Kā darbojas magnētiskie lauki?

•••Syed Hussain Ather

​Magnētiskie laukiaprakstiet, kā magnētiskais spēks tiek sadalīts telpā caur priekšmetiem. Parasti objektam, kas ir magnētisks, magnētiskā lauka līnijas virzās no objekta ziemeļu pola uz dienvidu polu, tāpat kā Zemes magnētiskā lauka gadījumā, kā parādīts iepriekš redzamajā diagrammā.

Zemes magnētiskajā laukā tiek izmantots tas pats magnētiskais spēks, kas liek objektiem pielipt ledusskapja virsmām, un tas aizsargā ozona slāni no kaitīgā saules vēja. Magnētiskais lauks veido enerģijas pakas, kas neļauj ozona slānim zaudēt oglekļa dioksīdu.

To var novērot, magnēta klātbūtnē ielejot dzelzs vīles, mazus pulverveida dzelzs gabaliņus. Novietojiet magnētu zem papīra vai vieglas auduma lapas. Ielejiet dzelzs vīles un novērojiet to formas un veidojumus. Nosakiet, kādām lauka līnijām jābūt, lai viļņi sakārtotos un sadalītos šādi atbilstoši magnētisko lauku fizikai.

Jo lielāks ir magnētiskā lauka līniju blīvums, kas novilkts no ziemeļiem uz dienvidiem, jo ​​lielāks magnētiskā lauka lielums. Šie ziemeļu un dienvidu poli arī nosaka, vai magnētiskie objekti ir pievilcīgi (starp ziemeļu un dienvidu poliem) vai atgrūžoši (starp identiskiem poliem). Magnētiskos laukus mēra Tesla vienībās,

Tā kā magnētiskie lauki veidojas ikreiz, kad lādiņi ir kustībā, magnētiskie lauki tiek izvadīti no elektriskās strāvas caur vadiem. Šis lauks sniedz veidu, kā aprakstīt magnētiskā spēka potenciālu stiprumu un virzienu atkarībā no strāvas caur elektrisko vadu un attāluma, kuru strāva veic. Magnētiskā lauka līnijas ap vadiem veido koncentriskus apļus. Šo lauku virzienu var noteikt, izmantojot "labās puses likumu".

Šis noteikums jums saka, ka, ja labo īkšķi caur vadu novietojat elektriskās strāvas virzienā, iegūtie magnētiskie lauki ir vērsti uz to, kā jūsu rokas pirksti saritinās. Ar lielāku strāvu tiek inducēts lielāks magnētiskais lauks.

Varat izmantot dažāduslabās rokas likums, vispārīgs noteikums dažādu lielumu virziena noteikšanai, kas saistīts ar magnētisko lauku, magnētisko spēku un strāvu. Šis īkšķis ir noderīgs daudzos gadījumos elektrības un magnētisma jomā, kā to nosaka lielumu matemātika.

•••Syed Hussain Ather

Šo labās rokas likumu magnētam var piemērot arī otrā virzienāsolenoīds, vai virkne elektriskās strāvas, kas ietīta vados ap magnētu. Ja jūs vērsiet labās rokas īkšķi magnētiskā lauka virzienā, tad labās rokas pirksti apņemsies elektriskās strāvas virzienā. Solenoīdi ļauj izmantot elektriskā strāva magnētiskā lauka jaudu.

•••Syed Hussain Ather

Kad elektriskais lādiņš pārvietojas, magnētiskais lauks rodas, kad elektroni, kas griežas un pārvietojas, paši kļūst par magnētiskiem objektiem. Elementus, kuru pamatstāvoklī ir nesapāroti elektroni, piemēram, dzelzi, kobaltu un niķeli, var izlīdzināt tā, lai tie veidotu pastāvīgus magnētus. Šo elementu elektronu radītais magnētiskais lauks ļauj elektriskajai strāvai vieglāk plūst caur šiem elementiem. Arī magnētiskie lauki var viens otru atcelt, ja tie ir vienāda lieluma pretējos virzienos.

Strāva, kas plūst caur akumulatoruEsizdala magnētisko laukuBrādiusārpēc vienādojumaAmpēra likums​:

kurμ​₀ ir vakuuma caurlaidības magnētiskā konstante,1,26 x 10^-6 H / m("Henrijs uz metru", kurā Henrijs ir induktivitātes mērvienība). Palielinot strāvu un tuvojoties vadam, abi palielina iegūto magnētisko lauku.

