Kuinka magneettikentät toimivat?

•••Syed Hussain Ather

​Magneettikentätkuvaile kuinka magneettinen voima jakautuu avaruuden läpi esineiden ympärillä. Yleensä magneettisen objektin kohdalla magneettikentän viivat kulkevat kohteen pohjoisnavasta etelänapaan, aivan kuten maapallon magneettikentän kohdalla, kuten yllä olevassa kaaviossa on esitetty.

Samaa magneettista voimaa, joka saa esineet tarttumaan jääkaapin pintoihin, käytetään maapallon magneettikentässä, joka suojaa otsonikerrosta haitalliselta aurinkotuulelta. Magneettikenttä muodostaa energiapaketteja, jotka estävät otsonikerrosta menettämästä hiilidioksidia.

Voit tarkkailla tätä kaatamalla rautahiloja, pieniä jauhemaisia ​​rautapaloja magneettisen läsnä ollessa. Aseta magneetti paperin tai kevyen kangasarkin alle. Kaada rautaviilat ja tarkkaile niiden ottamia muotoja. Määritä, mitä kenttäviivoja pitäisi olla, jotta viilat järjestyvät ja jakautuvat tällä tavoin magneettikenttien fysiikan mukaan.

Mitä suurempi on pohjoisesta etelään vedettyjen magneettikentän viivojen tiheys, sitä suurempi on magneettikentän suuruus. Nämä pohjois- ja etelänavat myös sanelevat, ovatko magneettikohteet houkuttelevia (pohjoisen ja etelän napojen välissä) vai vastenmielisiä (identtisten napojen välillä). Magneettikentät mitataan Teslan yksikköinä,

Koska magneettikentät muodostuvat aina, kun varaukset ovat liikkeessä, magneettikentät indusoituvat sähkövirrasta johtojen kautta. Kentän avulla voit kuvata magneettisen voiman potentiaalisen voiman ja suunnan riippuen sähköjohdon läpi kulkevasta virrasta ja virran kulkemasta etäisyydestä. Magneettikentän viivat muodostavat samankeskiset ympyrät johtojen ympärille. Näiden kenttien suunta voidaan määrittää "oikeanpuoleisen säännön" avulla.

Tämä sääntö kertoo sinulle, että jos asetat oikean peukalosi sähkövirran suuntaan langan läpi, syntyvät magneettikentät ovat siihen suuntaan, miten kätesi sormet käpristyvät. Suuremmalla virralla indusoidaan suurempi magneettikenttä.

Voit käyttää erilaisia ​​esimerkkejäoikean käden sääntö, yleissääntö erilaisten magneettikenttää, magneettista voimaa ja virtaa sisältävien suureiden suunnan määrittämiseksi. Tämä nyrkkisääntö on hyödyllinen monissa tapauksissa sähkön ja magneettisuuden suhteen määrän sanoman matematiikan sanelemana.

•••Syed Hussain Ather

Tätä oikeanpuoleista sääntöä voidaan soveltaa myös magneettia kohti toiseen suuntaansolenoiditai sarja sähkövirtaa, joka on kääritty johtoihin magneetin ympärille. Jos osoitat oikean käden peukalosi magneettikentän suuntaan, oikeat kädet sormet kiertävät sähkövirran suuntaan. Solenoidien avulla voit hyödyntää magneettikentän voimaa sähkövirtojen kautta.

•••Syed Hussain Ather

Kun sähkövaraus kulkee, magneettikenttä syntyy, kun elektronista, jotka pyörivät ja liikkuvat, tulee itse magneettisia esineitä. Elementit, joiden perustiloissa on parittomia elektroneja, kuten rauta, koboltti ja nikkeli, voidaan kohdistaa siten, että ne muodostavat kestomagneetteja. Näiden elementtien elektronien tuottama magneettikenttä antaa sähkövirran kulkea näiden elementtien läpi helpommin. Magneettikentät itse voivat myös poistaa toisensa, jos ne ovat yhtä suuret vastakkaisiin suuntiin.

Akun läpi virtaava virtaMinäantaa magneettikentänBsäteelläryhtälön mukaanAmpèren laki​:

missäμ​₀ on tyhjiönläpäisevyyden magneettivakio,1,26 x 10^-6 H / m("Henries per metri", jossa Henries on induktanssin yksikkö). Virran lisääminen ja lähentyminen johtoa lisäävät molemmat magneettikenttää.

