•••Syed Hussain Ather
Mágneses mezőkírja le, hogyan oszlik el a mágneses erő a tárgyak körüli térben. Általában egy mágneses objektum esetében a mágneses mező vonalai az objektum északi pólusától a déli pólusig haladnak, ugyanúgy, mint a Föld mágneses mezőjében, amint azt a fenti ábra mutatja.
Ugyanaz a mágneses erő, amely miatt a tárgyak a hűtőszekrény felületéhez tapadnak, a Föld mágneses mezőjében használatosak, amely megvédi az ózonréteget a káros napszéltől. A mágneses mező energiacsomagokat képez, amelyek megakadályozzák az ózonréteg szén-dioxid-vesztését.
Ezt megfigyelheti vasreszelék, kis porszerű vasdarabok öntésével mágneses jelenlétében. Helyezzen egy mágnest egy darab papír vagy egy könnyű ruhadarab alá. Öntsük a vas reszelőket, és figyeljük meg az általuk kialakított alakokat és formációkat. Határozza meg, milyen terepi vonalaknak kell lenniük ahhoz, hogy a reszelések ilyen módon rendeződjenek és oszlassanak el a mágneses mezők fizikája szerint.
Minél nagyobb az északról délre húzott mágneses tér vonalak sűrűsége, annál nagyobb a mágneses tér nagysága. Ezek az északi és déli pólusok azt is meghatározzák, hogy a mágneses objektumok vonzóak-e (északi és déli pólusok között) vagy visszataszítóak (azonos pólusok között). A mágneses mezőket Tesla egységekben mérjük,
Mágneses mezők tudománya
Mivel a mágneses mezők akkor képződnek, amikor töltések vannak mozgásban, a vezetékeken keresztül az elektromos áram indukálja a mágneses mezőket. A mező lehetővé teszi a mágneses erő potenciális erősségének és irányának leírását az elektromos vezetéken átáramló áramtól és az áram által megtett távolságtól függően. A mágneses mező vonalai koncentrikus köröket képeznek a vezetékek körül. Ezeknek a mezőknek az irányát a "jobb oldali szabály" segítségével lehet meghatározni.
Ez a szabály azt mondja neked, hogy ha a jobb hüvelykujjadat egy vezetéken keresztül az elektromos áram irányába helyezed, a keletkező mágneses mezők abba az irányba mutatnak, ahogy a kezed ujjai görbülnek. Nagyobb árammal nagyobb mágneses mező indukálódik.
Hogyan határozhatja meg a mágneses teret?
Különböző példákat használhat ajobbkezes szabály, általános szabály a mágneses teret, mágneses erőt és áramot magában foglaló különböző mennyiségek irányának meghatározására. Ez az ökölszabály sok esetben hasznos az elektromosság és a mágnesesség szempontjából, ahogyan a mennyiségek matematikája diktálja.
•••Syed Hussain Ather
Ez a jobb oldali szabály a mágnes esetében a másik irányban is alkalmazhatószolenoid, vagy elektromos mágnes körül vezetékekbe burkolt elektromos sorozat. Ha a jobb kéz hüvelykujjával a mágneses mező irányába mutat, akkor a jobb kéz ujjai körbefutnak az elektromos áram irányába. A mágnesszelepek lehetővé teszik a mágneses mező erejének kiaknázását elektromos áramokon keresztül.
•••Syed Hussain Ather
Amikor elektromos töltés halad, a mágneses mező akkor keletkezik, amikor az elektronok, amelyek forognak és mozognak, maguk is mágneses tárgyakká válnak. Azok az elemek, amelyek alapállapotában párosítatlan elektronok találhatók, például vas, kobalt és nikkel, úgy állíthatók be, hogy állandó mágneseket képezzenek. Ezen elemek elektronjai által előidézett mágneses mező könnyebben engedi át az elektromos áramot ezeken az elemeken. Maguk a mágneses mezők is felszámolhatják egymást, ha ellentétes irányban egyenlő nagyságúak.
Akkumulátoron átáramló áraménmágneses teret ad kiBsugárbanregyenlete szerintAmpère törvénye:
B = 2 \ pi r \ mu_0 I
holμ0 a vákuumáteresztő képesség mágneses állandója,1,26 x 10-6 H / m("Henries méterenként", amelyben Henries az induktivitás mértékegysége). Az áram növelése és a huzalhoz való közeledés egyaránt növeli az eredményezett mágneses teret.
