Kuidas magnetväljad töötavad?

•••Syed Hussain Ather

​Magnetväljadkirjeldage, kuidas magnetiline jõud jaotub objektide ümber oleva ruumi kaudu. Üldiselt liiguvad magnetilise objekti puhul magnetvälja jooned objekti põhjapoolusest lõunapoolusesse, täpselt nagu Maa magnetvälja puhul, nagu on näidatud ülaltoodud diagrammil.

Maa magnetväljas kasutatakse sama magnetjõudu, mis paneb esemed külmkapi pindadele kinni jääma, mis kaitseb osoonikihti kahjuliku päikesetuule eest. Magnetväli moodustab energiapaketid, mis takistavad osoonikihil süsinikdioksiidi kadu.

Seda saate jälgida, valades magneti juuresolekul raudviilud, väikesed pulbritaolised rauatükid. Asetage magnet paberitüki või heleda riide alla. Valage rauast viilid ja jälgige nende kujundeid ja kujundeid. Tehke kindlaks, millised väljajooned peaksid olema, et viilud saaksid magnetväljade füüsika järgi niimoodi ennast paigutada ja jaotada.

Mida suurem on põhjast lõunasse tõmmatud magnetvälja joonte tihedus, seda suurem on magnetvälja suurus. Need põhja- ja lõunapoolused dikteerivad ka seda, kas magnetobjektid on atraktiivsed (põhja- ja lõunapooluse vahel) või eemaletõukavad (identsete pooluste vahel). Magnetvälju mõõdetakse Tesla ühikutes,

Kuna magnetväljad moodustuvad laengute liikumise ajal, indutseeritakse magnetväljad juhtmete kaudu elektrivoolust. Väli annab teile võimaluse kirjeldada magnetjõu potentsiaalset tugevust ja suunda sõltuvalt elektrijuhtme kaudu läbitavast voolust ja läbitavast kaugusest. Magnetvälja jooned moodustavad juhtmete ümber kontsentrilised ringid. Nende väljade suuna saab määrata "parempoolse reegli" abil.

See reegel ütleb teile, et kui asetate oma parema pöidla läbi juhtme elektrivoolu suunas, on saadud magnetväljad selles suunas, kuidas teie käe sõrmed lokkivad. Suurema voolu korral indutseeritakse suurem magnetväli.

Võite kasutada erinevaid näiteidparema käe reegel, üldreegel magnetvälja, magnetjõu ja voolu sisaldavate suuruste suuna määramiseks. See rusikareegel on kasulik paljudel juhtudel elektri ja magnetismi korral, nagu dikteerib suuruste matemaatika.

•••Syed Hussain Ather

Seda parema käe reeglit saab magneti puhul rakendada ka teises suunassolenoidvõi elektrivoolu jada, mis on ümbritsetud juhtmetega magneti ümber. Kui suunate oma parema käe pöidla magnetvälja suunas, siis ümbritsevad teie paremad sõrmed elektrivoolu suunas. Solenoidid võimaldavad teil elektrivoolude kaudu kasutada magnetvälja jõudu.

•••Syed Hussain Ather

Elektrilaengu liikumisel tekib magnetväli, kui pöörlevad ja ringi liikuvad elektronid muutuvad ise magnetobjektideks. Elemente, mille põhiseisundis on paarimata elektronid, näiteks raud, koobalt ja nikkel, saab joondada nii, et need moodustaksid püsimagnetid. Nende elementide elektronide tekitatud magnetväli laseb elektrivoolul hõlpsamini läbi nende elementide voolata. Magnetväljad võivad ka üksteist tühistada, kui nad on suuruselt võrdsed vastupidistes suundades.

Aku kaudu voolav voolMinaannab välja magnetväljaBraadiusesrvastavalt võrrandileAmpère'i seadus​:

kusμ​₀ on vaakumi läbilaskvuse magnetkonstant,1,26 x 10^-6 H / m("Henries meetri kohta", milles Henries on induktiivsuse ühik). Voolu suurendamine ja juhtmele lähemale tulek suurendab nii selle magnetvälja.

