Sisu
- Magnetväljade teadus
- Kuidas te magnetvälja määrate?
- Magnetide tüübid
- Magnetjõud
- Magnetväljad ja elektriväljad
- Magnetvälja risttoode
- Magnetväli igapäevaelus
••• Syed Hussain Ather
Magnetväljad kirjeldage, kuidas magnetjõud jaotub objektide ümber ruumi. Üldiselt liiguvad magnetilise objekti korral magnetvälja jooned objektide põhjapoolusest lõunapoolusele, täpselt nagu Maa Maa magnetvälja puhul, nagu on näidatud ülaltoodud diagrammil.
Maa magnetväljas kasutatakse sama magnetjõudu, mis paneb objektid külmiku pinnale kleepuma, mis kaitseb osoonikihti kahjuliku päikesetuule eest. Magnetväli moodustab energiapakid, mis takistavad osoonikihil kaotada süsinikdioksiidi.
Seda saate jälgida magneesiumi juuresolekul valades rauast viilutusi, väikeseid pulbritaolisi rauatükke. Pange magnet paberitüki või kerge riidelehe alla. Valage rauast viilud ja jälgige nende kujundeid ja moodustisi. Tehke kindlaks, millised väljaliinid peaksid olema, et viilid vastavalt magnetväljade füüsikale selliselt paigutuksid ja jaotuksid.
Mida suurem on põhjast lõunasse tõmmatud magnetvälja joonte tihedus, seda suurem on magnetvälja suurus. Need põhja- ja lõunapoolused määravad ka selle, kas magnetilised objektid on atraktiivsed (põhja- ja lõunapooluse vahel) või tõrjuvad (identsete pooluste vahel). Magnetvälju mõõdetakse Tesla ühikutes, T.
Magnetväljade teadus
Kuna magnetväljad tekivad alati, kui laengud liiguvad, indutseeritakse magnetväljad juhtmete kaudu elektrivoolust. Välja abil saate kirjeldada magnetjõu potentsiaalset tugevust ja suunda sõltuvalt voolust, mida läbib elektrijuhe, ja kaugusest, mida vool läbib. Magnetvälja jooned moodustavad juhtmete ümber kontsentrilised ringid. Nende väljade suuna saab kindlaks määrata parempoolse reegli abil.
See reegel ütleb teile, et kui asetate oma parema pöidla juhtme kaudu elektrivoolu suunas, siis on tekkivad magnetväljad selles suunas, kuidas teie käte sõrmed kõverduvad. Suurema voolu korral indutseeritakse suurem magnetväli.
Kuidas te magnetvälja määrate?
Võite kasutada erinevaid näiteid parempoolne reegel, üldreegel magnetvälja, magnetjõudu ja voolu mõjutavate erinevate suuruste suuna määramiseks. See rusikareegel on kasulik paljudel juhtudel elektri ja magnetilisuse osas, nagu dikteerib suuruste matemaatika.
••• Syed Hussain AtherSeda parema käe reeglit saab magneti suhtes rakendada ka teises suunas solenoidvõi rida elektrivoolusid, mis on mähitud juhtmetesse ümber magneti. Kui suunate parema käe pöidla magnetvälja suunas, siis mähivad parema käe sõrmed elektrivoolu suunas. Solenoidid võimaldavad teil elektrivoolude kaudu kasutada magnetvälja jõudu.
Elektrilaengu liikumisel genereerib magnetväli, kui pöörlevad ja ringi liikuvad elektronid muutuvad ise magnetobjektideks. Elemente, mille põhiasendites on paarimata elektrone, näiteks raud, koobalt ja nikkel, saab joondada nii, et need moodustavad püsimagneteid. Nende elementide elektronide tekitatud magnetväli laseb elektrivoolul neid elemente hõlpsamini voolata. Magnetväljad ise suudavad üksteist ka kustutada, kui need on vastassuundades suurusjärgus võrdsed.
