Manyetik Alanlar Nasıl Çalışır?

•••Seyit Hüseyin Ather

​Manyetik alanlarManyetik kuvvetin nesneler etrafında uzayda nasıl dağıldığını açıklar. Genel olarak, manyetik olan bir nesne için, manyetik alan çizgileri, yukarıdaki şemada gösterildiği gibi, tıpkı Dünya'nın manyetik alanı için olduğu gibi, nesnenin kuzey kutbundan güney kutbuna doğru hareket eder.

Nesneleri buzdolabı yüzeylerine yapıştıran aynı manyetik kuvvet, ozon tabakasını zararlı güneş rüzgarlarından koruyan Dünya'nın manyetik alanında da kullanılır. Manyetik alan, ozon tabakasının karbondioksit kaybetmesini önleyen enerji paketleri oluşturur.

Bunu, bir manyetik varlığında küçük toz benzeri demir parçaları olan demir talaşları dökerek gözlemleyebilirsiniz. Bir parça kağıdın veya hafif bir bez parçasının altına bir mıknatıs yerleştirin. Demir tozlarını dökün ve aldıkları şekil ve oluşumları gözlemleyin. Talaşların manyetik alan fiziğine göre kendilerini bu şekilde düzenlemelerine ve dağıtmalarına neden olmak için hangi alan çizgilerinin olması gerektiğini belirleyin.

Kuzeyden güneye doğru çizilen manyetik alan çizgilerinin yoğunluğu arttıkça, manyetik alanın büyüklüğü de artar. Bu kuzey ve güney kutupları ayrıca manyetik nesnelerin çekici (kuzey ve güney kutupları arasında) veya itici (aynı kutuplar arasında) olup olmadığını da belirler. Manyetik alanlar Tesla birimleriyle ölçülür,T​.

Yükler hareket halindeyken manyetik alanlar oluştuğundan, manyetik alanlar teller aracılığıyla elektrik akımından kaynaklanır. Alan size bir elektrik telinden geçen akıma ve akımın kat ettiği mesafeye bağlı olarak manyetik kuvvetin potansiyel gücünü ve yönünü tanımlamanın bir yolunu verir. Manyetik alan çizgileri, tellerin etrafında eşmerkezli daireler oluşturur. Bu alanların yönü "sağ el kuralı" ile belirlenebilir.

Bu kural size, sağ baş parmağınızı bir telden geçen elektrik akımı yönünde yerleştirirseniz, ortaya çıkan manyetik alanların elinizin parmaklarının kıvrılma yönünde olduğunu söyler. Daha büyük akımla, daha büyük manyetik alan indüklenir.

Farklı örneklerden yararlanabilirsiniz.sağ el kuralı, manyetik alan, manyetik kuvvet ve akım içeren farklı niceliklerin yönünü belirlemek için genel bir kural. Bu temel kural, niceliklerin matematiği tarafından belirlendiği gibi, elektrik ve manyetizmayla ilgili birçok durumda yararlıdır.

•••Seyit Hüseyin Ather

Bu sağ el kuralı, bir manyetik için diğer yönde de uygulanabilir.solenoidveya bir mıknatısın etrafına tellerle sarılmış bir dizi elektrik akımı. Sağ el başparmağınızı manyetik alan yönünde işaret ederseniz, sağ el parmaklarınız elektrik akımı yönünde sarılır. Solenoidler, elektrik akımları yoluyla manyetik alanın gücünü kullanmanıza izin verir.

•••Seyit Hüseyin Ather

Bir elektrik yükü hareket ettiğinde, dönen ve hareket eden elektronların kendileri manyetik nesneler haline geldiğinde, manyetik alan oluşur. Demir, kobalt ve nikel gibi temel hallerinde eşleşmemiş elektronları olan elementler, kalıcı mıknatıslar oluşturacak şekilde hizalanabilirler. Bu elementlerin elektronları tarafından üretilen manyetik alan, elektrik akımının bu elementlerden daha kolay geçmesini sağlar. Manyetik alanların kendileri de zıt yönlerde büyüklükleri eşitse birbirlerini iptal edebilirler.

Bir pilden geçen akımbenmanyetik alan verirByarıçaptardenklemine göreAmpere yasası​:

neredeμ​₀ vakum geçirgenliğinin manyetik sabitidir,1.26 x 10^-6 h/dk("Metre başına Henry", burada Henries endüktans birimidir). Hem akımı artırmak hem de tele yaklaşmak oluşan manyetik alanı arttırır.

