•••סייד חוסיין את'ר
שדה מגנטילתאר כיצד הכוח המגנטי מופץ בחלל סביב אובייקטים. באופן כללי, עבור אובייקט מגנטי, קווי השדה המגנטי עוברים מהקוטב הצפוני של האובייקט לקוטב הדרומי, בדיוק כפי שהם עושים עבור השדה המגנטי של כדור הארץ, כפי שמוצג בתרשים לעיל.
אותו כוח מגנטי שגורם לאובייקטים להיצמד למשטחי מקרר משמש בשדה המגנטי של כדור הארץ המגן על שכבת האוזון מפני רוח שמש מזיקה. השדה המגנטי יוצר חבילות אנרגיה המונעות משכבת האוזון לאבד פחמן דו חמצני.
ניתן להתבונן בכך על ידי יציקת תיקים מברזל, חלקי ברזל דמויי אבקה קטנים, בנוכחות מגנטית. הניחו מגנט מתחת לפיסת נייר או דף בד קל. יוצקים את תיקוני הברזל ומתבוננים בצורות ובצורות שהם לוקחים. קבע אילו קווי שדה צריכים להיות כדי לגרום לתיקים לסדר ולהפיץ את עצמם כך על פי פיזיקה של שדות מגנטיים.
ככל שצפיפות קווי השדה המגנטיים הנמשכת מצפון לדרום גדולה יותר, כך גודל השדה המגנטי גדול יותר. הקטבים הצפוניים והדרומיים הללו מכתיבים גם האם עצמים מגנטיים מושכים (בין קוטב צפון לדרום) או דוחים (בין קטבים זהים). שדות מגנטיים נמדדים ביחידות טסלה,ט.
מדע שדות מגנטיים
מכיוון ששדות מגנטיים נוצרים בכל פעם שמטענים נמצאים בתנועה, שדות מגנטיים נוצרים מזרם חשמלי דרך חוטים. השדה נותן לך דרך לתאר את החוזק והכיוון הפוטנציאלי של כוח מגנטי בהתאם לזרם דרך חוט חשמל ולמרחק שעובר הזרם. קווי שדה מגנטיים יוצרים עיגולים קונצנטריים סביב חוטים. ניתן לקבוע את כיוון השדות הללו באמצעות "הכלל הימני".
כלל זה אומר לך שאם אתה מציב את האגודל הימני שלך בכיוון הזרם החשמלי דרך חוט, השדות המגנטיים המתקבלים הם בכיוון של אצבעות היד שלך. עם זרם גדול יותר, נגרם שדה מגנטי גדול יותר.
כיצד קובעים שדה מגנטי?
אתה יכול להשתמש בדוגמאות שונות שלשלטון יד ימין, כלל כללי לקביעת כיוון הכמויות השונות הכוללות שדה מגנטי, כוח מגנטי וזרם. כלל אצבע זה שימושי במקרים רבים בחשמל ובמגנטיות כפי שמכתיב המתמטיקה של הכמויות.
•••סייד חוסיין את'ר
ניתן להחיל את הכלל הימני בכיוון השני גם עבור מגנטסולנואיד, או סדרת זרם חשמלי עטופה בחוטים סביב מגנט. אם אתה מכוון את האגודל הימני לכיוון השדה המגנטי, אז אצבעותיך הימניות יתעטפו לכיוון הזרם החשמלי. סולנואידים מאפשרים לך לרתום את הכוח של השדה המגנטי באמצעות זרמים חשמליים.
•••סייד חוסיין את'ר
כאשר מטען חשמלי נע, השדה המגנטי נוצר כאשר האלקטרונים שמסתובבים ונעים הופכים לעצמם לאובייקטים מגנטיים. אלמנטים שיש בהם אלקטרונים לא מזווגים במצבי הקרקע שלהם כמו ברזל, קובלט וניקל ניתנים ליישור כך שהם יוצרים מגנטים קבועים. השדה המגנטי המיוצר על ידי האלקטרונים של יסודות אלה מאפשר לזרם חשמלי לזרום דרך אלמנטים אלה ביתר קלות. שדות מגנטיים עצמם יכולים גם לבטל אחד את השני אם הם שווים בעוצמה מנוגדת.
זרם הזורם דרך סוללהאניפולט שדה מגנטיבברדיוסרעל פי המשוואה עבורחוק אמפר:
B = 2 \ pi r \ mu_0 I
איפהμ0 הוא הקבוע המגנטי של חדירות ואקום,1.26 x 10-6 H / m("הנרי למטר" בה הנרי היא יחידת ההשראות). הגדלת הזרם והתקרבות לחוט מגדילות את השדה המגנטי שנוצר.
