Plik pole magnetyczne Jest to wpływ, jaki poruszające się ładunki elektryczne wywierają na otaczającą je przestrzeń. Ładunki zawsze mają pole elektryczne, ale tylko te, które są w ruchu, mogą generować efekty magnetyczne.
Istnienie magnetyzmu było znane od dawna. Starożytni Grecy opisywali minerał zdolny do przyciągania małych kawałków żelaza: był to lodestone lub magnetyt.
Mędrcy Tales z Miletu i Platon byli zajęci rejestrowaniem efektów magnetycznych w swoich pismach; nawiasem mówiąc, wiedzieli też o elektryczności statycznej.
Ale magnetyzm został skojarzony z elektrycznością dopiero w XIX wieku, kiedy Hans Christian Oersted zauważył, że kompas odchyla się w pobliżu przewodzącego drutu przewodzącego prąd..
Dziś wiemy, że elektryczność i magnetyzm to, że tak powiem, dwie strony tego samego medalu.
Indeks artykułów
W fizyce termin pole magnetyczne jest wielkością wektorową z modułem (wartością liczbową), kierunkiem w przestrzeni i sensem. Ma też dwa znaczenia. Pierwszym jest wektor, który jest czasami nazywany Indukcja magnetyczna i jest oznaczony b.
Jednostka b w międzynarodowym układzie jednostek jest to tesla, w skrócie T. Inna wielkość zwana również polem magnetycznym to H., znany również jako siła pola magnetycznego i którego jednostką jest amper / metr.
Obie wielkości są proporcjonalne, ale są definiowane w ten sposób, aby uwzględnić wpływ materiałów magnetycznych na pola, które przez nie przechodzą..
Jeśli materiał zostanie umieszczony w środku zewnętrznego pola magnetycznego, powstałe pole będzie zależało od tego, a także od własnej odpowiedzi magnetycznej materiału. Więc b Y H. są powiązane przez:
b = μmH.
Tutaj μm jest stałą zależną od materiału i ma odpowiednie jednostki, tak że przy pomnożeniu przez H. wynikiem jest tesla.
-Pole magnetyczne jest wielkością wektorową, dlatego ma wielkość, kierunek i zwrot.
-Jednostka pola magnetycznego b w systemie międzynarodowym jest to tesla, w skrócie T, podczas gdy H. to amper / metr. Inne jednostki, które często pojawiają się w literaturze to gauss (G) i ersted.
-Linie pola magnetycznego są zawsze zamkniętymi pętlami, opuszczającymi biegun północny i wchodzącymi w biegun południowy. Pole jest zawsze styczne do linii.
-Bieguny magnetyczne zawsze pojawiają się w parze północ-południe. Nie jest możliwe posiadanie izolowanego bieguna magnetycznego.
-Zawsze pochodzi z ruchu ładunków elektrycznych.
-Jego intensywność jest proporcjonalna do wielkości obciążenia lub prądu, który je wytwarza.
-Wielkość pola magnetycznego maleje wraz z odwrotnością kwadratu odległości.
-Pola magnetyczne mogą być stałe lub zmienne, zarówno w czasie, jak iw przestrzeni..
-Pole magnetyczne może wywierać siłę magnetyczną na poruszający się ładunek lub na przewód przewodzący prąd.
Magnes sztabkowy ma zawsze dwa bieguny magnetyczne: biegun północny i biegun południowy. Bardzo łatwo jest zweryfikować, czy bieguny tego samego znaku odpychają się, a różne typy przyciągają.
Jest to bardzo podobne do tego, co dzieje się z ładunkami elektrycznymi. Można również zauważyć, że im bliżej są, tym większa siła, z jaką się przyciągają lub odpychają..
Magnesy sztabkowe mają charakterystyczny wzór linii pola. Są to ostre zakręty, opuszczające biegun północny i wchodzące na biegun południowy.
Prostym eksperymentem, aby zaobserwować te linie, jest rozłożenie opiłków żelaza na arkuszu papieru i umieszczenie pod spodem magnesu sztabkowego..
Intensywność pola magnetycznego jest podawana jako funkcja gęstości linii pola. Są one zawsze najgęstsze w pobliżu biegunów i rozprzestrzeniają się, gdy oddalamy się od magnesu..
Magnes jest również znany jako dipol magnetyczny, w którym dwa bieguny są dokładnie biegunami północnymi i południowymi.
