В чём измеряют магнитное поле ? На сколько электромагнит сильнее постоянного магнита ? Какие рекорды по величине магнитного поля достигнуты на сегодня? Ответы на все эти вопросы в этой статье.
1. Магнитное поле и в чём его измеряют.
Электромагнитное взаимодействие это одно из четырёх фундаментальных взаимодействий в физике. Не будем сейчас останавливаться на природе явления магнетизма, достаточно только сказать, что магнитное поле оказывает воздействие на любые объекты, а не только ферромагнетики (например, железо). Просто для этого нужно приложить сильное поле, т.к. магнитная восприимчивость многих веществ очень и очень низка, а у некоторых и вовсе отрицательна.
Если резюмировать: намагнитить можно всё что угодно, нужно только достаточно сильное поле.
Вот о том что есть "достаточно сильное" поле мы и поговорим дальше, но сначала надо разобраться с единицами измерения. Их существует несколько. В физике очень часто используют ампер/метр, в технике - Эрстеды, а в международная система единиц (СИ) предлагает нам другие единицы измерения (Тесла) в честь известного учёного Николы Теслы. Разумеется, все эти единицы можно легко пересчитывать друг в друга следующим образом: 1 Эрстед = 79.5 A/м, а 1 Тесла = 10000 Эрстед. Логично, что для измерения сильных магнитных полей практически всегда используют Тесла (Тл) так как это самая крупная единица. Ими мы и будем пользоваться в статье.
2. Сильное магнитное поле это какое ?
Чтобы примерно понимать что такое 1 Тл, надо сказать что это поле примерно в 20000 раз сильнее магнитного поля земли. Порядок поля, создаваемого постоянными магнитами, это 0.5-1.5 Тл. Традиционный электромагнит с медной обмоткой способен создать поле до 3 Тл и этого вполне хватает для самых разных технических задач. Существует несколько подходов к определению границы между полем "обычной" величины и "сильным". Один из самых простых и распространённых - считать сильным любое поле, которое превышает возможности обычного электромагнита. Разумеется, можно создавать и более мощные электромагниты на основе меди, но это достаточно накладное мероприятие поскольку в этой ситуации вклад в величину магнитного поля от каждого дополнительного атома меди будет уменьшаться обратно пропорционально третьей степени расстояния между атомом и рабочим пространством. Поэтому для создания сильных полей как правило используются сверхпроводящие магниты. Материалы, из которых их делают обладают нулевым сопротивлением, что позволяет пропускать очень сильный ток и создавать сильное поле. Сегодня стандартные сверхпроводящие магниты легко позволяют получить поле 12-15 Тл. Благодаря ним стали доступны такие вещи как качественные МРТ снимки или магнитная левитация.
3. Рекорды по величине магнитного поля.
Вот мы и подошли к главному вопросу. Конечно же 15 Тл это далеко не предел сегодняшних возможностей человека. Рекордом является величина в 45 Тл, что примерно в миллион раз сильнее магнитного поля земли. Достигнут он был на специально спроектированном магните в Национальной лаборатории сильных магнитных полей (Флорида, США). Лабораторий, подобных этой, в мире всего 5. Кроме американской ещё есть по одной в Китае и Японии и три в Европе. Все они обладают оборудованием способным создавать постоянные поля от в районе 30-40 Тл в очень небольшом рабочем пространстве (обычно это трубка диаметром 5-10 см). Понятное дело, что такие огромные величины сегодня это удел науки, ни о каком практическом применении пока речи не идет. Они используются только для научных исследований в основном области физики, биологии и материаловедения. Создавать такие магниты - это крайне сложная инженерная задача, поскольку необходимо одновременно решать несколько проблем. А именно: нарушение сверхпроводящего состояния материалов магнита в сильном поле или борьба с так называемым "магнитным давлением", которое стремится разрушить магнит. Постоянно ведутся работы по поиску новых инженерных решений для создания ещё более сильных полей. Например, уже сейчас есть идеи как создать магнит на 70 Тл.
На этом всё, спасибо что прочитали!