Magnetsko polje je nevidljivo fizičko polje koje je stvoreno pomicanjem električnih naboja, magnetskih materijala ili promjenom električnih polja, što može provesti silu na magnetske materijale ili pomicanje električnih naboja. To je vektorsko polje s veličinom i smjerom, a često se mjeri u smislu magnetske indukcije. Magnetsko polje oko magneta privlači podnese željeza, dok magnetsko polje oko žice za nošenje struje može odbiti iglu kompasa. Magnetsko polje povezano je s električnim poljem, a električno polje može stvoriti magnetsko polje (Maxwell -ove jednadžbe) i obrnuto, što je jedan od temeljnih temelja elektromagnetskih pojava.
Podrijetlo magnetskog polja
Magnetsko polje je fizički fenomen uzrokovan kretanjem električnih naboja ili električnog polja koje se s vremenom mijenja. Podrijetlo magnetskog polja uvijek je bilo važna tema istraživanja za znanstvenike. Povezano je s našim razumijevanjem fizičkog svijeta i može se razumjeti i na mikroskopskoj i makroskopskoj razini.
Mikro razina
Magnetska polja potječu od gibanja nabijenih čestica i kvantnih mehaničkih svojstava na mikroskopskoj razini. Kvantna elektrodinamika pokazuje da spin nabijenih čestica stvara mikroskopske magnetske trenutke. Kad se ovi magnetski trenuci naruče u materijalu, materijal pokazuje makroskopski magnetizam. Osim toga, usmjereno gibanje slobodnih elektrona u vodiču stvara magnetsko polje u skladu s biot-savartnim zakonom. Na dubljoj razini, magnetsko polje je dio elektromagnetskog polja i, zajedno s električnim poljem, tvori tenzorski opis elektromagnetskog polja.
Makro razina
Magnetsko polje je vektorsko polje s smjerom i magnitudom, a njegova raspodjela može se opisati magnetskim protokom. Zemljino magnetsko polje je tipično makroskopsko magnetsko polje, koje potječe od konvekcije legure tekućeg željeza-nickel u jezgri Zemlje. U astrofizici, složena magnetska polja nastaju razdvajanjem i rotacijom naboja plazme. U inženjerstvu se specifična magnetska polja mogu konstruirati uređenjem solenoidnih zavojnica ili trajnih magneta. Sva makroskopska magnetska polja slijede klasične elektromagnetske zakone Maxwellovih jednadžbi.
Što je magnetsko polje?
Postoji nevidljiva, ali stvarna sila skrivena u svijetu oko nas -može zadržati kompas koji usmjerava prema sjeveru, brzo se vrtjeti električni motor, pa čak i zaštititi život na zemlji od kozmičkog zračenja. Ova čarobna snaga dolazi iz magnetskog polja.
Definicija magnetskog polja
Magnetsko polje je posebno fizičko polje koje postoji oko magneta ili se generira kada električna struja prođe kroz vodič. Može izvršiti silu na ostale magnete ili pomicati električne naboje.
Osnovna svojstva magnetskih polja
1. Snažan učinak na magnete i električne struje
Najistaknutija karakteristika magnetskog polja je da može izvršiti silu. Dva magneta će se privući ili odvratiti kada su blizu zajedno, a žicu za nošenje struje djelovat će na silu ampera u magnetskom polju, a električni motori i generatori rade na ovom principu.
2. IzravnanostMagnetskiFIeld
Magnetska polja su usmjerena i obično su opisana linijama magnetskih tokova. Smjer tangentne linije magnetskih toka ukazuje na smjer magnetskog polja u toj točki, dok gustoća linija magnetskog toka odražava čvrstoću magnetskog polja. Linije magnetskog toka magneta šipke kreću se od n pola i vraćaju se na S pol.
3. SuperpozicijaMagnetskiFpolja
Ako u svemiru postoje više izvora magnetskog polja, magnetska polja koja generiraju nadmoću će se međusobno kako bi tvorili kombinirano magnetsko polje. Ovo svojstvo omogućava nam izračunavanje raspodjele magnetskog polja složenih elektromagnetskih sustava.
Kako se generiraju magnetska polja?
Stvaranje magnetskog polja važan je fenomen u fizici, koji je usko povezan s kretanjem električnih naboja. Podrijetlo magnetskog polja može se pratiti do kretanja električnih naboja. Bilo da se radi o kretanju mikroskopskih čestica ili protoku makroskopske struje, može potaknuti magnetsko polje.
