Magnetfeltintensitet, egenskaper, kilder, eksempler

Han magnetfelt Det er påvirkningen av bevegelige elektriske ladninger på det omkringliggende rommet. Belastninger har alltid elektrisk felt, men bare de i bevegelse kan generere magnetiske effekter.

Eksistensen av magnetisme har vært kjent i lang tid. De gamle grekerne beskrev et mineral som var i stand til å tiltrekke små jernstykker: det var magnette eller magnetittstein.

Figur 1. Magnetittprøve. Kilde: Wikimedia Commons. Rojinegro81 [CC BY-SA 3.0 (https: // creativecommons.Org/lisenser/by-SA/3.0)].

De kloke mennene fra Miletus og Platon tok seg av å registrere de magnetiske effektene i sine forfattere; Forresten, de kjente også statisk elektrisitet.

Men magnetisme assosierte ikke med strøm før det nittende århundre, da Hans Christian Oersted observerte at kompasset ble avledet nær en førertråd som transporterte strøm.

I dag vet vi at strøm og magnetisme er, så å si, to sider av samme valuta.

[TOC]

Magnetfelt i fysikk

I fysikk, begrepet magnetfelt Det er en vektorstørrelse, med en modul (dens numeriske verdi), retning i rom og retning. Det har også to betydninger. Den første er en vektor som noen ganger kalles magnetisk induksjon Og det er betegnet med B.

Enheten til B I det internasjonale systemet med enheter er Tesla, forkortet t. Den andre størrelsen som også kalles magnetfelt er H, også kjent som Magnetfeltintensitet Og hvis enhet er amperio/meter.

Begge størrelsene er proporsjonale, men de er definert på denne måten å ta hensyn til effektene som magnetiske materialer har på åkrene som går gjennom dem.

Hvis et materiale er plassert midt i et eksternt magnetfelt, vil det resulterende feltet avhenge av dette og også av magnetisk respons på materialet. Derfor B og H De er relatert til:

B = μ_mH

Her μ_m  Det er en konstant som avhenger av materialet og har tilstrekkelige enheter slik at ved å multiplisere med H Resultatet er Tesla.

Kjennetegn på et magnetfelt

-Magnetfeltet er en vektorstørrelse, derfor har det størrelse, retning og mening.

-Enhetens magnetfelt B I det internasjonale systemet er det Tesla, forkortet som T, mens H Det er ampere/meter. Andre enheter som ofte vises i litteraturen er Gauss (G) og Oersted.

-Magnetfeltlinjene er alltid lukkede bånd, som etterlater en nordpol og kommer inn i en sørpol. Feltet er alltid tangent til linjene.

-Magnetiske stolper vises alltid i Nord-Sør-paret. Det er ikke mulig å ha en isolert magnetstol.

-Det har alltid sin opprinnelse i bevegelsen av elektriske ladninger.

-Intensiteten er proporsjonal med størrelsen på belastningen eller strømmen som produserer den.

-Magnetfeltstørrelsen avtar med det omvendte til kvadratet på avstanden.

-Magnetfelt kan være konstant eller variabel, både tid og rom.

-Et magnetfelt er i stand til å utøve en magnetisk kraft på en bevegelig belastning eller på en ledning som nåværende transport.

Poles of a Magnet

En stangmagnet har alltid to magnetiske stolper: Nordpolen og Sydpolen. Det er veldig enkelt å bekrefte at polene med like skilt frastøt, mens de av forskjellige typer blir tiltrukket.

Dette er ganske som det som skjer med elektriske kostnader. Det kan også sees at jo nærmere de er, jo større er kraften de tiltrekker seg eller frastøter.

Det kan tjene deg: dverg galakse: trening, evolusjon, egenskaper, eksempler

Stangmagneter har et særegent mønster av feltlinjer. De er lukkede kurver, som forlater Nordpolen og kommer inn i Sydpolen.

Figur 2. Magnetfeltlinjer på en stangmagnet. Kilde: Wikimedia Commons.

Et enkelt eksperiment for å observere disse linjene, består av å spre jernfiler på toppen av et papirark og plassere en søylemagnet nedenfor.

Magnetfeltets intensitet er gitt i henhold til tettheten av feltlinjer. Disse er alltid tettere i nærheten av polene, og strekker seg når vi beveger oss bort fra magneten.

Magneten er også kjent som en magnetisk dipol, der de to stolpene er nettopp nord- og sørmagnetiske stolper.

Men de kan aldri skille seg. Hvis magneten kuttes i to, oppnås to magneter, hver med sine respektive nord- og sørpoller. De isolerte stolpene kalles Magnetiske monopoler, Men til dags dato har ingen vært i stand til å isolere.

Kilder

Du kan snakke om forskjellige magnetfeltkilder. De spenner fra magnetiske mineraler, gjennom selve landet, som oppfører seg som en stor magnet, til du når elektromagneter.

