлёй гистерезиса.
В зависимости от ширины петли гистерезиса все ферромагнетики делятся на 2 группы:
1) Магнитомягкие - имеют узкую петлю, т.е малый остаточный магнетизм, т.е. перемагничиваются легко, поэтому из них делают сердечники электрических машин (трансформаторов, якорей).
2) Магнитотвердые (магнитожесткие) - имеют широкую петлю, большой остаточный магнетизм, поэтому из них делают постоянные магниты.
Площадь петли гистерезиса пропорциональна энергии, которую надо затратить на перемагничивание материала (нагреву материала).