Intenzita magnetického poľa, charakteristiky, zdroje, príklady

On magnetické pole Je to vplyv pohybujúcich sa elektrických nábojov na okolitý priestor. Zaťaženia majú vždy elektrické pole, ale iba tie, ktoré sú v pohybe, môžu vytvárať magnetické efekty.

Existencia magnetizmu je známa už dlho. Starí Gréci opísali minerál schopný prilákať malé kúsky železa: bol to magnette alebo magnetitový kameň.

postava 1. Magnetitová vzorka. Zdroj: Wikimedia Commons. Rojinegro81 [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/3.0)].

Múdri muži Miletus a Platón sa postarali o registráciu magnetických účinkov vo svojich spisoch; Mimochodom, poznali aj statickú elektrinu.

Magnetizmus sa však s elektrinou nespájal až do devätnásteho storočia, keď Hans Christian Oersted poznamenal, že kompas bol odklonený v blízkosti vodiča, ktorý prepravoval prúd.

Dnes vieme, že elektrina a magnetizmus sú tak povedané, dve strany tej istej meny.

[TOC]

Magnetické pole vo fyzike

Vo fyzike, termín magnetické pole Je to vektorová veľkosť, s modulom (jeho číselná hodnota), smer v priestore a smeru. Má tiež dva významy. Prvým je vektor, ktorý sa niekedy volá magnetická indukcia A je označený B.

Jednotka B V medzinárodnom systéme jednotiek je Tesla, skrátená T. Ďalšia veľkosť tiež nazývaná magnetické pole je H, taktiež známy ako Intenzita magnetického poľa A ktorej jednotka je amperio/meter.

Obidve veľkosti sú úmerné, ale sú definované týmto spôsobom, aby zohľadnili účinky, ktoré majú magnetické materiály na polia, ktoré ich prechádzajú.

Ak je materiál umiestnený uprostred vonkajšieho magnetického poľa, výsledné pole bude závisieť od toho a tiež od magnetickej odozvy materiálu. Preto B a H Sú prepojené prostredníctvom:

B = μ_mH

Tu μ_m  Je to konštanta, ktorá závisí od materiálu a má primerané jednotky, takže vynásobením H Výsledkom je Tesla.

Charakteristiky magnetického poľa

-Magnetické pole je veľkosť vektora, preto má veľkosť, smer a význam.

-Jednota magnetického poľa B V medzinárodnom systéme je to Tesla, skrátená ako t, zatiaľ čo H Je to ampér/meter. Ďalšími jednotkami, ktoré sa často objavujú v literatúre, sú Gauss (G) a Oersted.

-Magnetické línie poľa sú vždy zatvorené kravaty, ktoré zanechávajú severný pól a vstupujú na južný pól. Pole je vždy dotyčené do riadkov.

-Magnetické póly sa vždy objavujú v páre severojutu. Nie je možné mať izolovaný magnetický pól.

-Vždy pochádza z pohybu elektrických nábojov.

-Jeho intenzita je úmerná veľkosti záťaže alebo prúdu, ktorý ho produkuje.

-Veľkosť magnetického poľa klesá s inverziou na štvorcový vzdialenosť.

-Magnetické polia môžu byť konštantné alebo variabilné, čas aj priestor.

-Magnetické pole je schopné vyvíjať magnetickú silu na pohybujúce sa zaťaženie alebo na drôt, ktorý prúd transportuje.

Póly magnetu

Magnet tyče má vždy dva magnetické póly: severný pól a južný pól. Je veľmi ľahké overiť, či sú póly s rovnakým znamienkom odpudia.

Je to celkom ako to, čo sa deje s elektrickými poplatkami. Je tiež zrejmé, že čím bližšie sú, tým väčšia je sila, s ktorou priťahujú alebo odrazujú.

