Магнітне поле

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, пов’язаний 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 магнітом’якого 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. Лівшиць встановив умови квантування руху електрона у М. п. Згодом І. Ліфшиць та А. Косевич побудували повну теорію ефекту де Хааса–ван Альфена і встановили зв’язок 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. Бар’яхтар 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

Рекомендована література

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.