Intensywność pola magnetycznego, charakterystyka, źródła, przykłady

On pole magnetyczne Jest to wpływ ruchomych ładunków elektrycznych na otaczającą przestrzeń. Obciążenia zawsze mają pole elektryczne, ale tylko osoby ruchowe mogą generować efekty magnetyczne.

Istnienie magnetyzmu znane jest od dawna. Starożytni Grecy opisali minerał zdolny do przyciągania małych kawałków żelaza: był to magnes lub kamień magnetytu.

Rysunek 1. Próbka magnetytu. Źródło: Wikimedia Commons. RojineGro81 [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0)].

Mędrcy Miletu i Platona zadbali o rejestrację efektów magnetycznych w swoich pismach; Nawiasem mówiąc, znali także statyczną elektryczność.

Ale magnetyzm nie wiązał się z elektrycznością aż do dziewiętnastego wieku, kiedy Hans Christian Oersted zauważył, że kompas został przekierowany w pobliżu przewodu kierowcy, który przetrwał prąd.

Dzisiaj wiemy, że prąd i magnetyzm są, że tak powiem, dwie strony tej samej waluty.

[TOC]

Pole magnetyczne w fizyce

W fizyce termin pole magnetyczne Jest to wielkość wektorowa z modułem (jego wartość numeryczna), kierunek w przestrzeni i kierunku. Ma również dwa znaczenia. Pierwszy to wektor, który jest czasami nazywany Indukcja magnetyczna I jest to oznaczone B.

Jednostka B W międzynarodowym systemie jednostek jest Tesla, skrócona t. Druga wielkość zwana również pole magnetyczne jest H, znany również jako Intensywność pola magnetycznego I którego jednostce jest Amperio/Miernik.

Obie wielkości są proporcjonalne, ale są one zdefiniowane w ten sposób, aby wziąć pod uwagę efekty, jakie materiały magnetyczne mają na pola, które je przechodzą.

Jeśli materiał zostanie umieszczony na środku zewnętrznego pola magnetycznego, powstałe pole będzie zależeć od tego, a także od reakcji magnetycznej materiału. Dlatego B I H Są powiązane przez:

B = μ_MH

Tutaj μ_M  Jest to stała, która zależy od materiału i ma odpowiednie jednostki, aby przeznaleziono przez pomnożenie H Rezultatem jest Tesla.

Charakterystyka pola magnetycznego

-Pole magnetyczne jest wielkością wektora, dlatego ma wielkość, kierunek i znaczenie.

-Jedność pola magnetycznego B W systemie międzynarodowym jest to Tesla, skrócona jako t, a H To ampere/miernik. Inne jednostki, które często pojawiają się w literaturze, to Gauss (G) i Oersted.

-Linie pola magnetycznego są zawsze zamknięte, które pozostawiają biegun północny i wchodzą do bieguna południowego. Pole jest zawsze styczne do linii.

-Budy magnetyczne zawsze pojawiają się w pary północ-południe. Nie można mieć izolowanego bieguna magnetycznego.

-Zawsze pochodzi z ruchu ładunków elektrycznych.

-Jego intensywność jest proporcjonalna do wielkości obciążenia lub prądu, który go wytwarza.

-Wielkość pola magnetycznego zmniejsza się wraz z odwrotnością do kwadratu odległości.

-Pola magnetyczne mogą być stałe lub zmienne, zarówno czas, jak i przestrzeń.

-Pole magnetyczne jest w stanie wywierać siłę magnetyczną na ruchomy obciążenie lub na drut, który transport prądowy.

Biegunki magnesu

Magnes barowy zawsze ma dwa bieguny magnetyczne: biegun północny i biegun południowy. Bardzo łatwo jest sprawdzić, czy bieguny równego znaku odpychające się, podczas gdy przyciągane są formy różnych typów.

To jest tak, jak dzieje się z ładunkami elektrycznymi. Można również zauważyć, że im bliżej, tym większa siła, z jaką przyciągają lub odpychają.

