Vsebina
- Znanost o magnetnih poljih
- Kako določite magnetno polje?
- Vrste magnetov
- Magnetna sila
- Magnetna polja in električna polja
- Izdelek z magnetnim poljem
- Magnetno polje v vsakdanjem življenju
Magnetna polja opišite, kako se magnetna sila porazdeli po prostoru okoli predmetov. Na splošno za objekt, ki je magnetni, črte magnetnega polja potujejo od predmetov severni do južni pol, tako kot to počnejo Zemlje magnetno polje, kot je prikazano na zgornjem diagramu.
V magnetnem polju Zemlje, ki ščiti ozonski plašč pred škodljivim sončnim vetrom, se uporabljajo iste magnetne sile, zaradi katerih se predmeti držijo površin hladilnika. Magnetno polje tvori pakete energije, ki preprečujejo, da bi ozonski sloj izgubil ogljikov dioksid.
To lahko opazite z vlivanjem železnih oblog, majhnih prahu podobnih kosov železa, v prisotnosti magnetnega. Pod kos papirja ali lahkega lista postavite magnet. Nalijte železne obloge in opazujte oblike in formacije, ki jih prevzamejo. Določite, kakšne bi morale biti poljske črte, da se vložki tako razporedijo in razporedijo glede na fiziko magnetnih polj.
Večja kot je gostota linij magnetnega polja, ki se vlečejo od severa proti jugu, večja je moč magnetnega polja. Ti severni in južni pol narekujeta tudi, ali so magnetni predmeti privlačni (med severnim in južnim polom) ali odbijajoči (med identičnimi polovi). Magnetna polja se merijo v enotah Tesle, T.
Znanost o magnetnih poljih
Ker se magnetna polja tvorijo vsakič, ko se naboji gibljejo, magnetna polja nastajajo iz električnega toka skozi žice. Polje omogoča način opisovanja potencialne jakosti in smeri magnetne sile glede na tok skozi električno žico in razdaljo, ki jo prevozi tok. Linije magnetnega polja tvorijo koncentrične kroge okoli žic. Smer teh polj je mogoče določiti s pravilom na desni strani.
To pravilo vam pravi, da če postavite desni palec v smeri električnega toka skozi žico, nastala magnetna polja potekajo v smeri, kako se vaši prsti zvijajo. Z večjim tokom se inducira večje magnetno polje.
Kako določite magnetno polje?
Lahko uporabite različne primere desničarsko pravilo, splošno pravilo za določanje smeri različnih količin, ki vključujejo magnetno polje, magnetno silo in tok. To pravilo je uporabno za številne primere električne energije in magnetizma, ki jih narekuje matematika količin.
••• Syed Hussain AtherTo pravilo na desni strani lahko za magnetno uporabimo tudi v drugi smeri solenoidali niz električnega toka, ovijenega v žice okoli magneta. Če z desnim kazalcem usmerite v smeri magnetnega polja, se bodo prsti desne roke zavili v smeri električnega toka. Solenoidi vam omogočajo, da izkoristite moč magnetnega polja skozi električne tokove.
Ko potuje električni naboj, magnetno polje nastane, ko elektroni, ki se vrtijo in gibljejo, postanejo sami magnetni predmeti. Elemente, ki imajo v svojem osnovnem stanju neparne elektrone, kot so železo, kobalt in nikelj, lahko poravnamo tako, da tvorijo trajne magnete. Magnetno polje, ki ga proizvajajo elektroni teh elementov, omogoča lažji pretok električnega toka skozi te elemente. Tudi sama magnetna polja se lahko odpovejo, če so enaka velikosti v nasprotnih smereh.
Tok, ki teče skozi baterijo jaz oddaja magnetno polje B v polmeru r glede na enačbo za Ampersko pravo: B = 2πr μ0 jaz kje μ0 je magnetna konstanta prepustnosti vakuuma, 1,26 x 10-6 H / m ("Henri na meter", v katerem je Henries enota induktivnosti). Povečanje toka in približevanje žici povečujeta magnetno polje, ki ima za posledico.
