Tartalom
- Mágneses mezők tudománya
- Hogyan lehet meghatározni a mágneses teret?
- Mágnesek típusai
- Mágneses erő
- Mágneses és elektromos mezők
- Mágneses mező kereszttermék
- Mágneses mező a mindennapi életben
••• Syed Hussain Ather
Mágneses mezők írja le, hogy a mágneses erő hogyan oszlik meg az objektumok körül a térben. Általában egy mágneses tárgy esetében a mágneses mező vonalai az objektumok északi pólusától a déli pólusig haladnak, ugyanúgy, mint a Föld mágneses mezőjéhez, a fenti ábra szerint.
Ugyanazt a mágneses erőt, amely miatt a tárgyak tapadnak a hűtőszekrény felületéhez, használják a Föld mágneses mezőjében is, amely megóvja az ózonréteget a káros napsugárzástól. A mágneses mező olyan energiacsomagokat képez, amelyek megakadályozzák az ózonréteg szén-dioxid elvesztését.
Ezt megfigyelheti úgy, hogy mágneses jelenlétben vasdarat, kis por alakú vasdarabot öntsön. Helyezzen mágnest egy darab papír vagy könnyű kendő alá. Öntsük a vaslemezre, és figyeljük meg az általuk kialakított alakokat és formációkat. Határozza meg, hogy milyen mezővonalaknak kell lennie ahhoz, hogy a reszelékek a mágneses mezők fizikája szerint ilyen módon elrendeződjenek és eloszlajanak.
Minél nagyobb az északról délre húzott mágneses mező vonalak sűrűsége, annál nagyobb a mágneses mező nagysága. Ezek az északi és déli pólusok azt is diktálják, hogy a mágneses tárgyak vonzóak-e (északi és déli pólusok között) vagy visszatükröző (azonos pólusok között). A mágneses tereket a Tesla egységben kell mérni, T.
Mágneses mezők tudománya
Mivel a mágneses mezők akkor alakulnak ki, amikor a töltések mozgásban vannak, a mágneses mezőket a vezetékeken át vezető elektromos áram indukálja. A mező lehetővé teszi a mágneses erő potenciális erősségének és irányának leírását az elektromos vezetéken keresztüli áramtól és az áram megtett távolságától függően. A mágneses mező vonalai koncentrikus köröket képeznek a huzalok körül. Ezen mezők irányát a "jobb oldali szabály" segítségével lehet meghatározni.
Ez a szabály azt mondja, hogy ha a jobb hüvelykujját az elektromos áram irányába helyezi egy huzalon keresztül, akkor a kapott mágneses terek a kéz ujjainak görbülésének irányába mutatnak. Nagyobb áram esetén nagyobb mágneses mezőt indukál.
Hogyan lehet meghatározni a mágneses teret?
Különféle példákat használhat a jobb oldali szabály, a mágneses teret, a mágneses erőt és az áramot érintő különböző mennyiségek irányának meghatározására vonatkozó általános szabály. Ez a hüvelykujjszabály sok esetben hasznos az elektromosság és a mágnesesség szempontjából, amint azt a mennyiségek matematikája diktálja.
••• Syed Hussain AtherEz a jobb oldali szabály a mágnesek másik irányába is alkalmazható szolenoid, vagy egy sor elektromos áram, amelyet egy mágnes körül vezetékekbe csomagolnak. Ha a jobb oldali hüvelykujját a mágneses mező irányába mutat, akkor a jobb kéz ujjai körbekerülnek az áram irányába. A mágnesszelepek lehetővé teszik, hogy az elektromos áramokon keresztül felhasználja a mágneses erő erejét.
Amikor egy elektromos töltés elmozdul, a mágneses mező generálódik, amikor az elektronok, amelyek forognak és mozognak, mágneses tárgyakká válnak. Azokat az elemeket, amelyek alapjaikban páratlan elektronok vannak, mint például a vas, a kobalt és a nikkel, úgy lehet igazítani, hogy állandó mágneseket képezzenek. Ezen elemek elektronjai által létrehozott mágneses mező könnyebben áramoltatja az elektromos áramot ezeken az elemeken. Maguk a mágneses mezők is kiiktathatják egymást, ha ellentétes irányban nagyságrendűek.