Ale nigdy nie można ich rozdzielić. Jeśli przecinasz magnes na pół, otrzymasz dwa magnesy, każdy z odpowiednimi biegunami północnym i południowym. Nazywa się izolowane bieguny monopole magnetyczne, ale jak dotąd nie udało się ich wyodrębnić.
Można mówić o różnych źródłach pola magnetycznego. Obejmują one od minerałów magnetycznych, przechodzących przez samą Ziemię, która zachowuje się jak duży magnes, po elektromagnesy..
Ale prawda jest taka, że każde pole magnetyczne ma swój początek w ruchu naładowanych cząstek.
Później zobaczymy, że pierwotnym źródłem wszelkiego magnetyzmu są maleńkie prądy wewnątrz atomu, głównie te, które są wytwarzane w wyniku ruchów elektronów wokół jądra i efektów kwantowych obecnych w atomie..
Jednak biorąc pod uwagę jego makroskopowe pochodzenie, można pomyśleć o źródłach naturalnych i sztucznych..
Źródła naturalne w zasadzie nie „wyłączają się”, są to magnesy trwałe, należy jednak wziąć pod uwagę, że ciepło niszczy magnetyzm substancji..
Jeśli chodzi o sztuczne źródła, efekt magnetyczny można stłumić i kontrolować. Dlatego mamy:
-Magnesy pochodzenia naturalnego, wykonane z minerałów magnetycznych, takich jak magnetyt i maghemit, na przykład tlenki żelaza.
-Prądy elektryczne i elektromagnesy.
W naturze istnieją różne związki, które wykazują niezwykłe właściwości magnetyczne. Są w stanie przyciągać na przykład kawałki żelaza i niklu, a także inne magnesy.
Wspomniane tlenki żelaza, takie jak magnetyt i maghemit, są przykładami tej klasy substancji..
Plik podatność magnetyczna to parametr używany do ilościowego określania właściwości magnetycznych skał. Podstawowe skały magmowe to skały o największej podatności, ze względu na dużą zawartość magnetytu.
Z drugiej strony, dopóki masz przewód, który przewodzi prąd, będzie związane z nim pole magnetyczne. Tutaj mamy inny sposób generowania pola, które w tym przypadku przyjmuje postać koncentrycznych okręgów z drutem.
Kierunek ruchu pola określa reguła prawego kciuka. Kiedy kciuk prawej ręki wskazuje kierunek prądu, pozostałe cztery palce wskażą kierunek, w którym załamują się linie pola..
Elektromagnes to urządzenie, które wytwarza magnetyzm z prądów elektrycznych. Ma tę zaletę, że można go włączać i wyłączać w dowolnym momencie. Kiedy prąd ustaje, pole magnetyczne zanika. Dodatkowo można również kontrolować natężenie pola.
Elektromagnesy są częścią różnych urządzeń, w tym między innymi głośników, dysków twardych, silników i przekaźników..
Można zweryfikować istnienie pola magnetycznego b za pomocą elektrycznego ładunku testowego - tzw co- i niech porusza się z prędkością v. W tym celu, przynajmniej na razie, wykluczona jest obecność pól elektrycznych i grawitacyjnych..
W tym przypadku siła, z jaką działa ładunek co, który jest oznaczony jako fab, jest to całkowicie spowodowane wpływem pola. Pod względem jakościowym przestrzega się:
-Wielkość fab jest proporcjonalna do co i szybko v.
-Jeśli v jest równoległa do wektora pola magnetycznego, wielkość fab wynosi zero.
-Siła magnetyczna jest prostopadła do obu v lubić b.
-Wreszcie wielkość siły magnetycznej jest proporcjonalna do sen θ, istota θ kąt między wektorem prędkości a wektorem pola magnetycznego.
Wszystkie powyższe dotyczą zarówno ładunków dodatnich, jak i ujemnych. Jedyna różnica polega na tym, że kierunek siły magnetycznej jest odwrócony.
Obserwacje te zgadzają się z iloczynem wektorów między dwoma wektorami, tak że siła magnetyczna doświadczana przez ładunek punktowy co, która porusza się z prędkością v w środku pola magnetycznego znajduje się:
fab = q v x b
Czyj to moduł:
fab = q.v.B.sen θ
Jest kilka sposobów, na przykład:
-Magnetyzując odpowiednią substancję.
-Przepuszczanie prądu elektrycznego przez przewodzący drut.
Ale pochodzenie magnetyzmu w materii wyjaśnia się, pamiętając, że musi on być związany z ruchem ładunków.
