Kako djeluju magnetska polja?

•••Syed Hussain Ather

​Magnetska poljaopisati kako se magnetska sila raspoređuje kroz prostor oko predmeta. Općenito, za magnetski objekt, linije magnetskog polja putuju od sjevernog pola objekta do južnog pola, baš kao što to čine za magnetsko polje Zemlje, kao što je prikazano na gornjem dijagramu.

Ista magnetska sila zbog koje se predmeti lijepe za površine hladnjaka koriste se u Zemljinom magnetskom polju koje štiti ozonski omotač od štetnog sunčevog vjetra. Magnetsko polje tvori pakete energije koji sprečavaju da ozonski sloj gubi ugljični dioksid.

To možete promatrati lijevanjem željeznih opiljaka, malih komadića željeza nalik prahu, u prisutnosti magneta. Stavite magnet ispod papira ili laganog platna. Ulijte željezne opiljke i promatrajte oblike i formacije koje uzimaju. Utvrdite koje bi poljske linije morale postojati da bi se piljevine rasporedile i rasporedile ovako prema fizici magnetskih polja.

Što je veća gustoća linija magnetskog polja povučenih od sjevera prema jugu, veća je veličina magnetskog polja. Ovi sjeverni i južni pol također određuju jesu li magnetski objekti privlačni (između sjevernog i južnog pola) ili odbojni (između identičnih polova). Magnetska polja mjere se u jedinicama Tesle,

Budući da se magnetska polja formiraju kad god se naboji kreću, magnetska polja induciraju se od električne struje kroz žice. Polje vam daje način za opis potencijalne jakosti i smjera magnetske sile, ovisno o struji kroz električnu žicu i udaljenosti koju struja prijeđe. Linije magnetskog polja čine koncentrične krugove oko žica. Smjer tih polja može se odrediti pomoću "pravila s desne strane".

Ovo pravilo govori vam da, ako desni palac smjestite u žicu u smjeru električne struje, rezultirajuća magnetska polja bit će u smjeru kako se prsti vaše ruke uvijaju. S većom strujom inducira se veće magnetsko polje.

Možete koristiti različite primjerepravilo desne ruke, opće pravilo za određivanje smjera različitih veličina koje uključuju magnetsko polje, magnetsku silu i struju. Ovo je pravilo korisno za mnoge slučajeve u električnoj energiji i magnetizmu, kako to nalaže matematika veličina.

•••Syed Hussain Ather

Ovo pravilo s desne strane također se može primijeniti u drugom smjeru za magnetsolenoid, ili niz električne struje omotane žicama oko magneta. Ako desni palac usmjerite u smjeru magnetskog polja, tada će se prsti desne ruke omotati u smjeru električne struje. Solenoidi vam omogućavaju da iskoristite snagu magnetskog polja kroz električne struje.

•••Syed Hussain Ather

Kad električni naboj putuje, magnetsko polje stvara dok elektroni koji se vrte i kreću se sami postaju magnetski objekti. Elementi koji imaju nesparene elektrone u osnovnom stanju poput željeza, kobalta i nikla mogu se poravnati tako da tvore trajne magnete. Magnetsko polje koje proizvode elektroni ovih elemenata omogućuje da električna struja lakše teče kroz te elemente. Sama magnetska polja također se mogu međusobno poništiti ako su jednaka po veličini u suprotnim smjerovima.

Struja koja prolazi kroz baterijuJaodaje magnetsko poljeBu radijusurprema jednadžbi zaAmpèreov zakon​:

gdjeμ​₀ je magnetska konstanta vakuumske propusnosti,1,26 x 10^-6 V / m("Henries po metru" u kojem je Henries jedinica induktiviteta). Povećavanje struje i približavanje žici povećavaju magnetsko polje koje rezultira.

Da bi objekt bio magnetski, elektroni koji čine objekt moraju se moći slobodno kretati oko i između atoma u objektu. Da bi materijal bio magnetski, atomi s nesparenim elektronima istog spina idealni su kandidati jer se ti atomi mogu upariti jedni s drugima kako bi omogućili slobodno strujanje elektrona. Ispitivanje materijala u prisutnosti magnetskih polja i ispitivanje magnetskih svojstava atoma koji čine te materijale mogu vam reći o njihovoj magnetizmu.

​Ferromagnetiimaju ovo svojstvo da su trajno magnetski.ParamagnetiSuprotno tome, neće pokazivati ​​magnetska svojstva osim ako u prisutnosti magnetskog polja ne usmjeri spinove elektrona prema gore tako da se mogu slobodno kretati.Dijamagnetiimaju atomski sastav takav da na njih uopće ne utječu magnetska polja ili na njih jako malo utječu magnetska polja. Oni nemaju ili malo nesparenih elektrona da propuste naboje.

Paramagneti djeluju jer su izrađeni od materijala koji uvijek jesumagnetski momenti, poznati kao dipoli. Ti su trenuci njihova sposobnost poravnanja s vanjskim magnetskim poljem zbog spina nesparenih elektrona u orbitalama atoma koji čine ove materijale. U prisutnosti magnetskog polja, materijali se poravnavaju kako bi se suprotstavili sili magnetskog polja. Paramagnetski elementi uključuju magnezij, molibden, litij i tantal.

Unutar feromagnetskog materijala dipol atoma je stalan, obično kao rezultat zagrijavanja i hlađenja paramagnetskog materijala. To ih čini idealnim kandidatima za elektromagnete, motore, generatore i transformatore za upotrebu u električnim uređajima. Suprotno tome, diamagneti mogu stvoriti silu koja omogućuje elektronima da slobodno protječu u obliku struje koja tada stvara magnetsko polje suprotno bilo kojem magnetskom polju primijenjenom na njih. To poništava magnetsko polje i sprječava ih da postanu magnetskim.