Może ci służyć: galaktyka krasnoludów: trening, ewolucja, cechy, przykłady

Magnesy słupkowe mają charakterystyczny wzór linii polowych. Są to zamknięte krzywe, które opuszczają biegun północny i wchodzą na biegun południowy.

Rysunek 2. Linie pola magnetycznego magnesu barowego. Źródło: Wikimedia Commons.

Prosty eksperyment do obserwacji tych linii, składa się z rozprzestrzeniania plików żelaza na arkuszu papieru i umieszczania magnesu baru poniżej.

Intensywność pola magnetycznego podaje się zgodnie z gęstością linii pola. Są one zawsze gęstsze w pobliżu słupów i rozciągają się, gdy odchodzimy od magnesu.

Magnes jest również znany jako dipol magnetyczny, w którym dwa bieguny są dokładnie na biegunach magnetycznych północnych i południowych.

Ale nigdy nie mogą się rozdzielić. Jeśli magnes zostanie przecięty na pół, uzyskuje się dwa magnes, każdy z odpowiednimi biegunami północnymi i południowymi. Wyróżnione słupy są wywoływane Monopole magnetyczne, Ale do tej pory nikt nie był w stanie odizolować.

Źródła

Możesz porozmawiać o różnych źródłach pola magnetycznego. Obejmują one od minerałów magnetycznych, przez samą ziemię, która zachowuje się jak wielki magnes, dopóki nie dotrzesz do elektromagnetów.

Ale prawda jest taka, że ​​każde pole magnetyczne ma swoje pochodzenie w ruchu obciążonych cząstek.

Później zobaczymy, że głównym źródłem całego magnetyzmu jest małe prądy wewnątrz atomu, głównie te, które występują z powodu ruchów elektronów wokół jądra i dla efektów kwantowych obecnych w atomie.

Jednak pod względem jego makroskopowego pochodzenia możesz pomyśleć o naturalnych źródłach i sztucznych źródłach.

Naturalne źródła zasadniczo nie „wyłączają się” są magnesami stałymi, jednak należy je wziąć pod uwagę, że ciepło niszczy magnetyzm substancji.

Jeśli chodzi o sztuczne źródła, efekt magnetyczny można tłumić i kontrolować. Dlatego mamy:

-Magnesy naturalnego pochodzenia, wykonane z minerałów magnetycznych, takich jak magnetyt i maghemic, oba tlenki żelaza, na przykład.

-Prądy elektryczne i elektroiman.

Minerały magnetyczne i elektromagnety

W naturze istnieją różne związki, które wykazują znaczące właściwości magnetyczne. Są w stanie przyciągnąć na przykład elementy żelaza i niklu, a także inne magnesy.

Wspomniane tlenki żelaza, takie jak magnetyt i maghemita, są przykładami tego rodzaju substancji.

podatność magnetyczna Jest to parametr używany do kwantyfikacji właściwości magnetycznych skał. Podstawowe skały magmowe są najwyższą podatnością ze względu na wysoką zawartość magnetytu.

Z drugiej strony, pod warunkiem, że jest drut prąd, będzie powiązane pole magnetyczne. Tutaj mamy inny sposób wygenerowania pola, które w tym przypadku przyjmuje formę koncentrycznych obwodów z drutem.

Poczucie krążenia pola jest podawane przez prawą zasadę kciuka. Gdy kciuk prawej ręki wskazuje w kierunku prądu, pozostałe cztery palce wskazują poczucie, w którym linie pola są zakrzywione.

Rysunek 3. Prawy kciuk, aby uzyskać kierunek i znaczenie pola magnetycznego. Źródło: Wikimedia Commons.

Elektromagnet to urządzenie, które wytwarza magnetyzm z prądów elektrycznych. Ma tę zaletę, że jest w stanie włączać się i wyłączać. Kiedy prąd przestaje, pole magnetyczne znika. Ponadto można również kontrolować intensywność pola.

Elektromagny są częścią różnych urządzeń, w tym głośniki, dyski twarde, silniki i przekaźniki, między innymi.