סוגי מגנטים
כדי שאובייקט יהיה מגנטי, האלקטרונים המרכיבים את האובייקט חייבים להיות מסוגלים לנוע בחופשיות סביב ובין האטומים באובייקט. כדי שחומר יהיה מגנטי, אטומים עם אלקטרונים לא מזווגים מאותו סיבוב הם מועמדים אידיאליים שכן אטומים אלה יכולים להתאים זה לזה כדי לאפשר לאלקטרונים לזרום בחופשיות. בדיקת חומרים בנוכחות שדות מגנטיים ובחינת התכונות המגנטיות של האטומים המייצרים חומרים אלה יכולים לספר לכם על המגנטיות שלהם.
פרומגנטיםיש למאפיין הזה שהם מגנטיים לצמיתות.פרמטריםלעומת זאת, לא יציגו מאפיינים מגנטיים אלא אם כן בנוכחות שדה מגנטי כדי לרפד את סיבובי האלקטרונים כלפי מעלה כך שהם יוכלו לנוע בחופשיות.דיאמגנטיםבעלי קומפוזיציות אטומיות כאלה שאינן מושפעות משדות מגנטיים כלל או מושפעות רק מעט מאוד משדות מגנטיים. אין להם או מעט אלקטרונים לא מזווגים שיאפשרו למטענים לזרום דרכם.
פרמטרים עובדים כי הם עשויים מחומרים שיש בהם תמידרגעים מגנטיים, המכונה דיפולות. רגעים אלה הם היכולת שלהם להתיישר עם שדה מגנטי חיצוני עקב סיבוב של אלקטרונים לא מזוודים במסלולי האטומים המייצרים חומרים אלה. בנוכחות שדה מגנטי, החומרים מתיישרים כנגד כוח השדה המגנטי. היסודות הפרמטגנטיים כוללים מגנזיום, מוליבדן, ליתיום וטנטלום.
בתוך חומר פרומגנטי, הדיפול של האטומים הוא קבוע, בדרך כלל כתוצאה מחימום וקירור של חומר פרמגנטי. זה הופך אותם למועמדים אידיאליים לאלקטרומגנטים, מנועים, גנרטורים ושנאים לשימוש במכשירים חשמליים. לעומת זאת, דיאמגנטים יכולים לייצר כוח המאפשר לאלקטרונים לזרום בחופשיות בצורה של זרם שיוצר, אם כן, שדה מגנטי הפוך לכל שדה מגנטי המופעל עליהם. זה מבטל את השדה המגנטי ומונע מהם להפוך למגנטי.
כוח מגנטי
שדות מגנטיים קובעים כיצד ניתן לחלק כוחות מגנטיים בנוכחות חומר מגנטי. בעוד ששדות חשמליים מתארים את הכוח החשמלי בנוכחות אלקטרון, אין לשדות מגנטיים חלקיק אנלוגי שכזה עליו ניתן לתאר את הכוח המגנטי. מדענים תיארו כי יכול להתקיים מונופול מגנטי, אך לא היו עדויות ניסיוניות המראות כי קיימים חלקיקים אלה. אם הם היו קיימים, לחלקיקים אלה תהיה "מטען" מגנטי, באותה מידה כמו לחלקיקים טעונים יש מטענים חשמליים.
תוצאה של כוח מגנטי נובעת מהכוח האלקטרומגנטי, הכוח המתאר רכיבים חשמליים ומגנטיים של חלקיקים וחפצים. זה מראה עד כמה מגנטיות פנימית היא לאותן תופעות של חשמל כגון זרם ושדה חשמלי. המטען של אלקטרון הוא שגורם לשדה המגנטי להסיט אותו באמצעות כוח מגנטי באותה הדרך שעושים שדה חשמלי וכוח חשמלי.
שדות מגנטיים ושדות חשמליים
בעוד שרק חלקיקים טעונים נעים מפזרים שדות מגנטיים, וכל החלקיקים הטעונים מנפלים שדות חשמליים, שדות מגנטיים ואלקטרומגנטיים הם חלק מאותו כוח בסיסי של אלקטרומגנטיות. הכוח האלקטרומגנטי פועל בין כל החלקיקים הטעונים ביקום. הכוח האלקטרומגנטי לובש צורה של תופעות יומיומיות בחשמל ובמגנטיות כגון חשמל סטטי והקשרים הטעונים חשמליים השומרים על מולקולות.