Magnetska polja određuju kako se magnetske sile mogu rasporediti u prisutnosti magnetskog materijala. Dok električna polja opisuju električnu silu u prisutnosti elektrona, magnetska polja nemaju takvu analognu česticu na kojoj bi se mogla opisati magnetska sila. Znanstvenici su pretpostavili da magnetni monopol može postojati, ali nije bilo eksperimentalnih dokaza koji bi pokazali da te čestice postoje. Da postoje, ove bi čestice imale magnetski "naboj" približno na isti način na koji nabijene čestice imaju električne naboje.

Magnetska sila nastaje uslijed elektromagnetske sile, sile koja opisuje i električne i magnetske komponente čestica i predmeta. To pokazuje koliko je svojstveni magnetizam istim pojavama električne energije poput struje i električnog polja. Naboj elektrona je ono što uzrokuje da ga magnetsko polje odbija kroz magnetsku silu slično kao što to čine električno polje i električna sila.

Dok samo pokretne nabijene čestice odaju magnetska polja, a sve nabijene čestice odaju električna polja, magnetska i elektromagnetska polja dio su iste temeljne sile elektromagnetizam. Elektromagnetska sila djeluje između svih nabijenih čestica u svemiru. Elektromagnetska sila poprima oblik svakodnevnih pojava u elektricitetu i magnetizmu, poput statičkog elektriciteta i električki nabijenih veza koje molekule drže na okupu.

Ova sila zajedno s kemijskim reakcijama također čini osnovu za elektromotornu silu koja propušta struju kroz krugove. Kada se magnetsko polje promatra isprepleteno s električnim poljem, dobiveni proizvod poznat je kao elektromagnetsko polje.

TheLorentzova jednadžba sile​

opisuje silu na nabijenu česticuqkrećući se brzinomvu prisutnosti električnog poljaEi magnetsko poljeB. U ovoj jednadžbixizmeđuqviBpredstavlja križni proizvod. Prvi mandatqEje doprinos električnog polja sili i drugi članqv x Bje doprinos magnetskog polja.

Lorentzova jednadžba također vam govori da je magnetska sila između brzine nabojavi magnetsko poljeBjeqvbsinϕza naplatuqgdjeϕ("phi") je kut izmeđuviB, koji mora biti manji od 180stupnjeva. Ako je kut izmeđuviBje veći, tada biste trebali upotrijebiti kut u suprotnom smjeru da biste to popravili (iz definicije unakrsnog proizvoda). Akoϕje 0, kao u, brzina i točka magnetskog polja u istom smjeru, magnetska sila bit će 0. Čestica će se nastaviti kretati bez da je magnetno polje skrene.

•••Syed Hussain Ather

Na gornjem dijagramu, križni proizvod između dva vektoraaibjec. Obratite pažnju na smjer i veličinuc. To je u smjeru okomitom naaibkada je dato pravilom desne ruke. Pravilo s desne strane znači da je smjer rezultirajućeg unakrsnog proizvodacdaje se smjerom palca kada je desni kažiprst u smjeruba desni srednji prst u smjerua​.

Unakrsni produkt je vektorska operacija koja rezultira vektorom okomitim na objeqviBdano pravilom desne strane triju vektora i s veličinom površine paralelograma koju vektoriqviBraspon. Pravilo s desne strane znači da možete odrediti smjer unakrsnog proizvoda izmeđuqviBpostavljanjem desnog kažiprsta u smjeruB, srednji prst u smjeruqv, a rezultirajući smjer vašeg palca bit će smjer unakrsnih proizvoda ova dva vektora.

•••Syed Hussain Ather

U gornjem dijagramu, pravilo s desne strane također pokazuje odnos između magnetskog polja, magnetske sile i struje kroz žicu. To također pokazuje da unakrsni umnožak između ove tri veličine može predstavljati pravilo s desne strane jer je unakrsni proizvod između smjera sile i polja jednak smjeru struje.

Magnetska polja od oko 0,2 do 0,3 tesla koriste se u magnetskoj rezonanci, magnetskoj rezonanciji. MRI je metoda koju liječnici koriste za proučavanje unutarnjih struktura u tijelu pacijenta, poput mozga, zglobova i mišića. To se obično postiže postavljanjem pacijenta unutar jakog magnetskog polja takvog da polje prolazi duž osi tijela. Ako zamislite da je pacijent magnetni solenoid, električne struje zaogrnule bi se oko njegovog tijela magnetsko polje bilo bi usmjereno u okomitom smjeru u odnosu na tijelo, kako diktira desna ruka Pravilo.

Znanstvenici i liječnici zatim proučavaju načine na koje protoni odstupaju od svog uobičajenog poravnanja kako bi proučavali strukture u tijelu pacijenta. Kroz to liječnici mogu postavljati sigurne, neinvazivne dijagnoze različitih stanja.

Osoba tijekom postupka ne osjeća magnetsko polje, ali zato što ima toliko vode u ljudskom tijelu, jezgre vodika (koje su protoni) poravnavaju se zbog magnetskog polje. MRI skener koristi magnetsko polje iz kojeg protoni apsorbiraju energiju, a kada se magnetsko polje isključi, protoni se vraćaju u svoje normalne položaje. Uređaj zatim prati ovu promjenu položaja kako bi utvrdio kako su protoni poravnati i stvorio sliku unutar pacijentovog tijela.