Zawartość
- Nauka o polach magnetycznych
- Jak określasz pole magnetyczne?
- Rodzaje magnesów
- Siła magnetyczna
- Pola magnetyczne i elektryczne
- Krzyżowy produkt pola magnetycznego
- Pole magnetyczne w życiu codziennym
Pola magnetyczne opisać, w jaki sposób siła magnetyczna rozkłada się w przestrzeni wokół obiektów. Ogólnie rzecz biorąc, dla obiektu magnetycznego linie pola magnetycznego przemieszczają się od bieguna północnego do bieguna południowego, podobnie jak dla pola magnetycznego Ziemi, jak pokazano na powyższym schemacie.
Ta sama siła magnetyczna, która powoduje przywieranie przedmiotów do powierzchni lodówki, jest wykorzystywana w ziemskim polu magnetycznym, które chroni warstwę ozonową przed szkodliwym wiatrem słonecznym. Pole magnetyczne tworzy pakiety energii, które zapobiegają utracie dwutlenku węgla przez warstwę ozonową.
Można to zaobserwować, wylewając opiłki żelaza, małe, przypominające proszek kawałki żelaza, w obecności magnesu. Umieść magnes pod kawałkiem papieru lub lekką szmatką. Wlać opiłki żelaza i obserwować, jakie przybierają kształty i formacje. Określ, jakie linie pola musiałyby być, aby spowodować uporządkowanie i rozłożenie opiłków zgodnie z fizyką pól magnetycznych.
Im większa gęstość linii pola magnetycznego rysowanych z północy na południe, tym większa wartość pola magnetycznego. Te bieguny północny i południowy decydują również o tym, czy obiekty magnetyczne są atrakcyjne (między biegunami północnym i południowym), czy odpychające (między biegunami identycznymi). Pola magnetyczne mierzone są w jednostkach Tesli, T..
Nauka o polach magnetycznych
Ponieważ pola magnetyczne powstają za każdym razem, gdy ładunki są w ruchu, pola magnetyczne są indukowane z prądu elektrycznego przez przewody. Pole to umożliwia opisanie potencjalnej siły i kierunku siły magnetycznej w zależności od prądu przewodzonego przez przewód elektryczny i odległości, którą ten prąd pokonuje. Linie pola magnetycznego tworzą koncentryczne okręgi wokół drutów. Kierunek tych pól można określić za pomocą „reguły prawej ręki”.
Ta reguła mówi ci, że jeśli umieścisz prawy kciuk w kierunku prądu elektrycznego przez drut, powstałe pola magnetyczne będą skierowane w kierunku, w jaki skręcają się palce twoich dłoni. Przy większym prądzie indukowane jest większe pole magnetyczne.
Jak określasz pole magnetyczne?
Możesz użyć różnych przykładów zasada prawej ręki, ogólna zasada określania kierunku różnych wielkości obejmujących pole magnetyczne, siłę magnetyczną i prąd. Ta praktyczna zasada jest przydatna w wielu przypadkach związanych z elektrycznością i magnetyzmem, zgodnie z matematyką wielkości.
••• Syed Hussain AtherTę prawą zasadę można również zastosować w przeciwnym kierunku dla magnesu Elektrozawórlub szereg prądu elektrycznego owiniętego drutami wokół magnesu. Jeśli skierujesz prawy kciuk w kierunku pola magnetycznego, wówczas twoje prawe palce owiną się w kierunku prądu elektrycznego. Elektrozawory pozwalają wykorzystać moc pola magnetycznego poprzez prądy elektryczne.
Kiedy ładunek elektryczny przemieszcza się, pole magnetyczne wytwarza się, gdy elektrony, które wirują i poruszają się, same stają się obiektami magnetycznymi. Elementy, które mają niesparowane elektrony w swoich stanach uziemienia, takie jak żelazo, kobalt i nikiel, można tak ustawić, aby tworzyły magnesy trwałe. Pole magnetyczne wytwarzane przez elektrony tych elementów umożliwia łatwiejszy przepływ prądu elektrycznego przez te elementy. Same pola magnetyczne mogą się również wzajemnie znosić, jeśli są równe pod względem wielkości w przeciwnych kierunkach.