Električna struja stvara magnetsko polje
Magnetski polje linearne struje: Magnetsko polje se generira oko vodiča za nošenje struje. Njegov smjer slijedi pravilo desnog vijaka. Magnetske linije sile su koncentrični krugovi. Što je približno vodiču, to je magnetsko polje jače. Formula intenziteta je b =2 πrμ 0 i.
MagnetskiPolje kružne struje: Slično kaomagnet, Magnetsko polje središnje osi nalazi se duž smjera osi, a intenzitet se može riješiti integriranjem biot-savartskog zakona, koji se često koristi za fokusiranje zraka elektrona.
Magnetsko polje solenoidne struje: Kad je solenoid energičan, unutarnje magnetsko polje je snažno i jednolično, a smjer je duž osi. Formula čvrstoće je b {{0}} μ0ni. Široko se koristi u elektromagnetima i drugoj opremi za privlačenje feromagnetskih materijala za kontrolu mehaničkih uređaja.
Magnetski materijali stvaraju magnetska polja
PrirodanmagnetskimAterials:Zemlja je ogroman magnet, a njegovo magnetsko polje uglavnom stvara tekuća vanjska struja jezgre, koja igra važnu ulogu u biološkoj migraciji i zaštiti od kozmičkih zraka. Magnetit je prirodni magnetski materijal sa fenomenom spontane magnetizacije, koji se koristio za navigaciju kompasa u davnim vremenima.
UmjetanmagnetskimAterials: Stalni magneti poputNeodimijski magneti željeznog bora, koje se izrađuju sinteriranjem visoke temperature i drugim procesima kako bi se uskladile magnetske trenutke i stvorile stabilno magnetsko polje.
Promjena električnih polja stvara magnetska polja
Maxwell-Faraday'slaw:Promjena magnetskog toka u zatvorenom krugu stvara induciranu elektromotornu silu i struju. Transformator koristi izmjeničnu struju primarne zavojnice za stvaranje magnetskog polja koji se mijenja, a sekundarna zavojnica inducira elektromotivnu silu i struju kako bi se postigla pretvorba napona.
Razmnožavanjeelektromagnetskiwptice: Elektromagnetski valovi šire se u prostoru interakcijom električnih i magnetskih polja koja razlikuju vremenski i šire se u vakuumu brzinom svjetlosti. Radio valovi generiraju se brzo promjenjivom strujom u prijenosnoj anteni, formirajući promjenu električnih i magnetskih polja, koja komuniciraju i šire se na udaljena mjesta.
Kako mjerimo magnetska polja?
Mnogo je načina za mjerenje magnetskih polja. Sljedeće su uobičajene tehnike mjerenja magnetskog polja.
Pomoću magnetometra
Magnetometar je instrument koji se posebno koristi za mjerenje čvrstoće magnetskog polja. Otkriva učinak magnetskog polja na nosače naboja u provodniku koji nosi struju ili poluvodiča, stvara napon dvorane proporcionalan čvrstoći magnetskog polja i tako izračunava čvrstoću magnetskog polja. Instrument je jednostavan za rad i ima visoku točnost mjerenja.
Korištenje metra fluksa
Fluxmetar se temelji na Faradayevom zakonu elektromagnetske indukcije. Neizravno mjeri magnetski tok otkrivanjem inducirane elektromotivne sile zavojnice, a zatim određuje raspodjelu magnetskog polja. Često se koristi za mjerenje ujednačenosti magnetskog polja, otkrivanje raspodjele magnetskog polja i proučavanje karakteristika magnetskih materijala.
ElektronBeamDefleksijaMEtod (SUvjerljivo zaSpecifEokruženjeSuch kaoLlaboratoriji)
Odbojnost elektronske zrake je metoda mjerenja magnetskog polja u visokoj preciznosti u laboratoriju. Njegov je princip korištenje Lorentzove sile magnetskog polja na elektronima za odbijanje elektronske zrake. Snaga magnetskog polja izračunava se mjerenjem kuta otklona i poznatih parametara poput brzine elektrona.
ŠtoJesuČimbenici koji utječu na magnetsko polje?
Čimbenici koji utječu na magnetsko polje uglavnom uključuju sljedeće:
Trenutni faktor
Jačina struje proporcionalna je čvrstoći magnetskog polja. Kad se struja u solenoidu poveća, povećavaju se magnetsko polje i adsorpcijski kapacitet. Kad se struja promijeni, također se mijenja smjer magnetskog polja, što može promijeniti smjer magnetskih polova elektromagneta. Trenutni put utječe na raspodjelu magnetskog polja. Ravna struja proizvodi koncentrična magnetska polja, a kružna struja proizvodi magnetsko polje duž osi na osi. Njegova je snaga povezana sa strujom i radijusom.