Môže vám slúžiť: trpaslík galaxia: tréning, vývoj, charakteristiky, príklady

Magnety stĺpcov majú výrazný vzorec línie polí. Sú to zatvorené krivky, ktoré opúšťajú severný pól a vstupujú na južný pól.

Obrázok 2. Čiarky magnetického poľa s magnetom typu. Zdroj: Wikimedia Commons.

Jednoduchý experiment na pozorovanie týchto riadkov, spočíva v šírení súborov železa na vrchu papiera a umiestnenia tyčového magnetu pod.

Intenzita magnetického poľa je daná podľa hustoty polí čiary. Tieto sú vždy hustejšie v blízkosti pólov a rozširujú sa, keď sa pohybujeme od magnetu.

Magnet je tiež známy ako magnetický dipól, v ktorom sú dva póly presne severné a južné magnetické póly.

Ale nikdy nemôžu oddeliť. Ak je magnet rozrezaný na polovicu, získajú sa dva magnety, každý so svojimi príslušnými severnými a južnými pólmi. Izolované póly sa nazývajú Magnetické monopoly, Ale doteraz nikto nebol schopný izolovať.

Zdroje

Môžete hovoriť o rôznych zdrojoch magnetického poľa. Siahajú od magnetických minerálov cez samotnú krajinu, ktorá sa správa ako skvelý magnet, až kým nedosiahnete elektromagnety.

Ale pravda je, že každé magnetické pole má svoj pôvod v pohybe naložených častíc.

Neskôr uvidíme, že primárny zdroj všetkého magnetizmu spočíva v malých prúdoch vo vnútri atómu, hlavne tie, ktoré sa vyskytujú v dôsledku pohybov elektrónov okolo jadra a pre kvantové účinky prítomné v atóme.

Pokiaľ však ide o jeho makroskopický pôvod, môžete myslieť na prírodné zdroje a umelé zdroje.

Prírodné zdroje v zásade „nevypínajú“ sú trvalé magnety, je však potrebné vziať do úvahy, že teplo ničí magnetizmus látok.

Pokiaľ ide o umelé zdroje, magnetický účinok môže byť potlačený a kontrolovaný. Preto máme:

-Magnety prírodného pôvodu, vyrobené z magnetických minerálov, ako je magnetit a maghemit, napríklad oxidy železa.

-Elektrické a elektroimanské prúdy.

Magnetické a elektromagnetové minerály

V prírode existujú rôzne zlúčeniny, ktoré vykazujú významné magnetické vlastnosti. Sú schopní priťahovať napríklad kusy železa a niklu, ako aj ďalšie magnety.

Spomenuté oxidy železa, ako je magnetit a Maghemita, sú príkladmi tohto druhu látok.

Ten magnetickú náchylnosť Je to parameter použitý na kvantifikáciu magnetických vlastností hornín. Základné zapaľovacie horniny sú najvyššou náchylnosťou kvôli svojmu vysokému obsahu magnetitu.

Na druhej strane, za predpokladu, že existuje drôt, ktorý je aktuálny, bude existovať pridružené magnetické pole. Tu máme iný spôsob, ako vygenerovať pole, ktoré v tomto prípade prijíma formu koncentrických obvodov s drôtom.

Zmysel pre obeh poľa je daný pravým pravidlom. Keď palec pravej ruky smeruje smerom k prúdu, zostávajúce štyri prsty označujú zmysel, v ktorom sú polia čiary zakrivené.

Obrázok 3. Pravidlo pravého palca na získanie smeru a významu magnetického poľa. Zdroj: Wikimedia Commons.

Elektromagnet je zariadenie, ktoré vytvára magnetizmus z elektrických prúdov. Má tú výhodu, že sa môže podľa vlastného uváženia zapnúť a vypnúť a vypnúť. Keď prúd prestane, magnetické pole zmizne. Okrem toho je možné kontrolovať aj intenzitu poľa.

Elektromagnes sú súčasťou rôznych zariadení, medzi ktoré patria medzi rečníkmi, pevné disky, motory a relé, okrem iného.