Vrste magnetov
Da bi bil objekt magnetni, se morajo elektroni, ki sestavljajo predmet, lahko prosto gibati okoli in med atomi v objektu. Da je material magneten, so atomi z neparnimi elektroni istega spina idealni kandidati, saj se ti atomi lahko povežejo med seboj in tako omogočijo, da elektroni prosto tečejo. Testiranje materialov ob prisotnosti magnetnih polj in pregled magnetnih lastnosti atomov, ki te materiale naredijo, vam lahko povedo o njihovem magnetizmu.
Feromagneti imajo to lastnost, da so trajno magnetne. ParamagnetiNasprotno pa navade ne kažejo magnetnih lastnosti, razen če v prisotnosti magnetnega polja usmerjajo vrte elektronov navzgor, da se lahko prosto gibljejo. Diamagneti imajo atomske sestave takšne, da magnetna polja sploh ne vplivajo na njih ali jih magnetna polja zelo malo vplivajo. Nimajo ali nimajo več parnih elektronov, s katerimi bi lahko naboji tekali skozi.
Paramagneti delujejo, ker so narejeni iz materialov, ki jih imajo vedno magnetni trenutki, znan kot dipoli. Ti trenutki so njihova sposobnost poravnave z zunanjim magnetnim poljem zaradi vrtenja neparnih elektronov v orbitalah atomov, ki tvorijo te materiale. V prisotnosti magnetnega polja se materiali poravnajo, da nasprotujejo sili magnetnega polja. Paramagnetni elementi vključujejo magnezij, molibden, litij in tantal.
V feromagnetnem materialu je dipol atomov stalen, običajno kot posledica segrevanja in hlajenja paramagnetnega materiala. Zaradi tega so idealni kandidati za elektromagnete, motorje, generatorje in transformatorje za uporabo v električnih napravah. Nasprotno pa diamanti lahko proizvedejo silo, ki omogoča, da elektroni prosto tečejo v obliki toka, ki nato ustvari magnetno polje, nasprotno od katerega koli magnetnega polja, ki se nanje nanaša. To prekine magnetno polje in prepreči, da bi postali magnetno.
Magnetna sila
Magnetna polja določajo, kako se lahko magnetne sile porazdelijo v prisotnosti magnetnega materiala. Medtem ko električna polja opisujejo električno silo v prisotnosti elektrona, magnetna polja nimajo podobnih delcev, na katerih bi lahko opisovala magnetno silo. Znanstveniki so teoretizirali, da lahko obstaja magnetni monopol, vendar ni eksperimentalnih dokazov, ki bi pokazali, da ti delci obstajajo. Če bi obstajali, bi imeli ti delci magnetni "naboj", podobno kot električni naboji.
Magnetna sila je posledica elektromagnetne sile, ki opisuje tako električne kot magnetne sestavine delcev in predmetov. To kaže, kako lastni je magnetizem do istih električnih pojavov, kot sta tok in električno polje. Naboj elektrona je tisto, kar povzroči, da ga magnetno polje z magnetno silo odkloni enako kot električno polje in električna sila.
Magnetna polja in električna polja
Medtem ko samo napolnjeni delci oddajajo magnetna polja in vsi nabiti delci oddajajo električna polja, so magnetna in elektromagnetna polja del iste temeljne sile elektromagnetizma. Elektromagnetna sila deluje med vsemi nabitimi delci v vesolju. Elektromagnetna sila ima obliko vsakdanjih pojavov v elektriki in magnetizmu, kot sta statična elektrika in električno nabite vezi, ki molekule držijo skupaj.