Az akkumulátoron áramló áram én mágneses teret bocsát ki B sugárban r a Ampères-törvény: B = 2πr μ0 én ahol μ0 a vákuumpermeabilitás mágneses állandója, 1,26 x 10-6 H / m ("Henries méterenként", amelyben Henries az induktivitás mértékegysége). Az áram növelése és a vezetékhez közelebb kerülve növeli az eredményül kapott mágneses teret.
Mágnesek típusai
Ahhoz, hogy egy tárgy mágneses legyen, az objektumot alkotó elektronoknak képesnek kell lenniük arra, hogy szabadon mozoghassanak a tárgy atomjai között és között. Annak érdekében, hogy egy anyag mágneses legyen, az azonos spin nélküli páratlan elektronokkal rendelkező atomok ideális jelöltek, mivel ezek az atomok párosulhatnak egymással, hogy az elektronok szabadon áramolhassanak. Az anyagok tesztelése mágneses terek jelenlétében és az ezeket alkotó atomok mágneses tulajdonságainak vizsgálata megmutathatja a mágnesességüket.
ferromágneseket rendelkezzen ezzel a tulajdonsággal, hogy tartósan mágneses. Paramagnetsezzel szemben a mágneses tulajdonságok nem jelennek meg, kivéve ha mágneses mező jelenlétében az elektronok centrifugálását úgy rendezik fel, hogy szabadon mozoghassanak. Diamagnets olyan atomkompozíciókkal rendelkezzen, hogy őket egyáltalán nem befolyásolják a mágneses mezők, vagy csak a mágneses mezők befolyásolják őket nagyon kis mértékben. Nincsenek vagy csak pár páratlan elektronuk, amelyek lehetővé teszik a töltések áramlását.
A paramágnák azért működnek, mert mindig olyan anyagokból készültek, amelyek mindig rendelkeznek mágneses pillanatok, dipolok néven ismert. Ezek a pillanatok képesek arra, hogy igazodjanak egy külső mágneses mezőhöz, a nem párosított elektronok spinje miatt, amelyek ezeket az anyagokat alkotó atomok keringőpontjaiba lépnek. Mágneses mező jelenlétében az anyagok igazodnak a mágneses erő erőéhez. A paramágneses elemek közé tartozik a magnézium, a molibdén, a lítium és a tantál.
Egy ferromágneses anyagon belül az atomok dipolja állandó, általában a paramágneses anyag hevítése és hűtése eredményeként. Ezáltal ideális jelöltekké válnak az elektromágnesek, motorok, generátorok és transzformátorok számára az elektromos készülékekben történő felhasználáshoz. A diamágnesek ezzel szemben olyan erőt hozhatnak létre, amely lehetővé teszi az elektronok szabad áramlását áram formájában, amely mágneses teret hoz létre, szemben a rájuk alkalmazott mágneses mezővel. Ez kiküszöböli a mágneses teret és megakadályozza, hogy mágnesesvé váljanak.
Mágneses erő
A mágneses mezők meghatározzák, hogy a mágneses erők hogyan oszlanak meg mágneses anyag jelenlétében. Míg az elektromos mezők leírják az elektromos erőt egy elektron jelenlétében, addig a mágneses mezőknek nincs olyan analóg részecskék, amelyeken a mágneses erő leírható. A tudósok elméletük szerint létezhet egy mágneses monopólium, de nem álltak rendelkezésre kísérleti bizonyítékok arra, hogy ezek a részecskék léteznek. Ha léteznének, ezeknek a részecskéknek mágneses "töltése" lenne, ugyanúgy, mint a töltött részecskéknek az elektromos töltése lenne.
A mágneses erő az elektromágneses erő miatt keletkezik, amely erő meghatározza mind a részecskék, mind a tárgyak elektromos és mágneses összetevőit. Ez megmutatja, hogy az elektromos áram ugyanazon jelenségek, mint például az áram és az elektromos térerősség belső tulajdonsága. Az elektron töltése okozza a mágneses mező eltérítését a mágneses erőn keresztül ugyanúgy, mint az elektromos mező és az elektromos erő.
Mágneses és elektromos mezők
Míg csak a mozgó töltött részecskék bocsátanak ki mágneses tereket, és az összes töltött részecskék bocsátanak ki az elektromos tereket, a mágneses és az elektromágneses mezők ugyanabba az alapvető elektromágneses erőbe tartoznak. Az elektromágneses erő a világ minden töltött részecskéje között hat. Az elektromágneses erő a villamos energia és a mágnesesség mindennapi jelenségeinek, például statikus elektromosságnak és az elektromosan töltött kötéseknek, amelyek a molekulákat együtt tartják.