Môže vám slúžiť: pravostranné pravidlo

Magnetická sila na pohybujúci sa náboj

Môžete skontrolovať existenciu magnetického poľa B prostredníctvom elektrického skúšobného zaťaženia Otázka- A to sa pohybuje rýchlosťou vložka. Z tohto.

V tomto prípade sila, ktorú zažíva zaťaženie Otázka, ktorý je označený ako F_B, Je to úplne v dôsledku vplyvu poľa. Kvalitatívne sa pozoruje:

-Veľkosť  F_B  Je úmerný  Otázka A pri rýchlosti vložka.

-Áno vložka je rovnobežný s vektorom magnetického poľa, veľkosť F_B Je nula.

-Magnetická sila je kolmá na obidve vložka Páči sa mi to B.

-Nakoniec je veľkosť magnetickej sily úmerná hriech, bytosť θ Uhol medzi vektorom rýchlosti a vektorom magnetického poľa.

Všetky vyššie uvedené sú platné pre pozitívne aj negatívne zaťaženie. Jediným rozdielom je, že význam magnetickej sily je zvrátený.

Tieto pozorovania súhlasia s vektorovým produktom medzi dvoma vektormi, takže magnetická sila, ktorú zažíva presné zaťaženie Otázka, ktorá sa pohybuje rýchlosťou vložka Uprostred magnetického poľa je:

F_B = q vložka X B

Ktorého modul je:

F_B = q.vložka.B.hriech

Obrázok 4. Pravidlo pravej ruky pre magnetickú silu pri pozitívnom presnom zaťažení. Zdroj: Wikimedia Commons.

Ako sa generuje magnetické pole?

Napríklad existuje niekoľko spôsobov:

-Pomocou vhodnej látky.

-Prejdenie elektrickým prúdom cez vodič.

Ale pôvod magnetizmu v tejto veci je vysvetlený spomínaním, že musí byť spojený s pohybom zaťaženia.

Elektrón obieha v jadre je v podstate malý uzavretý obvod prúdu, ale je schopný podstatne prispieť k magnetizmu atómu. V kúsku magnetického materiálu je veľa elektrónov.

Tento príspevok k magnetizmu atómu sa nazýva Orbitálny magnetický moment. Ale je toho viac, pretože preklad nie je jediným pohybom elektrónu. To tiež vlastní Spinov magnetický moment, kvantový efekt, ktorého analógia je analógom elektrónovej rotácie na jeho osi.

Espínin magnetický moment je v skutočnosti hlavnou príčinou magnetizmu atómu.

Chlapci

Magnetické pole je schopné prijať mnoho foriem v závislosti od distribúcie prúdov, ktoré ho vznikajú. Na druhej strane sa môže meniť nielen v priestore, ale aj v čase alebo v rovnakom čase.

-V blízkosti pólov elektromagnetu je približne konštantné pole.

-Tiež vo vnútri solenoidu sa získava vysoká intenzita a rovnomerné pole, pričom línie poľa smerujú pozdĺž axiálnej osi.

-Magnetické pole Zeme je celkom dobre pre pole tyčového magnetu, najmä v okolí povrchu. Ďalej, slnečný vietor upravuje elektrické prúdy a výrazne ho deformuje.

-Drôt, ktorý prepravuje prúd, má pole vo forme sústredných obvodov s drôtom.

Pokiaľ ide o to, či sa pole môže alebo nemusí líšiť v čase, majú:

-Statické magnetické polia, keď sa ich veľkosť ani ich smer v priebehu času nezmenili. Pole tyčového magnetu je dobrým príkladom tohto typu poľa. Tiež tie, ktoré pochádzajú z drôtov, ktoré prepravujú stacionárne prúdy.

