Intenzivnost magnetnega polja, značilnosti, viri, primeri

On magnetno polje Je vpliv premikanja električnih nabojev na okoliški prostor. Obremenitve imajo vedno električno polje, vendar le tisti, ki so v gibanju, lahko ustvarijo magnetne učinke.

Obstoj magnetizma je že dolgo znan. Starodavni Grki so opisali mineral, ki lahko privabi majhne koščke železa: to je bil magnetski ali magnetitni kamen.

Slika 1. Magnetitni vzorec. Vir: Wikimedia Commons. Rojinegro81 [cc by-sa 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0)].

Modrici Miletusa in Platona so skrbeli za registracijo magnetnih učinkov v njihovih spisih; Mimogrede, poznali so tudi statično elektriko.

Toda magnetizem se z elektriko ni povezal šele v devetnajstem stoletju, ko je Hans Christian Oersted opazil, da je bil kompas preusmerjen v bližini voznikove žice, ki je prevažala tok.

Danes vemo, da sta elektrika in magnetizem tako rekoč dve strani iste valute.

[TOC]

Magnetno polje v fiziki

V fiziki izraz magnetno polje Je vektorska velikost, z modulom (njena številčna vrednost), smer v prostoru in smeri. Ima tudi dva pomena. Prvi je vektor, ki se včasih imenuje magnetna indukcija In je označen z B.

Enota B V mednarodnem sistemu enot je Tesla, skrajšana t. Druga velikost, imenovana tudi magnetno polje, je H, poznan tudi kot Intenzivnost magnetnega polja In katere enota je amperio/meter.

Obe veličini sta sorazmerni, vendar sta na ta način opredeljena, da upoštevata učinke, ki jih imajo magnetni materiali na poljih, ki jih skozi.

Če je material nameščen na sredini zunanjega magnetnega polja, bo nastalo polje odvisno od tega in tudi od magnetnega odziva materiala. Zato B in H So povezani z:

B = μ_mH

Tukaj μ_m  To je konstanta, ki je odvisna od materiala in ima ustrezne enote, tako da z množenjem H Rezultat je Tesla.

Značilnosti magnetnega polja

-Magnetno polje je vektorska velikost, zato ima velikost, smer in pomen.

-Enotnost magnetnega polja B V mednarodnem sistemu je Tesla, skrajšana kot t, medtem ko H To je ampere/meter. Druge enote, ki se pogosto pojavljajo v literaturi, so Gauss (G) in Orsted.

-Linije magnetnega polja so vedno zaprte vezi, ki zapustijo severni pol in vstopijo na južni pol. Polje je vedno tangentno do linij.

-Magnetni drogovi se vedno pojavljajo v par sever-jug. Ni mogoče imeti izoliranega magnetnega pola.

-Vedno izvira iz gibanja električnih nabojev.

-Njegova intenzivnost je sorazmerna z velikostjo obremenitve ali tokom, ki ga proizvaja.

-Magnetna polja se zmanjšuje s inverznim do kvadrata razdalje.

-Magnetna polja so lahko konstantna ali spremenljiva, tako čas kot prostor.

-Magnetno polje lahko izvaja magnetno silo na premikajoči se obremenitvi ali na žici, ki je trenutni transport.

Drogove magneta

Magnet v palici ima vedno dva magnetna droga: severni in južni pol. Zelo enostavno je preveriti, ali se drogovi z enakim znakom odbijajo, medtem ko so privabljajo različne vrste.

To je tako, kot se zgodi z električnimi naboji. Tudi vidno je, da ko so bližje, večja je sila, s katero privlačijo ali odbijajo.

Lahko vam služi: pritlikava galaksija: trening, evolucija, značilnosti, primeri

Bar magneti imajo značilen vzorec poljskih linij. So zaprte krivulje, ki zapustijo Severni pol in vstopijo na Južni pol.

Slika 2. Magnetne polja magnetne magnete. Vir: Wikimedia Commons.

Preprost eksperiment za opazovanje teh vrstic je sestavljen iz širjenja železnih datotek na list papirja in postavitev magneta spodaj.

Intenzivnost magnetnega polja je podana glede na gostoto poljskih linij. Te so vedno gostejše v bližini polov in se raztezajo, ko se oddaljujemo od magneta.

Magnet je znan tudi kot magnetni dipol, v katerem sta dva pola natančno severna in južna magnetna pola.

Vendar se nikoli ne morejo ločiti. Če je magnet prerezan na polovico, dobimo dva magneta, vsak s svojim severnim in južnim polom. Izolirani drogovi se imenujejo Magnetni monopoli, Toda do danes nihče ni mogel izolirati.

Viri

Lahko se pogovarjate o različnih virih magnetnega polja. Segajo od magnetnih mineralov, skozi same dežele, ki se obnaša kot velik magnet, dokler ne dosežete elektromagnetov.

