Условия на границе раздела двух магнетиков
Рассмотрим связь векторов магнитной индукции и напряженности магнитного поля на границе раздела двух магнетиков при отсутствии на границе макротоков. Воспользуемся по аналогии методиками, использованными в задаче о преломлении линий электрического смещения и напряженности электрического ноля на границе раздела двух диэлектриков. Как мы уже видели, на границе магнетика (а в общем случае — на границе раздела двух магнетиков) в поле возникает поверхностный микроток, который может приводить к разрыву нолей.
Рассмотрим сначала соотношение между нормальными к поверхности раздела компонентами вектора магнитной индукции Вп. Воспользуемся теоремой Гаусса, выбрав в качестве гауссовой поверхности поверхность цилиндра (рис. 23.4). При этом основания цилиндра должны быть малы (чтобы считать поле константой), параллельны границе раздела и находиться Рис. 23.4 в разных магнетиках, а высота цилиндра должна быть
бесконечно малой — в том числе и по сравнению с основаниями. Такой выбор позволяет пренебречь потоком вектора магнитной индукции через боковую поверхность цилиндра но сравнению с потоком через основания.
Тогда из теоремы Гаусса следует, что потоки вектора магнитной индукции через основания по модулю равны, причем один направлен наружу цилиндра, другой внутрь. Геометрически это означает, что потоки направлены в одну сторону: BniS = Bn2S. Поскольку площади оснований цилиндра Sравны, то получаем, что нормальная компонента вектора магнитной индукции на границе раздела магнетиков остается непрерывной-.
Выразив полученное соотношение через напряженность поля, получим, что нормальная компонента вектора напряженности на границе раздела магнетиков претерпевает разрыв:
Перейдем теперь к тангенциальным составляющим, соотношение которых удобно найти для вектора напряженности с помощью теоремы о циркуляции.
Выделим вблизи границы раздела небольшой прямоугольный контур ABCD (рис. 23.5). Выберем стороны АВ = CD = I так, что они параллельны границе раздела и находятся в разных магнетиках, а стороны ВС и DA бесконечно малы по сравнению со сторонами ВС Рис. 235
и DA. Тогда, пренебрегая в теореме о циркуляции интегралами по бесконечно малым сторонам, получим
откуда следует, что тангенциальная компонента вектора напряженности на границе раздела магнетиков остается непрерывной:
Выразив это соотношение через магнитную индукцию, получим, что тангенциальная компонента вектора магнитной индукции на границе раздела магнетиков претерпевает разрыв:
Таким образом, мы получили, что векторы напряженности и магнитной индукции претерпевают преломление при переходе из одной среды в другую. По аналогии с преломлением электрического поля в диэлектриках имеем закон преломления векторов напряженности магнитного поля и магнитной индукции:
Здесь а, — угол падения; а2 — угол преломления. Формула показывает, что при переходе в магнетик с большей магнитной проницаемостью силовые линии напряженности и магнитной индукции удаляются от нормали.
14 как обнаружить разрыв магнитной линии
Зачем ровно 4 года назад NASA прострелила ночное небо мыса Канаверал ракетой Atlas V?
12 марта 2015 года с мыса Канаверал стартовала очередная миссия NASA по изучению динамики магнитного поля Земли. На этот раз предметом исследования стал процесс перезамыкания силовых линий магнитного поля.
В результате бомбардировки Земли заряженными частицами со стороны Солнца, силовые линии магнитного поля нашей матушки могут претерпевать разрывы и пересоединения, что вызывает огромные всплески энергии, которые отражаются в атмосфере в виде прекрасных аврор.
Для того чтобы лучше понять физику этого процесса, NASA на деньги американских налогоплательщиков дырявит небо дорогущей аппаратурой. Тебе же, для того чтобы погрузиться в тему, достаточно просто заглянуть под кат.
На борту Atlas V находились 4 спутника миссии под названием Magnetospheric Multiscale mission (MMS), основной целью которой служит изучение феномена перезамыкания силовых линий магнитного поля Солнца в магнитосфере Земли, следствием которого является достаточно опасный процесс взрывного характера, выражающийся в виде выброса заряженных частиц, который может повредить действующие аппараты на орбите.
Эта миссия единственная в своем роде, занимающаяся данной проблемой. Её примечательной особенностью является геометрическая хореография расположения спутников относительно друг друга. Для того чтобы аппаратура смогла собрать адекватные данные, спутники должны сформировать правильную пирамиду на пути разворачивающегося перед холодными глазами космических странников феномена.
Магнитные поля могут быть найдены в каждом уголке Вселенной. Планеты, звезды, галактики, черные дыры и многие другие тела создают магнитные поля, которые обвивают своих создателей или свободно скитаются по окружающему пространству.
Присоединенные одним концом к положительно заряженной стороне, а другим к отрицательно заряженной, силовые линии магнитного поля обычно замкнуты и образуют петли. Но иногда происходит разрыв линии с последующим замыканием в новую петлю. Разрыв и замыкание этих линий высвобождает большое количество энергии, разгоняя окружающие заряженные частицы до скоростей близких к скорости света.
Цитируя слова Jim Burch, главного исследователя MMS, сказанные им 10 марта 2015 года:
Когда подобный феномен происходит с магнитными линиями Солнца, то происходят солнечные вспышки, которые отправляют массивный кусок солнечной атмосферы в космическое пространство на правах свободного плавания, иногда прямиком на Землю. Такое событие называется выбросом корональных масс и является достаточно опасным явлением, которое может вызвать значительные проблемы с электроникой на Земле и повредить спутники на орбите.
Перезамыкание магнитных линий также происходит и намного ближе к Земле: магнитные линии Солнца время от времени достают и до Земных магнитных линий. Это и является катализатором перераспределения магнитных линий и как следствие их перезамыкания.