Bir nesnenin manyetik olması için, nesneyi oluşturan elektronların nesnedeki atomlar arasında ve çevresinde serbestçe hareket edebilmesi gerekir. Bir malzemenin manyetik olması için, aynı dönüşe sahip eşleşmemiş elektronlara sahip atomlar ideal adaylardır, çünkü bu atomlar elektronların serbestçe akmasına izin vermek için birbirleriyle eşleşebilir. Malzemeleri manyetik alanların varlığında test etmek ve bu malzemeleri oluşturan atomların manyetik özelliklerini incelemek size onların manyetizmaları hakkında bilgi verebilir.

​ferromıknatıslarkalıcı olarak manyetik oldukları bu özelliğe sahipler.Paramagnetleraksine, elektronların dönüşlerini serbestçe hareket edebilmeleri için hizalayacak bir manyetik alan olmadığı sürece manyetik özellikler göstermez.Diamagnetlermanyetik alanlardan hiç etkilenmeyecek veya manyetik alanlardan çok az etkilenecek şekilde atomik bileşimleri vardır. Yüklerin geçmesine izin vermek için eşlenmemiş elektronları yoktur veya çok azdır.

Paramagnetler çalışır çünkü her zamanmanyetik anlar, dipol olarak bilinir. Bu momentler, bu malzemeleri oluşturan atomların yörüngelerindeki eşleşmemiş elektronların dönüşü nedeniyle harici bir manyetik alanla hizalanma yetenekleridir. Bir manyetik alanın varlığında, malzemeler manyetik alanın kuvvetine karşı koymak için hizalanır. Paramanyetik elementler arasında magnezyum, molibden, lityum ve tantal bulunur.

Ferromanyetik bir malzeme içinde, atomların dipolü, genellikle paramanyetik malzemenin ısıtılması ve soğutulmasının bir sonucu olarak kalıcıdır. Bu onları elektrikli cihazlarda kullanım için elektromıknatıslar, motorlar, jeneratörler ve transformatörler için ideal adaylar haline getirir. Diamagnetler, aksine, elektronların akım şeklinde serbestçe akmasına izin veren bir kuvvet üretebilir ve bu da onlara uygulanan herhangi bir manyetik alana zıt bir manyetik alan oluşturur. Bu, manyetik alanı iptal eder ve manyetik olmalarını engeller.

Manyetik alanlar, manyetik malzemenin varlığında manyetik kuvvetlerin nasıl dağıtılabileceğini belirler. Elektrik alanları bir elektronun varlığında elektrik kuvvetini tanımlarken, manyetik alanlarda manyetik kuvveti tanımlayacak böyle bir benzer parçacık yoktur. Bilim adamları, manyetik bir monopolün var olabileceğini teorileştirdiler, ancak bu parçacıkların var olduğunu gösteren deneysel bir kanıt yok. Eğer var olsalardı, bu parçacıkların manyetik bir "yükü" olurdu, tıpkı yüklü parçacıkların elektrik yükleri olduğu gibi.

Manyetik kuvvet, parçacıkların ve nesnelerin hem elektriksel hem de manyetik bileşenlerini tanımlayan kuvvet olan elektromanyetik kuvvetten kaynaklanır. Bu, akım ve elektrik alanı gibi aynı elektrik fenomenine özgü manyetizmanın nasıl olduğunu gösterir. Bir elektronun yükü, manyetik alanın, onu elektrik alanı ve elektrik kuvvetinin yaptığı gibi manyetik kuvvet yoluyla saptırmasına neden olan şeydir.

Yalnızca hareketli yüklü parçacıklar manyetik alan yayarken, tüm yüklü parçacıklar manyetik alan yayar. elektrik alanları, manyetik ve elektromanyetik alanlar aynı temel kuvvetin parçalarıdır. elektromanyetizma. Elektromanyetik kuvvet, evrendeki tüm yüklü parçacıklar arasında hareket eder. Elektromanyetik kuvvet, statik elektrik ve molekülleri bir arada tutan elektrik yüklü bağlar gibi elektrik ve manyetizmadaki günlük fenomenlerin şeklini alır.