Prąd przepływający przez akumulator ja wydziela pole magnetyczne b w promieniu r zgodnie z równaniem dla Prawo Ampèresa: B = 2πr μ0 ja gdzie μ0 jest stałą magnetyczną przepuszczalności próżni, 1,26 x 10-6 H / m („Henries na metr”, w którym Henries jest jednostką indukcyjności). Zwiększenie prądu i zbliżenie się do drutu zwiększa zarówno powstające pole magnetyczne.
Rodzaje magnesów
Aby obiekt był magnetyczny, elektrony tworzące obiekt muszą mieć możliwość swobodnego przemieszczania się wokół atomów w obiekcie i między nimi. Aby materiał był magnetyczny, atomy z niesparowanymi elektronami o tym samym spinie są idealnymi kandydatami, ponieważ atomy te mogą łączyć się ze sobą, aby umożliwić swobodny przepływ elektronów. Testowanie materiałów w obecności pól magnetycznych i badanie właściwości magnetycznych atomów, które powodują, że te materiały mogą powiedzieć o ich magnetyzmie.
Ferromagnety mają tę właściwość, że są trwale magnetyczne. Paramagnety, przeciwnie, nie będzie wykazywał właściwości magnetycznych, chyba że w obecności pola magnetycznego wyrówna obroty elektronów, aby mogły się swobodnie poruszać. Diamagnety mają takie kompozycje atomowe, że pola magnetyczne w ogóle ich nie wpływają lub pola magnetyczne w niewielkim stopniu wpływają na nie. Nie mają ani nie mają niesparowanych elektronów, aby przepływać przez nie ładunki.
Paramagnety działają, ponieważ są wykonane z materiałów, które zawsze mają momenty magnetyczne, znany jako dipole. Momentami tymi są ich zdolność do wyrównania się z zewnętrznym polem magnetycznym spowodowanym spinem niesparowanych elektronów na orbitach atomów, które tworzą te materiały. W obecności pola magnetycznego materiały wyrównują się, aby przeciwdziałać sile pola magnetycznego. Elementy paramagnetyczne obejmują magnez, molibden, lit i tantal.
W materiale ferromagnetycznym dipol atomów jest trwały, zwykle w wyniku nagrzewania i chłodzenia materiału paramagnetycznego. Dzięki temu są idealnymi kandydatami na elektromagnesy, silniki, generatory i transformatory do stosowania w urządzeniach elektrycznych. Natomiast diamagnety mogą wytwarzać siłę, która umożliwia elektronom swobodny przepływ w postaci prądu, który następnie wytwarza pole magnetyczne przeciwne do dowolnego przyłożonego do nich pola magnetycznego. To niweluje pole magnetyczne i zapobiega ich magnetycznemu.
Siła magnetyczna
Pola magnetyczne określają sposób rozdziału sił magnetycznych w obecności materiału magnetycznego. Podczas gdy pola elektryczne opisują siłę elektryczną w obecności elektronu, pola magnetyczne nie mają takiej analogicznej cząstki, na której można opisać siłę magnetyczną. Naukowcy wysunęli teorię, że może istnieć monopol magnetyczny, ale nie ma eksperymentalnych dowodów na to, że te cząstki istnieją. Gdyby miały istnieć, cząstki te miałyby magnetyczny „ładunek” podobnie jak naładowane cząstki mają ładunki elektryczne.
Siła magnetyczna powstaje w wyniku siły elektromagnetycznej, siły opisującej zarówno elektryczne, jak i magnetyczne składniki cząstek i przedmiotów. To pokazuje, jak magnetyzm wewnętrzny jest związany z tymi samymi zjawiskami elektrycznymi, takimi jak prąd i pole elektryczne. Ładunek elektronu powoduje, że pole magnetyczne odchyla je przez siłę magnetyczną, podobnie jak pole elektryczne i siła elektryczna.
Pola magnetyczne i elektryczne
Podczas gdy tylko poruszające się naładowane cząstki wydzielają pola magnetyczne, a wszystkie naładowane cząstki wydzielają pola elektryczne, pola magnetyczne i elektromagnetyczne są częścią tej samej podstawowej siły elektromagnetyzmu. Siła elektromagnetyczna działa między wszystkimi naładowanymi cząsteczkami we wszechświecie. Siła elektromagnetyczna przybiera formę codziennych zjawisk w elektryczności i magnetyzmie, takich jak elektryczność statyczna i elektrycznie naładowane wiązania, które utrzymują cząsteczki razem.
