Магнітне поле

Визначення і загальна характеристика

МАГНІ́ТНЕ ПО́ЛЕ — силове поле, яке виникає під час взаємодії твердих тіл і їхніх структурних елементів, яким властивий магнітний момент (атомів, молекул, іонів, електронів провід­ності). Термін «М. п.» увів 1845 англ. фізик М. Фарадей, а класичну теорію електромагніт. поля сформулював 1873 англ. фізик Дж. Максвелл. Джерелами М. п. є намагнічені тіла (по­стійні магніти), електр. заряди, які рухаються, та електр. поле, яке змінюється у часі. М. п., на від­міну від електр., ніяк не впливає на заряд, який пере­буває у спокої. Сила виникає лише тоді, коли заряд рухається. Осн. характеристики М. п.: вектор напруженості Н (вимірюють А/м, або Е) і напруженість М, індукція В (Тл, або Гс), магніт. потік Ф (Вб, або Мкс). Поля магнітів взаємодіють один з одним — однойм. полюси від­штовхуються, а різнойм. притягуються. Силові лінії магніт. індукції за­мкнені, тобто М. п. є вихровим. М. п. діє на провід­ники зі струмом, рухомі електрично заряджені частинки та тіла, що мають магнітні моменти. Дія М. п. проявляється також у викривлен­ні траєкторії руху заряджених частинок; у притягуван­ні або від­штовхуван­ні провід­ників зі струмом; у роз­щеплен­ні енергет. рівнів атомів, молекул і кри­сталів, наслідком якого є, зокрема, магніт. резонанс. Величину напруженості М. п., спричиненого електр. струмом, ви­значають за законом Біо­–Савара–Лапласа. Для вимірюва­н­ня дії М. п. за­стосовують магнітометри. Роз­різняють М. п.: слабкі (до 500 Е), середні (500 Е–40 кЕ), сильні (40 кЕ–1 мЕ) та надсильні (понад 1 мЕ). Комплекс явищ і властивостей, повʼязаний з існува­н­ням М. п., – магнетизм. М. п. поширюється у просторі з кінцевою швидкістю, яка дорівнює швидкості світла у вакуумі. Земля та багато ін. планет і зірок мають власні М. п. Напр., на Місяці, Венері та Марсі М. п. не проявляється. М. п. у природі різноманітні за мас­штабами та ефектами, які вони спричиняють. Магнітні властивості Землі здавна використовують для орієнтува­н­ня у просторі. Сонячне ви­промінюва­н­ня та космічні промені впливають на іоно­сферу та Магнітне поле Землі (див. також Магніто­сфера Землі, Магніто­сфера планети). Автоном. джерелом по­стій. М. п. є феромагнітні матеріали — природні з магніт. залізняка та штучні, які намагнітили пром. способом. М. п. можна створити й за допомогою змін. електр. поля (електромагнітне поле). Слабкі та середні М. п. отримують за допомогою по­стій. магнітів, електромагнітів, соленоїдів, які не охолоджуються, та ін. Сильні М. п. продукують соленоїдами, які охолоджують водою, імпульс. і над­провід. соленоїдами. Надсильні М. п. створюють методом направленого вибуху. Основу майже всіх магнітних матеріалів складають залізо, кобальт і нікель. Невисокі магнітні властивості мають гадоліній, гольдмій, європій, дис­прозій і тербій. Феромагнітні матеріали створюють і з неферомагніт. елементів – інтерметалідів (див. також Маг­ніто­елек­тричні матеріали та Магніто­роз­чинені напів­провід­­ники). Властивості М. п. широко використовують в електротехніці, радіотехніці, електроніці, обчислюв. техніці, радіолокації, радіо­астрономії, мікрохвильовій техніці, авіації, транс­порті, на флоті тощо. Щодо лікува­н­ня за допомогою М. п. згадували ще давньогрец. учені. На­прикінці 19 ст. були роз­горнуті дослідж. впливу штуч. і природ. М. п. на живі системи. Укр. фахівець у галузі електротехніки М. Бенардос за­пропонував використовувати М. п. при різних станах вегетації у рослин і для антропометрії. 1889 він роз­робив електромагнітну гармату, яка працює унаслідок вики­да­н­ня силою М. п. снаряда. М. п. має здатність проникати через багато речовин, напр., папір, воду, повітря, метал. Для локал. захисту від дії М. п. предмети, прилади оточують екраном з магнітомʼякого матеріалу, який втягує в себе магнітні силові лінії. Виникне­н­ня та зникне­н­ня М. п. під час замика­н­ня та роз­мика­н­ня струму використовують у приладах і при­строях для упр. технол. процесами та в ін. цілях. За допомогою імпульс. М. п. створюють великі короткочасні зуси­л­ля, зокрема й при магнітно-імпульс. оброблен­ні. Магніт. й електромагніт. полями покращують якість металу в різних металург. процесах (В. Іжевський, Київ. політех. ін­ститут, серед. 19 — поч. 20 ст.; С. Тельний, Дні­проп. металург. ін­ститут, серед. 