Магнетско поље: дефиниција, узроци, формула, јединице и мерење (са примерима)

Поља су свуда око нас. Било да се ради о гравитационом пољу изазваном Земљином масом или електричним пољима насталим наелектрисаним честицама као што су електрони, свуда су невидљива поља која представљају потенцијале и невиђене силе способне да одговарајуће померају предмете карактеристике.

На пример, електрично поље у некој области значи да се наелектрисани објекат може скренути са своје првобитне путање када уђе у регион и гравитационо поље због Земљине масе вас чврсто држи на површини Земље, осим ако не обавите неки посао да бисте савладали његово утицаја.

Магнетска поља су узрок магнетних сила, а предмети који врше магнетне силе на друге предмете чине то стварањем магнетног поља. Магнетска поља се могу открити скретањем игала компаса које се поравнају са линијама поља (магнетни север игле који показује према магнетном југу). Ако проучавате електрицитет и магнетизам, сазнавање више о магнетним пољима и магнетној сили пресудан је корак на вашем путовању.

У физици уопште, поља су вектори са вредностима у сваком делу простора који вам говоре колико је јак или слаб ефекат у тој тачки, и правац ефекта. На пример, објекат са масом, попут сунца, ствара гравитационо поље, а на друге предмете са масом која улази у то поље сила делује као резултат. Овако гравитационо привлачење сунца одржава Земљу у орбити око себе.

Даље у Сунчевом систему, на пример у домету Уранове орбите, примењује се иста сила, али снага је много мања. Увек је усмерен право на сунце; ако замислите колекцију стрела које окружују сунце, а све су усмерене ка њему, али са већим дужинама на блиској удаљености (јача сила) и мање дужине на великим удаљеностима (слабија сила), у основи сте замислили гравитационо поље на Сунцу систем.

На исти начин као и овај, предмети са наелектрисањем стварају електрична поља, а покретни набоји генеришумагнетна поља, који могу створити магнетну силу у оближњем наелектрисаном објекту или другим магнетним материјалима.

Ова поља су мало компликованија у погледу облика од гравитационих поља, јер имају магнетна петља линије поља које излазе из позитивног (или северног пола) и завршавају се у негативном (или јужном полу), али испуњавају исте основне улогу. Они су попут линија силе које вам говоре како ће се понашати објекат смештен на локацији. То можете јасно да визуализујете помоћу гвоздених турпија које ће се поравнати са спољним магнетним пољем.

Магнетна поља суувек​ ​дипол поља, тако да нема магнетних монопола. Генерално, магнетна поља су представљена словомБ., али ако магнетно поље пролази кроз магнетни материјал, то може постати поларизовано и створити сопствено магнетно поље. Ово друго поље доприноси првом пољу, а комбинација два наведена је словомХ., где

са μ₀ = 4π × 10⁻⁷ Х / м (тј. Магнетна пропустљивост слободног простора) и К._м будући да је релативна пропустљивост предметног материјала.

Количина магнетног поља која пролази кроз дато подручје назива се магнетни ток. Густина магнетног флукса повезана је са јачином локалног поља. Пошто су магнетна поља увек диполарна, нето магнетни ток кроз затворену површину је 0. (Све линије поља које излазе са површине, обавезно је поново унесите, поништавајући.)

СИ јединица јачине магнетног поља је тесла (Т), где:

1 тесла = 1 Т = 1 кг / А с² = 1 В с / м² = 1 Н / А м

Још једна широко коришћена јединица за јачину магнетног поља је Гаусс (Г), где:

1 гаус = 1 Г = 10⁻⁴ Т.

Тесла је прилично велика јединица, па је у многим практичним ситуацијама гаус кориснији избор - на пример, а магнет за фрижидер имаће јачину од око 100 Г, док је Земљино магнетно поље на површини Земље око 0,5 Г.

Електрична енергија и магнетизам су у основи међусобно повезани јер се магнетна поља генеришу покретним набојем (попут електричних струја) или променљивих електричних поља, док променљиво магнетно поље генерише електрично поље.

У шипкастом магнету или сличном магнетном објекту, магнетно поље настаје из неколико магнетних „домена“ постајући поравнати, који су пак настали кретањем наелектрисаних електрона око њихових језгара атома. Ова кретања производе мала магнетна поља унутар домена. У већини материјала домени ће имати насумично поравнање и међусобно ће се поништити, али у некима материјала, магнетна поља у суседним доменима се поравнавају, а то даје веће размере магнетизам.

Земљино магнетно поље такође се генерише покретним наелектрисањем, али у овом случају кретање растопљеног слоја који окружује језгро Земље ствара магнетно поље. Ово се објашњавадинамо теорија, који описује како ротирајућа, електрично наелектрисана течност генерише магнетно поље. Земљино спољно језгро садржи течно гвожђе које се непрекидно креће, а електрони путују кроз течност и генеришу магнетно поље.

Сунце такође има магнетно поље, а објашњење како ово делује је врло слично. Међутим, променљиве брзине ротације различитих делова сунца (тј. Течном материјалу на различитим географским ширинама) воде до линија поља запетљавање током времена, као и многи феномени повезани са сунцем, попут сунчевих бљескова и сунчевих пега, и отприлике једанаестогодишња соларна енергија циклус. Сунце има два пола, баш као шипкасти магнет, али кретање сунчеве плазме и постепено растућа соларна активност доводе до окретања магнетних полова сваких 11 година.

Магнетска поља услед различитих аранжмана покретног наелектрисања морају се извести појединачно, али постоји много стандардних формула које можете да користите тако да не морате сваки пут да „поново измишљате точак“ време. Можете извући формуле у основи за било који распоред покретног наелектрисања користећи Биот-Саварт-ов закон или Ампере-Маквелл-ов закон. Међутим, резултујуће формуле за једноставне распореде електричне струје се тако често користе и цитирају да можете једноставно их третирајте као „стандардне формуле“, уместо да их сваки пут изводите из закона Биот-Саварт-а или Ампере-Маквелла.

Магнетно поље праве линије одређује се из Амперовог закона (једноставнији облик Ампере-Маквелл закона) као:

Гдеμ​₀ је као што је раније дефинисано,Јаје струја у појачалима ирје удаљеност од жице којом мерите магнетно поље.

Магнетно поље у центру струјне петље дато је са:

ГдеР.је радијус петље, а остали симболи су како је претходно дефинисано.

Коначно, магнетно поље соленоида је дато са:

ГдеН.је број завоја иЛје дужина соленоида. Магнетно поље соленоида је углавном концентрисано у центру калема.

Научити да користите ове једначине (и оне попут њих) је главна ствар коју ћете морати да урадите приликом израчунавања магнетног поља или резултујућа магнетна сила, па ће вам пример сваког од њих помоћи у решавању проблема са којима ћете вероватно изаћи сусрет.

За дугачку праву жицу која носи струју од 5 ампера (тј. И = 5 А), колика је јачина магнетног поља удаљена 0,5 м од жице?

Коришћење прве једначине са И = 5 А и р = 0,5 м даје:

Сада је за струјну петљу која носи И = 10 А и радијусом р = 0,2 м, које је магнетно поље у центру петље? Друга једначина даје:

Коначно, колика је јачина магнетног поља у центру за соленоид са Н = 15 завоја дужине Л = 0,1 м, који носи струју од 4 А?

Трећа једначина даје:

Други примери прорачуна магнетног поља могу деловати мало другачије - на пример, рећи вам поље у центру а соленоид и струја, али тражи однос Н / Л - али све док сте упознати са једначинама, нећете имати проблема одговарајући им.