Grecia antică

Rocă (loadstone) – minereu de magnetit

Proprietate: atrage bucăţi de fier

Magnesia (localitate in Turcia) pe coasta de Mării Egee

Thales din Milet în jur de 600 B.C

Descoperă atracţia şi repulsia dintre polii magneţilor

Campul magnetic

Campul magnetic

Magneti permanenti

Orice magnet are doi poli. Polii de acelasi fel se resping, cei diferiti se atrag. Cea mai simpla sursa de camp magnetic este numita dipol magnetic. Polii magnetici nu pot fi separati (nu exista monopol magnetic).

Linii de camp magnetic Interactiunea dintre magnetic. Camp magnetic

China

Dinastia Qin (221-206 B.C.)

Se descopera busola

1. ghicirea norocului

2. navigaţie -busolă cu ace magnetice ~ sec. 8 A.D -navigaţie 850 – 1050 A.D. instrument standard de navigaţie

Europa

Alexander Neckam (1157–1217), calugăr, în 1187, montează acul magnetic pe un ax liber să se orienteze în orice direcţie din planul orizontal

Francezul Petrus Peregrinus (Pierre Pelerin de Maricourt) scrie o “scrisoare” în 1269 în care descrie busola şi experienţe cu magneţi. Este considerată primul articol ştiinţific modern. Printre altele descopera ca polii magnetici nu pot fi separati daca spargi un magnet.

Descoperirea înclinaţiei si declinatiei câmpului magnetic terestru

Georg Hartmann în 1544 descoperă înclinaţia câmpului magnetic terestru.

Acul busolei se înclină după ce este magnetizat

Producerea unui magnet artificial prin atingere unui ac de fier cu un magnet natural sau prin racirea unui ac de fier înroşit aşezat pe direcţi nord-sud magnetic

Robert Norman (constructor de busole) în 1581 realizează un experiment prin care pune în evidenţă existenţa înclinaţiei câmpului magnetic.

Acul busolei nu indică steaua polară. Deviaţia este numită declinaţie magnetică.

Anglia, 1600

"On the Magnet" by William Gilbert of Colchester First published by the Chiswick Press, London 1600

-sintetizează datele existente până la el -reface experimentele şi elimină pe cele neconcludente -efectueaza un experiment nou, il compara cu masuratorile existente si il interpreteaza ca o dovada ca sursa câmpului magnetic este atribuită interiorului Pământului -este prima proprietate fizică atribuită planetei Pământ. Gravitaţie descoperită este descoperită de Newton în 1683.

Pamantul este un mare magnet, iar campul magnetic este asemanator cu al unui dipol magnetic.

Henry Gellibrand (1597–1636) în 1634 descoperă că declinaţia magnetică se schimbă în timp (variatia seculara.

Edmond Halley (1656–1742) propune un sistem de sfere concentrice în mişcare relativă în interiorul Pământului pentru a explica variaţia în timp a câmpului magnetic

Edmond Halley conduce în 1699 prima expediţie ştiinţifică de măsurare a declinaţiei câmpului magnetic în Atlantic. Prima harta cu izolinii de egala declinatie.

George Graham (1675–1751) în 1722 urmărind oscilaţiile unui ac magnetic lung descoperă că există o variaţie de 24 de ore a câmpului magnetic terestru (variaţia diurnă).

In 1741, George Graham (Londra) şi Anders Celsius în Uppsala (Suedia) observă oscilaţii simultane ale câmpului magnetic produse în timpul aurorei boreale (furtună magnetică).

Charles Augustin Coulomb, în 1777, inventează balanţa de torsiune.

Descoperă că forţa dintre polii a doi magneţi este proporţională cu 1/r2 Descoperă că atracţia dintre două corpuri cu sarcină electrică este proporţională cu 1/r2.

Henry Cavendish, în 1796, demostrează că şi în laborator se verifică legea gravitaţiei universale, şi calculează constanta atracţiei universale.

1828

Alexander von Humboldt (1769–1859)

Wilhelm Weber (1804–1891)

-inventează un instrument pentru măsurarea intensităţii câmpului magnetic terestru -organizează o reţea mondială de observatoare geomagnetice -Gauss pune la punct o metodă matematică de a descrie câmpul magnetic la suprafaţa Pământului şi separă sursele în interne şi externe

Carl Friedrich Gauss (1777–1855)

Forta lui Lorentz (1892)

BvF

qq = sarcina electrică v = viteza cu care se deplasează sarcina electrică B = vectorul inducţie magnetică.

Unitatea de măsură pentru inducţia magnetică: <B>=1T (Tesla)

Protoni

Electroni Aurora boreală

Aurora australă

v

B

)0( qF

Legea Biot-Savart

Hans Christian Oersted (1777–1851) descoperă efectul magnetic al curentului electric în jur de 1820.

3

0

4 r

idd

rlB

ld

ld

r r

B

i

dB este câmpul magnetic creat într-un punct aflat la distanţa r de o

porţiune foarte mică liniară de circuit cu orientarea dată de vectorul

dl şi parcursă de un curent cu intensitatea i.