Aku kaudu voolav vool Mina eraldab magnetvälja B raadiusega r vastavalt võrrandile Ampèrese seadus: B = 2πr μ0 Mina kus μ0 on vaakumi läbilaskvuse magnetiline konstant, 1,26 x 10-6 H / m ("Henries meetri kohta", milles Henries on induktiivsuse ühik). Voolu suurendamine ja juhtmele lähemale jõudmine suurendavad tulemuseks olevat magnetvälja.
Magnetide tüübid
Selleks, et objekt oleks magnetiline, peavad objekti moodustavad elektronid saama vabalt liikuda objektis olevate aatomite vahel ja vahel. Selleks, et materjal oleks magnetiline, on ideaalsed kandidaadid sama spinnaga paarimata elektronidega aatomid, kuna need aatomid saavad üksteisega paaristuda, võimaldades elektronidel vabalt voolata. Materjalide testimine magnetväljade juuresolekul ja nendest materjalidest aatomite magnetiliste omaduste uurimine võib teile öelda nende magnetilisuse kohta.
Ferromagnetid omavad seda omadust, et nad on püsivalt magnetilised. Paramagnetidseevastu ei kuvata magnetilisi omadusi, välja arvatud juhul, kui magnetvälja juuresolekul elektronide keerutused üles joondatakse, et need saaksid vabalt liikuda. Diamagnetid aatomikoostised peaksid olema sellised, et neid ei mõjuta üldse magnetväljad või magnetväljad mõjutavad neid väga vähe. Neil pole või on paar paarita elektronit, mis laseksid laengutel läbi voolata.
Paramagnetid töötavad sellepärast, et need on valmistatud materjalidest, mis alati olemas on magnetilised hetked, mida nimetatakse dipoolideks. Need hetked on nende võime kohaneda välise magnetväljaga, mis on seotud paarimata elektronide spinniga neid materjale moodustavate aatomite orbitaalides. Magnetvälja juuresolekul materjalid joonduvad, et olla vastu magnetvälja jõule. Paramagneetiliste elementide hulka kuuluvad magneesium, molübdeen, liitium ja tantaal.
Ferromagnetilises materjalis on aatomite dipool püsiv, tavaliselt paramagnetilise materjali kuumutamise ja jahutamise tagajärjel. See teeb neist ideaalsed kandidaadid elektromagnetides, mootorites, generaatorites ja trafodes kasutamiseks elektriseadmetes. Diamagnetid võivad seevastu tekitada jõudu, mis laseb elektronidel vabalt voolata voolu kujul, mis loob magnetvälja, mis on vastupidine neile rakendatavale magnetväljale. See tühistab magnetvälja ja hoiab ära magnetvälja muutumise.
Magnetjõud
Magnetväljad määravad, kuidas magnetjõude saab magnetmaterjali juuresolekul jaotada. Kui elektriväljad kirjeldavad elektrijõudu elektroni juuresolekul, siis magnetväljadel pole sellist analoogset osakest, mille abil magnetjõudu kirjeldada. Teadlased on teoreetiliselt arvanud, et magnetiline monopol võib olemas olla, kuid nende osakeste olemasolu kohta pole eksperimentaalseid tõendeid olnud. Kui need eksisteeriksid, oleks nendel osakestel magnetiline "laeng" samamoodi nagu laetud osakestel on elektrilaengud.
Magnetjõud tuleneb elektromagnetilisest jõust, jõust, mis kirjeldab nii osakeste kui ka esemete elektrilisi ja magnetilisi komponente. See näitab, kui omane magnetism on samadele elektrinähtustele nagu vool ja elektriväli. Elektroni laeng on see, mis põhjustab magnetvälja ümbersuunamist magnetjõu kaudu samamoodi nagu elektriväli ja elektriline jõud.
Magnetväljad ja elektriväljad
Kui ainult liikuvad laetud osakesed eraldavad magnetvälju ja kõik laetud osakesed eraldavad elektrivälju, siis magnet- ja elektromagnetväljad on osa samast elektromagnetismi põhijõust. Elektromagnetiline jõud toimib kõigi universumis laetud osakeste vahel. Elektromagnetiline jõud toimub elektrienergia ja magnetismi igapäevaste nähtuste kujul, näiteks staatiline elekter ja molekulide koos hoidvad elektriliselt laetud sidemed.