В большинстве случаев следствием этого процесса является поток заряженных частиц, устремленный по направлению к Земной атмосфере, что генерирует одно из самых зрелищных событий на Земле — северные сияния. Но этот же эффект является и причиной геомагнитных бурь, которые являются источником сильных электромагнитных волн, способных уничтожить электронику и вызвать отключение электричества.
С помощью миссии MMS человечество хочет понять, каким образом устроен этот одновременно красивый и опасный феномен.
Перейдем к деталям
- Стоимость миссии: 1.1 миллиард $
- Вес каждого спутника: 1.36 тонны
- Упакованный размер каждого спутника: Октогональная форма (правильный восьмиугольник) 1.2 метра в высоту, 3.65 метра в ширину
- Способ упаковки в ракету-носитель: свадебный торт
- Размер в рабочем состоянии каждого спутника: 28.65 метра в высоту, 120.7 метров в ширину
Каким образом?
На орбите спутники сформировали пирамиду, находясь на расстоянии 10 км друг от друга, для составления 3d изображения изучаемого процесса. В каждом спутнике есть модуль GPS, который обеспечивает точность позиционирования до 100 метров.
Аппараты миссии собирают данные в местах, где вероятность засечь такие события максимальна — на линии Солнце — Земля в магнитопаузе.
Что в итоге
Спустя год после запуска миссии удалось зафиксировать первое событие перезамыкания. Пролетая в непосредственной близости от перезамкнувшихся линий в так называемом регионе диссипации спутники задетектировали само событие и поток заряженных частиц, устремившихся по прямой линии от места события на скорости тысяч километров в секунду, прорываясь через магнитное поле Земли, обычно удерживающее их. Как только частицы проходят сквозь магнитный барьер они разворачиваются на 180 градусов, что сигнализирует об образовании новых магнитных линий после, того как старые были разрушены солнечными.
Эти результаты полностью совпали с компьютерной симуляцией.
С момента запуска MMS пролетел через эти регионы в магнитном поле Земли уже тысячи раз, каждый раз собирая информацию о динамике силовых линий магнитного поля Земли. После первого прямого наблюдения этого явления, было зафиксировано еще около десятка подобных случаев, что дало больше данных для изучения этого фундаментального феномена.
Методы определения места повреждения кабеля
Повреждения в трехфазных кабельных линиях (КЛ) могут быть следующих видов:
- замыкание одной жилы на землю;
- замыкание двух или трех жил на землю либо двух или трех жил между собой;
- обрыв одной, двух или трех жил без заземления или с заземлением как оборванных, так и необорванных жил;
- заплывающий пробой, проявляющийся в виде КЗ (пробоя) при высоком напряжении и исчезающий («заплывающий») при номинальном напряжении.
Характер повреждения определяют с помощью мегомметра. Для этого с обоих концов линии проверяют:
- сопротивление изоляции каждой жилы кабеля по отношению к земле (фазная изоляция), сопротивление изоляции жил относительно друг друга (линейная изоляция);
- целостность токоведущих жил.
2. Методы определения зон повреждения кабельных линий
Выбор метода определения места повреждения кабеля зависит от характера повреждения, места прокладки и переходного сопротивления в месте повреждения. При повреждении КЛ ориентировочно определяют зону (место локализации) повреждения, и после этого различными методами уточняют место повреждения на трассе. Для более точного определения зоны повреждения поиск желательно выполнять с одного конца КЛ несколькими методами. Если такая возможность отсутствует, более точный результат дает поиск одним методом с обоих концов кабеля.
Для поиска зоны повреждения используют:
- метод прожигания изоляции (разрушающий метод),
- импульсный метод;
- метод колебательного разряда;
- метод петли;
- емкостный метод.
Метод прожигания изоляции. В этом случае устанавливают место, где сопротивление между жилами или между жилой и оболочкой будет минимальным. Для уточнения места повреждения необходимо снизить переходное сопротивление до минимального предела. Для этого при помощи генератора высокой частоты или трансформатора выполняют прожигание изоляции. Процесс прожигания протекает по-разному, в зависимости от характера повреждения и состояния кабеля. Обычно через 15 – 20 с сопротивление уменьшается до нескольких десятков Ом. При увлажненной изоляции процесс проходит более длительно, и сопротивление удается уменьшить только до 2000 – 3000 Ом. В муфтах процесс прожигания кабеля проходит более длительно, иногда несколько часов, причем сопротивление резко меняется: то снижается, то снова возрастает, – пока не установится процесс, и сопротивление не начнет снижаться устойчиво. Это разрушающий метод определения места повреждения кабеля.
Импульсный метод применяется для определения зоны повреждения кабеля при переходном сопротивлении до 150 Ом в любых случаях, кроме заплывающего пробоя. Метод основан на измерении интервала времени между моментами подачи зондирующего импульса переменного тока и приема отраженного импульса от места повреждения. Скорость распространения импульсов в КЛ высокого и низкого напряжения – величина постоянная и равна V=160 м/мкс.
Поэтому по времени пробега импульса до места повреждения и обратно (Tx) определяют расстояние до точки повреждения кабеля (Lx, м):
Измерения производятся рефлектометрами (например, РЕЙС-105Р). На экране прибора имеется линия масштабных отметок и линия импульсов. По форме отраженного импульса можно судить о характере повреждения. Отрицательное значение отраженный импульс имеет при КЗ, положительное – при обрыве жил.
Метод колебательного разряда применяется при заплывающих пробоях кабелей. Для измерения на поврежденную жилу от испытательной установки подается напряжение, которое плавно поднимается до напряжения пробоя. В момент пробоя в кабеле возникает разряд колебательного характера. Период колебаний определяет расстояние до точки повреждения, так как электромагнитная волна распространяется в кабеле с постоянной скоростью. Измерения выполняются рефлектометрами.