Lai objekts būtu magnētisks, elektroniem, kas veido objektu, jāspēj brīvi pārvietoties objektā ap un starp atomiem. Lai materiāls būtu magnētisks, ideāli kandidāti ir atomi ar nesavienotiem viena grieziena elektroniem, jo ​​šie atomi var savienoties pārī, lai elektroni varētu brīvi plūst. Materiālu pārbaude magnētisko lauku klātbūtnē un to materiālu magnētisko īpašību pārbaude, kas veido šos materiālus, var pastāstīt par to magnētismu.

​Ferromagnētiir šī īpašība, ka viņi ir pastāvīgi magnētiski.Paramagnētiturpretim magnētiskās īpašības netiks rādītas, ja vien magnētiskā lauka klātbūtnē elektronu griezieni nav izlīdzināti, lai tie varētu brīvi pārvietoties.Diamagnetsir tādas atomu kompozīcijas, ka magnētiskie lauki tos vispār neietekmē vai magnētiskie lauki tos ietekmē tikai ļoti maz. Viņiem nav vai ir maz nesaistītu elektronu, kas ļautu caurplūst lādiņiem.

Paramagnēti darbojas, jo tie ir izgatavoti no materiāliem, kuriem vienmēr irmagnētiskie momenti, kas pazīstams kā dipoli. Šie momenti ir viņu spēja izlīdzināties ar ārēju magnētisko lauku, pateicoties nesapārotu elektronu griešanās atomu orbitālēs, kas veido šos materiālus. Magnētiskā lauka klātbūtnē materiāli izlīdzinās, lai pretotos magnētiskā lauka spēkam. Paramagnētiskie elementi ietver magniju, molibdēnu, litiju un tantalu.

Feromagnētiskā materiāla iekšpusē atomu dipols ir pastāvīgs, parasti paramagnētiskā materiāla sildīšanas un dzesēšanas rezultātā. Tas padara viņus par ideāliem elektromagnētu, motoru, ģeneratoru un transformatoru kandidātiem elektrisko ierīču izmantošanai. Savukārt magnēti var radīt spēku, kas ļauj elektroniem brīvi plūst strāvas formā, kas pēc tam rada magnētisko lauku pretēji jebkuram tiem pielietotajam magnētiskajam laukam. Tas atceļ magnētisko lauku un neļauj tiem kļūt magnētiskiem.

Magnētiskie lauki nosaka, kā magnētiskos spēkus var sadalīt magnētiskā materiāla klātbūtnē. Kamēr elektriskie lauki apraksta elektrisko spēku elektrona klātbūtnē, magnētiskajiem laukiem nav tādas analogas daļiņas, uz kurām varētu aprakstīt magnētisko spēku. Zinātnieki ir izvirzījuši teoriju, ka var pastāvēt magnētiskais monopols, taču nav eksperimentālu pierādījumu, kas liecinātu, ka šīs daļiņas pastāv. Ja tās pastāvētu, šīm daļiņām būtu magnētiskais "lādiņš" līdzīgi kā uzlādētajām daļiņām ir elektriskie lādiņi.

Magnētiskais spēks rodas elektromagnētiskā spēka dēļ, spēka, kas raksturo gan daļiņu, gan priekšmetu elektriskās un magnētiskās sastāvdaļas. Tas parāda, cik raksturīgs magnētisms ir tām pašām elektrības parādībām, piemēram, strāvai un elektriskajam laukam. Elektrona lādiņš ir tas, kas liek magnētiskajam laukam to novirzīt caur magnētisko spēku tāpat, kā to dara elektriskais lauks un elektriskais spēks.

Kamēr tikai kustīgas lādētas daļiņas izdala magnētiskos laukus, un visas uzlādētās daļiņas izdala elektriskie lauki, magnētiskie un elektromagnētiskie lauki ir viena un tā paša pamata spēka daļa elektromagnētisms. Elektromagnētiskais spēks darbojas starp visām Visumā uzlādētajām daļiņām. Elektromagnētiskais spēks izpaužas kā ikdienas parādības elektrībā un magnētismā, piemēram, statiskā elektrība un elektriski uzlādētas saites, kas satur molekulas kopā.

