•••საიდ ჰუსეინ ათერი
მაგნიტური ველებიაღწერს, თუ როგორ ნაწილდება მაგნიტური ძალა ობიექტების გარშემო არსებულ სივრცეში. საერთოდ, მაგნიტური ობიექტისთვის მაგნიტური ველის ხაზები მიემართება ობიექტის ჩრდილო პოლუსიდან სამხრეთ პოლუსზე, ისევე როგორც დედამიწის მაგნიტური ველისთვის, როგორც ეს ნაჩვენებია ზემოთ მოცემულ დიაგრამაზე.
დედამიწის მაგნიტურ ველში გამოიყენება იგივე მაგნიტური ძალა, რომელიც ობიექტებს მაცივრის ზედაპირზე აწებებს, რომლებიც იცავს ოზონის შრეს მზის მავნე ქარისგან. მაგნიტური ველი ქმნის ენერგიის პაკეტებს, რომლებიც ხელს უშლის ოზონის შრეს ნახშირორჟანგის დაკარგვაში.
ამის დაკვირვება მაგნიტის თანდასწრებით შეგიძლიათ დაასხით რკინის შემცველობით, პატარა ფხვნილის მსგავსი რკინის ნაჭრებით. განათავსეთ მაგნიტი ფურცლის ან მსუბუქი ფურცლის ქვეშ. ჩაასხით რკინის ფილები და დააკვირდით მათ ფორმებსა და ფორმირებებს. განსაზღვრეთ რა დონის ხაზები უნდა არსებობდეს, რომ ფილტვების მოწყობა და განაწილება მოხდეს მაგნიტური ველის ფიზიკის შესაბამისად.
რაც მეტია მაგნიტური ველის ხაზების სიმჭიდროვე ჩრდილოეთიდან სამხრეთისკენ, მით მეტია მაგნიტური ველის სიდიდე. ეს ჩრდილოეთ და სამხრეთ პოლუსები ასევე გვკარნახობენ, მაგნიტური ობიექტები მიმზიდველია (ჩრდილოეთ და სამხრეთ პოლუსებს შორის) თუ მოგერიება (იდენტურ პოლუსებს შორის). მაგნიტური ველები იზომება ტესლას ერთეულად,
მაგნიტური ველების მეცნიერება
იმის გამო, რომ მაგნიტური ველები წარმოიქმნებიან, როდესაც მუხტები მოძრაობენ, მაგნიტური ველები მავთულხლართების მეშვეობით ელექტროენერგიისგან წარმოიქმნება. ველი საშუალებას გაძლევთ აღწეროთ მაგნიტური ძალის პოტენციური სიძლიერე და მიმართულება, რაც დამოკიდებულია ელექტრული მავთულის მიმდინარეობაზე და მიმდინარე მანძილზე. მაგნიტური ველის ხაზები ქმნიან კონცენტრულ წრეებს სადენების გარშემო. ამ ველების მიმართულება შეიძლება განისაზღვროს "მარჯვენა ხელის წესით".
ეს წესი გეუბნებათ, რომ თუ მარჯვენა თითს მავთულის მეშვეობით ელექტრული დენის მიმართულებით მოათავსებთ, შედეგად მაგნიტური ველები იმ მიმართულებით მიდის, თუ როგორ უხვევს ხელის თითები. უფრო მეტი დენით, უფრო დიდი მაგნიტური ველია გამოწვეული.
როგორ განსაზღვრავთ მაგნიტურ ველს?
შეგიძლიათ გამოიყენოთ სხვადასხვა მაგალითებიმარჯვენა წესი, სხვადასხვა რაოდენობის მიმართულების განსაზღვრის ზოგადი წესი მაგნიტური ველის, მაგნიტური ძალის და დენის მონაწილეობით. ეს წესი სასარგებლოა ელექტროენერგიასა და მაგნეტიზმში მრავალი შემთხვევისთვის, როგორც ამას უკავშირდება რაოდენობების მათემატიკა.
•••საიდ ჰუსეინ ათერი
ეს მარჯვენა წესი ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას მაგნიტისთვის სხვა მიმართულებითსოლენოიდიან მაგნიტის გარშემო მავთულხლართებში გახვეული ელექტროენერგიის სერია. თუ მარჯვენა თითით მაგნიტური ველის მიმართულებით მიუთითებთ, მაშინ მარჯვენა თითები ელექტრული დენის მიმართულებით შემოიხვევს. სოლენოიდები საშუალებას გაძლევთ გამოიყენოთ მაგნიტური ველის ძალა ელექტრული დენებით.