Метод петли основан на измерении сопротивлений при помощи моста постоянного тока. Применение метода возможно при повреждении одной или двух жил кабеля и при наличии одной неповрежденной жилы. При повреждении трех жил можно использовать жилу рядом проложенного кабеля. Для этого поврежденную жилу накоротко присоединяют к целой жиле кабеля, образуя петлю. К противоположным концам жил присоединяют регулируемые сопротивления моста.
Равновесие моста будет при условии, о.е.:
Сопротивление жилы кабеля прямо пропорционально его длине, поэтому расстояние до точки повреждения, м:
где R1 и R2 – регулируемые сопротивления моста, Ом;
L – полная длина линии, м.
К недостаткам этого метода следует отнести большие затраты времени, меньшую точность, необходимость устанавливать «закоротки». Поэтому метод «петли» сейчас вытесняется другими методами: емкостным, импульсным методами, методом колебательного разряда и другими.
Методы непрерывно совершенствуются.
Емкостный метод применяется для определения расстояния от конца линии до места обрыва одной или нескольких жил КЛ путем измерения емкости кабеля. Метод основан на измерении емкости оборванной жилы с помощью моста переменного или постоянного тока, так как емкость кабеля зависит от его длины. При обрыве жилы кабеля без заземления измеряется емкость оборванной жилы с обоих концов. Считаем, что длина кабеля делится пропорционально измеренным емкостям С1 и С2, тогда:
После определения зоны повреждения в этот район для определения места повреждения направляется оператор, который использует акустический, индукционный метод или метод накладной рамки.
Акустический метод. Сущность акустического метода состоит в создании в месте повреждения искрового разряда и прослушивании на трассе звуковых колебаний, вызванных этим разрядом над местом повреждения. Этот метод применяют для обнаружения на трассе всех видов повреждения с условием, что в месте повреждения может быть создан электрический разряд и это место ориентировочно известно. Для возникновения устойчивого разряда необходимо, чтобы величина переходного сопротивления в месте повреждения превышала 40 Ом.
Слышимость звука на поверхности земли зависит от глубины залегания кабеля, плотности грунта, вида повреждения и мощности разрядного импульса. Возможная глубина прослушивания колеблется от 1 до 5 м. Применять этот метод для открыто проложенных кабелей, кабелей, проложенных в каналах и в туннелях, не рекомендуется, так как из-за хорошего распространения звука по металлической оболочке кабеля можно допустить большую ошибку в определении места повреждения.
В качестве генератора импульсов применяется кенотрон с дополнительным включением в схему высоковольтных конденсаторов и шарового разрядника. Вместо конденсаторов можно использовать емкость неповрежденных жил кабеля. В качестве акустического датчика используют датчики пьезомагнитной или электромагнитной системы, преобразующие механические колебания грунта в электрические сигналы, поступающие на вход усилителя звуковой частоты. Над местом повреждения сигнал наибольший.
Индукционный метод применяют для непосредственного отыскания мест повреждения кабеля на трассе:
- при замыкании изоляции жил между собой или на землю;
- при обрыве с одновременным пробоем изоляции между жилами или на земле;
- для определения трассы и глубины залегания кабеля;
- для определения местоположения соединительных муфт.
По этому методу на поверхности земли с помощью приемной рамки фиксируют изменения электромагнитного поля над кабелем при пропускании по нему тока от долей ампера до 20 А (звуковой частоты 800÷1200 Гц). Диапазон определяется в зависимости от наличия помех и глубины залегания кабеля. ЭДС, наводимая в рамке, зависит от распределения тока в кабеле и взаимного пространственного расположения рамки и кабеля. Зная характер изменения поля, можно по ориентации рамки определить трассу прохождения и место повреждения кабеля. Более точные результаты получают при прохождении тока по цепи «жила – жила», для этого выжиганием однофазные замыкания переводят в двух- и трехфазные или создают искусственную цепь «жила – оболочка кабеля», снимая заземление с цепи с двух сторон и подключая генератор к жиле и оболочке кабеля.
Силовые линии поля от тока цепи «жила – земля» представляют собой концентрические окружности, центром которых является ось кабеля. Ток, идущий по прямому и обратному проводам, создает два концентрических магнитных поля, действующих в противоположных направлениях (поле от пары токов). При расположении жил в горизонтальной плоскости результирующее поле на поверхности земли наибольшее, а при расположении жил в вертикальной плоскости – наименьшее. Поскольку кабели имеют скрутку жил, то в рамке, расположенной вертикально и перемещаемой вдоль трассы кабеля, будут индуцироваться ЭДС, изменяющиеся от минимума при вертикальном расположении жил до максимума при горизонтальном расположении жил. При отыскании повреждения следует помнить, что сигнал за местом повреждения затухает на расстоянии не более половины шага.
Этим методом определяют трассу кабеля, глубину его прокладки, место расположения соединительных муфт (по усилению звучания в телефоне из-за увеличенного расстояния между жилами). Для определения глубины прокладки кабеля сначала находят линию его трассы и проводят черту. Затем, располагая ось рамки под углом 45º к вертикальной плоскости, проходящей через ось кабеля, устанавливают место исчезновения в рамке индуцированной ЭДС. Расстояние от этого места до трассы, отмеченной чертой, равно глубине залегания кабеля. При наличии защитной металлической трубы уровень звука резко уменьшается, так как труба является экраном.
Метод накладной рамки применяют для непосредственного обнаружения места повреждения кабеля. Метод основан на том же принципе, что и индукционный, удобен при открытой прокладке кабеля. При прокладке кабеля в земле необходимо открыть несколько шурфов в зоне повреждения, после этого к жиле и оболочке или между двумя жилами подключают генератор. На кабель накладывают рамку и поворачивают ее вокруг оси. До места повреждения будут прослушиваться два максимума и два минимума сигнала от поля пары токов. За местом повреждения при вращении рамки будет прослушиваться монотонный сигнал, вызванный магнитным полем одиночного тока.