Jotta esine olisi magneettinen, objektin muodostavien elektronien on voitava liikkua vapaasti kohteen atomien ympäri ja välillä. Jotta materiaali olisi magneettista, atomit, joissa on parittomat elektronit, joilla on sama spin, ovat ihanteellisia ehdokkaita, koska nämä atomit voivat muodostaa pariliitoksen toistensa kanssa, jotta elektronit voivat virrata vapaasti. Materiaalien testaaminen magneettikenttien läsnä ollessa ja näiden materiaalien muodostavien atomien magneettisten ominaisuuksien tutkiminen voivat kertoa niiden magnetismista.

​Ferromagneetiton tämä ominaisuus, että ne ovat pysyvästi magneettisia.Paramagneetitsitä vastoin, eivät näytä magneettisia ominaisuuksia, ellei magneettikentän läsnä ollessa elektronien pyöriä pystytetä, jotta ne voivat liikkua vapaasti.Timantitniillä on sellaisia ​​atomikoostumuksia, että magneettikentät eivät vaikuta niihin lainkaan tai magneettikentät vaikuttavat niihin vain hyvin vähän. Heillä ei ole lainkaan tai vain vähän parittomia elektroneja päästämään virtaukset läpi.

Paramagneetit toimivat, koska ne on valmistettu materiaaleista, joita on aina ollutmagneettiset hetket, tunnetaan dipoleina. Nämä hetket ovat heidän kykynsä kohdistaa ulkoiseen magneettikenttään johtuen parittamattomien elektronien pyörimisestä näitä materiaaleja muodostavien atomien kiertoradoilla. Magneettikentän läsnä ollessa materiaalit kohdistuvat vastustamaan magneettikentän voimaa. Paramagneettisia elementtejä ovat magnesium, molybdeeni, litium ja tantaali.

Ferromagneettisessa materiaalissa atomien dipoli on pysyvä, yleensä seurauksena paramagneettisen materiaalin lämmittämisestä ja jäähdyttämisestä. Tämä tekee niistä ihanteelliset ehdokkaat sähkömagneeteille, moottoreille, generaattoreille ja muuntajille käytettäväksi sähkölaitteissa. Sitä vastoin timantit voivat tuottaa voiman, joka antaa elektronien virrata vapaasti virran muodossa, joka sitten luo magneettikentän vastakkain kaikkiin niihin kohdistettuihin magneettikenttiin. Tämä poistaa magneettikentän ja estää niitä tulemasta magneettisiksi.

Magneettikentät määrittävät kuinka magneettiset voimat voivat jakautua magneettisen materiaalin läsnä ollessa. Vaikka sähkökentät kuvaavat sähkövoimaa elektronin läsnä ollessa, magneettikentillä ei ole sellaista analogista hiukkaa, jolla magneettista voimaa voidaan kuvata. Tutkijat ovat teorioineet, että magneettinen monopoli voi olla olemassa, mutta ei ole ollut kokeellista näyttöä näiden hiukkasten olemassaolosta. Jos niitä olisi olemassa, näillä hiukkasilla olisi magneettinen "varaus" samalla tavalla kuin varautuneilla hiukkasilla on sähkövarauksia.

Magneettinen voima johtuu sähkömagneettisesta voimasta, voimasta, joka kuvaa sekä hiukkasten että esineiden sähköisiä ja magneettisia komponentteja. Tämä osoittaa, kuinka luonnollinen magneettisuus on samoihin sähkön ilmiöihin, kuten virta ja sähkökenttä. Elektronin varaus on se, mikä saa magneettikentän taipumaan magneettivoiman kautta samalla tavalla kuin sähkökenttä ja sähkövoima.

Vaikka vain liikkuvat varautuneet hiukkaset tuottavat magneettikenttiä, ja kaikki varatut hiukkaset luovuttavat sähkökentät, magneettiset ja sähkömagneettiset kentät ovat osa samaa sähkömagneetti. Sähkömagneettinen voima vaikuttaa kaikkien universumin varautuneiden hiukkasten välillä. Sähkömagneettinen voima muodostaa jokapäiväisiä ilmiöitä sähkössä ja magneettisuudessa, kuten staattinen sähkö ja sähköisesti varautuneet sidokset, jotka pitävät molekyylit yhdessä.