•••საიდ ჰუსეინ ათერი
როდესაც ელექტრული მუხტი მიემგზავრება, მაგნიტური ველი წარმოიქმნება, რადგან ელექტრონები, რომლებიც ტრიალებენ და მოძრაობენ, თავად იქცევიან მაგნიტურ ობიექტებად. ელემენტები, რომლებსაც დაწყვილებული ელექტრონები აქვთ თავიანთ არსებულ მდგომარეობაში, როგორიცაა რკინა, კობალტი და ნიკელი, შეიძლება იყოს გასწორებული ისე, რომ ისინი ქმნიან მუდმივ მაგნიტებს. ამ ელემენტების ელექტრონების მიერ წარმოქმნილი მაგნიტური ველი ამ ელემენტებში ელექტრონულ დინებას უფრო ადვილად უშვებს. თვით მაგნიტურ ველებს ასევე შეუძლიათ გააუქმონ ერთმანეთი, თუ ისინი სიდიდის ტოლი არიან საწინააღმდეგო მიმართულებით.
მიმდინარე ელემენტი ბატარეაში გადისმეიძლევა მაგნიტურ ველსბრადიუსშირგანტოლების მიხედვითამპერეს კანონი:
B = 2 \ pi r \ mu_0 I
სადμ0 არის ვაკუუმის გამტარიანობის მაგნიტური მუდმივა,1,26 x 10-6 ჰ / მ("ჰენრი თითო მეტრზე", რომელშიც ჰენერი არის ინდუქციის ერთეული). დენის გაზრდა და მავთულხლართთან მიახლოება ზრდის მაგნიტურ ველს.
მაგნიტების ტიპები
იმისთვის, რომ ობიექტი იყოს მაგნიტური, ელექტრონებს, რომლებიც ქმნიან ობიექტს, უნდა ჰქონდეთ თავისუფლად გადაადგილება ობიექტის ატომებს შორის. იმისათვის, რომ მასალა იყოს მაგნიტური, ატომები, რომელთა დატრიალების შეუწყვილებელი ელექტრონებია, იდეალური კანდიდატია, რადგან ამ ატომებს შეუძლიათ დაწყვილდნენ ერთმანეთთან, რათა ელექტრონებმა თავისუფლად იმოძრაონ. მაგნიტური ველის არსებობისას მასალების შემოწმება და ატომების მაგნიტური თვისებების გამოკვლევა, რომლებიც ამ მასალებს ქმნის, მოგახსენებთ მათ მაგნეტიზმზე.
ფერომაგნიტებიაქვს ეს თვისება, რომ ისინი მუდმივად მაგნიტურია.პარამაგნიტებიამის საპირისპიროდ, არ გამოჩნდება მაგნიტური თვისებები, თუ მაგნიტური ველის არსებობის შემთხვევაში ელექტრონებს ატრიალებს ზემოთ, რათა მათ თავისუფლად შეძლონ მოძრაობა.დიამაგნიტებიაქვთ ისეთი ატომური კომპოზიციები, რომ მათზე საერთოდ არ მოქმედებს მაგნიტური ველები ან მხოლოდ მაგნიტური ველები ძალიან მცირედ მოქმედებს მათზე. მათ არ აქვთ ან რამდენიმე დაწყვილებული ელექტრონი, რომ მუხტორმა გაუშვას.
პარამაგნიტები მუშაობს, რადგან ისინი დამზადებულია მასალებისგან, რომლებიც ყოველთვის აქვთმაგნიტური მომენტები, ცნობილი როგორც დიპოლები. ეს მომენტები მათი გარე მაგნიტურ ველთან გასწორების შესაძლებლობაა ატომების ორბიტალებში დაწყვილებული ელექტრონების დატრიალების გამო, რომლებიც ამ მასალებს ქმნიან. მაგნიტური ველის არსებობის შემთხვევაში, მასალები გასწორებულია მაგნიტური ველის ძალების წინააღმდეგ. პარამაგნიტური ელემენტებია მაგნიუმი, მოლიბდენი, ლითიუმი და ტანტალი.
ფერომაგნიტური მასალის ფარგლებში ატომების დიპოლი მუდმივია, როგორც წესი, პარამაგნიტური მასალის გათბობისა და გაგრილების შედეგად. ეს მათ იდეალურ კანდიდატებად აქცევს ელექტრომაგნიტებს, ძრავებს, გენერატორებს და ტრანსფორმატორებს ელექტრო მოწყობილობებში გამოსაყენებლად. დიამაგნეტებს, პირიქით, შეუძლიათ წარმოქმნან ძალა, რომელიც ელექტრონებს თავისუფლად ეშვება დინების სახით, რაც ქმნის მაგნიტურ ველს, მათ მიმართ გამოყენებული ნებისმიერი მაგნიტური ველის საწინააღმდეგოდ. ეს აუქმებს მაგნიტურ ველს და ხელს უშლის მათ გახდეს მაგნიტური.