Siła ta obok reakcji chemicznych stanowi również podstawę siły elektromotorycznej, która umożliwia przepływ prądu przez obwody. Gdy oglądane jest pole magnetyczne splecione z polem elektrycznym, powstały produkt jest znany jako pole elektromagnetyczne.
The Równanie siły Lorentza F = qE + qv × B opisuje siłę na naładowaną cząsteczkę q porusza się z prędkością v w obecności pola elektrycznego mi i pole magnetyczne b. W tym równaniu x pomiędzy qv i b reprezentuje produkt krzyżowy. Pierwszy semestr qE jest udziałem pola elektrycznego w sile i drugim składnikiem qv x B jest udziałem pól magnetycznych.
Równanie Lorentza mówi również, że siła magnetyczna między prędkością ładunku v i pole magnetyczne b jest qvbsinϕ za opłatą q gdzie ϕ („phi”) to kąt pomiędzy v i b, która musi być mniejsza niż 1_80_ stopni. Jeśli kąt pomiędzy v i b jest większy, należy użyć kąta w przeciwnym kierunku, aby to naprawić (z definicji produktu krzyżowego). Jeśli _ϕ_ ma wartość 0, jak w, prędkość i pole magnetyczne wskazują w tym samym kierunku, siła magnetyczna będzie wynosić 0. Cząstka będzie się nadal poruszać bez odchylania przez pole magnetyczne.
Krzyżowy produkt pola magnetycznego
••• Syed Hussain AtherNa powyższym schemacie produkt krzyżowy między dwoma wektorami za i b jest do. Zwróć uwagę na kierunek i wielkość do. Jest w kierunku prostopadłym do za i b podany przez regułę prawej ręki. Reguła po prawej stronie oznacza, że kierunek wynikowego produktu krzyżowego do jest podawany przez kciuk, gdy prawy palec wskazujący jest w kierunku b a twój prawy środkowy palec jest w kierunku za.
Produkt krzyżowy jest operacją wektorową, w wyniku której wektor jest prostopadły do obu qv i b podana na podstawie reguły trzech wektorów po prawej stronie i wielkości obszaru równoległoboku, który to wektory qv i b Zakres. Reguła po prawej stronie oznacza, że możesz określić kierunek krzyżowania produktu między qv i b umieszczając prawy palec wskazujący w kierunku b, środkowy palec w kierunku qv, a wynikowym kierunkiem kciuka będzie kierunek krzyżowy tych dwóch wektorów.
Na powyższym schemacie reguła po prawej stronie pokazuje również związek między polem magnetycznym, siłą magnetyczną i prądem przewodzącym przez drut. To pokazuje również, że iloczyn krzyżowy między tymi trzema wielkościami może reprezentować prawą regułę, ponieważ iloczyn krzyżowy między kierunkiem siły a polem jest równy kierunkowi prądów.
Pole magnetyczne w życiu codziennym
W obrazowaniu rezonansem magnetycznym rezonansu magnetycznego stosuje się pola magnetyczne o wielkości od około 0,2 do 0,3 tesli. MRI to metoda stosowana przez lekarzy do badania struktur wewnętrznych w ciele pacjenta, takich jak mózg, stawy i mięśnie. Zazwyczaj odbywa się to poprzez umieszczenie pacjenta w silnym polu magnetycznym, tak aby pole biegło wzdłuż osi ciała. Jeśli wyobrażasz sobie, że pacjent jest magnetycznym solenoidem, prądy elektryczne owijają się wokół jego ciała, a pole magnetyczne będzie kierowane w kierunku pionowym względem ciała, zgodnie z zasadą prawej ręki.
Następnie naukowcy i lekarze badają sposoby, w jakie protony odbiegają od ich normalnego ustawienia, aby zbadać struktury w ciele pacjenta. Dzięki temu lekarze mogą dokonywać bezpiecznych, nieinwazyjnych diagnoz różnych stanów.
Osoba nie odczuwa pola magnetycznego podczas procesu, ale ponieważ w ludzkim ciele jest tyle wody, jądra wodoru (które są protonami) wyrównują się z powodu pola magnetycznego.Skaner MRI wykorzystuje pole magnetyczne, z którego protony absorbują energię, a po wyłączeniu pola magnetycznego protony wracają do swoich normalnych pozycji. Następnie urządzenie śledzi tę zmianę położenia, aby określić, w jaki sposób protony są wyrównane i stworzyć obraz wnętrza ciała pacjenta.