Tämä voima yhdessä kemiallisten reaktioiden kanssa muodostaa myös perustan sähkömoottorille, joka antaa virran virrata piirien läpi. Kun magneettikenttää tarkastellaan kietoutuneena sähkökentän kanssa, tuloksena oleva tuote tunnetaan sähkömagneettisena kenttänä.

Lorentzin voimayhtälö​

kuvaa varautuneen hiukkasen voimaaqliikkuu nopeudellavsähkökentän läsnä ollessaEja magneettikenttäB. Tässä yhtälössäxvälilläqvjaBedustaa ristituotetta. Ensimmäinen termiqEon sähkökentän osuus voimasta ja toinen termiqv x Bon magneettikentän osuus.

Lorentz-yhtälö kertoo myös, että varauksen nopeuden välinen magneettinen voimavja magneettikenttäBOnqvbsinϕmaksua vastaanqmissäϕ("phi") on välinen kulmavjaB, jonka on oltava alle 180astetta. Jos välinen kulmavjaBon suurempi, sinun on käytettävä kulmaa vastakkaiseen suuntaan tämän korjaamiseksi (ristituotteen määritelmästä). Josϕon 0, kuten nopeus ja magneettikenttä osoittavat samaan suuntaan, magneettinen voima on 0. Hiukkanen liikkuu edelleen ilman magneettikentän taipumista.

•••Syed Hussain Ather

Yllä olevassa kaaviossa kahden vektorin ristituloajabOnc. Huomaa suunta ja suuruusc. Se on kohtisuorassa suuntaanajabkun se annetaan oikean käden säännöllä. Oikean käden sääntö tarkoittaa, että tuloksena olevan ristituotteen suuntacannetaan peukalon suunnalla, kun oikea etusormesi on suuntaanbja oikea keskisormesi on suuntaana​.

Ristituote on vektorioperaatio, joka johtaa vektoriin kohtisuoraan molempiinqvjaBantaa kolmen vektorin oikeanpuoleinen sääntö ja vektorien suuntaisen pinta-alan suuruusqvjaBjänneväli. Oikean käden sääntö tarkoittaa, että voit määrittää välisen ristituotteen suunnanqvjaBasettamalla oikea etusormesi suuntaanB, keskisormesi suuntaanqv, ja tuloksena oleva peukalon suunta on näiden kahden vektorin tuotteen poikkisuunta.

•••Syed Hussain Ather

Yllä olevassa kaaviossa oikeanpuoleinen sääntö osoittaa myös magneettikentän, magneettisen voiman ja langan läpi kulkevan virran välisen suhteen. Tämä osoittaa myös, että näiden kolmen suureen välinen ristitulo voi edustaa oikeanpuoleista sääntöä, koska voiman ja kentän suunnan välinen ristitulo on yhtä suuri kuin virran suunta.

Magneettikenttiä noin 0,2 - 0,3 teslaa käytetään magneettikuvassa, magneettikuvaus. MRI on menetelmä, jota lääkärit tutkivat potilaan kehon sisäisiä rakenteita, kuten aivot, nivelet ja lihakset. Tämä tehdään yleensä sijoittamalla potilas voimakkaaseen magneettikenttään siten, että kenttä kulkee kehon akselia pitkin. Jos luulet potilaan olevan magneettinen solenoidi, sähkövirrat kietoutuisivat hänen kehonsa ja magneettikenttä olisi suunnattu pystysuoraan kehoon nähden oikean käden sanelemana sääntö.

Tutkijat ja lääkärit tutkivat sitten tapoja, joilla protonit poikkeavat normaalista linjauksestaan ​​tutkiakseen potilaan kehon rakenteita. Tämän avulla lääkärit voivat tehdä turvallisia, ei-invasiivisia diagnooseja erilaisista sairauksista.

Henkilö ei tunne magneettikenttää prosessin aikana, vaan koska vettä on niin paljon ihmiskehossa vetyytimet (jotka ovat protoneja) kohdistuvat toisiinsa magneettisen vaikutuksen vuoksi ala. MRI-skanneri käyttää magneettikenttää, josta protonit absorboivat energiaa, ja kun magneettikenttä kytketään pois päältä, protonit palaavat normaaliasentoonsa. Tämän jälkeen laite seuraa tätä asennon muutosta selvittääkseen, miten protonit kohdistuvat, ja luo kuvan potilaan kehon sisäpuolelta.