כוח זה לצד תגובות כימיות מהווים גם בסיס לכוח האלקטרו-מוטורי המאפשר לזרם זרם במעגלים. כאשר נצפה בשדה מגנטי השזור בשדה חשמלי, המוצר שנוצר מכונה שדה אלקטרומגנטי.
המשוואת כוח לורנץ
F = qE + qv \ פעמים B.
מתאר את הכוח על חלקיק טעוןשנע במהירותvבנוכחות שדה חשמליהושדה מגנטיב. במשוואה זו האיקסבֵּיןqvובמייצג את התוצר הצולב. הקדנציה הראשונהqEהיא התרומה של השדה החשמלי לכוח, והמונח השניqv x Bהיא התרומה של השדה המגנטי.
משוואת לורנץ גם אומרת לך שהכוח המגנטי בין מהירות המטעןvוהשדה המגנטיבהואqvbsinϕתמורת תשלוםשאיפהϕ("phi") הוא הזווית שביןvוב, שחייב להיות פחות מ -180מעלות. אם הזווית ביןvובגדול יותר, אז עליך להשתמש בזווית בכיוון ההפוך כדי לתקן זאת (מהגדרת מוצר צולב). אםϕהוא 0, כמו ב-, מהירות ונקודת שדה מגנטית באותו כיוון, הכוח המגנטי יהיה 0. החלקיק ימשיך לנוע בלי להיות מוטה על ידי השדה המגנטי.
מוצר צולב של שדה מגנטי
•••סייד חוסיין את'ר
בתרשים לעיל, תוצר מוצלב בין שני וקטוריםאובהואג. שימו לב לכיוון ולגודלג. זה בכיוון הניצב לאובכאשר ניתן על ידי הכלל הימני. הכלל הימני פירושו כיוון התוצר הצולב שנוצרגניתן על ידי כיוון האגודל כאשר האצבע הימנית שלך בכיווןבוהאצבע האמצעית הימנית שלך היא בכיווןא.
התוצר הצולב הוא פעולה וקטורית המביאה לווקטור בניצב לשניהםqvובשניתן על ידי הכלל הימני של שלושת הווקטורים ועם גודל שטח המקבילית שהווקטוריםqvובלְהַקִיף. הכלל הימני פירושו שאתה יכול לקבוע את כיוון התוצר המוצלב ביןqvובעל ידי הצבת האצבע הימנית לכיווןב, האצבע האמצעית שלך לכיווןqv, וכיוון האגודל שלך וכתוצאה מכך יהיה הכיוון התוצר בין שני הווקטורים הללו.
•••סייד חוסיין את'ר
בתרשים לעיל, הכלל הימני מדגים גם את הקשר בין שדה מגנטי, כוח מגנטי וזרם דרך חוט. זה גם מראה שהתוצר הצולב בין שלוש הכמויות הללו יכול לייצג את הכלל הימני שכן התוצר הצלב בין כיוון הכוח לשדה שווה לכיוון הזרם.
שדה מגנטי בחיי היומיום
שדות מגנטיים של סביב 0.2 עד 0.3 טסלה משמשים ב- MRI, הדמיה תהודה מגנטית. MRI היא שיטה בה משתמשים רופאים לחקר מבנים פנימיים בגוף המטופל כמו המוח, המפרקים והשרירים. זה נעשה בדרך כלל על ידי הצבת המטופל בתוך שדה מגנטי חזק כך שהשדה יעבור לאורך ציר הגוף. אם אתה מדמיין שהמטופל היה סולנואיד מגנטי, הזרמים החשמליים היו עוטפים את גופו ואת הגוף השדה המגנטי יופנה בכיוון האנכי ביחס לגוף, כפי שמכתיב ביד ימין כְּלָל.
מדענים ורופאים בוחנים את הדרכים בהן הפרוטונים חורגים מהיישור הרגיל שלהם כדי לחקור את המבנים בגוף המטופל. באמצעות זאת, רופאים יכולים לבצע אבחנות בטוחות ולא פולשניות של מצבים שונים.
האדם לא מרגיש את השדה המגנטי במהלך התהליך, אלא בגלל שיש כל כך הרבה מים בגוף האדם, גרעיני המימן (שהם פרוטונים) מיישרים עצמם בגלל המגנטי שדה. סורק ה- MRI משתמש בשדה מגנטי שהפרוטונים סופגים ממנו אנרגיה, וכאשר השדה המגנטי כבוי, הפרוטונים חוזרים למיקומם הרגיל. לאחר מכן המכשיר עוקב אחר שינוי זה במיקום כדי לקבוע את אופן יישור הפרוטונים וליצור תמונה של פנים גופו של המטופל.