Kimyasal reaksiyonların yanı sıra bu kuvvet, akımın devrelerden akmasına izin veren elektromotor kuvvetin temelini oluşturur. Bir manyetik alan, bir elektrik alanı ile iç içe geçtiğinde ortaya çıkan ürün, elektromanyetik alan olarak bilinir.

Lorentz kuvvet denklemi​

yüklü bir parçacık üzerindeki kuvveti tanımlarqhızla hareket etmekvbir elektrik alanı varlığındaEve manyetik alanB. Bu denklemdexarasındaqvveBçapraz ürünü temsil eder. ilk dönemqEelektrik alanın kuvvete katkısı ve ikinci terimqv x Bmanyetik alanın katkısıdır.

Lorentz denklemi ayrıca size şarj hızı arasındaki manyetik kuvvetin de olduğunu söyler.vve manyetik alanBdır-dirqvbsinϕbir ücret karşılığındaqneredeϕ("phi") arasındaki açıdırvveB1'den küçük olması gereken80derece. arasındaki açı isevveBdaha büyükse, bunu düzeltmek için açıyı ters yönde kullanmalısınız (bir çapraz ürün tanımından). Eğerϕ0 olduğu gibi, hız ve manyetik alan noktası aynı yönde, manyetik kuvvet 0 olacaktır. Parçacık, manyetik alan tarafından saptırılmadan hareket etmeye devam edecektir.

•••Seyit Hüseyin Ather

Yukarıdaki diyagramda, iki vektör arasındaki çapraz çarpımbirvebdır-dirc. yönünü ve büyüklüğünü not edin.c. Bu, dik yöndebirvebsağ el kuralı tarafından verildiğinde. Sağ el kuralı, elde edilen çapraz ürünün yönü anlamına gelir.csağ işaret parmağınız yönündeyken başparmağınızın yönü verilir.bve sağ orta parmağınız yönündebir​.

Çapraz çarpım, vektörün her ikisine de dik olmasıyla sonuçlanan bir vektör işlemidir.qvveBüç vektörün sağ kuralıyla ve vektörlerin oluşturduğu paralelkenarın alanının büyüklüğü ile verilir.qvveBaçıklık. Sağ el kuralı, arasındaki çapraz ürünün yönünü belirleyebileceğiniz anlamına gelir.qvveBsağ işaret parmağınızı yönüne yerleştirerekB, orta parmağınız yönündeqv, ve baş parmağınızın sonuçtaki yönü, bu iki vektörün çapraz çarpım yönü olacaktır.

•••Seyit Hüseyin Ather

Yukarıdaki şemada, sağ el kuralı manyetik alan, manyetik kuvvet ve bir telden geçen akım arasındaki ilişkiyi de gösterir. Bu aynı zamanda, kuvvetin yönü ile alan arasındaki çapraz ürün akımın yönüne eşit olduğundan, bu üç miktar arasındaki çapraz ürünün sağ el kuralını temsil edebileceğini gösterir.

Manyetik rezonans görüntüleme olan MRI'da yaklaşık 0,2 ila 0,3 tesla'lık manyetik alanlar kullanılır. MRI, doktorların hastanın vücudundaki beyin, eklemler ve kaslar gibi iç yapıları incelemek için kullandıkları bir yöntemdir. Bu genellikle hastayı, alan vücudun ekseni boyunca ilerleyecek şekilde güçlü bir manyetik alan içine yerleştirerek yapılır. Hastanın manyetik bir solenoid olduğunu hayal ederseniz, elektrik akımları vücudunu sarar ve manyetik alan, sağ el tarafından belirtildiği gibi vücuda göre dikey yönde yönlendirilecektir. kural.

Bilim adamları ve doktorlar daha sonra bir hastanın vücudundaki yapıları incelemek için protonların normal hizalamalarından sapma yollarını inceler. Bu sayede doktorlar, çeşitli koşulların güvenli, invaziv olmayan teşhislerini yapabilirler.

Kişi işlem sırasında manyetik alanı hissetmez, ancak çok fazla su olduğu için insan vücudunda, hidrojen çekirdekleri (protonlar) manyetik etki nedeniyle kendilerini hizalarlar. alan. MRI tarayıcı, protonların enerjiyi emdiği bir manyetik alan kullanır ve manyetik alan kapatıldığında protonlar normal konumlarına döner. Cihaz daha sonra protonların nasıl hizalandığını belirlemek ve hastanın vücudunun içinin bir görüntüsünü oluşturmak için bu değişikliği pozisyonda izler.