За последние 15 – 20 лет обслуживания подземных телекоммуникационных трассы усложнилось, т.к. эксплуатируемых трасс стало больше, а средний «возраст» их увеличился, активизировались строительные работы. В городских условиях существуют проблемы вскрытия асфальтного покрытия и высокий уровень электромагнитных помех широкого спектра.
3. Современные способы поиска трасс прохождения кабельных линий и их повреждений
В настоящее время появились новые способы поиска трасс. Раньше поисковые приборы были простыми, дешевыми и состояли из поисковой антенны с датчиком и миниатюрного встроенного приемника со звуковой индикацией. Степень фильтрации была невысока, часто приемник представлял собой усилитель низкой частоты, выдающий звук в «чистом виде», без обработки.
Новое поколение приборов для поиска трасс более эффективно, они точнее, но и значительно дороже. Для уменьшения электромагнитных помех усложнили фильтрующий блок, а городские акустические шумы потребовали акустической отстройки. Все это привело к увеличению габаритов и веса прибора, и для обеспечения комфортной работы персонала в современных приборах приемник и поисковую антенну разделили.
Дальнейшее развитие шло по пути расширения сервисных возможностей приборов, например, цифровая индикация глубины закладки кабеля и величины тока. Для этого ввели второй горизонтальный датчик и предусмотрели возможность строго-вертикального направления антенны. Для поиска трассы по минимуму сигнала был встроен еще и вертикальный датчик. Совместная работа вертикального и горизонтального датчиков позволяет искать трассу не только по максимуму или минимуму, как это было в традиционных методах, но и по инвертируемому сигналу. Такой способ называют по-разному: «супермаксимум», «максимум+» и т.д. Его достоинство заключается в том, что он объединяет точность поиска «по минимуму» с удобством поиска по максимуму (рис. 1).
Рисунок 1 – Режим «супермаксимум» (в центре) объединяет удобство определения трассы по максимальному сигналу (слева) с точностью поиска по минимуму сигнала (справа)
Появление датчиков с различной ориентацией приема сигнала позволило включить в комплекс измерений фазовый анализ, который дает дополнительные данные:
- за счет использования вертикального датчика стало возможно определять место измерения: справа или слева от кабеля;
- нахождение «своего» кабеля в местах схождения коммуникаций. Эта проблема по мере уплотнения коммуникаций приобрела особую актуальность. Было замечено, что направление тока в соседних трассах противоположно в каждый момент времени, что означает сдвиг фаз на 180°. Это используют как признак, разделяющий кабели;
- определение топологии поля для определения места прокладки кабеля при помощи устройства, которое с помощью датчиков с различной ориентацией оценивает расстояние до кабеля, глубину залегания и показывает их на плане, сопровождая цифровыми показаниями уровня сигнала (рис. 2).
Рисунок 2 – Устройство для изучения топологии магнитного поля а – слева от измерителя показан «свой» кабель, сигнал от генератора направлен вперед по кабелю; б – справа от измерителя «чужой» кабель – сигнал возвращается к генератору
Этот метод (контактный метод) основан на том, что при протекании тока через поврежденную оболочку на земле возникает разность потенциалов. Эту разность потенциалов снимают штырями, которые подключают к приемнику вместо антенны. Контактный метод на несколько порядков чувствительнее методов, основанных на определении амплитуды. Возможен пассивный поиск подземных коммуникаций, без подключения генератора.
Вместе с тем контактный метод имеет два недостатка:
- трудоемкость. Метод достаточно точный, если место дефекта известно хотя бы приблизительно. В противном случае требуется обследовать весь кабель. Для высокоомных дефектов зона чувствительности резко снижается: уже для повреждений с сопротивлением около 100 кОм зона обнаружения находится в радиусе более 1 м от повреждения. Найти такое повреждение сложно;
- для городов с развитым асфальтным покрытием применение контактного метода невозможно. В сельской местности трудности связаны с особенностями ландшафта, почвы и погодных условий.
Для городских условий был разработан двухчастотный амплитудный метод, который может полностью заменить традиционный амплитудный метод, при котором повреждение ищут по резкому спаду сигнала. Недостатком традиционного поиска является то, что он должен быть непрерывным, а изменение сигнала может происходить по разным причинам. Двухчастотный амплитудный метод работает сразу на двух частотах: 273 Гц и 2 кГц. Низкочастотный сигнал 273 Гц чувствителен к повреждению изоляции, а сигнал с частотой 2 кГц является опорным и изменяется с глубиной залегания кабеля или положением относительно него измерителя точно так же, как и низкочастотный сигнал.
При отсутствии повреждения соотношение сигналов вдоль кабеля практически не изменяется. Если кабель поврежден, то изменение сигнала частотой 273 Гц значительно, а изменение сигнала 2 кГц практически не наблюдается.
Прибор анализирует соотношение уровня сигналов на двух частотах и определяет поврежденный участок, сравнивая соотношения сигналов на концах исследуемого участка. В городских условиях он работает на расстоянии до 100 м, что позволяет найти поврежденный участок кабеля на интервале1 км за 10 измерений. Затем на поврежденном участке можно провести следующие измерения, разбив его на более короткие отрезки. Это существенно облегчает работу специалистам-кабельщикам. Следует отметить, что чувствительность двухчастотного амплитудного метода на порядок выше традиционных способов поиска повреждений, а также позволяет проводить поиск на недоступных для измерения участках.