Ta sila poleg kemijskih reakcij tvori tudi osnovo za elektromotorno silo, ki omogoča, da tok skozi tokokroge teče. Ko gledamo magnetno polje, ki je prepleteno z električnim poljem, je dobljeni izdelek znan kot elektromagnetno polje.
The Lorentzova enačba sile F = qE + qv × B opisuje silo na nabito delce q premikanje s hitrostjo v v prisotnosti električnega polja E in magnetno polje B. V tej enačbi je x med qv in B predstavlja navzkrižni izdelek. Prvi mandat qE je prispevek električnega polja k sili in drugi pojem qv x B je prispevek magnetnih polj.
Lorentzova enačba vam tudi pove, da je magnetna sila med hitrostjo naboja v in magnetno polje B je qvbsinϕ za plačilo q kje ϕ ("phi") je kot med v in B, ki mora biti nižja od 1_80_ stopinj. Če je kot med v in B je večji, potem morate to popraviti v nasprotni smeri (iz opredelitve navzkrižnega izdelka). Če je _ϕ_je 0, kot je hitrost in hitrost magnetnega polja v isti smeri, bo magnetna sila enaka 0. Delček se bo še naprej premikal, ne da bi magnetno polje odklonilo.
Izdelek z magnetnim poljem
••• Syed Hussain AtherNa zgornjem diagramu je navzkrižni produkt med dvema vektorjema a in b je c. Upoštevajte smer in velikost c. V smeri, pravokotni na a in b ko je dano z desnim pravilom. Pravilo desnice pomeni, da je smer rezultirajočega navzkrižnega izdelka c je podana s smerjo palca, ko je desni kazalec v smeri proti b in desni desni srednji prst je v smeri proti a.
Križni produkt je vektorska operacija, zaradi katere je vektor pravokoten na oba qv in B dano z desnim pravilom treh vektorjev in z velikostjo površine paralelograma, ki jo imajo vektorji qv in B razpon. Pravilo na desni strani pomeni, da lahko določite smer navzkrižnega izdelka med qv in B z desnim kazalcem v smeri proti B, srednji prst v smeri proti qv, in posledična smer vašega palca bo smer izdelka na teh dveh vektorjih.
Na zgornjem diagramu desno pravilo prikazuje tudi razmerje med magnetnim poljem, magnetno silo in tokom skozi žico. To tudi kaže, da lahko navzkrižni produkt med temi tremi količinami predstavlja desno pravilo, saj je navzkrižni produkt med smerjo sile in poljem enak smeri tokov.
Magnetno polje v vsakdanjem življenju
Pri MRI, slikanju z magnetno resonanco se uporabljajo magnetna polja od približno 0,2 do 0,3 tesla. MRI je metoda, ki jo zdravniki uporabljajo za preučevanje notranjih struktur v telesu pacientov, kot so možgani, sklepi in mišice. To ponavadi naredimo tako, da bolnika postavimo v močno magnetno polje tako, da polje poteka vzdolž osi telesa. Če si predstavljate, da je bil pacient magnetni magnetni elektromagnet, bi se električni tokovi ovili okoli njegovega telesa in magnetno polje bi bilo usmerjeno v navpični smeri glede na telo, kot narekuje pravilo desnice.
Znanstveniki in zdravniki nato preučujejo, kako protoni odstopajo od svoje običajne poravnave, da preučijo strukture znotraj bolnikovega telesa. Skozi to lahko zdravniki postavijo varne, neinvazivne diagnoze različnih stanj.
Človek med postopkom ne čuti magnetnega polja, vendar, ker je v človeškem telesu toliko vode, se vodikova jedra (ki so protoni) poravnajo zaradi magnetnega polja.MRI skener uporablja magnetno polje, iz katerega protoni absorbirajo energijo, in ko se magnetno polje izklopi, se protoni vrnejo v svoje normalne položaje. Naprava nato sledi tej spremembi položaja, da ugotovi, kako so protoni poravnani in ustvari sliko notranjosti bolnikovega telesa.