Kako delujejo magnetna polja?

•••Syed Hussain Ather

​Magnetna poljaopisati, kako se magnetna sila porazdeli po prostoru okoli predmetov. Na splošno pri magnetnem objektu linije magnetnega polja potujejo od severnega pola predmeta do južnega pola, tako kot pri magnetnem polju Zemlje, kot je prikazano na zgornjem diagramu.

V magnetnem polju Zemlje se uporablja ista magnetna sila, zaradi katere se predmeti držijo površin hladilnika, ki ščiti ozonski plašč pred škodljivim sončnim vetrom. Magnetno polje tvori zavoje energije, ki preprečujejo, da bi ozonska plast izgubila ogljikov dioksid.

To lahko opazite tako, da v prisotnost magneta vlijete železne opilke, majhne prahu podobne koščke železa. Magnet položite pod kos papirja ali lahek list blaga. Nalijte železne opilke in opazujte oblike in oblike, ki jih prevzamejo. Ugotovite, katere poljske linije bi morale obstajati, da bi se opilke tako razporedile in razporedile glede na fiziko magnetnih polj.

Večja kot je gostota linij magnetnega polja, vlečenih od severa proti jugu, večja je velikost magnetnega polja. Ti severni in južni pol prav tako narekujeta, ali so magnetni predmeti privlačni (med severnim in južnim polom) ali odbijajoči (med enakimi polovi). Magnetna polja se merijo v enotah Tesle,

Ker se magnetna polja tvorijo vsakič, ko so naboji v gibanju, magnetna polja inducirajo električni tok skozi žice. Polje vam omogoča opis potencialne jakosti in smeri magnetne sile, odvisno od toka skozi električno žico in razdalje, ki jo prevozi tok. Linije magnetnega polja tvorijo koncentrične kroge okoli žic. Smer teh polj je mogoče določiti s pomočjo "desnega pravila".

To pravilo vam pove, da če postavite desni palec v smeri električnega toka skozi žico, so nastala magnetna polja v smeri, kako se zvijajo prsti vaše roke. Z večjim tokom se inducira večje magnetno polje.

Uporabite lahko različne primerepravilo desne roke, splošno pravilo za določanje smeri različnih količin, ki vključujejo magnetno polje, magnetno silo in tok. To pravilo je uporabno v mnogih primerih električne energije in magnetizma, kot to narekuje matematika količin.

•••Syed Hussain Ather

To pravilo na desni se lahko uporabi tudi v drugi smeri za magnetsolenoid, ali vrsto električnega toka, ovitega v žice okoli magneta. Če usmerite desni palec v smeri magnetnega polja, se bodo desni prsti ovili v smeri električnega toka. Solenoidi vam omogočajo, da izkoristite moč magnetnega polja skozi električne tokove.

•••Syed Hussain Ather

Ko potuje električni naboj, magnetno polje nastane, ko elektroni, ki se vrtijo in premikajo, sami postanejo magnetni predmeti. Elemente, ki imajo v osnovnem stanju neparne elektrone, kot so železo, kobalt in nikelj, lahko poravnamo tako, da tvorijo trajne magnete. Magnetno polje, ki ga tvorijo elektroni teh elementov, omogoča lažji pretok električnega toka skozi te elemente. Tudi magnetna polja se lahko medsebojno izničijo, če so enaka po velikosti v nasprotnih smereh.

Tok, ki teče skozi baterijojazoddaja magnetno poljeBv polmerurpo enačbi zaAmpèrov zakon​:

kjeμ​₀ je magnetna konstanta vakuumske prepustnosti,1,26 x 10^-6 V / m("Henries na meter", pri katerem je Henries enota induktivnosti). Povečanje toka in približevanje žici povečata magnetno polje, ki nastane.

Da je objekt magnetni, morajo imeti elektroni, ki sestavljajo predmet, prosto gibanje okoli in med atomi v predmetu. Za magnetni material so atomi z neparnimi elektroni istega spina idealni kandidati, saj se ti atomi lahko med seboj povežejo, da elektroni lahko prosto tečejo. Testiranje materialov v prisotnosti magnetnih polj in preučevanje magnetnih lastnosti atomov, ki tvorijo te materiale, vam lahko pove o njihovi magnetizmu.

​Ferromagnetiimajo to lastnost, da so trajno magnetni.Paramagnetinasprotno pa magnetne lastnosti ne bodo prikazane, razen če v prisotnosti magnetnega polja vrtijo elektrone navzgor, tako da se lahko prosto gibljejo.Diamagnetiimajo atomsko sestavo tako, da nanje magnetna polja sploh ne vplivajo ali pa jih magnetna polja vplivajo le zelo malo. Nimajo nepovezanih elektronov ali jih imajo malo, da prepuščajo naboje.

Paramagneti delujejo, ker so narejeni iz materialov, ki so jih vedno imelimagnetni momenti, znani kot dipoli. Ti trenutki so njihova sposobnost poravnave z zunanjim magnetnim poljem zaradi vrtenja neparnih elektronov v orbitalah atomov, ki tvorijo te materiale. V prisotnosti magnetnega polja se materiali poravnajo tako, da nasprotujejo sili magnetnega polja. Med paramagnetne elemente spadajo magnezij, molibden, litij in tantal.

Znotraj feromagnetnega materiala je dipol atomov stalen, običajno kot posledica ogrevanja in hlajenja paramagnetnega materiala. Zaradi tega so idealni kandidati za elektromagnete, motorje, generatorje in transformatorje za uporabo v električnih napravah. Nasprotno pa diamagneti lahko ustvarijo silo, ki elektronom omogoča, da prosto tečejo v obliki toka, ki nato ustvari magnetno polje, nasprotno kateremu koli magnetnemu polju, ki je nanje uporabljeno. To izniči magnetno polje in preprečuje, da bi postali magnetni.