Toda resnica je, da ima vsako magnetno polje svoj izvor v gibanju naloženih delcev.

Kasneje bomo videli, da je primarni vir vsega magnetizma v drobnih tokovih v atomu, predvsem tistim, ki se pojavijo zaradi gibov elektronov okoli jedra in zaradi kvantnih učinkov, ki so prisotni v atomu.

Vendar pa lahko glede na njegov makroskopski izvor pomislite na naravne vire in umetne vire.

Naravni viri Načeloma ne "izklopijo" so stalni magneti, vendar je treba upoštevati, da toplota uniči magnetizem snovi.

Kar zadeva umetne vire, je mogoče magnetni učinek zatreti in nadzorovati. Zato imamo:

-Magneti naravnega izvora, izdelani iz magnetnih mineralov, kot sta magnetit in maghemit, oba železna oksida, na primer.

-Električni in elektroimani.

Magnetni in elektromagnetni minerali

V naravi obstajajo različne spojine, ki kažejo pomembne magnetne lastnosti. Na primer lahko pritegnejo koščke železa in niklja, pa tudi druge magnete.

Omenjeni železovi oksidi, kot sta magnetit in maghemita, so primeri tovrstnih snovi.

The Magnetna občutljivost To je parameter, ki se uporablja za količinsko opredelitev magnetnih lastnosti kamnin. Osnovne magnetne kamnine so najvišja dovzetnost zaradi visoke vsebnosti magnetita.

Po drugi strani pa pod pogojem, da obstaja žica, ki je toka, bo povezano magnetno polje. Tu imamo še en način, kako ustvariti polje, ki v tem primeru sprejme obliko koncentričnih okoliščin z žico.

Občutek kroženja polja je podan s pravilom desnega palca. Ko palec desne roke kaže v smeri toka, preostali štirje prsti označujejo smisel, v katerem so poljske črte ukrivljene.

Slika 3. Pravilo desnega palca, da dobite smer in pomen magnetnega polja. Vir: Wikimedia Commons.

Elektromagnet je naprava, ki proizvaja magnetizem iz električnih tokov. Prednost je, da se lahko po volji vklopi in izklopi. Ko tok preneha, magnetno polje izgine. Poleg tega je mogoče nadzorovati tudi intenzivnost polja.

Electromagnes so del različnih naprav, med katerimi so govorci, trdi diski, motorji in štafeti, med drugim.

Vam lahko služi: pravilo desnega roka

Magnetna sila na premikajočem se naboju

Lahko preverite obstoj magnetnega polja B s pomočjo električne preskusne obremenitve q- In to se premika s hitrostjo v. Za to se vsaj zaenkrat izključi prisotnost električnih in gravitacijskih polj.

V tem primeru sila, ki jo doživlja obremenitev q, ki je označena kot F_B, Je popolnoma posledica vpliva polja. Kvalitativno opazimo naslednje:

-Velikost  F_B  Je sorazmerno  q In s hitrostjo v.

-DA v je vzporeden z vektorjem magnetnega polja, velikost F_B Je nič.

-Magnetna sila je pravokotna na oba v kot B.

-Končno je velikost magnetne sile sorazmerna greh θ, biti θ Kot med hitrostnim vektorjem in vektorjem magnetnega polja.

Vse zgoraj navedeno velja tako za pozitivne kot za negativne obremenitve. Edina razlika je v tem, da je pomen magnetne sile obrnjen.

Ta opažanja se strinjajo z vektorskim izdelkom med dvema vektorji, tako da je magnetna sila, ki jo doživlja natančna obremenitev q, To se premika s hitrostjo v Na sredini magnetnega polja je:

F_B = q v x B

Čigar modul je:

F_B = q.v.B.greh θ

Slika 4. Pravilo desne roke za magnetno silo na pozitivni točni obremenitvi. Vir: Wikimedia Commons.

Kako nastaja magnetno polje?

Na primer obstaja več načinov:

-Z ustrezno snovjo.

-Prehod električnega toka skozi vozniško žico.

Toda izvor magnetizma v zadevi je razloženo s spominom, da mora biti povezan z gibanjem obremenitev.

Elektron, ki kroži v jedru, je v bistvu majhen zaprti vezje toka, vendar lahko znatno prispeva k magnetizmu atoma. V kos magnetnega materiala je veliko elektronov.

Ta prispevek k magnetizmu atoma se imenuje Orbitalni magnetni trenutek. Vendar je še več, ker prevod ni edino gibanje elektrona. To ima tudi Spin -ov magnetni trenutek, kvantni učinek, katerega analogija je učinka vrtenja elektronov na njegovi osi.

Pravzaprav je magnetni trenutek Espín glavni vzrok magnetizma atoma.