20 ст.), при дуговому (М. Бенардос, 1881; Б. Патон, 1951; К. Хрєнов, 1956; О. Корнієнко та ін.), магнітно-імпульс. (К. Хрєнов) зварюван­ні, електрошлак. пере­плаві (Б. Патон, Б. Медовар, 1952; усі — Ін­ститут електрозварюва­н­ня АН УРСР). Роз­магнічува­н­ня — процес змен­­ше­н­ня намагніченості різних метал. предметів. Осн. способом роз­магнічува­н­ня є вплив на намагнічений предмет змін­ним М. п. зі зменше­н­ням амплітуди. Іноді роз­магнічують матеріали й за допомогою на­гріва­н­ня до температури Кюрі або ударя­н­ням. Вироби, кон­струкції з феромагніт. матеріалів, пере­буваючи у М. п. Землі від­носно тривалий час, намагнічуються. Так, корпуси кораблів притягують метал. предмети, а їхні компаси помилково власне М. п. можуть спри­ймати за М. п. Землі. Нині з метою захисту від неконтакт. магніт. мін і для збільше­н­ня точності показань магніт. компаса намагнічува­н­ня компенсують спец. установками з обмотками, по яких пропускають по­стій. струм такого напряму та такої величини, щоб створюване ним М. п. було рівним і протилежно спрямованим М. п. корпусу. Спосіб роз­магнічува­н­ня, який вина­йшли на­прикінці 1930-х рр. укр. і рос. учені А. Александров і І. Курчатов, під час 2-ї світової війни запобіг вибухам низки рад. кораблів. В Україні спец. дослідж. М. п. роз­почато у Харків. фіз.-тех. ін­ституті. 1933–38 Л. Ландау, Л. Шубников та ін. від­крили антиферомагнетики, Б. Лазарев, Л. Шубников — ядер. магнетизм, Л. Ландау, Є. Ліфшиць – закон руху магніт. моменту, Ю. Рябінін, Л. Шубников дослідили М. п. напів­­­­провід­­­ників і сформулювали закон рівності нулю магніт. індукції. 1946 О. Ахієзер уперше за­пропонував концепцію взаємодії магнонів і кінетики магнітоупорядк. тіл, а у 1950-х рр. під його керівництвом одним із напрямів фіз. дослідж. був магнетизм. 1950 І. Ліфшиць встановив умови квантува­н­ня руху електрона у М. п. Згодом І. Ліфшиць та А. Косевич побудували повну теорію ефекту де Хааса–ван Альфена і встановили звʼя­зок осци­л­ляцій магніт. властивостей металів із формою їхньої поверх­ні Фермі, об­ґрунтували теорію гальваномагніт. явищ у металах у сильних М. п. У 1960-х рр. магнітні явища ви­вчали у фіз. ін­ститутах і лаб. АН УРСР у Києві, Харкові, Донецьку. У цей період від­крито електропольові ефекти в електрон. парамагніт. резонансі, роз­роблено новий метод дослідж. твердих тіл — мультирезонансну магнітну томо­графію (М. Дейген, О. Бугай, О. Ройцин та ін.), об­ґрунтовано явище аномал. проникне­н­ня високочастот. М. п. у середовище на від­стань, яка значно пере­вищує товщину скін-шару (Е. Канер), виявлено електромагнітні сплески в провід. середовищі (М. Азбель, Е. Канер), генерацію електромагніт. ви­промінюва­н­ня в нестаціонар. ефекті Джозефсона (І. Дмитренко, І. Янсон, В. Свистунов), стимулюва­н­ня над­провід­ності високочастот. електромагніт. полем (В. Дмитрієв, Е. Христенко). 1970 О. Галкін і Е. Завадський від­крили ефект незворот. індукува­н­ня магніт. стану речовин сильним М. п. У 1970-х рр. дослідж. влас­тивостей антиферомагнетиків, магніт. доменів та ін. явищ виконували В. Барʼяхтар і А. Боровик. 1952 у Києві реалізовано ідею високочастот. транс­порту (С. Те­тельбаум). Перший у СРСР ліній. електро­двигун для монорейк. дороги на магніт. під­вісі створили фахівці КБ Київ. заводу електротранс­порту (Б. Венеракт, Г. Ужеля, В. Мишакін, Й. Спертор) і Київ. політех. ін­ституту (на чолі з С. Ребровим). У 1970-х рр. магнітолевітуючі транс­порт­ні засоби роз­робляли в Ін­ституті геотех. механіки АН УРСР; 1989 для концентрації зусиль на роз­виток і роз­шире­н­ня дослідж. у галузі створе­н­ня екол. чистого високошвидкіс. назем. транс­порту і пер­спектив. транс­порт. систем на над­провід. магнітах на базі його та Ін­ституту тех. механіки АН УРСР окремих під­роз­ділів створ. Від­діл. фіз.-тех. про­блем транс­порту на над­провід. магнітах, яке 1995 пере­творено на Ін­ститут транс­порт. систем і технологій НАНУ (усі — Дні­пропетровськ, нині Дні­про). На основі взаємодії М. п. роз­роблено кілька типів по­їздів на магніт. подушці, які утримуються над полотном дороги та рухаються завдяки силі електромагніт. поля.

Літ.: Патон Б. Е. Устойчивость горения дуги в сварочной цепи, содержащей индуктивность с насыщен­ным стальным магнито­проводом // АС. 1951. № 2; Бозорт Р. М. Фер­ромагнетизм / Пер. с англ. Москва, 1956; Патон Б. Е., Потапьевский А. Г., Подола Н. В. Импульс­но-дуговая сварка плавящимся элек­­тродом с про­грам­мным регулированием процес­са // АС. 1964. № 1; Вонсовский С. В. Магнетизм. Москва, 1971; Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теория поля. Москва, 1973; Кнопфель Г. Сверхсильные импульсные магнитные поля / Пер. с англ. Москва, 1971; Бенардос Н. Н. На­учно-технические изобретения и проек­­ты: Из­бран. тр. К., 1982; Мишин Д. Д. Магнитные материалы. Москва, 1991; Физика твердого тела. К., 1996. Т. 1.

О. М. Корнієнко

Завантажити статтю