Како функционишу магнетна поља?

•••Сиед Хуссаин Атхер

​Магнетна пољаописати како се магнетна сила распоређује кроз простор око предмета. Генерално, за магнетни објекат, линије магнетног поља путују од северног пола објекта до јужног пола, баш као што то раде за магнетно поље Земље, као што је приказано на горњем дијаграму.

Иста магнетна сила због које се предмети лепе за површине фрижидера користе се у Земљином магнетном пољу које штити озонски омотач од штетног сунчевог ветра. Магнетно поље ствара пакете енергије који спречавају да озонски омотач изгуби угљен-диоксид.

То можете приметити сипањем гвоздених турпија, малих гвоздених комадића у облику праха, у присуству магнета. Поставите магнет испод папира или лаганог платна. Сипајте гвоздене турпије и посматрајте облике и формације које узимају. Утврдите које би пољске линије морале бити да би се пиљевине распоређивале и распоређивале овако у складу са физиком магнетних поља.

Што је већа густина линија магнетног поља повучених од севера ка југу, већа је величина магнетног поља. Ови северни и јужни пол такође диктирају да ли ће магнетни објекти бити привлачни (између северног и јужног пола) или одбојни (између идентичних полова). Магнетска поља се мере у јединицама Тесле,

Пошто се магнетна поља формирају кад год се наелектрисања крећу, магнетна поља се индукују од електричне струје кроз жице. Поље вам даје начин за опис потенцијалне снаге и смера магнетне силе у зависности од струје кроз електричну жицу и удаљености коју струја пређе. Линије магнетног поља чине концентричне кругове око жица. Правац ових поља може се одредити помоћу „правила десне руке“.

Ово правило вам каже да, ако десни палац поставите у смеру електричне струје кроз жицу, настала магнетна поља су у смеру како се прсти ваше руке увијају. Са већом струјом индукује се веће магнетно поље.

Можете користити различите примереправило десне руке, опште правило за одређивање смера различитих величина које укључују магнетно поље, магнетну силу и струју. Ово правило је корисно у многим случајевима у електричној енергији и магнетизму, како налаже математика величина.

•••Сиед Хуссаин Атхер

Ово правило са десне стране такође се може применити у другом смеру за магнетни магнетсоленоид, или низ електричне струје умотане у жице око магнета. Ако десни палац усмерите у смеру магнетног поља, тада ће се десни прсти обмотати у смеру електричне струје. Соленоиди вам омогућавају да искористите снагу магнетног поља кроз електричне струје.

•••Сиед Хуссаин Атхер

Када електрично наелектрисање путује, магнетно поље генерише док електрони који се врте и крећу се сами постају магнетни објекти. Елементи који имају неспарене електроне у основном стању попут гвожђа, кобалта и никла могу се поравнати тако да чине трајне магнете. Магнетно поље које производе електрони ових елемената омогућава лакшу струју кроз те елементе. Сама магнетна поља такође могу да се пониште ако су једнака по величини у супротним смеровима.

Струја која протиче кроз батеријуЈаодаје магнетно пољеБ.у радијусурпрема једначини заАмперов закон​:

гдеμ​₀ је магнетна константа вакуумске пропустљивости,1,26 к 10^-6 Х / м(„Хенриес по метру“ у коме је Хенриес јединица индуктивности). Повећавање струје и приближавање жици повећавају магнетно поље које резултира.

Да би објекат био магнетни, електрони који га чине морају имати могућност слободног кретања око и између атома у објекту. Да би материјал био магнетни, атоми са неспареним електронима истог спина идеални су кандидати, јер се ови атоми могу упарити једни с другима како би омогућили електронима слободно струјање. Испитивање материјала у присуству магнетних поља и испитивање магнетних својстава атома који чине ове материјале могу вам рећи о њиховој магнетизму.

​Ферромагнетиимају ово својство да су трајно магнетни.ПарамагнетиСупротно томе, неће показивати магнетна својства осим ако у присуству магнетног поља не успостави спинове електрона тако да се могу слободно кретати.Дијамагнетиимају атомски састав такав да на њих уопште не делују магнетна поља или су на њих врло мало утицаја магнетна поља. Они немају или имају неколико неспарених електрона да пропусте пуњење.

Парамагнети раде јер су направљени од материјала који су увек билимагнетни моменти, познати као диполи. Ти моменти су њихова способност поравнања са спољним магнетним пољем услед спина неспарених електрона у орбиталама атома који чине ове материјале. У присуству магнетног поља, материјали се поравнавају како би се супротставили сили магнетног поља. Парамагнетни елементи укључују магнезијум, молибден, литијум и тантал.

Унутар феромагнетног материјала, дипол атома је сталан, обично као резултат загревања и хлађења парамагнетног материјала. То их чини идеалним кандидатима за електромагнете, моторе, генераторе и трансформаторе за употребу у електричним уређајима. Диамагнети, насупрот томе, могу произвести силу која пушта електронима да струје слободно у облику струје која тада ствара магнетно поље супротно било којем магнетном пољу примењеном на њих. Ово поништава магнетно поље и спречава их да постану магнетни.