Облегчение и ускорение работы специалистов во все более усложняющихся условиях поиска трасс прокладки кабеля и поврежденных мест — общий итог применения всех перечисленных инновационных методов, разработанных в последние годы.
К сожалению, применение этих методов все еще сдерживается высокими ценами производителей на трассо-поисковые приборы.
Как найти Внеземную Жизнь? Разрыв линий Магнитного поля Солнца
Авторитетный журнал Science назвал прорывом года фотографию тени сверхмассивной черной дыры в галактике Мессье 87. Изображение, получившее название «Взгляд на врата ада», было получено в апреле в рамках проекта Event Horizons Telescope.
Однако, по мнению читателей журнала Science, лучшим достижением в научных открытиях 2019 года считается обнаружение фрагментов лица денисовского человека. Второе место, по мнению любителей науки, должно достаться разработке препарата, снижающего смертность от лихорадки Эбола. А фотографию тени черной дыры читатели разместили лишь на третьей строчке.
Сегодня мы разберем еще несколько новостей, а именно:
Разрыв линий магнитного полня солнца, обнаружение нового маркера внеземной жизни, создание самоизлечивающейся роботизированной ноги, а в конце поговорим о девочке с болезнью Бенджамина Баттона.
Ученые из Национального аэрокосмического агентства США обнаружили на солнце разрыв линий магнитного поля, который был вызван петлеобразным протуберанцем.
Разрыв в магнитном поле звезды был вызван петлеобразным протуберанцем — плотным сгустком относительно холодного вещества, которое некоторое время удерживается над хромосферой. Падая обратно на Солнце, это вещество вызвало разрыв, и магнитные линии солнца соединялись обратно, возвращаясь к прежнему виду.
Несмотря на то, что подобное событие астрономы предполагали еще 15 лет назад, наблюдение за одним из них состоялось только сейчас.
Ученые нашли новый маркер внеземной жизни. Им оказался ядовитый газ. Если быть более точным — токсичное соединение фосфора: фосфин, фосфористый водород. Заметное количество фосфина в атмосфере экзопланеты может говорить о существовании на ней жизни. Особенно если это экзопланета земного типа.
Однако, в данном случае, речь идет об определенной форме жизни — анаэробных микроорганизмах.
Фосфин вреден лишь для аэробных форм жизни, каковыми являемся и мы с вами, тогда как анаэробные организмы не только спокойно его переносят, но и вырабатывают. Более того, на Земле фосфин не может появиться никаким иным способом, кроме как благодаря анаэробным бактериям.
В наше время идёт роботизация практически во всех сферах жизни человека. Роботы должны увеличить темпы производства, выдерживать высокие нагрузки, которые связаны с рисками, и дабы обезопасить себя в критической ситуации, люди создают разнообразные механизмы защиты. Как правило, эти механизмы одноразовые и их приходиться менять.
На конференции IROS которая проходила 17 декабря 2019 года была представлена статья японских инженеров, а именно работа Масаюки Инаба (Masayuki Inaba) с коллегами из Токийского университета. Они создали прототип роботизированной ноги с многоразовым «механическим предохранителем».
Ребенок, о котором пойдет речь, на данный момент является единственным в мире носителем такой генетической мутации.
Помните фильм «Загадочная история Бенджамина Баттона», в котором говорится о человеке, имеющем в младенчестве внешность и состояние здоровья 85-летнего.
Двухлетняя Айли Килпатрик-Скритон страдает от мандибулоакральной дисплазии, из-за чего черты ее лица напоминают внешность пожилого человека.
Болезнь характеризуется недоразвитием нижней челюсти и ключичных костей, другими аномалиями скелета, задержкой роста, потерей костной ткани на концах пальцев рук и ног, атрофией кожи, утратой подкожной клетчатки в различных областях тела.
6.6K поста 72.7K подписчиков
Правила сообщества
ВНИМАНИЕ! В связи с новой волной пандемии и шумом вокруг вакцинации агрессивные антивакцинаторы банятся без предупреждения, а их особенно мракобесные комментарии — скрываются.
Основные условия публикации
— Посты должны иметь отношение к науке, актуальным открытиям или жизни научного сообщества и содержать ссылки на авторитетный источник.
— Посты должны по возможности избегать кликбейта и броских фраз, вводящих в заблуждение.
— Научные статьи должны сопровождаться описанием исследования, доступным на популярном уровне. Слишком профессиональный материал может быть отклонён.
— Видеоматериалы должны иметь описание.
— Названия должны отражать суть исследования.
— Если пост содержит материал, оригинал которого написан или снят на иностранном языке, русская версия должна содержать все основные положения.
Не принимаются к публикации
— Точные или урезанные копии журнальных и газетных статей. Посты о последних достижениях науки должны содержать ваш разъясняющий комментарий или представлять обзоры нескольких статей.
— Юмористические посты, представляющие также точные и урезанные копии из популярных источников, цитаты сборников. Научный юмор приветствуется, но должен публиковаться большими порциями, а не набивать рейтинг единичными цитатами огромного сборника.
— Посты с вопросами околонаучного, но базового уровня, просьбы о помощи в решении задач и проведении исследований отправляются в общую ленту. По возможности модерация сообщества даст свой ответ.
Наказывается баном
— Оскорбления, выраженные лично пользователю или категории пользователей.
— Попытки использовать сообщество для рекламы.
— Многократные попытки публикации материалов, не удовлетворяющих правилам.
— Нарушение правил сайта в целом.
Окончательное решение по соответствию поста или комментария правилам принимается модерацией сообщества. Просьбы о разбане и жалобы на модерацию принимает администратор сообщества. Жалобы на администратора принимает @SupportComunity и общество пикабу.
Не нужно обычные слова писать с большой буквы.
Галактика Андромеда М31
Переосмыслил и более вдумчиво обработал галактику Андромеда М31 снятую паралельно с Полярным сиянием 18.08.2022 г.
