สนามแม่เหล็กทำงานอย่างไร?

สำหรับวัตถุแม่เหล็ก เส้นสนามแม่เหล็กเดินทางจากเหนือจรดใต้ของวัตถุในลักษณะเดียวกับที่เส้นสนามแม่เหล็กรอบโลกทำ

•••Syed Hussain Ather A

สนามแม่เหล็กอธิบายว่าแรงแม่เหล็กกระจายผ่านช่องว่างรอบวัตถุอย่างไร โดยทั่วไป สำหรับวัตถุที่เป็นแม่เหล็ก เส้นสนามแม่เหล็กจะเดินทางจากขั้วเหนือของวัตถุไปยังขั้วใต้ เช่นเดียวกับที่ทำกับสนามแม่เหล็กโลก ดังที่แสดงในแผนภาพด้านบน

แรงแม่เหล็กแบบเดียวกับที่ทำให้วัตถุเกาะติดกับพื้นผิวตู้เย็นนั้นถูกใช้ในสนามแม่เหล็กของโลกที่ปกป้องชั้นโอโซนจากลมสุริยะที่เป็นอันตราย สนามแม่เหล็กก่อให้เกิดแพ็คเก็ตพลังงานที่ป้องกันไม่ให้ชั้นโอโซนสูญเสียคาร์บอนไดออกไซด์

คุณสามารถสังเกตสิ่งนี้ได้โดยการเทตะไบเหล็ก เหล็กชิ้นเล็กๆ ที่มีลักษณะคล้ายผง ต่อหน้าแม่เหล็ก วางแม่เหล็กไว้ใต้แผ่นกระดาษหรือผ้าบางๆ เทตะไบเหล็กและสังเกตรูปร่างและรูปร่างของตะไบเหล็ก กำหนดเส้นสนามที่จะต้องมีเพื่อให้เกิดการตะไบเพื่อจัดเรียงและกระจายตัวเองเช่นนี้ตามฟิสิกส์ของสนามแม่เหล็ก

ยิ่งความหนาแน่นของเส้นสนามแม่เหล็กที่ลากจากเหนือลงใต้มากเท่าใด ขนาดของสนามแม่เหล็กก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ขั้วเหนือและขั้วใต้เหล่านี้ยังกำหนดว่าวัตถุที่เป็นแม่เหล็กดึงดูด (ระหว่างขั้วเหนือและขั้วใต้) หรือน่ารังเกียจ (ระหว่างขั้วที่เหมือนกัน) สนามแม่เหล็กวัดเป็นหน่วยของเทสลาตู่​.

วิทยาศาสตร์สนามแม่เหล็ก

เนื่องจากสนามแม่เหล็กก่อตัวขึ้นเมื่อใดก็ตามที่ประจุมีการเคลื่อนที่ สนามแม่เหล็กจึงถูกเหนี่ยวนำจากกระแสไฟฟ้าผ่านสายไฟ สนามจะให้วิธีการอธิบายความแรงและทิศทางที่อาจเกิดขึ้นของแรงแม่เหล็กโดยขึ้นอยู่กับกระแสผ่านสายไฟฟ้าและระยะทางที่กระแสเดินทาง เส้นสนามแม่เหล็กก่อตัวเป็นวงกลมศูนย์กลางรอบเส้นลวด ทิศทางของฟิลด์เหล่านี้สามารถกำหนดได้โดยใช้ "กฎมือขวา"

กฎข้อนี้บอกคุณว่า หากคุณวางนิ้วโป้งขวาไปในทิศทางของกระแสไฟฟ้าผ่านเส้นลวด สนามแม่เหล็กที่ได้จะเป็นไปในทิศทางที่นิ้วของมือคุณม้วนงอ ด้วยกระแสที่มากขึ้น จะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กมากขึ้น

คุณจะกำหนดสนามแม่เหล็กได้อย่างไร?