Магнетска поља одређују како се магнетне силе могу распоредити у присуству магнетног материјала. Док електрична поља описују електричну силу у присуству електрона, магнетна поља немају такву аналогну честицу на којој би се могла описати магнетна сила. Научници су претпоставили да магнетни монопол може постојати, али није било експерименталних доказа који показују да ове честице постоје. Да постоје, ове честице би имале магнетно „наелектрисање“ приближно исто као што наелектрисане честице имају електричне наелектрисања.

Магнетна сила настаје услед електромагнетне силе, силе која описује и електричне и магнетне компоненте честица и предмета. Ово показује колико је својствени магнетизам истим појавама електричне енергије као што су струја и електрично поље. Набој електрона је оно што узрокује да га магнетно поље одбија кроз магнетну силу, слично као што то чине електрично поље и електрична сила.

Док само покретне наелектрисане честице одају магнетна поља, а све наелектрисане честице одају електрична поља, магнетна и електромагнетна поља део су исте основне силе електромагнетизам. Електромагнетна сила делује између свих наелектрисаних честица у универзуму. Електромагнетна сила има облик свакодневних појава у електрицитету и магнетизму, попут статичког електрицитета и електрично наелектрисаних веза које молекуле држе заједно.

Ова сила заједно са хемијским реакцијама такође чини основу за електромоторну силу која пушта струју кроз кругове. Када се магнетно поље посматра испреплетено са електричним пољем, настали производ познат је као електромагнетно поље.

ТхеЛоренцова једначина силе​

описује силу на наелектрисану честицуккрећући се брзиномву присуству електричног пољаЕ.и магнетно пољеБ.. У овој једначиниИксизмеђуквиБ.представља унакрсни производ. Први терминкЕје допринос електричног поља сили, а други чланкв к Б.је допринос магнетног поља.

Лоренцова једначина такође вам говори да је магнетна сила између брзине наелектрисањави магнетно пољеБ.јеквбсинϕза наплатукгдеϕ("пхи") је угао измеђувиБ., који мора бити мањи од 180степени. Ако је угао измеђувиБ.је већи, онда би требало да користите угао у супротном смеру да бисте то поправили (из дефиниције унакрсног производа). Акоϕје 0, као у, брзина и тачка магнетног поља у истом смеру, магнетна сила ће бити 0. Честица ће се наставити кретати без да је магнетно поље скрене.

•••Сиед Хуссаин Атхер

На горњем дијаграму, унакрсни производ између два векторааибјец. Обратите пажњу на смер и величинуц. То је у правцу окомитом нааибкада је дато правилом десне руке. Правило десне стране значи да је правац насталог унакрсног производацдат је смером палца када је десни кажипрст у смеруба десни средњи прст је у правцуа​.

Унакрсни производ је векторска операција која резултира вектором окомитим на обеквиБ.дато по правилу десне стране три вектора и са величином површине паралелограма коју векториквиБ.распон. Правило са десне стране значи да можете одредити смер унакрсног производа измеђуквиБ.постављањем десног кажипрста у правцуБ., средњи прст у правцукв, а резултујући смер вашег палца биће правац унакрсних производа ова два вектора.

•••Сиед Хуссаин Атхер

У дијаграму изнад, правило десне руке такође показује везу између магнетног поља, магнетне силе и струје кроз жицу. Ово такође показује да унакрсни производ између ове три величине може представљати правило са десне стране јер је унакрсни производ између правца силе и поља једнак правцу струје.

Магнетна поља од око 0,2 до 0,3 тесла се користе у магнетној резонанци, магнетној резонанци. МРИ је метода коју лекари користе за проучавање унутрашњих структура у телу пацијента као што су мозак, зглобови и мишићи. То се обично постиже постављањем пацијента у јако магнетно поље тако да поље пролази дуж осе тела. Ако замислите да је пацијент магнетни соленоид, електричне струје би се омотале око његовог тела и тела магнетно поље би било усмерено у вертикалном смеру у односу на тело, како диктира десна рука правило.

Научници и лекари затим проучавају начине на које протони одступају од свог нормалног поравнања како би проучавали структуре у телу пацијента. Кроз ово, лекари могу постављати сигурне, неинвазивне дијагнозе различитих стања.

Човек не осећа магнетно поље током процеса, већ зато што има толико воде у људском телу, језгра водоника (која су протони) поравнавају се због магнетног поље. МРИ скенер користи магнетно поље из којег протони апсорбују енергију, а када се магнетно поље искључи, протони се враћају у своје нормалне положаје. Уређај затим прати ову промену положаја како би утврдио како су протони поравнати и створио слику унутрашњости тела пацијента.