Elektron krążący wokół jądra jest zasadniczo małą, zamkniętą pętlą prądową, ale może w znacznym stopniu przyczynić się do magnetyzmu atomu. W kawałku materiału magnetycznego jest dużo elektronów.
Ten wkład w magnetyzm atomu nazywa się orbitalny moment magnetyczny. Ale to nie wszystko, ponieważ translacja nie jest jedynym ruchem elektronu. Ten też ma spin moment magnetyczny, efekt kwantowy, którego analogią jest rotacja elektronu wokół własnej osi.
W rzeczywistości magnetyczny moment spinu jest główną przyczyną magnetyzmu atomu..
Pole magnetyczne może przybierać różne formy, w zależności od rozkładu prądów, które je wywołują. Z kolei może zmieniać się nie tylko przestrzennie, ale także w czasie lub jednym i drugim jednocześnie..
-W pobliżu biegunów elektromagnesu występuje w przybliżeniu stałe pole.
-Również wewnątrz solenoidu uzyskuje się duże natężenie i jednorodne pole, z liniami pola skierowanymi wzdłuż osi osiowej.
-Ziemskie pole magnetyczne dość dobrze zbliża się do pola magnesu sztabkowego, szczególnie blisko powierzchni. Dalej wiatr słoneczny modyfikuje prądy elektryczne i wyraźnie je deformuje.
-Drut przewodzący prąd ma pole w postaci okręgów współśrodkowych z przewodem.
Jeśli chodzi o to, czy pole może się zmieniać w czasie, czy nie, mamy:
-Statyczne pola magnetyczne, gdy ani ich wielkość, ani kierunek nie zmieniają się w czasie. Przykładem tego typu pola jest pole magnesu sztabkowego. Również te, które pochodzą z drutów przenoszących stacjonarne prądy.
-Pola zmienne w czasie, jeśli którakolwiek z ich cech zmienia się w czasie. Jednym ze sposobów ich uzyskania są generatory prądu przemiennego, które wykorzystują zjawisko indukcji magnetycznej. Występują w wielu powszechnie używanych urządzeniach, na przykład telefonach komórkowych.
Kiedy trzeba obliczyć kształt pola magnetycznego wytwarzanego przez rozkład prądów, można skorzystać z prawa Biota-Savarta, odkrytego w 1820 roku przez francuskich fizyków Jean Marie Biot (1774-1862) i Felixa Savarta (1791). -1841).).
W przypadku niektórych rozkładów prądu o prostych geometriach można bezpośrednio uzyskać matematyczne wyrażenie dla wektora pola magnetycznego.
Załóżmy, że mamy odcinek drutu o różnej długości dl który przenosi prąd elektryczny ja. Zakłada się również, że drut znajduje się w próżni. Pole magnetyczne, które wytwarza ten rozkład:
-Zmniejsza się wraz z odwrotnością kwadratu odległości do drutu.
-Jest proporcjonalna do natężenia prądu ja który przechodzi przez drut.
-Jego kierunek jest styczny do obwodu promienia r wyśrodkowany na drucie, a jego znaczenie określa zasada prawego kciuka.
-μlub = 4π. 10-7 T.m / A
-reb jest różnicą pola magnetycznego.
-ja to natężenie prądu przepływającego przez drut.
-r to odległość między środkiem przewodu a punktem, w którym chcesz znaleźć pole.
-rel jest wektorem, którego wielkość jest długością segmentu różniczkowego dl.
-r to wektor, który biegnie od przewodu do punktu, w którym chcesz obliczyć pole.
Poniżej znajdują się dwa przykłady pola magnetycznego i ich wyrażenia analityczne.
Za pomocą prawa Biota-Savarta można otrzymać pole wytwarzane przez cienki skończony przewód przewodzący prąd I. Poprzez całkowanie wzdłuż przewodnika i przyjmowanie przypadku granicznego, w którym jest ono bardzo długie, wielkość pola wynik:
Cewka Helmholtza składa się z dwóch identycznych i koncentrycznych cewek okrągłych, do których przepływa ten sam prąd. Służą do wytworzenia wewnątrz w przybliżeniu jednolitego pola magnetycznego.
Jego wielkość w środku cewki wynosi:
Y jest skierowany wzdłuż osi osiowej. Czynniki równania to:
-N reprezentuje liczbę zwojów cewek
-ja jest wielkością prądu
-μlub to przenikalność magnetyczna próżni
-R jest promieniem zwojów.
Jeszcze bez komentarzy