Może ci służyć: zasada prawej ręki

Siła magnetyczna na ruchomym ładunku

Możesz sprawdzić istnienie pola magnetycznego B poprzez obciążenie próby elektryczne -podsumowane Q- i to porusza się z prędkością v. W tym celu obecność pól elektrycznych i grawitacyjnych jest wykluczona przynajmniej na chwilę.

W tym przypadku siła, której doświadcza obciążenie Q, który jest oznaczony jako F_B, Jest to całkowicie spowodowane wpływem pola. Jakość obserwuje się:

-Wielkość  F_B  Jest proporcjonalny do  Q I z prędkością v.

-Tak v jest równolegle do wektora pola magnetycznego, wielkość F_B Jest zero.

-Siła magnetyczna jest prostopadła do obu v tak jak B.

-Wreszcie wielkość siły magnetycznej jest proporcjonalna do sin θ, istnienie θ Kąt między wektorem prędkości a wektorem pola magnetycznego.

Wszystkie powyższe są ważne zarówno dla obciążeń dodatnich, jak i ujemnych. Jedyną różnicą jest to, że znaczenie siły magnetycznej jest odwrócone.

Te obserwacje zgadzają się z produktem wektorowym między dwoma wektorami, tak że siła magnetyczna doświadczana przez obciążenie punktualne Q, który porusza się z prędkością v Na środku pola magnetycznego jest to:

F_B = q v X B

Którego moduł jest:

F_B = q.v.B.sin θ

Rysunek 4. Zasada prawej ręki dla siły magnetycznej na dodatnim obciążeniu punktualnym. Źródło: Wikimedia Commons.

Jak generowane jest pole magnetyczne?

Na przykład istnieje kilka sposobów:

-Za pomocą odpowiedniej substancji.

-Przekazanie prądu elektrycznego przez przewód kierowcy.

Ale pochodzenie magnetyzmu w sprawie jest wyjaśnione przez pamiętanie, że musi to być powiązane z ruchem obciążeń.

Elektron orbitujący jądro jest w istocie niewielkim zamkniętym obwodem prądu, ale zdolny do znacznego przyczynienia się do magnetyzmu atomu. W kawałku materiału magnetycznego jest wiele elektronów.

Ten wkład w magnetyzm atomu jest nazywany Moment magnetyczny orbitalny. Ale jest więcej, ponieważ tłumaczenie nie jest jedynym ruchem elektronu. To posiada również Magnetyczny moment Spin, efekt kwantowy, którego analogią jest obrót elektronów na jego osi.

W rzeczywistości moment magnetyczny Espína jest główną przyczyną magnetyzmu atomu.

Chłopaki

Pole magnetyczne jest w stanie przyjąć wiele form, w zależności od rozmieszczenia prądów, które je pochodzą. Z kolei może się różnić nie tylko w przestrzeni, ale także w czasie lub obu jednocześnie.

-W pobliżu biegunów elektromagnetu istnieje w przybliżeniu stałe pole.

-Również wewnątrz elektromagnesu uzyskuje się pole o wysokiej intensywności i jednolitym polu, a linie pola są ukierunkowane wzdłuż osi osiowej.

-Pole magnetyczne Ziemi jest całkiem dobrze w polu magnesu barowego, szczególnie w pobliżu powierzchni. Ponadto wiatr słoneczny modyfikuje prądy elektryczne i znacząco je deformuje.

-Drut, który transportuje prąd ma pole w postaci koncentrycznych obwodów z drutem.

Jeśli chodzi o to, czy pole może się różnić w czasie, mają:

-Statyczne pola magnetyczne, gdy ani ich wielkość, ani ich kierunek zmieniły się w czasie. Pole magnesu paska jest dobrym przykładem tego rodzaju pola. Również te, które pochodzą z przewodów, które transportują prądy stacjonarne.