คุณสามารถใช้ตัวอย่างต่างๆ ของกฎมือขวาซึ่งเป็นกฎทั่วไปในการกำหนดทิศทางของปริมาณต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับสนามแม่เหล็ก แรงแม่เหล็ก และกระแส กฎง่ายๆนี้มีประโยชน์ในหลายกรณีในด้านไฟฟ้าและแม่เหล็กตามที่กำหนดโดยคณิตศาสตร์ของปริมาณ

กฎมือขวาสำหรับสนามแม่เหล็กระบุว่าสนามแม่เหล็กเคลื่อนที่ไปในทิศทางที่นิ้วมือขวาของคุณม้วนงอเมื่อคุณวางนิ้วโป้งของคุณไปในทิศทางของกระแสไฟฟ้า

•••Syed Hussain Ather A

กฎมือขวานี้ยังสามารถนำไปใช้ในอีกทิศทางหนึ่งสำหรับแม่เหล็กโซลินอยด์หรือชุดของกระแสไฟฟ้าที่พันด้วยสายไฟรอบๆ แม่เหล็ก หากคุณชี้นิ้วโป้งมือขวาไปในทิศทางของสนามแม่เหล็ก นิ้วมือขวาของคุณจะพันตามทิศทางของกระแสไฟฟ้า โซลินอยด์ช่วยให้คุณควบคุมพลังของสนามแม่เหล็กผ่านกระแสไฟฟ้า

สำหรับโซลินอยด์ กระแสวนเป็นสนามแม่เหล็ก สิ่งนี้ยังเป็นไปตามกฎของมือขวา

•••Syed Hussain Ather A

เมื่อประจุไฟฟ้าเดินทาง สนามแม่เหล็กจะสร้างเมื่ออิเล็กตรอนที่หมุนและเคลื่อนที่ไปรอบๆ กลายเป็นวัตถุแม่เหล็กด้วยตัวมันเอง องค์ประกอบที่มีอิเลคตรอนที่ไม่คู่กันในสภาพพื้นดิน เช่น เหล็ก โคบอลต์ และนิกเกิล สามารถจัดตำแหน่งในลักษณะที่เป็นแม่เหล็กถาวรได้ สนามแม่เหล็กที่เกิดจากอิเล็กตรอนขององค์ประกอบเหล่านี้ทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านองค์ประกอบเหล่านี้ได้ง่ายขึ้น สนามแม่เหล็กเองก็สามารถหักล้างซึ่งกันและกันได้หากมีขนาดเท่ากันในทิศทางตรงกันข้าม

กระแสไฟไหลผ่านแบตเตอรี่ผมให้สนามแม่เหล็กบีที่รัศมีrตามสมการของกฎของแอมแปร์​:

B=2\pi r\mu_0 ฉัน

ที่ไหนμ0 คือ ค่าคงตัวแม่เหล็กของการซึมผ่านของสุญญากาศ1.26 x 10-6 H/m("เฮนรีต่อเมตร" โดยที่เฮนรีส์เป็นหน่วยของการเหนี่ยวนำ) การเพิ่มกระแสและการเข้ามาใกล้เส้นลวดจะเพิ่มสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้น

ประเภทของแม่เหล็ก

เพื่อให้วัตถุเป็นแม่เหล็ก อิเล็กตรอนที่ประกอบเป็นวัตถุจะต้องสามารถเคลื่อนที่ไปมาได้อย่างอิสระและระหว่างอะตอมในวัตถุ สำหรับวัสดุที่จะเป็นแม่เหล็ก อะตอมที่มีอิเลคตรอนแบบไม่มีคู่ของสปินเดียวกันเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุด เนื่องจากอะตอมเหล่านี้สามารถจับคู่กันเพื่อให้อิเล็กตรอนไหลได้อย่างอิสระ การทดสอบวัสดุในที่ที่มีสนามแม่เหล็กและการตรวจสอบคุณสมบัติทางแม่เหล็กของอะตอมที่ทำให้วัสดุเหล่านี้สามารถบอกคุณเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กของพวกมันได้