მაგნიტური ძალა
მაგნიტური ველები განსაზღვრავს, თუ როგორ შეიძლება მაგნიტური ძალების განაწილება მაგნიტური მასალის არსებობისას. მიუხედავად იმისა, რომ ელექტრული ველები აღწერს ელექტრულ ძალას ელექტრონის თანდასწრებით, მაგნიტურ ველებს არ აქვთ ასეთი ანალოგური ნაწილაკი, რომელზეც უნდა აღწერონ მაგნიტური ძალა. მეცნიერებმა თქვეს, რომ მაგნიტური მონოპოლი შეიძლება არსებობდეს, მაგრამ ჯერ არ ყოფილა ექსპერიმენტული მტკიცებულება, რომ ეს ნაწილაკები არსებობდნენ. მათი არსებობის შემთხვევაში ამ ნაწილაკებს მაგნიტური "მუხტი" ექნებოდათ, ისევე როგორც დამუხტულ ნაწილაკებს აქვთ ელექტრული მუხტები.
მაგნიტური ძალა წარმოიქმნება ელექტრომაგნიტური ძალის გამო, ძალა, რომელიც აღწერს ნაწილაკების და საგნების როგორც ელექტრო და მაგნიტურ კომპონენტებს. ეს გვიჩვენებს, თუ რამდენად შინაგანი მაგნეტიზმია ელექტროენერგიის იგივე ფენომენი, როგორიცაა მიმდინარე და ელექტრული ველი. ელექტრონის მუხტი არის ის, რაც იწვევს მაგნიტური ველის გადახრას მას მაგნიტური ძალის მეშვეობით, ისევე, როგორც ელექტრული ველი და ელექტრული ძალა.
მაგნიტური ველები და ელექტრული ველები
მიუხედავად იმისა, რომ მხოლოდ დამუხტული ნაწილაკები მოძრაობენ მაგნიტურ ველებს და ყველა დამუხტული ნაწილაკები გამოსცემენ ელექტრული ველები, მაგნიტური და ელექტრომაგნიტური ველები იგივე ფუნდამენტური ძალის ნაწილია ელექტრომაგნეტიზმი. ელექტრომაგნიტური ძალა მოქმედებს სამყაროს ყველა დამუხტულ ნაწილაკს შორის. ელექტრომაგნიტური ძალა იღებს ელექტროენერგიასა და მაგნეტიზმში ყოველდღიური მოვლენების ფორმას, როგორიცაა სტატიკური ელექტროენერგია და ელექტრონულად დამუხტული ობლიგაციები, რომლებიც მოლეკულებს ერთმანეთთან ინარჩუნებს.
ეს ძალა ქიმიურ რეაქციებთან ერთად ასევე ქმნის საფუძველს ელექტროძრავისთვის, რომელიც საშუალებას აძლევს მიმდინარე დინებას წრეებში. როდესაც მაგნიტური ველი განიხილება ელექტრული ველით გადახლართული, შედეგად მიღებული პროდუქტი ცნობილია, როგორც ელექტრომაგნიტური ველი.
ლორენცის ძალის განტოლება
F = qE + qv \ ჯერ B
აღწერს ძალას დამუხტულ ნაწილაკზეqმოძრაობს სიჩქარითველექტრული ველის თანდასწრებითედა მაგნიტური ველიბ. ამ განტოლებაშიxშორისკვდაბწარმოადგენს ჯვარედინი პროდუქტს. პირველი ტერმინიqEარის ელექტრული ველის წვლილი ძალაში და მეორე ტერმინიqv x Bარის მაგნიტური ველის წვლილი.
ლორენცის განტოლება ასევე გეუბნებათ, რომ მაგნიტური ძალაა მუხტის სიჩქარეს შორისვდა მაგნიტური ველიბარისqvbsinϕბრალდებითqსადϕ("phi") არის კუთხე შორისვდაბ, რომელიც 1-ზე ნაკლები უნდა იყოს80გრადუსი თუ კუთხე შორისვდაბუფრო მეტია, ამის დასაფიქსირებლად უნდა გამოიყენოთ საწინააღმდეგო მიმართულებით კუთხე (ჯვარედინი პროდუქტის განმარტებით). თუკიϕარის 0, ისევე როგორც სიჩქარე და მაგნიტური ველის წერტილი იმავე მიმართულებით, მაგნიტური ძალა იქნება 0. ნაწილაკი გააგრძელებს მოძრაობას მაგნიტური ველის გადახვევის გარეშე.