Оборудование и параметры съемки 18.08.2021 г. 📷 Canon 550 Da монтировка Star Adventure, объектив Юпитер 21М 200/4 iso 800 F6 выдержки по 60 сек, накоплено 2,27 часа. зона засветки: Синяя. Калибровочные кадры (дарки) в наличии. Обработка Sequator, Lightroom
первый вариант обработки, почти полный кадр (нижнее фото)
Найдена планета-океан
Международная команда исследователей объявила об открытии ранее неизвестной экзопланеты TOI-1452 b. Имеющиеся данные указывают на то, что она может быть полностью покрыта жидкой водой.
Экзопланета была открыта в ходе анализа данных, собранных телескопом TESS. Ему удалось обнаружить систематические изменения блеска красного карлика, входящего в состав двойной звездной системы, расположенной на расстоянии порядка 100 световых лет от Земли. Последующие наблюдения подтвердили, что они вызваны транзитами невидимого компаньона и позволили определить его характеристики.
TOI-1452 b обращается вокруг одного из красных карликов (они разделены дистанцией в 97 а. е.) с периодом в 11.1 дня. Ее радиус на 70% превышает радиус Земли, а равновесная температура составляет 53 °C. Астрономам также удалось определить приблизительное значение массы TOI-1452 b. Ее масса превышает массу нашей планеты в 4.8 раза.
В ходе последующего анализа исследователи пришли к выводу, что TOI-1452 b не просто больше Земли, но и отличается от нее куда большим содержанием летучих компонентов. 70% поверхности нашей планеты покрыт водой, но при этом на нее приходится лишь 1% от ее массы. В случае же с TOI-1452 b вода может составлять до 30% от ее массы. Если расчеты исследователей верны, она представляет собой планету-океан — мир, полностью покрытый водой и, по всей видимости, не имеющей суши.
Силовые линии магнитного поля: определение направления
Каждому человеку, который изучал в школе физику, знакомо понятие – направление линий магнитной индукции. Как направлены магнитные линии рассчитывается разными способами, однако самым популярным является «правило буравчика». Подробнее, как определить направление индукции можно указанным способом и не только будет рассказано в этой статье.
Определение магнитных силовых линий
Если обратиться к физике, силовые линии магнитного поля (МП) представляют собой прямые, к которым проводят касательные, имеющие одинаковое значение с курсом ориентации магнитной индукции. Проводятся линий так, чтобы их частота была соразмерной показателям магнитной индукции.
Чем выше они в определенной точке, тем выше частота силовых прямых.
Это приводит к тому, что свойства силовых линий схожи с прямыми электростатики. Однако отличие может заключаться в некоторых особенностях.
Для начала нужно изучить поле магнитов, которое создается проводом прямого сообщения с током. Пусть волокно с проводящими способностями идет под прямым углом по отношению к основной плоскости. В различных точках, которые находятся на равной дистанции от проводника, показатели индукции будут идентичными. Прямая, касательная к которой по всей длине соответствует пути направляющего индукции магнитов, будет создавать собой круг или овал.
Согласно вышесказанному, рассматриваемые прямые прямоточного проводника – это круги или овалы, которые окутывают сам проводник. Именно в нем скапливаются все центры силовых прямых. Они полностью отличаются от электростатических силовых линий. Ведь вторые не замыкаются, а берут свое начало и заканчиваются в зарядах.
Рассматриваемые силовые линии не имеют конечных и начальных точек. Сегодня еще не установлены отдельно имеющиеся полюса магнитов с севера и юга, которые можно принять за источник поля определенной полярности. Также они не могут быть началом или концом силовых прямых. Однако все истоки поля магнитов характеризуются наличием северного и южного полюсов.
Как определить линейно-магнитную направленность
Чтобы определить куда направлены рассматриваемые линии, можно воспользоваться разными доступными способами. Подробнее, как определить направление магнитных линий будет рассказано далее.
Правило буравчика
Самый распространенный метод определения пути рассматриваемых прямых – правило буравчика. Впервые о нем заговорили еще в XIX столетии, когда ученые обнаружили магнитное поле вокруг проводника, подключенного к напряжению.
Силовые линии, которые образовались, имеют схожий характер поведения с естественным магнитом. Помимо этого, связь проводникового электрического поля с током МП стала первоисточником динамики электромагнитов.
Также при определении расположения можно найти такие осево-векторные показатели:
Магнитное поле. Линии
Магнитные свойства вещества известны людям давно. Магниты получили своё название от античного города Магнесия: в его окрестностях был распространён минерал (названный впоследствии магнитным железняком или магнетитом), куски которого притягивали железные предметы.
Взаимодействие магнитов
На двух сторонах каждого магнита расположены северный полюс и южный полюс. Два магнита притягиваются друг к другу разноимёнными полюсами и отталкиваются одноимёнными. Магниты могут действовать друг на друга даже сквозь вакуум! Всё это напоминает взаимодействие электрических зарядов, однако взаимодействие магнитов не является электрическим. Об этом свидетельствуют следующие опытные факты.
• Магнитная сила ослабевает при нагревании магнита. Сила же взаимодействия точечных зарядов не зависит от их температуры.
• Магнитная сила ослабевает, если трясти магнит. Ничего подобного с электрически заряженными телами не происходит.
• Положительные электрические заряды можно отделить от отрицательных (например, при электризации тел). А вот разделить полюса магнита не получается: если разрезать магнит на две части, то в месте разреза также возникают полюса, и магнит распадается на два магнита с разноимёнными полюсами на концах (ориентированных точно так же, как и полюса исходного магнита).