เฟอร์โรแม่เหล็กมีคุณสมบัตินี้เป็นแม่เหล็กถาวรพาราแมกเนติกในทางตรงกันข้าม จะไม่แสดงสมบัติทางแม่เหล็ก เว้นแต่ในที่ที่มีสนามแม่เหล็กเพื่อเรียงสปินของอิเล็กตรอนขึ้นเพื่อให้สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระไดอะแมกเนตมีองค์ประกอบอะตอมที่ไม่ได้รับผลกระทบจากสนามแม่เหล็กเลยหรือได้รับผลกระทบจากสนามแม่เหล็กเพียงเล็กน้อยเท่านั้น พวกมันมีอิเลคตรอนที่ไม่มีคู่หรือไม่กี่ตัวเพื่อให้ประจุไหลผ่านได้

Paramagnets ทำงานได้เพราะทำจากวัสดุที่มีอยู่เสมอช่วงเวลาแม่เหล็กเรียกว่าไดโพล ช่วงเวลาเหล่านี้เป็นความสามารถในการปรับให้เข้ากับสนามแม่เหล็กภายนอกเนื่องจากการหมุนของอิเล็กตรอนที่ไม่คู่กันในออร์บิทัลของอะตอมที่สร้างวัสดุเหล่านี้ เมื่อมีสนามแม่เหล็ก วัสดุจะเรียงตัวกันเพื่อต้านแรงของสนามแม่เหล็ก องค์ประกอบที่เป็นพาราแมกเนติก ได้แก่ แมกนีเซียม โมลิบดีนัม ลิเธียม และแทนทาลัม

ภายในวัสดุที่เป็นเฟอร์โรแมกเนติก ไดโพลของอะตอมจะคงอยู่ถาวร โดยปกติแล้วเป็นผลมาจากความร้อนและความเย็นของวัสดุพาราแมกเนติก ทำให้เหมาะสำหรับแม่เหล็กไฟฟ้า มอเตอร์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า และหม้อแปลงไฟฟ้าสำหรับใช้ในอุปกรณ์ไฟฟ้า ในทางตรงกันข้าม Diamagnets สามารถสร้างแรงที่ทำให้อิเล็กตรอนไหลได้อย่างอิสระในรูปของกระแสที่สร้างสนามแม่เหล็กตรงข้ามกับสนามแม่เหล็กใดๆ ที่ใช้กับพวกมัน สิ่งนี้จะยกเลิกสนามแม่เหล็กและป้องกันไม่ให้สนามแม่เหล็กกลายเป็นแม่เหล็ก

แรงแม่เหล็ก

สนามแม่เหล็กกำหนดวิธีการกระจายแรงแม่เหล็กเมื่อมีวัสดุแม่เหล็ก ในขณะที่สนามไฟฟ้าอธิบายแรงไฟฟ้าเมื่อมีอิเล็กตรอน สนามแม่เหล็กไม่มีอนุภาคที่คล้ายคลึงกันดังกล่าวที่จะอธิบายแรงแม่เหล็ก นักวิทยาศาสตร์ได้ตั้งทฤษฎีว่าอาจมีแม่เหล็กโมโนโพล แต่ไม่มีหลักฐานการทดลองที่แสดงว่าอนุภาคเหล่านี้มีอยู่จริง ถ้าพวกมันมีอยู่จริง อนุภาคเหล่านี้จะมี "ประจุ" แม่เหล็กแบบเดียวกับที่อนุภาคที่มีประจุมีประจุไฟฟ้า

แรงแม่เหล็กเป็นผลมาจากแรงแม่เหล็กไฟฟ้า แรงที่อธิบายส่วนประกอบทางไฟฟ้าและแม่เหล็กของอนุภาคและวัตถุ สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าแม่เหล็กภายในเป็นอย่างไรต่อปรากฏการณ์เดียวกันของไฟฟ้า เช่น กระแสและสนามไฟฟ้า ประจุของอิเล็กตรอนเป็นสาเหตุที่ทำให้สนามแม่เหล็กเบี่ยงเบนมันผ่านแรงแม่เหล็กในลักษณะเดียวกับที่สนามไฟฟ้าและแรงไฟฟ้าทำ

สนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า

ในขณะที่มีเพียงอนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่เท่านั้นที่ปล่อยสนามแม่เหล็ก และอนุภาคที่มีประจุทั้งหมดจะปล่อยออก สนามไฟฟ้า สนามแม่เหล็ก และสนามแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นส่วนหนึ่งของแรงพื้นฐานเดียวกันของ แม่เหล็กไฟฟ้า แรงแม่เหล็กไฟฟ้ากระทำระหว่างอนุภาคที่มีประจุทั้งหมดในจักรวาล แรงแม่เหล็กไฟฟ้าอยู่ในรูปแบบของปรากฏการณ์ในชีวิตประจำวันในด้านไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก เช่น ไฟฟ้าสถิตย์และพันธะที่มีประจุไฟฟ้าที่ยึดโมเลกุลไว้ด้วยกัน

แรงนี้ควบคู่ไปกับปฏิกิริยาเคมียังเป็นพื้นฐานสำหรับแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ทำให้กระแสไหลผ่านวงจร เมื่อสนามแม่เหล็กถูกมองว่าพันกับสนามไฟฟ้า ผลลัพธ์ที่ได้จะเรียกว่าสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

สมการกำลังลอเรนซ์

F=qE+qv\ครั้ง B

อธิบายแรงบนอนุภาคที่มีประจุqเคลื่อนที่ด้วยความเร็ววีต่อหน้าสนามไฟฟ้า electricอีและสนามแม่เหล็กบี. ในสมการนี้xระหว่างqvและบีแสดงถึงการข้ามผลิตภัณฑ์ เทอมแรกqEคือการมีส่วนร่วมของสนามไฟฟ้าต่อแรง และเทอมที่สองqv x Bคือการมีส่วนร่วมของสนามแม่เหล็ก

สมการลอเรนซ์ยังบอกคุณด้วยว่าแรงแม่เหล็กระหว่างความเร็วของประจุวีและสนามแม่เหล็กบีคือqvbsinϕสำหรับค่าใช้จ่ายqที่ไหนϕ("phi") คือมุมระหว่างวีและบีซึ่งต้องน้อยกว่า 180องศา ถ้ามุมระหว่างวีและบีมากกว่านั้น คุณควรใช้มุมในทิศทางตรงกันข้ามเพื่อแก้ไขปัญหานี้ (จากนิยามของผลคูณไขว้) ถ้าϕคือ 0 ในขณะที่ความเร็วและสนามแม่เหล็กชี้ไปในทิศทางเดียวกัน แรงแม่เหล็กจะเป็น 0 อนุภาคจะเคลื่อนที่ต่อไปโดยไม่ถูกเบี่ยงเบนจากสนามแม่เหล็ก

ผลิตภัณฑ์ข้ามสนามแม่เหล็ก Field

ผลคูณของเวกเตอร์สองตัว a และ b คือเวกเตอร์ที่เป็นผลลัพธ์ c C ตั้งฉากกับ a และ b โดยมีขนาดเท่ากับพื้นที่ของสี่เหลี่ยมด้านขนานที่ a และ b สร้างขึ้น

•••Syed Hussain Ather A

ในแผนภาพด้านบน ผลคูณระหว่างเวกเตอร์สองตัวและคือ. สังเกตทิศทางและขนาดของ. อยู่ในทิศตั้งฉากกับและเมื่อกำหนดโดยกฎมือขวา กฎมือขวาหมายถึงทิศทางของผลคูณที่ได้ resultingถูกกำหนดโดยทิศทางของนิ้วหัวแม่มือของคุณเมื่อนิ้วชี้ขวาของคุณอยู่ในทิศทางของและนิ้วกลางขวาของคุณอยู่ในทิศทางของ​.