მაგნიტური ველის ჯვარი პროდუქტი
•••საიდ ჰუსეინ ათერი
ზემოთ მოცემულ დიაგრამაზე ჯვარედინი პროდუქტი ორ ვექტორს შორისადაბარისგ. გაითვალისწინეთ მიმართულება და სიდიდეგ. ეს არის პერპენდიკულარული მიმართულებითადაბროდესაც მოცემულია მარჯვენა წესით. მარჯვენა წესი ნიშნავს, რომ მიღებული ჯვარედინი პროდუქტის მიმართულებაგმოცემულია თქვენი ცერის მიმართულებით, როდესაც თქვენი მარჯვენა საჩვენებელი თითი არის მიმართულებითბდა თქვენი მარჯვენა შუა თითი არის მიმართულებითა.
ჯვარედინი პროდუქტი არის ვექტორული ოპერაცია, რომლის შედეგადაც ხდება ვექტორი ორივეზე პერპენდიკულარულიკვდაბმოცემულია სამი ვექტორის მარჯვენა წესით და პარალელოგრამის ფართობის სიდიდით, რომ ვექტორებიკვდაბსიგრძე მარჯვენა წესი ნიშნავს, რომ თქვენ შეგიძლიათ განსაზღვროთ ჯვარედინი პროდუქტის მიმართულებაკვდაბთქვენი მარჯვენა საჩვენებელი თითის მიმართულებითბ, თქვენი შუა თითი მიმართულებითკვ, და თქვენი ცერის შედეგად მიღებული მიმართულება იქნება ამ ორი ვექტორის კროსპროდუქტის მიმართულება.
•••საიდ ჰუსეინ ათერი
ზემოთ მოცემულ დიაგრამაზე, მარჯვენა წესი აჩვენებს აგრეთვე მაგნიტურ ველს, მაგნიტურ ძალასა და მდინარეს შორის მიმდინარე ურთიერთობას. ეს ასევე გვიჩვენებს ჯვარედინი პროდუქტი ამ სამ რაოდენობას შორის შეიძლება წარმოადგენდეს მარჯვენა წესს, რადგან ჯვარედინი პროდუქტი ძალის მიმართულებას და ველს უდრის მიმდინარე მიმართულების მიმართულებას.
მაგნიტური ველი ყოველდღიურ ცხოვრებაში
მაგნიტური ველები დაახლოებით 0.2-დან 0.3 ტესლას იყენებენ MRI- ში, მაგნიტურ-რეზონანსულ ტომოგრაფიაში. MRI არის მეთოდი, რომელსაც ექიმები იყენებენ პაციენტის სხეულის შიდა სტრუქტურების შესასწავლად, როგორიცაა ტვინი, სახსრები და კუნთები. ეს ჩვეულებრივ ხდება პაციენტის ძლიერ მაგნიტურ ველში მოთავსებით, რომ ველი გადის სხეულის ღერძზე. თუ თქვენ წარმოიდგინეთ, რომ პაციენტი მაგნიტური სოლენოიდი იყო, ელექტრული დინებები შემოიხვევდნენ მის სხეულს და მაგნიტური ველი მიმართული იქნება ვერტიკალური მიმართულებით სხეულის მიმართ, როგორც ამას უკარნახებს მარჯვენა ხელი წესი
ამის შემდეგ მეცნიერები და ექიმები სწავლობენ პროტონების ნორმალური განლაგებიდან გადახვევის გზებს, რათა შეისწავლონ პაციენტის სხეულის სტრუქტურები. ამის საშუალებით ექიმებს შეუძლიათ სხვადასხვა მდგომარეობის უსაფრთხო, არაინვაზიური დიაგნოზის დასმა.
ადამიანი პროცესის დროს არ გრძნობს მაგნიტურ ველს, მაგრამ იმიტომ, რომ წყალი ძალიან ბევრია ადამიანის ორგანიზმში, წყალბადის ბირთვები (რომლებიც პროტონებია) მაგნიტის გამო თავსდებიან ველი მაგნიტურ – რეზონანსული ტომოგრაფიის სკანერი იყენებს მაგნიტურ ველს, რომლისგანაც პროტონები ენერგიას ითვისებენ და, მაგნიტური ველის გამორთვისას, პროტონები უბრუნდებიან ჩვეულებრივ პოზიციებს. ამის შემდეგ მოწყობილობა თვალყურს ადევნებს პოზიციის ამ ცვლილებას, რათა დადგინდეს პროტონის გასწორება და შექმნას პაციენტის სხეულის შიგნიდან გამოსახულება.