Men sannheten er at hvert magnetfelt har sin opprinnelse i bevegelsen av lastede partikler.

Senere vil vi se at den primære kilden til all magnetisme ligger i de bittesmå strømningene inne i atomet, hovedsakelig de som oppstår på grunn av bevegelsene til elektronene rundt kjernen og for kvanteeffektene som er til stede i atomet.

Imidlertid, når det gjelder dens makroskopiske opprinnelse, kan du tenke på naturlige kilder og kunstige kilder.

Naturlige kilder i prinsippet "slår seg ikke av" er permanente magneter, men det må tas i betraktning at varme ødelegger magnetismen av stoffer.

Når det gjelder kunstige kilder, kan den magnetiske effekten undertrykkes og kontrolleres. Derfor har vi:

-Magneter av naturlig opprinnelse, laget av magnetiske mineraler som magnetitt og maghemittisk, begge jernoksider, for eksempel.

-Elektro- og elektroimansstrømmer.

Magnetiske og elektromagnetiske mineraler

I naturen er det forskjellige forbindelser som viser bemerkelsesverdige magnetiske egenskaper. De er i stand til å tiltrekke seg jern og nikkelstykker, for eksempel så vel som andre magneter.

De nevnte jernoksydene, som magnetitt og maghemita, er eksempler på denne typen stoffer.

De Magnetisk følsomhet Det er parameteren som brukes til å kvantifisere de magnetiske egenskapene til bergartene. De grunnleggende stollende bergartene er den høyeste mottakeligheten, på grunn av det høye magnetittinnholdet.

På den annen side, forutsatt at det er en ledning som er strøm, vil det være et tilknyttet magnetfelt. Her har vi en annen måte å generere et felt, som i dette tilfellet vedtar formen for konsentriske omkretser med ledningen.

Følelsen av sirkulasjon av feltet er gitt av riktig tommelregel. Når tommelen på høyre hånd peker i retning av strømmen, vil de resterende fire fingrene indikere følelsen av feltlinjene er buet.

Figur 3. Høyre tommelregel for å oppnå retningen og betydningen av magnetfeltet. Kilde: Wikimedia Commons.

En elektromagnet er en enhet som produserer magnetisme fra elektriske strømmer. Det har fordelen av å kunne slå av og på når du vil. Når strømmen opphører, forsvinner magnetfeltet. I tillegg kan feltets intensitet også kontrolleres.

Elektromagnes er en del av forskjellige enheter, blant annet er høyttalere, harddisk, motorer og reléer, blant andre.

Kan tjene deg: Høyre håndregel

Magnetisk kraft på en bevegelig lading

Du kan sjekke eksistensen av et magnetfelt B gjennom en elektrisk prøvebelastning -kalt q- Og det beveger seg med hastighet v. For dette utelukkes tilstedeværelsen av elektriske og gravitasjonsfelt i det minste for øyeblikket.

I dette tilfellet er kraften som belastningen opplever q, som er betegnet som F_B, Det skyldes helt påvirkning av feltet. Kvalitativt blir følgende observert:

-Størrelsen på  F_B  Det er proporsjonalt med  q Og med hastigheten v.

-Ja v er parallell med magnetfeltvektoren, størrelsen på F_B Det er null.

-Magnetkraften er vinkelrett på begge deler v som B.

-Endelig er størrelsen på magnetkraften proporsjonal med sin θ, å være θ Vinkelen mellom hastighetsvektoren og magnetfeltvektoren.

Alt det ovennevnte er gyldig for både positive og negative belastninger. Den eneste forskjellen er at betydningen av magnetisk kraft blir reversert.

Disse observasjonene stemmer overens med vektorproduktet mellom to vektorer, slik at magnetkraften opplever av en punktlig belastning q, som beveger seg med hastighet v Midt i et magnetfelt er det:

F_B = q v x B

Hvis modul er:

F_B = q.v.B.sin θ

Figur 4. Regel om høyre hånd for magnetkraften på en positiv punktlig belastning. Kilde: Wikimedia Commons.

Hvordan genereres et magnetfelt?

Det er flere måter, for eksempel:

-Ved hjelp av et passende stoff.

-Passerer en elektrisk strøm gjennom en førertråd.

Men magnetismens opprinnelse i saken forklares ved å huske at den må være assosiert med bevegelse av belastning.

Et elektron som går i bane rundt kjernen er i hovedsak en liten lukket strømkrets, men i stand til å bidra vesentlig til atomets magnetisme. Det er mange elektroner i et stykke magnetisk materiale.

Dette bidraget til atomets magnetisme kalles Orbital magnetisk øyeblikk. Men det er mer, fordi oversettelse ikke er den eneste bevegelsen av elektronet. Dette besitter også Spin's Magnetic Moment, En kvanteeffekt hvis analogi er en elektronrotasjon på sin akse.

Faktisk er Espíns magnetiske øyeblikk den viktigste årsaken til magnetismen til et atom.