ผลคูณเป็นการดำเนินการเวกเตอร์ซึ่งส่งผลให้เวกเตอร์ตั้งฉากกับทั้งสองqvและบีกำหนดโดยกฎมือขวาของเวกเตอร์ทั้งสามและด้วยขนาดของพื้นที่ของสี่เหลี่ยมด้านขนานที่เวกเตอร์qvและบีช่วง กฎมือขวาหมายความว่าคุณสามารถกำหนดทิศทางของผลิตภัณฑ์ข้ามระหว่างqvและบีโดยวางนิ้วชี้ขวาไปในทิศทางของบี, นิ้วกลางของคุณไปในทิศทางของqvและทิศทางผลลัพธ์ของนิ้วโป้งของคุณจะเป็นทิศทางผลคูณของเวกเตอร์สองตัวนี้

กฎมือขวายังสามารถนำไปใช้กับสนามแม่เหล็ก แรงแม่เหล็ก และกระแสได้อีกด้วย

•••Syed Hussain Ather A

ในแผนภาพด้านบน กฎมือขวายังแสดงความสัมพันธ์ระหว่างสนามแม่เหล็ก แรงแม่เหล็ก และกระแสผ่านเส้นลวด นอกจากนี้ยังแสดงผลคูณระหว่างปริมาณทั้งสามนี้สามารถแสดงถึงกฎมือขวาเนื่องจากผลคูณระหว่างทิศทางของแรงกับสนามเท่ากับทิศทางของกระแส

สนามแม่เหล็กในชีวิตประจำวัน

สนามแม่เหล็กประมาณ 0.2 ถึง 0.3 เทสลาถูกใช้ใน MRI, การถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก MRI เป็นวิธีการที่แพทย์ใช้ในการศึกษาโครงสร้างภายในร่างกายของผู้ป่วย เช่น สมอง ข้อต่อ และกล้ามเนื้อ โดยทั่วไปจะทำโดยการวางผู้ป่วยไว้ในสนามแม่เหล็กแรงสูงเพื่อให้สนามวิ่งไปตามแกนของร่างกาย หากคุณจินตนาการว่าผู้ป่วยเป็นโซลินอยด์แม่เหล็ก กระแสไฟฟ้าจะพันรอบร่างกายของเขาหรือเธอและ สนามแม่เหล็กจะถูกชี้นำในแนวตั้งโดยสัมพันธ์กับร่างกายตามที่กำหนดโดยมือขวา กฎ

นักวิทยาศาสตร์และแพทย์ได้ศึกษาวิธีที่โปรตอนเบี่ยงเบนไปจากการจัดตำแหน่งปกติเพื่อศึกษาโครงสร้างภายในร่างกายของผู้ป่วย ด้วยวิธีนี้ แพทย์สามารถวินิจฉัยสภาวะต่างๆ ได้อย่างปลอดภัยและไม่รุกราน

บุคคลนั้นไม่รู้สึกถึงสนามแม่เหล็กระหว่างกระบวนการ แต่เนื่องจากมีน้ำมาก ในร่างกายมนุษย์ นิวเคลียสของไฮโดรเจน (ซึ่งเป็นโปรตอน) จะเรียงตัวกันเนื่องจากสนามแม่เหล็ก สนาม เครื่องสแกน MRI ใช้สนามแม่เหล็กที่โปรตอนดูดซับพลังงาน และเมื่อปิดสนามแม่เหล็ก โปรตอนจะกลับสู่ตำแหน่งปกติ จากนั้นอุปกรณ์จะติดตามการเปลี่ยนแปลงในตำแหน่งนี้เพื่อกำหนดว่าโปรตอนอยู่ในแนวเดียวกันและสร้างภาพภายในร่างกายของผู้ป่วยอย่างไร

  • แบ่งปัน
instagram viewer