Magnetski materijali
Vrsta, oblik i stupanj magnetizacije magnetskih materijala utjecat će na njihove karakteristike magnetskog polja. Mekani magnetski materijali lako se magnetiziraju i demagnetiziraju, a često se koriste u transformatorima; Tvrdi magnetski materijali imaju visoku koercivnost i teško ih je demagnetizirati, a uglavnom se koriste u trajnim magnetima. Oblik materijala također će utjecati na raspodjelu magnetskog polja. Magnetsko polje magnetskog magneta koncentrirano je na oba kraja, dok je magnetsko polje magneta s prstenom raspoređeno iznutra i izvana. Što je stupanj magnetizacije veći, veća je snaga magnetskog polja. Snaga magnetskog polja može se prilagoditi promjenom broja zavoja i struje zavojnice elektromagneta kako bi se zadovoljile različite potrebe.
Vanjski čimbenici
Rast temperature oslabit će magnetski materijal, a trajni magneti će izgubiti magnetizam pri visokim temperaturama. Vanjska magnetska polja ometat će izvorno magnetsko polje, povećavajući ga u istom smjeru i smanjujući ga u suprotnom smjeru. Tehnologija elektromagnetske zaštite koristi ovaj princip. Mehanički stres također može promijeniti karakteristike magnetskog polja magnetskih materijala.
Kako vidimo sile u magnetskim poljima?
Magnetsko polje je nevidljivi fizički fenomen koji postoji oko magneta i vodiča koji nose električnu energiju. Iako magnetsko polje ne možemo vidjeti izravno golim očima, kroz neke pametne eksperimentalne metode, možemo neizravno "vidjeti" sile u magnetskom polju i istražiti njegove zakone.
Korištenje magneta i željeznih podloga (vizualiziranje linija magnetskog polja)
Linije magnetskog polja alat su za opisivanje raspodjele magnetskih polja i intuitivno mogu pokazati smjer i snagu magnetskog polja. Kad se podnese željeza rasprše oko magneta šipke, bit će raspoređene duž linija magnetskog polja, usmjeravajući od n polja na S pol s vanjske strane i od S stupa natrag do N polica iznutra, formirajući zatvorenu petlju. Podnožje željeza guste su u blizini magnetskih polova, a magnetsko polje je snažno, dok su podnese željeza rijetko u srednjem području, a magnetsko polje slabo. Ovaj fenomen živo prikazuje zakon o raspodjeli magnetskog polja.
Promatrajte interakciju magneta
Sila između magneta očituje se poput stupova koji se odbijaju, za razliku od stupova koji se međusobno privlače, a veličina sile raste kako se udaljenost smanjuje. Kroz proljetni dinamometar može se primijetiti da se očitanje povećava kada se poput stupova blizu, a čitanje se smanjuje kada su za razliku od stupova blizu. Sila magnetskog polja je vektor, a njegov smjer je duž linije koja povezuje stupove. Jačina ovisi o jačini magnetizma i udaljenosti.
Korištenje kretanja električne struje u magnetskom polju
Kad je električna struja u magnetskom polju, na nju djeluje sila ampera, koja je okomita na smjer struje i magnetskog polja i može se odrediti desnom pravilom. Jačina amper sile proporcionalna je struji, jačini magnetskog polja i duljini žice. Koristeći ovaj princip, uređaji poput motora mogu se proizvesti za pretvaranje električne energije u mehaničku energiju.
Praktične primjene magnetskih polja
U industriji električne energije:Generatori i transformatori koriste princip elektromagnetske indukcije za postizanje međusobne pretvorbe električne energije i mehaničke energije.
Medicinskifield:Slika magnetske rezonancije (MRI) koristi snažna magnetska polja za dobivanje slike unutrašnjosti ljudskog tijela visoke razlučivosti, što ga čini važnim alatom za dijagnozu bolesti.
UtermstRansport:Maglev vlakovi se oslanjaju na odbojnu silu koju je stvorio magnetsko polje kako bi postigao beskontaktni rad velike brzine, što uvelike smanjuje gubitak trenja.
Rezimirati
Kao jedna od temeljnih sila prirode, magnetsko polje igra važnu ulogu od mikroskopskih čestica do kozmičke skale. Razumijevanje magnetskih polja ne samo da nam pomaže da savladamo načela moderne znanosti i tehnologije, već nam pomaže i bolje razumijevanje fizičkog svijeta u kojem živimo. S razvojem znanosti o materijalima i kvantnoj tehnologiji, izgledi za magnetske polja u energiji, medicini, informacijskoj tehnologiji i drugim poljima bit će širi.