-Zmienne pola z czasem, jeśli którekolwiek z jego cech zmienia się z czasem. Jednym ze sposobów ich uzyskania jest naprzemienne generatory prądu, które wykorzystują zjawisko indukcji magnetycznej. Znajdują się w wielu urządzeniach o powszechnym użyciu, na przykład telefony komórkowe.

Może Ci służyć: wynikowy wektor: obliczenia, przykłady, ćwiczenia

Prawo Biot-Savart

Gdy konieczne jest obliczenie formy pola magnetycznego wytwarzanego przez rozkład prądów, prawo biot-savart może być użyte, odkryte w 1820 r. Przez francuskich fizyków Jean Marie Biot (1774-1862) i Felix Savart (1791-1841).

W przypadku niektórych bieżących rozkładów z prostymi geometrią, matematyczne wyrażenie dla wektora pola magnetycznego można uzyskać bezpośrednio.

Załóżmy, że masz segment drutu różnicowej dl który przenosi prąd elektryczny Siema. Zakłada się również, że drut jest w próżni. Pole magnetyczne, które wytwarza ten rozkład:

-Zmniejsza się wraz z odwrotnością do kwadratu odległości do drutu.

-Jest proporcjonalny do intensywności prądu Siema który podróżuje po drucie.

-Twój adres jest styczny dla obwodu radiowego R wyśrodkowane na drucie, a jego znaczenie podaje się zgodnie z prawą zasadą kciuka.

Te obserwacje są łączone w następującym wyrażeniu:Stała proporcjonalności jest Przepuszczalność próżni μ_albo, przez które jest uzyskiwane:Gdzie:

-μ_albo = 4π. 10^-7 T.M/ a 

-DB Jest to różnica pola magnetycznego.

-Siema Jest to intensywność prądu krążącego na drucie.

-R Jest to odległość między środkiem drutu a punktem, w którym chcesz znaleźć pole.

-DL To wektor, którego wielkość jest długością segmentu różnicowego dl.

-R Jest to wektor, który przechodzi od przewodu do punktu, w którym chcesz obliczyć pole.

Przykłady

Poniżej znajdują się dwa przykłady pola magnetycznego i ich wyrażenia analityczne.

Pole magnetyczne wytwarzane przez bardzo długi drut prostoliniowy

Za pomocą środków. Podczas wykonywania integracji wzdłuż sterownika i przyjmowania limitu, w którym jest to bardzo długa, wielkość pola wynika:

 Kierunek i kierunek wektora B są wskazane przez prawą regułę kciuka, jak można zobaczyć na rycinie 3.

Pole utworzone przez cewkę Helmholtz

Cewka Helmholtza jest tworzona przez dwie identyczne i koncentryczne cewki okrągłe, które ten sam prąd jest przekazywany. Służą do tworzenia w przybliżeniu jednolitym polu magnetycznym w środku.

Rysunek 5. Schemat cewek Helmholtz. Źródło: Wikimedia Commons.

Jego wielkość pośrodku cewki to:

I jest skierowany wzdłuż osi osiowej. Czynniki równania to:

-N reprezentuje liczbę zakrętów cewek

-Siema Jest to wielkość prądu

-μ_albo Jest to przepuszczalność magnetyczna próżni

-R Jest to promień cewek.

Bibliografia

1. Figueroa, zm. (2005). Seria: Fizyka nauk i inżynierii. Tom 1. Kinematyka. Pod redakcją Douglas Figueroa (USB).
2. Intensywność pola magnetycznego H. Odzyskane z: 230NSC1.Phy-orst.GSU.Edu.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Fizyka: spojrzenie na świat. 6. skrócone wydanie. Cengage Learning.
4. Pole magnetyczne i siły magnetyczne. Odzyskane z: fizyka.UCF.Edu.
5. Rex, a. 2011. Podstawy fizyki. osoba.
6. Serway, r., Jewett, J. (2008). Fizyka nauk i inżynierii. Głośność 2. 7th. Wyd. Cengage Learning.
7. University of Vigo. Przykłady magnetyzmu. Źródło: Quintans.strony internetowe.Uvigo.Jest