Таким образом, магниты всегда двухполюсные, они существуют только в виде диполей. Изолированных магнитных полюсов (так называемых магнитных монополей — аналогов электрического заряда)в при роде не существует (во всяком случае, экспериментально они пока не обнаружены). Это, пожалуй, самая впечатляющая асимметрия между электричеством и магнетизмом.
• Как и электрически заряженные тела, магниты действуют на электрические заряды. Однако магнит действует только на движущийся заряд; если заряд покоится относительно магнита, то действия магнитной силы на заряд не наблюдается. Напротив, наэлектризованное тело действует на любой заряд ,вне зависимости от того, покоится он или движется.
По современным представлениям теории близкодействия, взаимодействие магнитов осуществляется посредством магнитного поля.А именно, магнит создаёт в окружающем пространстве магнитное поле, которое действует на другой магнит и вызывает видимое притяжение или отталкивание этих магнитов.
Примером магнита служит магнитная стрелка компаса. С помощью магнитной стрелки можно судить о наличии магнитного поля в данной области пространства, а также о направлении поля.
Наша планета Земля является гигантским магнитом. Неподалёку от северного географического полюса Земли расположен южный магнитный полюс. Поэтому северный конец стрелки компаса, поворачиваясь к южному магнитному полюсу Земли, указывает на географический север. Отсюда, собственно, и возникло название «северный полюс» магнита.
Линии магнитного поля
Электрическое поле, напомним, исследуется с помощью маленьких пробных зарядов, по действию на которые можно судить о величине и направлении поля. Аналогом пробного заряда в случае магнитного поля является маленькая магнитная стрелка.
Например, можно получить некоторое геометрическое представление о магнитном поле, если разместить в разных точках пространства очень маленькие стрелки компаса. Опыт показывает, что стрелки выстроятся вдоль определённых линий —так называемых линий магнитного поля . Дадим определение этого понятия в виде следующих трёх пунктов.
1. Линии магнитного поля, или магнитные силовые линии — это направленные линии в пространстве, обладающие следующим свойством: маленькая стрелка компаса, помещённая в каждой точке такой линии, ориентируется по касательной к этой линии.
2. Направлением линии магнитного поля считается направление северных концов стрелок компаса, расположенных в точках данной линии.
3. Чем гуще идут линии, тем сильнее магнитное поле в данной области пространства.
Роль стрелок компаса с успехом могут выполнять железные опилки: в магнитном поле маленькие опилки намагничиваются и ведут себя в точности как магнитные стрелки.
Так, насыпав железных опилок вокруг постоянного магнита, мы увидим примерно следующую картину линий магнитного поля (рис. 1 ).
Рис. 1. Поле постоянного магнита
Северный полюс магнита обозначается синим цветом и буквой ; южный полюс — красным цветом и буквой . Обратите внимание, что линии поля выходят из северного полюса магнита и входят в южный полюс: ведь именно к южному полюсу магнита будет направлен северный конец стрелки компаса.
Опыт Эрстеда
Несмотря на то, что электрические и магнитные явления были известны людям ещё с античности, никакой взаимосвязи между ними долгое время не наблюдалось. В течение нескольких столетий исследования электричества и магнетизма шли параллельно и независимо друг от друга.
Тот замечательный факт, что электрические и магнитные явления на самом деле связаны друг с другом, был впервые обнаружен в 1820 году — в знаменитом опыте Эрстеда.
Схема опыта Эрстеда показана на рис. 2 (изображение с сайта rt.mipt.ru). Над магнитной стрелкой ( и — северный и южный полюсы стрелки) расположен металлический проводник, подключённый к источнику тока. Если замкнуть цепь, то стрелка поворачивается перпендикулярно проводнику!
Этот простой опыт прямо указал на взаимосвязь электричества и магнетизма. Эксперименты последовавшие за опытом Эрстеда, твёрдо установили следующую закономерность: магнитное поле порождается электрическими токами и действует на токи.
Рис. 2. Опыт Эрстеда
Картина линий магнитного поля, порождённого проводником с током, зависит от формы проводника.
Магнитное поле прямого провода с током
Линии магнитного поля прямолинейного провода с током являются концентрическими окружностями. Центры этих окружностей лежат на проводе, а их плоскости перпендикулярны проводу (рис. 3 ).
Рис. 3. Поле прямого провода с током
Для определения направления линий магнитного поля прямого тока существуют два альтернативных правила.
Правило часовой стрелки . Линии поля идут против часовой стрелки, если смотреть так, чтобы ток тёк на нас.
Правило винта (или правило буравчика, или правило штопора — это уж кому что ближе ;-)). Линии поля идут туда, куда надо вращать винт (с обычной правой резьбой), чтобы он двигался по резьбе в направлении тока.
Пользуйтесь тем правилом, которое вам больше по душе. Лучше привыкнуть к правилу часовой стрелки — вы сами впоследствии убедитесь, что оно более универсально и им проще пользоваться (а потом с благодарностью вспомните его на первом курсе, когда будете изучать аналитическую геометрию).
На рис. 3 появилось и кое-что новое: это вектор , который называется индукцией магнитного поля, или магнитной индукцией. Вектор магнитной индукции является аналогом вектора напряжённости электрического поля: он служит силовой характеристикой магнитного поля, определяя силу, с которой магнитное поле действует на движущиеся заряды.
О силах в магнитном поле мы поговорим позже, а пока отметим лишь, что величина и направление магнитного поля определяется вектором магнитной индукции . В каждой точке пространства вектор направлен туда же,куда и северный конец стрелки компаса, помещённой в данную точку, а именно по касательной к линии поля в направлении этой линии. Измеряется магнитная индукция в теслах (Тл).
Как и в случае электрического поля, для индукции магнитного поля справедлив принцип суперпозиции. Он заключается в том, что индукции магнитных полей , создаваемых в данной точке различными токами, складываются векторно и дают результирующий вектор магнитной индукции: .