Šis spēks līdzās ķīmiskajām reakcijām veido arī pamatu elektromotora spēkam, kas ļauj strāvai plūst caur ķēdēm. Skatoties magnētisko lauku, kas savīts ar elektrisko lauku, iegūtais produkts ir pazīstams kā elektromagnētiskais lauks.

TheLorenca spēka vienādojums​

apraksta spēku uz uzlādētu daļiņuqpārvietojas ar ātrumuvelektriskā lauka klātbūtnēEun magnētiskais lauksB. Šajā vienādojumāxstarpqvunBapzīmē šķērsproduktu. Pirmais terminsqEir elektriskā lauka ieguldījums spēks, un otrais terminsqv x Bir magnētiskā lauka ieguldījums.

Lorenca vienādojums arī norāda, ka magnētiskais spēks starp lādiņa ātrumuvun magnētiskais lauksBirqvbsinϕpar maksuqkurϕ("phi") ir leņķis starpvunB, kam jābūt mazākam par 180grādi. Ja leņķis starpvunBir lielāks, tad, lai to labotu, izmantojiet leņķi pretējā virzienā (no šķērsprodukta definīcijas). Jaϕir 0, tāpat kā ātrums un magnētiskais lauks norāda vienā virzienā, magnētiskais spēks būs 0. Daļiņa turpinās kustēties, to nenovirzīs magnētiskais lauks.

•••Syed Hussain Ather

Iepriekš redzamajā diagrammā krustojuma reizinājums starp diviem vektoriemaunbirc. Ievērojiet virzienu un lielumuc. Tas ir virzienā, kas ir perpendikulārsaunbkad to dod labās rokas noteikums. Labās rokas noteikums nozīmē, ka iegūtā šķērsprodukta virzienscdod īkšķa virziens, kad labais rādītājpirksts ir virzienā uzbun tavs labais vidējais pirksts ir virzienāa​.

Šķērsprodukts ir vektora darbība, kuras rezultātā vektors ir perpendikulārs abiemqvunBko nosaka trīs vektoru labās puses likums, un ar paralelograma laukuma lielumu, ko vektoriqvunBlaidums. Labās puses noteikums nozīmē, ka jūs varat noteikt šķērsprodukta virzienu starpqvunBnovietojot labo rādītājpirkstu virzienāB, jūsu vidējais pirksts virzienāqv, un iegūtais īkšķa virziens būs šo divu vektoru šķērsprodukta virziens.

•••Syed Hussain Ather

Iepriekš redzamajā diagrammā labās puses noteikums parāda arī attiecības starp magnētisko lauku, magnētisko spēku un strāvu caur vadu. Tas arī parāda, ka šķērsprodukts starp šiem trim lielumiem var būt labās puses likums, jo šķērsprodukts starp spēka virzienu un lauku ir vienāds ar strāvas virzienu.

MRI, magnētiskās rezonanses attēlveidošanā tiek izmantoti magnētiskie lauki aptuveni no 0,2 līdz 0,3 teslām. MRI ir metode, ko ārsti izmanto, lai pētītu pacienta ķermeņa iekšējās struktūras, piemēram, smadzenes, locītavas un muskuļus. To parasti veic, ievietojot pacientu spēcīgā magnētiskajā laukā tā, lai lauks virzītos gar ķermeņa asi. Ja jūs iedomāties, ka pacients būtu magnētisks solenoīds, elektriskās strāvas aptītos ap viņa vai viņas ķermeni un magnētiskais lauks būtu vērsts vertikālā virzienā attiecībā pret ķermeni, kā to nosaka labā roka likums.

Pēc tam zinātnieki un ārsti pēta veidus, kā protoni novirzās no parastā izkārtojuma, lai pētītu struktūras pacienta ķermenī. Tādējādi ārsti var droši, neinvazīvi diagnosticēt dažādus apstākļus.

Procesa laikā cilvēks nejūt magnētisko lauku, bet gan tāpēc, ka ir tik daudz ūdens cilvēka ķermenī ūdeņraža kodoli (kas ir protoni) izlīdzinās magnētiskā dēļ laukā. MRI skeneris izmanto magnētisko lauku, no kura protoni absorbē enerģiju, un, kad magnētiskais lauks tiek izslēgts, protoni atgriežas normālā stāvoklī. Pēc tam ierīce izseko šo stāvokļa maiņu, lai noteiktu protonu izlīdzināšanu un izveidotu pacienta ķermeņa iekšpuses attēlu.