Magnetna polja določajo, kako se lahko magnetne sile porazdelijo v prisotnosti magnetnega materiala. Medtem ko električna polja opisujejo električno silo v prisotnosti elektrona, magnetna polja nimajo takšnih analognih delcev, na katerih bi lahko opisali magnetno silo. Znanstveniki so domnevali, da lahko obstaja magnetni monopol, vendar ni bilo eksperimentalnih dokazov, ki bi pokazali, da ti delci obstajajo. Če bi obstajali, bi imeli ti delci magnetni "naboj", podobno kot imajo nabiti delci električne naboje.

Magnetna sila nastane zaradi elektromagnetne sile, ki opisuje tako električne kot magnetne komponente delcev in predmetov. To kaže, kako lastna je magnetičnost za iste pojave električne energije, kot sta tok in električno polje. Naboj elektrona je tisto, kar povzroči, da ga magnetno polje odbije skozi magnetno silo podobno kot električno polje in električna sila.

Medtem ko le gibljivi nabiti delci oddajajo magnetna polja, vsi nabiti delci pa oddajajo električna polja, magnetna in elektromagnetna polja so del iste temeljne sile elektromagnetizem. Elektromagnetna sila deluje med vsemi nabitimi delci v vesolju. Elektromagnetna sila ima obliko vsakdanjih pojavov v elektriki in magnetizmu, kot sta statična elektrika in električno nabite vezi, ki molekule držijo skupaj.

Ta sila skupaj s kemičnimi reakcijami je tudi osnova za elektromotorno silo, ki prepušča toku skozi tokokroge. Ko gledamo magnetno polje, prepleteno z električnim poljem, nastali produkt poznamo kot elektromagnetno polje.

TheLorentzova enačba sile​

opisuje silo na naelektren delecqki se premika s hitrostjovv prisotnosti električnega poljaEin magnetno poljeB. V tej enačbi jexmedqvinBpredstavlja navzkrižni izdelek. Prvi mandatqEje prispevek električnega polja k sili in drugi členqv x Bje prispevek magnetnega polja.

Lorentzova enačba vam tudi pove, da je magnetna sila med hitrostjo nabojavin magnetno poljeBjeqvbsinϕza plačiloqkjeϕ("phi") je kot medvinB, ki mora biti manj kot 180stopinj. Če je kot medvinBje večji, potem uporabite kot v nasprotni smeri, da to popravite (iz opredelitve navzkrižnega izdelka). Čeϕje 0, kot v, hitrost in točka magnetnega polja v isti smeri bo magnetna sila 0. Delček se bo še naprej premikal, ne da bi ga magnetno polje upognilo.

•••Syed Hussain Ather

V zgornjem diagramu je navzkrižni produkt med dvema vektorjemaainbjec. Upoštevajte smer in velikostc. V smeri je pravokotna naainbkadar to podaja pravilo desne roke. Pravilo desne strani pomeni, da je smer nastalega navzkrižnega izdelkacje podana s smerjo palca, ko je desni kazalec v smeribin desni srednji prst je v smeria​.

Navzkrižni produkt je vektorska operacija, ki ima za posledico vektor pravokoten na obaqvinBpodana s pravilom desne strani treh vektorjev in z velikostjo območja paralelograma, ki ga vektorjiqvinBrazpon. Pravilo desne strani pomeni, da lahko določite smer navzkrižnega izdelka medqvinBtako, da postavite desni kazalec v smeriB, srednji prst v smeriqv, in posledična smer palca bo smer navzkrižnih produktov teh dveh vektorjev.

•••Syed Hussain Ather

V zgornjem diagramu pravilo desne strani prikazuje tudi razmerje med magnetnim poljem, magnetno silo in tokom skozi žico. To tudi kaže, da navzkrižni produkt med temi tremi količinami lahko predstavlja pravilo na desni, saj je navzkrižni produkt med smerjo sile in poljem enak smeri toka.

Pri slikanju z magnetno resonanco in magnetno resonanco se uporabljajo magnetna polja približno 0,2 do 0,3 tesla. MRI je metoda, ki jo zdravniki uporabljajo za preučevanje notranjih struktur v telesu pacienta, kot so možgani, sklepi in mišice. Običajno se to naredi tako, da bolnika postavimo v močno magnetno polje, tako da polje teče vzdolž osi telesa. Če si predstavljate, da je bil bolnik magnetni elektromagnet, bi se električni tokovi ovili okoli njegovega telesa in telesa magnetno polje bi bilo usmerjeno v navpični smeri glede na telo, kot narekuje desna pravilo.

Znanstveniki in zdravniki nato preučijo, kako protoni odstopajo od običajnega poravnavanja, da bi preučili strukture v pacientovem telesu. S tem lahko zdravniki postavljajo varne, neinvazivne diagnoze različnih stanj.

Oseba med postopkom ne čuti magnetnega polja, ampak, ker je vode toliko v človeškem telesu se vodikova jedra (ki so protoni) poravnajo zaradi magnetnega polje. MRI skener uporablja magnetno polje, iz katerega protoni absorbirajo energijo, in ko se magnetno polje izklopi, se protoni vrnejo v svoje običajne položaje. Nato naprava sledi tej spremembi položaja, da ugotovi, kako so protoni poravnani, in ustvari sliko notranjosti pacientovega telesa.