-Variabilné polia v priebehu času, ak sa niektoré z jeho charakteristík líšia v priebehu času. Jedným zo spôsobov, ako ich získať, je striedanie súčasných generátorov, ktoré využívajú fenomén magnetickej indukcie. Nachádzajú sa v mnohých zariadeniach bežného používania, napríklad mobilné telefóny.

Môže vám slúžiť: Výsledný vektor: výpočet, príklady, cvičenia

Zákon o biote-savart

Ak sa vyžaduje vypočítať formu magnetického poľa produkovaného distribúciou prúdov, zákon Biot-Savart možno použiť, objavené v roku 1820 francúzskymi fyzikami Jean Marie Biot (1774-1862) a Felix Savart (1791-1841).

Pre niektoré súčasné distribúcie s jednoduchými geometriami sa dá priamo získať matematický výraz pre vektor magnetického poľa priamo.

Predpokladajme, že máte segment drôtov diferenciálnej dĺžky DL ktorý prepravuje elektrický prúd Jo. Tiež sa predpokladá, že drôt je vo vákuu. Magnetické pole, ktoré vytvára túto distribúciu:

-Klesá s inverznou k štvorcovi vzdialenosti od drôtu.

-Je úmerný intenzite prúdu Jo ktoré cestuje na drôte.

-Vaša adresa je tangenciálna pre obvod rádií r sústredené na drôte a jeho význam je uvedený pravým pravidlom.

Tieto pozorovania sú kombinované v nasledujúcom výraze:Konštanta proporcionality je Vákuová priepustnosť μ_ani, ktorým sa získa:Kde:

-μ_ani = 4π. 10^-7 Tón.m/ a 

-dB Je to diferenciál magnetického poľa.

-Jo Je to intenzita prúdu, ktorá cirkuluje na drôte.

-r Je to vzdialenosť medzi stredom drôtu a bodom, kde chcete nájsť pole.

-dl Je to vektor, ktorého veľkosť je dĺžka diferenciálneho segmentu DL.

-r Je to vektor, ktorý prechádza z drôtu do bodu, kde chcete vypočítať pole.

Príklady

Nižšie sú dva príklady magnetického poľa a ich analytické výrazy.

Magnetické pole produkované veľmi dlhým priamym drôtom

Spôsobom. Pri integrácii pozdĺž vodiča a preberaní limitného prípadu, v ktorom je to veľmi dlhé, výsledkom rozsahu poľa je:

 Smer a smer vektora B sú označené pravidlom pravého palca, ako je vidieť na obrázku 3.

Pole vytvorené Helmholtz Coil

Helmholtzová cievka je tvorená dvoma rovnakými a sústrednými kruhovými cievkami, ktoré prechádza rovnaký prúd. Slúžia na vytvorenie približne rovnomerného magnetického poľa vo vnútri.

Obrázok 5. Schéma Helmholtz Coils. Zdroj: Wikimedia Commons.

Jeho veľkosť v strede cievky je:

A je nasmerovaný pozdĺž axiálnej osi. Faktory rovnice sú:

-N predstavuje počet zákrut cievok

-Jo Je to veľkosť prúdu

-μ_ani Je to magnetická priepustnosť vákua

-R Je to polomer cievok.

Odkazy

1. Figueroa, D. (2005). Séria: Fyzika pre vedu a inžinierstvo. Zväzok 1. Kinematika. Editoval Douglas Figueroa (USB).
2. Intenzita magnetického poľa H. Obnovené z: 230NSC1.Fytrický.Gsu.Edu.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Fyzika: pohľad na svet. 6. skrátene vydanie. Učenie sa.
4. Magnetické pole a magnetické sily. Obnovené z: fyziky.Ucf.Edu.
5. Rex, a. 2011. Základy fyziky. Pearson.
6. Serway, r., Jewett, J. (2008). Fyzika pre vedu a inžinierstvo. Zväzok 2. 7. Edimatizovať. Učenie sa.
7. University of Vigo. Príklady magnetizmu. Zdroj: Quintans.webové stránky.Uvigo.je