Folkens

Magnetfeltet er i stand til å ta i bruk mange former, avhengig av fordelingen av strømmer som har sin opprinnelse. På sin side kan det variere ikke bare i verdensrommet, men også i tid eller begge deler samtidig.

-I nærheten av polene til et elektromagnet er det omtrent konstant felt.

-Også i en magnetventil oppnås en høy intensitet og ensartet felt, med feltlinjene rettet langs den aksiale aksen.

-Jordens magnetfelt er ganske godt for feltet til en stangmagnet, spesielt i overflaten. Videre modifiserer solvinden de elektriske strømningene og deformerer det betydelig.

-En ledning som transporterer strøm har et felt i form av konsentriske omkretser med ledningen.

Når det gjelder om feltet kanskje eller ikke kan variere i tid, har de:

-Statiske magnetfelt, når verken størrelsen eller retningen deres endret seg over tid. Feltet til en stangmagnet er et godt eksempel på denne typen felt. Også de som stammer fra ledninger som transporterer stasjonære strømmer.

-Variable felt over tid, hvis noen av dens egenskaper varierer over tid. En måte å skaffe dem på er fra vekselstrømgeneratorer, som benytter seg av magnetisk induksjonsfenomen. De finnes i mange enheter til vanlig bruk, for eksempel mobiltelefoner.

Kan tjene deg: resulterende vektor: beregning, eksempler, øvelser

Biot-Savart Law

Når det kreves å beregne formen for magnetfeltet produsert ved en fordeling av strømmer, kan biot-spar-loven brukes, oppdaget i 1820 av franske fysikere Jean Marie Biot (1774-1862) og Felix Savart (1791-1841).

For noen nåværende fordelinger med enkle geometrier kan et matematisk uttrykk for magnetfeltvektoren oppnås direkte.

Anta at du har et differensiallengdedrådssegment dl som transporterer en elektrisk strøm Yo. Det vil også antas at ledningen er i et vakuum. Magnetfeltet som produserer denne distribusjonen:

-Avtar med det inverse til kvadratet av avstanden til ledningen.

-Det er proporsjonalt med intensiteten til strømmen Yo som reiser på ledningen.

-Adressen din er tangensiell for radioomkrets r sentrert om ledning og dens betydning er gitt, av høyre tommelregel.

Disse observasjonene er kombinert i følgende uttrykk:Proporsjonalitetskonstanten er Vakuumpermeabilitet μ_enten, som det oppnås:Hvor:

-μ_enten = 4π. 10^-7 T.m/ a 

-dB Det er en magnetfeltdifferensial.

-Yo Det er intensiteten til strømmen som sirkulerer på ledningen.

-r Det er avstanden mellom midten av ledningen og punktet hvor du vil finne feltet.

-dl Det er vektoren hvis størrelse er lengden på differensialsegmentet dl.

-r Det er vektoren som går fra ledningen til det punktet hvor du vil beregne feltet.

Eksempler

Nedenfor er det to eksempler på magnetfelt og deres analytiske uttrykk.

Magnetfelt produsert av en veldig lang rettlinjet ledning

Ved hjelp. Når du gjør integrasjonen langs sjåføren og tar begrensningssaken der dette er veldig lang, resulterer størrelsen på feltet:

 Retningen og retningen til vektor B er indikert med høyre tommelregel, som det kan sees i figur 3.

Felt opprettet av Helmholtz Coil

Helmholtz -spolen er dannet av to identiske og konsentriske sirkulære spoler, som den samme strømmen er bestått. De tjener til å lage omtrent ensartet magnetfelt inne.

Figur 5. Helmholtz spoler opplegg. Kilde: Wikimedia Commons.

Hans størrelse i midten av spolen er:

Og er rettet langs den aksiale aksen. Faktorene i ligningen er:

-N representerer antall svinger på spolene

-Yo Det er størrelsen på strømmen

-μ_enten Det er den magnetiske permeabiliteten til vakuum

-R Det er spolens radius.

Referanser

1. Figueroa, d. (2005). Serier: Fysikk for vitenskap og ingeniørfag. Volum 1. Kinematikk. Redigert av Douglas Figueroa (USB).
2. Magnetfeltintensitet H. Gjenopprettet fra: 230nsc1.PHY-ASTR.GSU.Edu.
3. Kirkpatrick, l. 2007. Fysikk: En titt på verden. 6. forkortet utgave. Cengage Learning.
4. Magnetfelt og magnetiske krefter. Gjenopprettet fra: Fysikk.UCF.Edu.
5. Rex, a. 2011. Fundamentals of Physics. Pearson.
6. Serway, r., Jewett, J. (2008). Fysikk for vitenskap og ingeniørfag. Volum 2. 7. Ed. Cengage Learning.
7. University of Vigo. Eksempler på magnetisme. Hentet fra: Quintans.nettsteder.Uvigo.er