μ0 = 4π 10-7 Wb/Am (permeabilitatea magnetică a vidului)

Câmpul magnetic total este dat de :

BB

d

Câmpul magnetic al unui conductor străbătut de curent Legea Biot-Savart

Câmpul magnetic al unei spire circulare de curent

ld

r

B

B

B

xr

Ri

i = curentul prin spiră; R = raza spirei; x = distanţa până la

punctul unde se calculează câmpul magnetic măsurată pe

perpendiculara dusă prin centrul spirei.

Unghiul dintre dl şi r este de 90°.

Componentele câmpului magnetic

(BII) paralele cu perpendicalara

dusă pe planul spirei prin centru se

adună algebric, celelalte se

anulează reciproc pentru puncte

simetrice. Câmpul magnetic total

este dat de

IIdBB

B

B

xr

R

Câmpul magnetic creat de un element de circuit dl în

punctul situat la distanţa r este dat de:

2

0 90sin

4 r

idldB

Componenta BII este dată de:

2

0 cos

4cos

r

dldBdBII

3

0

4 r

idd

rlB

Unghiul α în funcţie de x şi R se exprimă astfel: 22

22 cosRx

R

r

RRxr

Inlocuind în expresia lui BII: 2/322

0

)(4 xR

RdlidBII

Câmpul magnetic total se află integrând: dl

xR

RidBB II 2/322

0

)(4

Rdl 22/322

20

2/322

0

)(2)2(

)(4 xR

RiR

xR

RiB

Considerăm că punctul se găseşte la o distanţă de centrul spirei care îndeplineşte condiţia x>>R.

In aceste condiţii câmpul magnetic devine:

2/3

2

23

2

0

2/322

2

0

)1(2)(2

x

Rx

Ri

xR

RiB

3

0

3

0

3

2

0

222 xx

iA

x

iRB

unde A este aria spirei circulare, iar μ=iA este denumit momentul magnetic dipolar prin

analogie cu rezultatul obţinut la calculul câmpului electric creat de un dipol electric.

+

-

p

Dipol electric

Vectorul moment magnetic dipolar: m

22 Ammrim

Cea mai simpla sursa de camp magnetic

MICHAEL FARADAY (1791–1867)

Inducţie electromagnetică Generarea unui curent electric de un camp magnetic variabil

Proprietatile magnetice ale cristalelor

Miscarea electronului in jurul nucleului moment magnetic orbital Spinul electronului moment magnetic de spin

Diamagnetism

M = momentul magnetic produs de campul magnetic extern H

- susceptibilitatea magnetica

..)(0 consttemp

13810 kgm

Paramagnetism

13810 kgm

paradia

Feromagnetism

parafero

Magnetit (Fe3O4) : Tc=575C

Hematit (Fe2O3) : Tc=680C

Goethite (FeOOH) : Tc=120C

Pirotina (Fe7O8) : Tc=320C

Ms = moment magnetic de saturatie

Mr = moment magnetic remanent (momentul magnetic existent la H=0 dupa saturare)

HC = coercivitate (campul magnetic la care se anuleaza magnetizarea)

feromagnetic

paramagnetic

Tc – temperatura de trecere de la starea feromagnetica la cea paramagnetica

13810100001000 kgmfero

Campul magnetic terestru

Campul magnetic terestru este un vector.

H

V

ENH

N

E

VEN

VEN

B

BtgI

BBB

B

BtgD

BBBB

IDBBBB

22

222

),,(),,(B

Campul magnetic terestru (geomagnetic) la suprafata Pamantului Este, in proportie de 90%, creat de un dipol geocentric inclinat.

Sursele campului geomagnetic 1. Câmpul magnetic principal care este generat de curenţii electrici din nucleul lichid al Pământului şi

posibil de scurgerile de curent în mantaua adâncă.

2. Câmpul magnetic crustal, creat de magnetizarea indusă sau remanentă a materialelor din crustă.

3. Câmpul magnetic extern, produs de curenţii electrici din ionosferă şi magnetosferă şi modulat de

vântul solar şi câmpul magnetic interplanetar.

4. Câmpul magnetic indus, produs de curenţii electrici din oceane sau stratele conductive din crustă

sau manta care apar datorită variaţiilor de flux magnetic ale câmpului extern.

Campul dipolar

si cel nedipolar

Variatiile pe termen

lung

Anomaliile magnetice

crustale

Sursele externe produc variatii pe termen scurt

Inversiunile campului geomagnetic

Camp magnetic normal Polaritate normala

Camp magnetic invers Polaritate inversa

Magnetizarea rocilor

Momentul magnetic al rocii este dat de produsul intre susceptibilitatea magnetica si campul magnetic terestru

2. MAGNETIZAREA REMANENTA

Magnetizare termoremanenta remanenta: este magnetizarea remanenta achizitionata de o roca in timpul racirii de la temperaturi mai mari de temperatura Curie (T>700C), la temperatura medilui ambiant, in prezenta campului magnetic terestru.

Magnetizare remanenta detritica: este magnetizarea remanenta achizitionata in timpul formarii unei roci sedimentare prin alinierea cristalelor feromagnetice in apa in prezenta campului magnetic terestru.

Magnetizare remanenta chimica: este magnetizarea remanenta achizitionata de un cristal feromagnetic in timpul cresterii in prezenta campului magnetic terestru