Fantje

Magnetno polje lahko sprejme številne oblike, odvisno od porazdelitve tokov, ki izhajajo. Po drugi strani se lahko razlikuje samo v prostoru, ampak tudi v času ali obeh hkrati.

-V bližini polov elektromagneta je približno konstantno polje.

-Tudi znotraj magnetnega magneta dobimo visoko intenzivnost in enotno polje, poljske črte pa so usmerjene vzdolž osne osi.

-Zemeljsko magnetno polje je dokaj dobro do polja magneta, zlasti v površinski bližini. Poleg tega sončni veter spreminja električne tokove in ga močno deformira.

-Žica, ki prevaža tok, ima polje v obliki koncentričnih okoliščin z žico.

Glede tega, ali se polje lahko ali ne spreminja v času, imajo:

-Statična magnetna polja, ko se niti njihova velikost niti njihova smer sčasoma niso spremenila. Polje magneta je dober primer te vrste polja. Tudi tiste, ki izvirajo iz žic, ki prevažajo stacionarne tokove.

-Spremenljiva polja sčasoma, če se katera od njegovih značilnosti sčasoma razlikuje. Eden od načinov za njihovo pridobitev je iz izmeničnih tokovnih generatorjev, ki uporabljajo pojav magnetne indukcije. Najdemo jih v številnih napravah skupne uporabe, na primer mobilni telefoni.

Vam lahko služi: rezultat vektorja: izračun, primeri, vaje

Zakon o Biot-Savart

Ko je potrebno izračunati obliko magnetnega polja, ki jo proizvede s porazdelitvijo tokov, lahko uporabimo zakon o Biot-Savart, ki ga leta 1820 odkrijejo francoski fiziki Jean Marie Biot (1774-1862) in Felix Savart (1791-1841).

Za nekatere trenutne porazdelitve s preprostimi geometrijami lahko neposredno dobimo matematični izraz za vektor magnetnega polja.

Recimo, da imate žični segment diferencialne dolžine dl ki prevaža električni tok Yo. Domneva se tudi, da je žica v vakuumu. Magnetno polje, ki proizvaja to porazdelitev:

-Zmanjšuje s obratnim kvadratom razdalje do žice.

-Sorazmerna z intenzivnostjo toka Yo ki potuje na žico.

-Vaš naslov je tangenten za obseg radia r Osredotočeno na žico in njen pomen je dano s pravim pravilom palca.

Ta opažanja so združena v naslednjem izrazu:Konstanta sorazmernosti je Vakuumska prepustnost μ_tudi, s katerim je pridobljen:Kje:

-μ_tudi = 4π. 10^-7 T.m/ a 

-dB Je diferencialna magnetna polja.

-Yo Intenzivnost toka kroži na žici.

-r To je razdalja med središčem žice in točko, kjer želite najti polje.

-dl Je vektor, katerega velikost je dolžina diferencialnega segmenta dl.

-r To je vektor, ki sega od žice do točke, ko želite izračunati polje.

Primeri

Spodaj sta dva primera magnetnega polja in njihovi analitični izrazi.

Magnetno polje, ki ga proizvaja zelo dolga pravokotna žica

S pomočjo. Pri integraciji vzdolž gonilnika in omejitvenem primeru, v katerem je to zelo dolgo, je velikost polja rezultat:

 Smer in smer vektorja B sta označena z desnim pravilom palca, kot je razvidno iz slike 3.

Polje, ki ga je ustvarila Helmholtz tuljava

Tuljava Helmholtz tvorita dve enaki in koncentrični krožni tuljavi, ki jih prenaša isti tok. Služijo za ustvarjanje približno enakomernega magnetnega polja v notranjosti.

Slika 5. Shema tuljav Helmholtz. Vir: Wikimedia Commons.

Njegova velikost v središču tuljave je:

In je usmerjen vzdolž osne osi. Dejavniki enačbe so:

-N predstavlja število obratov tuljav

-Yo Je velikost toka

-μ_tudi Je magnetna prepustnost vakuuma

-R To je polmer tuljav.

Reference

1. Figueroa, d. (2005). Serija: Fizika za znanost in inženiring. Zvezek 1. Kinematika. Uredil Douglas Figueroa (USB).
2. Intenzivnost magnetnega polja H. Okrevano od: 230nsc1.PHY-ASST.GSU.Edu.
3. Kirkpatrick, l. 2007. Fizika: pogled na svet. 6. skrajšana izdaja. Cengage učenje.
4. Magnetno polje in magnetne sile. Okrevano od: fizike.UCF.Edu.
5. Rex, a. 2011. Osnove fizike. Pearson.
6. Serway, r., Jewett, J. (2008). Fizika za znanost in inženiring. Zvezek 2. 7. Ed. Cengage učenje.
7. Univerza v Vigo. Primeri magnetizma. Pridobljeno iz: kvintan.spletna mesta.Uvigo.je