Ez a kémiai reakciók mellett fellépő erő az alapja annak az elektromotoros erőnek, amely lehetővé teszi az áram áramlását az áramkörökön. Ha egy mágneses teret összekapcsolnak egy elektromos mezővel, akkor a kapott terméket elektromágneses mezőnek nevezzük.
A Lorentz erőegyenlet F = qE + qv × B leírja a töltött részecskére kifejtett erőt q mozgás sebességgel v elektromos mező jelenlétében E és a mágneses mező B. Ebben az egyenletben a x között qv és B jelentése a kereszttermék. Az első ciklus qE az elektromos mező hozzájárulása az erőhez, és a második kifejezés qv x B a mágneses mezők hozzájárulása.
A Lorentz-egyenlet azt is megmondja, hogy a töltési sebesség közötti mágneses erő v és a mágneses mező B jelentése qvbsinφ díjért q ahol ϕ ("phi") a szög v és B, amelynek kevesebbnek kell lennie, mint 1_80_ fok. Ha a szög között v és B nagyobb, akkor az ellentétes irányú szöget kell rögzítenie (a kereszttermék meghatározása alapján). Ha _ϕ_ 0, mint a sebesség és a mágneses mező ugyanabban az irányban mutat, akkor a mágneses erő 0 lesz. A részecske továbbra is mozog, anélkül, hogy a mágneses mező elterelné.
Mágneses mező kereszttermék
••• Syed Hussain AtherA fenti ábra a két vektor közötti kereszttermék egy és b jelentése c. Vegye figyelembe a c. A merőleges irányban van egy és b amikor a jobboldali szabály megadja. A jobb oldali szabály azt jelenti, hogy a keletkező kereszttermék iránya van c a hüvelykujj irányából adódik, amikor a jobb mutatóujja a b és a jobb középső ujjad az irányba van egy.
A kereszttermék egy vektorművelet, amelynek eredményeként a vektor merőleges mindkettőre qv és B a három vektor jobb oldali szabálya adja meg, és a vektorok azon paralelogramjának területének nagyságával, amelyet a vektorok qv és B span. A jobb oldali szabály azt jelenti, hogy meghatározhatja a kereszttermék irányát qv és B a jobb mutatóujj irányába B, a középső ujját a. irányba qv, és a hüvelykujj ebből adódó iránya e két vektor kereszttermék-iránya lesz.
A fenti ábrán a jobb oldali szabály a mágneses mező, a mágneses erő és a huzalon átáramló áram kapcsolatát is bemutatja. Ez azt is mutatja, hogy a három mennyiség közötti kereszttermék képviselheti a jobboldali szabályt, mivel az erő és a mező iránya közötti kereszttermék megegyezik az áramok irányával.
Mágneses mező a mindennapi életben
A mágneses rezonancia képalkotás során az MRI körülbelül 0,2-0,3 tesla mágneses teret használnak. Az MRI egy módszer, amelyet az orvosok használnak a beteg testének belső struktúráinak, például az agy, az ízületek és az izmok tanulmányozására. Ezt általában úgy végezzük, hogy a beteget egy erős mágneses mezőbe helyezzük úgy, hogy a mező a test tengelye mentén futjon. Ha elképzeljük, hogy a beteg mágneses mágnesszelep, akkor az elektromos áramok körbekerülnek a testén, és a mágneses teret függőleges irányba kell irányítani a testhez viszonyítva, amint azt a jobb oldali szabály diktálja.
A tudósok és az orvosok ezután megvizsgálják, hogy a protonok hogyan térnek el a normális beállítódástól, hogy megvizsgálják a beteg testének szerkezetét. Ezen keresztül az orvosok biztonságos, nem invazív diagnosztizálást végezhetnek különféle állapotokról.
Az ember nem érzi a mágneses teret a folyamat során, de mivel az emberi testben annyi víz van, a hidrogén atomok (amelyek protonok) igazodnak egymáshoz a mágneses mező miatt.Az MRI szkenner mágneses teret használ, amelyen a protonok elnyelik az energiát, és ha a mágneses teret kikapcsolják, a protonok visszatérnek normál helyzetükbe. Ezután a készülék nyomon követi ezt a helyzetváltozást, hogy meghatározza, hogy a protonok hogyan igazodnak, és képet alkotjon a beteg testének belső oldaláról.