Selleks, et objekt oleks magnetiline, peavad objekti moodustavad elektronid saama objektis vabalt ringi liikuda ja aatomite vahel. Selleks, et materjal oleks magnetiline, on ideaalsed kandidaadid sama spinniga paardumata elektronidega aatomid, kuna need aatomid võivad üksteisega paarituda, et elektronid saaksid vabalt voolata. Materjalide testimine magnetväljade juuresolekul ja nende materjalide moodustavate aatomite magnetiliste omaduste uurimine võib teile öelda nende magnetismist.

​Ferromagnetidon see omadus, et nad on püsivalt magnetilised.Paramagnetidseevastu ei näita magnetilisi omadusi, välja arvatud juhul, kui magnetvälja juures on elektronide spinnid vooderdatud nii, et need saaksid vabalt liikuda.Diamagnetidomavad aatomkoostisi nii, et magnetväljad ei mõjuta neid üldse või magnetväljad mõjutavad neid väga vähe. Neil pole või on vähe paarimata elektrone, mis laseksid laengutel läbi voolata.

Paramagnetid töötavad, kuna need on valmistatud materjalidest, mida alati on olnudmagnetmomendid, tuntud kui dipoolid. Need hetked on nende võime joonduda välise magnetväljaga, mis on seotud paardumata elektronide pöörlemisega neid materjale moodustavate aatomite orbitaalides. Magnetvälja olemasolul joonduvad materjalid, et seista vastu magnetvälja jõule. Paramagnetiliste elementide hulka kuuluvad magneesium, molübdeen, liitium ja tantaal.

Ferromagnetilise materjali sees on aatomite dipool püsiv, tavaliselt paramagnetilise materjali kuumutamise ja jahutamise tagajärjel. See teeb neist ideaalsed kandidaadid elektriseadmetes kasutamiseks mõeldud elektromagnetite, mootorite, generaatorite ja trafode jaoks. Diamagnetid võivad seevastu tekitada jõu, mis laseb elektronidel voolu kujul vabalt voolata, mis loob seejärel magnetvälja, mis on vastupidine neile rakendatud magnetväljale. See tühistab magnetvälja ja takistab nende magnetiliseks muutumist.

Magnetväljad määravad magnetjõudude jaotumise magnetmaterjali juuresolekul. Kui elektriväljad kirjeldavad elektrijõudu elektroni juuresolekul, siis magnetväljadel pole sellist analoogset osakest, millel magnetjõudu kirjeldada. Teadlased on teoreetiliselt öelnud, et magnetmonopol võib eksisteerida, kuid nende osakeste olemasolu kohta pole eksperimentaalseid tõendeid. Kui need oleksid olemas, oleks neil osakestel magnetiline "laeng" umbes samamoodi nagu laetud osakestel elektrilaengud.

Magnetjõud tuleneb elektromagnetilisest jõust - jõust, mis kirjeldab nii osakeste kui ka esemete elektrilisi ja magnetilisi komponente. See näitab, kui sisemine magnetism on samadel elektrinähtustel nagu vool ja elektriväli. Elektroni laeng on see, mis põhjustab magnetvälja selle magnetjõu kaudu kõrvalepõikumise, samamoodi nagu elektriväli ja elektriline jõud.

Kui ainult liikuvad laetud osakesed eraldavad magnetvälju ja kõik laetud osakesed annavad välja elektriväljad, magnetilised ja elektromagnetväljad on osa samast põhijõust elektromagnetism. Elektromagnetiline jõud toimib kõigi universumi laetud osakeste vahel. Elektromagnetiline jõud avaldub elektri ja magnetismi igapäevaste nähtuste kujul, nagu staatiline elekter ja elektriliselt laetud sidemed, mis hoiavad molekule koos.