See jõud koos keemiliste reaktsioonidega moodustab ka aluse elektromootorijõule, mis laseb voolul läbi vooluahelate liikuda. Kui vaadeldakse magnetvälja põimituna elektriväljaga, siis saadavat toodet tuntakse elektromagnetilise väljana.
Lorentzi jõu võrrand F = qE + qv × B kirjeldab laetud osakesele avalduvat jõudu q liikumine kiirusega v elektrivälja olemasolul E ja magnetväli B. Selles võrrandis x vahel qv ja B tähistab risttoodet. Esimene ametiaeg qE on elektrivälja panus jõusse ja teine termin qv x B on magnetvälja panus.
Lorentzi võrrand ütleb teile ka, et laengu kiiruse vaheline magnetjõud v ja magnetväli B on qvbsinϕ tasu eest q kus ϕ ("phi") on nurk v ja B, mis peab olema väiksem kui 1_80_ kraadi. Kui nurk vahel v ja B on suurem, siis peaksite selle kinnitamiseks kasutama ristnurka vastupidises suunas (risttoote määratlusest). Kui _ϕ_ on 0, nagu kiirus ja magnetväli, nagu üheski suunas, ühes ja samas suunas, on magnetiline jõud 0. Osake liigub edasi, ilma et magnetväli seda ümber suunaks.
Magnetvälja risttoode
••• Syed Hussain AtherÜlaltoodud diagrammil on kahe vektori vaheline ristprodukt a ja b on c. Pange tähele c. Selle suhtes risti a ja b kui seda annab parema käe reegel. Parempoolne reegel tähendab saadud risttoodangu suunda c antakse pöidla suuna abil, kui teie parem nimetissõrm on suunas b ja teie parem keskmine sõrm on suunas a.
Ristprodukt on vektorioperatsioon, mille tulemuseks on vektor mõlema suhtes risti qv ja B antud kolme vektori parempoolse reegli järgi ja vektorite parallelogrammi pindala suurusega qv ja B span. Parempoolne reegel tähendab, et saate määrata risttoote suuna qv ja B asetades parema nimetissõrme suunas B, keskmine sõrm suunas qvja saadud pöidla suund on nende kahe vektori korrutisesuund.
Ülaloleval diagrammil näitab parempoolne reegel ka suhet magnetvälja, magnetjõu ja juhtme kaudu toimuva voolu vahel. See näitab ka, et nende kolme koguse vaheline ristprodukt võib kujutada parempoolset reeglit, kuna jõu ja välja suuna vaheline ristprodukt võrdub voolude suunaga.
Magnetväli igapäevaelus
Magnetväljade magnetresonantstomograafias kasutatakse umbes 0,2 kuni 0,3 tesla suurust magnetvälja. MRI on meetod, mida arstid kasutavad patsiendi keha sisestruktuuride nagu aju, liigesed ja lihased uurimiseks. Üldiselt toimub see patsiendi paigutamisega tugevasse magnetvälja nii, et väli kulgeb piki keha telge. Kui kujutate ette, et patsient on magnetiline solenoid, siis ümbritsevad elektrivoolud tema keha ümber ja magnetväli suunatakse keha suhtes vertikaalsuunas, nagu dikteerib parema käe reegel.
Seejärel uurivad teadlased ja arstid, kuidas prootonid erinevad normaalsest joonest, et uurida patsiendi keha struktuure. Selle kaudu saavad arstid mitmesuguseid haigusseisundeid ohutult ja mitteinvasiivselt diagnoosida.
Inimene ei tunne protsessi käigus magnetvälja, kuid kuna inimkehas on nii palju vett, joonduvad vesiniku tuumad (mis on prootonid) magnetvälja tõttu.MRI-skanner kasutab magnetvälja, millest prootonid neelavad energiat, ja kui magnetväli välja lülitatakse, pöörduvad prootonid tagasi normaalsesse asendisse. Seejärel jälgib seade seda positsiooni muutust, et teha kindlaks, kuidas prootonid on joondatud, ja luua pilt patsiendi keha sisemusest.