Mágnesek típusai
Ahhoz, hogy egy tárgy mágneses legyen, a tárgyat alkotó elektronoknak képesnek kell lenniük arra, hogy szabadon mozoghassanak a tárgy atomjai körül és között. Ahhoz, hogy egy anyag mágneses legyen, az azonos spinű párosítatlan elektronokkal rendelkező atomok ideális jelöltek, mivel ezek az atomok párosulhatnak egymással, hogy az elektronok szabadon áramolhassanak. Anyagok tesztelése mágneses mezők jelenlétében és az atomokat alkotó atomok mágneses tulajdonságainak vizsgálata elárulhatja mágnesességüket.
Ferromágnesekmegvan ez a tulajdonság, hogy állandóan mágnesesek.Paramágnesekezzel szemben csak akkor mutatnak mágneses tulajdonságokat, ha mágneses mező van az elektronok pörgéseinek felfelé sorolására, hogy azok szabadon mozoghassanak.Gyémántokatomatomjaik olyanok, hogy a mágneses mezők egyáltalán nem vagy csak nagyon keveset befolyásolják őket. Nincs vagy kevés párosítatlan elektronjuk van ahhoz, hogy a töltések átfolyhassanak.
A paramágnesek azért működnek, mert olyan anyagokból készülnek, amelyek mindig vannakmágneses momentumok, más néven dipólusok. Ezek a pillanatok arra szolgálnak, hogy igazodjanak egy külső mágneses mezőhöz a párosítatlan elektronok pörgése miatt az ezeket az anyagokat előállító atomok pályáin. Mágneses tér jelenlétében az anyagok egymáshoz igazodva szembeszállnak a mágneses tér erejével. A paramágneses elemek közé tartozik a magnézium, a molibdén, a lítium és a tantál.
A ferromágneses anyagon belül az atomok dipólusa állandó, általában a paramágneses anyag felmelegítésének és lehűlésének eredményeként. Ez ideális jelöltté teszi őket elektromágnesek, motorok, generátorok és transzformátorok számára, amelyeket elektromos készülékekben használnak. A gyémántmágnesek ezzel szemben olyan erőt képesek létrehozni, amely lehetővé teszi az elektronok szabad áramlását áram formájában, amely aztán mágneses teret hoz létre a velük szemben alkalmazott mágneses térrel szemben. Ez felszámolja a mágneses teret, és megakadályozza, hogy mágnesessé váljanak.
Mágneses erő
A mágneses mezők határozzák meg, hogyan oszthatók el a mágneses erők mágneses anyagok jelenlétében. Míg az elektromos mezők az elektromos erőt egy elektron jelenlétében írják le, a mágneses mezőknek nincs olyan analóg részecskéjük, amelyre a mágneses erő leírható lenne. A tudósok elmélete szerint létezhet mágneses monopólus, de nem voltak kísérleti bizonyítékok arra, hogy ezek a részecskék léteznének. Ha léteznének, ezek a részecskék mágneses "töltéssel" rendelkeznének, ugyanúgy, ahogy a töltött részecskék elektromos töltéssel rendelkeznek.
A mágneses erő az elektromágneses erőnek köszönhető, amely erő a részecskék és tárgyak elektromos és mágneses összetevőit egyaránt leírja. Ez megmutatja, hogy az elektromosság ugyanazon jelenségeinek, mint például az áramnak és az elektromos térnek, milyen mágnesessége van. Az elektron töltése okozza a mágneses mező eltérítését a mágneses erőn keresztül, ugyanúgy, mint az elektromos mező és az elektromos erő.
Mágneses és elektromos mezők
Míg csak a mozgó töltött részecskék adják le a mágneses mezőket, és az összes töltött részecskék leadják elektromos mezők, mágneses és elektromágneses mezők ugyanazon alapvető erő részei elektromágnesesség. Az elektromágneses erő az univerzum összes töltött részecskéje között hat. Az elektromágneses erő az elektromosságban és a mágnesességben jelentkező mindennapi jelenségek formájában jelenik meg, ilyen a statikus elektromosság és az elektromosan töltött kötések, amelyek együtt tartják a molekulákat.