See jõud koos keemiliste reaktsioonidega on ka aluseks elektromotoorsele jõule, mis laseb voolul voolata läbi vooluringide. Kui vaadelda magnetvälja põimituna elektriväljaga, on saadud saadus tuntud kui elektromagnetväli.

TheLorentzi jõu võrrand​

kirjeldab laetud osakese jõuduqliikudes kiiruselvelektrivälja juuresolekulEja magnetväliB. Selles võrrandisxvahelqvjaBtähistab ristprodukti. Esimene ametiaegqEon elektrivälja panus jõusse ja teine ​​terminqv x Bon magnetvälja panus.

Lorentzi võrrand ütleb ka, et laengukiiruse vaheline magnetjõudvja magnetväliBonqvbsinϕtasu eestqkusϕ("phi") on nurkvjaB, mis peab olema väiksem kui 180kraadi. Kui nurk vahelvjaBon suurem, siis peaksite selle parandamiseks kasutama nurka vastupidises suunas (ristprodukti definitsioonist). Kuiϕon 0, nagu ka kiirus ja magnetväli osutavad samas suunas, on magnetjõud 0. Osake jätkab liikumist ilma magnetvälja poolt kõrvale pööramata.

•••Syed Hussain Ather

Ülaltoodud diagrammil kahe vektori ristproduktajabonc. Pange tähele suunda ja suurustc. See on risti suunasajabkui see on antud parema käe reegli järgi. Parema käe reegel tähendab, et saadud ristprodukti suundcantakse pöidla suuna järgi, kui parem nimetissõrm onbja teie parem keskmine sõrm on suunasa​.

Ristprodukt on vektoroperatsioon, mille tulemuseks on vektor mõlemaga ristiqvjaBon antud kolme vektori parempoolse reegli järgi ja rööpküliku pindala suurusega, mida vektoridqvjaBspan. Parema käe reegel tähendab, et saate määrata nende vahelise ristprodukti suunaqvjaBasetades parema nimetissõrmeB, teie keskmine sõrm suunasqvja sellest tulenev pöidla suund on nende kahe vektori toote ristsuund.

•••Syed Hussain Ather

Ülaloleval diagrammil näitab parempoolne reegel ka magnetvälja, magnetjõu ja traadi kaudu toimuva voolu suhet. See näitab ka, et nende kolme koguse vaheline ristprodukt võib tähendada parempoolset reeglit, kuna jõu ja suuna suuna ristprodukt võrdub voolu suunaga.

Magnetresonantstomograafias kasutatakse magnetresonantstomograafias umbes 0,2 kuni 0,3 tesla suurust magnetvälja. MRI on meetod, mille abil arstid uurivad patsiendi keha sisemisi struktuure nagu aju, liigesed ja lihased. Seda tehakse tavaliselt patsiendi paigutamisel tugevasse magnetvälja nii, et väli kulgeks mööda keha telge. Kui te kujutate ette, et patsient oli magnetiline solenoid, mähkisid elektrivoolud tema keha ja magnetväli oleks suunatud keha suhtes vertikaalsuunas, nagu dikteerib parem käsi reegel.

Seejärel uurivad teadlased ja arstid viise, kuidas prootonid eemalduvad tavapärasest joondusest, et uurida patsiendi keha struktuure. Selle kaudu saavad arstid diagnoosida mitmesuguseid haigusi ohutult ja mitteinvasiivselt.

Inimene ei tunne protsessi käigus magnetvälja, vaid kuna vett on nii palju inimese kehas joonduvad vesiniku tuumad (mis on prootonid) magnetilise mõjul valdkonnas. MRI skanner kasutab magnetvälja, millest prootonid neelavad energiat, ja kui magnetväli on välja lülitatud, naasevad prootonid oma tavapärasesse asendisse. Seejärel jälgib seade seda asendimuutust, et teha kindlaks prootonite joondumine ja luua pilt patsiendi keha sisemusest.