Магнитное поле витка с током
Рассмотрим круговой виток, по которому циркулирует постоянный ток . Источник,создающий ток, мы на рисунке не показываем.
Картина линий поля нашего витка будет иметь приблизительно следующий вид (рис. 4 ).
Рис. 4. Поле витка с током
Нам будет важно уметь определять, в какое полупространство (относительно плоскости витка) направлено магнитное поле. Снова имеем два альтернативных правила.
Правило часовой стрелки. Линии поля идут туда, глядя откуда ток кажется циркулирующим против часовой стрелки.
Правило винта. Линии поля идут туда, куда будет перемещаться винт (с обычной правой резьбой), если вращать его в направлении тока.
Как видите, ток и поле меняются ролями — по сравнению с формулировками этих правил для случая прямого тока.
Магнитное поле катушки с током
Катушка получится, если плотно, виток к витку, намотать провод в достаточно длинную спираль (рис. 5 — изображение с сайта en.wikipedia.org). В катушке может быть несколько десятков, сотен или даже тысяч витков. Катушка называется ещё соленоидом.
Рис. 5. Катушка (соленоид)
Магнитное поле одного витка, как мы знаем, выглядит не очень-то просто. Поля? отдельных витков катушки накладываются друг на друга, и, казалось бы, в результате должна получиться совсем уж запутанная картина. Однако это не так: поле длинной катушки имеет неожиданно простую структуру (рис. 6 ).
Рис. 6. поле катушки с током
На этом рисунке ток в катушке идёт против часовой стрелки, если смотреть слева (так будет, если на рис. 5 правый конец катушки подключить к «плюсу» источника тока, а левый конец — к «минусу»). Мы видим, что магнитное поле катушки обладает двумя характерными свойствами.
1. Внутри катушки вдали от её краёв магнитное поле является однородным : в каждой точке вектор магнитной индукции одинаков по величине и направлению. Линии поля — параллельные прямые; они искривляются лишь вблизи краёв катушки, когда выходят наружу.
2. Вне катушки поле близко к нулю. Чем больше витков в катушке — тем слабее поле снаружи неё.
Заметим, что бесконечно длинная катушка вообще не выпускает поле наружу: вне катушки магнитное поле отсутствует. Внутри такой катушки поле всюду является однородным.
Ничего не напоминает? Катушка является «магнитным» аналогом конденсатора. Вы же помните, что конденсатор создаёт внутри себя однородное электрическое поле, линии которого искривляются лишь вблизи краёв пластин, а вне конденсатора поле близко к нулю; конденсатор с бесконечными обкладками вообще не выпускает поле наружу, а всюду внутри него поле однородно.
А теперь — главное наблюдение. Сопоставьте, пожалуйста, картину линий магнитного поля вне катушки (рис. 6 ) с линиями поля магнита на рис. 1 . Одно и то же, не правда ли? И вот мы подходим к вопросу, который, вероятно, у вас уже давно возник: если магнитное поле порождается токами и действует на токи, то какова причина возникновения магнитного поля вблизи постоянного магнита? Ведь этот магнит вроде бы не является проводником с током!
Гипотеза Ампера. Элементарные токи
Поначалу думали, что взаимодействие магнитов объясняется особыми магнитными зарядами, сосредоточенными на полюсах. Но, в отличие от электричества, никто не мог изолировать магнитный заряд; ведь, как мы уже говорили, не удавалось получить по отдельности северный и южный полюс магнита — полюса всегда присутствуют в магните парами.
Сомнения насчёт магнитных зарядов усугубил опыт Эрстеда, когда выяснилось, что магнитное поле порождается электрическим током. Более того, оказалось, что для всякого магнита можно подобрать проводник с током соответствующей конфигурации, такой, что поле этого проводника совпадает с полем магнита.
Ампер выдвинул смелую гипотезу. Нет никаких магнитных зарядов. Действие магнита объясняется замкнутыми электрическими токами внутри него.
Что это за токи? Эти элементарные токи циркулируют внутри атомов и молекул; они связаны с движением электронов по атомным орбитам. Магнитное поле любого тела складывается из магнитных полей этих элементарных токов.
Элементарные токи могут быть беспорядочным образом расположены друг относительно друга. Тогда их поля взаимно погашаются, и тело не проявляет магнитных свойств.
Но если элементарные токи расположены согласованно,то их поля,складываясь,усиливают друг друга. Тело становится магнитом (рис. 7 ; магнитое поле будет направлено на нас; также на нас будет направлен и северный полюс магнита).
Рис. 7. Элементарные токи магнита
Гипотеза Ампера об элементарных токах прояснила свойства магнитов.Нагревание и тряска магнита разрушают порядок расположения его элементарных токов, и магнитные свойства ослабевают. Неразделимость полюсов магнита стала очевидной: в месте разреза магнита мы получаем те же элементарные токи на торцах. Способность тела намагничиваться в магнитном поле объясняется согласованным выстраиванием элементарных токов, «поворачивающихся» должным образом (о повороте кругового тока в магнитном поле читайте в следующем листке).
Гипотеза Ампера оказалась справедливой — это показало дальнейшее развитие физики. Представления об элементарных токах стали неотъемлемой частью теории атома, разработанной уже в ХХ веке — почти через сто лет после гениальной догадки Ампера.
Спасибо за то, что пользуйтесь нашими материалами. Информация на странице «Магнитное поле. Линии» подготовлена нашими редакторами специально, чтобы помочь вам в освоении предмета и подготовке к экзаменам. Чтобы успешно сдать нужные и поступить в ВУЗ или техникум нужно использовать все инструменты: учеба, контрольные, олимпиады, онлайн-лекции, видеоуроки, сборники заданий. Также вы можете воспользоваться другими статьями из разделов нашего сайта.