Ez az erő a kémiai reakciók mellett egyúttal az elektromotoros erő alapját is képezi, amely lehetővé teszi az áram áramlását az áramkörökön keresztül. Ha egy mágneses teret összefonódnak egy elektromos mezővel, akkor a kapott terméket elektromágneses mezőnek nevezik.
ALorentz-erőegyenlet
F = qE + qv \ szorzat B
leírja a feltöltött részecske erejétqsebességgel haladvavelektromos mező jelenlétébenEés a mágneses mezőB. Ebben az egyenletben axközöttqvésBa keresztterméket jelenti. Az első kifejezésqEaz elektromos tér hozzájárulása az erőhöz, és a második tagqv x Ba mágneses mező hozzájárulása.
A Lorentz-egyenlet azt is elmondja, hogy a mágneses erő a töltés sebessége közöttvés a mágneses mezőBvanqvbsinϕdíj ellenébenqholϕ("phi") a szögvésB, amelynek kisebbnek kell lennie, mint 180fok. Ha a közötti szögvésBnagyobb, akkor ennek rögzítéséhez használja az ellentétes irányú szöget (a kereszttermék definíciójából). Haϕ0, ahogyan a sebesség és a mágneses tér is ugyanabba az irányba mutat, a mágneses erő 0 lesz. A részecske tovább mozog anélkül, hogy a mágneses tér eltérítené.
Mágneses mező kereszttermék
•••Syed Hussain Ather
A fenti ábrán két vektor kereszttermékeaésbvanc. Jegyezze fel az irányát és nagyságátc. Merőleges irányban vanaésbamikor a jobbkezes szabály megadja. A jobb oldali szabály azt jelenti, hogy a kapott kereszttermék irányaca hüvelykujjad iránya adja meg, amikor a jobb mutatóujjad abés a jobb középső ujjad aa.
A kereszttermék egy vektorművelet, amelynek eredményeként a vektor merőleges mindkettőreqvésBa három vektor jobb oldali szabálya és a vektorok paralelogramma területének nagyságávalqvésBspan. A jobb oldali szabály azt jelenti, hogy meghatározhatja a kereszttermék irányátqvésBa jobb mutatóujját aB, a középső ujjad aqv, és a hüvelykujj eredményül kapott iránya ennek a két vektornak a termékkeresztiránya lesz.
•••Syed Hussain Ather
A fenti ábrán a jobb oldali szabály bemutatja a mágneses tér, a mágneses erő és a vezetéken keresztüli áram kapcsolatát is. Ez azt is mutatja, hogy a három mennyiség közötti kereszttermék képviselheti a jobb oldali szabályt, mivel az erő és a mező közötti kereszttermék megegyezik az áram irányával.
Mágneses mező a mindennapi életben
Körülbelül 0,2–0,3 tesla nagyságú mágneses mezőt használnak az MRI, a mágneses rezonancia képalkotás során. Az MRI olyan módszer, amelyet az orvosok a páciens testén belüli belső struktúrák, például az agy, az ízületek és az izmok tanulmányozására használnak. Ez általában úgy történik, hogy a beteget erős mágneses mezőbe helyezzük úgy, hogy a mező a test tengelye mentén haladjon. Ha azt képzeled, hogy a beteg mágneses mágnesszelep lenne, akkor az elektromos áram körbefogja a testét és a a mágneses mező a testhez képest függőleges irányba irányul, ahogy azt a jobb kéz diktálja szabály.
A tudósok és az orvosok ezt követően megvizsgálják a protonok eltérését a normális beállítástól, hogy tanulmányozzák a páciens testén belüli struktúrákat. Ezzel az orvosok biztonságosan, nem invazívan diagnosztizálhatják a különféle állapotokat.
A személy nem érzi a mágneses teret a folyamat során, hanem azért, mert annyi a víz az emberi testben a hidrogénmagok (amelyek protonok) a mágneses miatt egymáshoz igazodnak terület. Az MRI szkenner olyan mágneses teret használ, amelyből a protonok elnyelik az energiát, és amikor a mágneses mezőt kikapcsolják, a protonok visszatérnek normális helyzetükbe. Ezután a készülék követi ezt a helyzetváltozást, hogy meghatározza a protonok illesztését, és képet alkosson a beteg testének belsejéről.