Зміст
- Наука про магнітні поля
- Як визначити магнітне поле?
- Види магнітів
- Магнітна сила
- Магнітні та електричні поля
- Перехресний продукт магнітного поля
- Магнітне поле у повсякденному житті
Магнітні поля опишіть, як магнітна сила розподіляється через простір навколо предметів. Як правило, для об'єкта, який має магнітний характер, лінії магнітного поля рухаються від об'єктів північний полюс до південного полюсу, як і для магнітного поля Землі, як показано на схемі вище.
Та ж магнітна сила, яка змушує предмети прилипати до поверхонь холодильника, використовується в магнітному полі Землі, що захищає озоновий шар від шкідливого сонячного вітру. Магнітне поле утворює пакети енергії, які запобігають втраті озоновим шаром вуглекислого газу.
Це можна спостерігати, наливаючи залізні плівки, невеликі порошкоподібні шматочки заліза, за наявності магніту. Покладіть магніт під аркуш паперу або легкий аркуш тканини. Налийте залізні начинки і спостерігайте за формами та утвореннями, які вони приймають. Визначте, які поля поля повинні бути, щоб викликати впорядкування впорядковуватись та розподілятись таким чином відповідно до фізики магнітних полів.
Чим більше щільність ліній магнітного поля, проведених з півночі на південь, тим більше величина магнітного поля. Ці північний і південний полюси також диктують, чи магнітні об'єкти привабливі (між північним і південним полюсами) або відштовхувальні (між однаковими полюсами). Магнітні поля вимірюються в одиницях Тесла, Т.
Наука про магнітні поля
Оскільки магнітні поля утворюються, коли заряди перебувають у русі, магнітні поля індукуються від електричного струму по дротах. Поле дає змогу описати потенційну силу та напрямок магнітної сили залежно від струму через електричний провід та відстані, яку проходить струм. Лінії магнітного поля утворюють концентричні кола навколо проводів. Напрямок цих полів можна визначити за допомогою «правильного правила».
Це правило говорить вам про те, що якщо ви направите великий палець правого пальця у напрямку електричного струму через дріт, отримані магнітні поля знаходяться у напрямку того, як ваші пальчики згортаються. З більшим струмом індукується більше магнітне поле.
Як визначити магнітне поле?
Ви можете використовувати різні приклади праворучне правило, загальне правило для визначення напрямку різних величин, що включають магнітне поле, магнітну силу та струм. Це правило є корисним для багатьох випадків електрики та магнетизму, що продиктовано математикою величин.
••• Сид Хусейн ЕфірЦе правило праворуч можна застосовувати і в іншому напрямку для магнітного соленоїдабо серія електричного струму, обмотаного дротами навколо магніту. Якщо навести великий палець правої руки у напрямку магнітного поля, то пальці правої руки обернуться навколо у напрямку електричного струму. Соленоїди дозволяють використовувати силу магнітного поля через електричні струми.
Коли електричний заряд подорожує, магнітне поле генерується як електрони, які крутяться і рухаються навколо, стають самими магнітними об'єктами. Елементи, які мають в своєму первинному стані неспарені електрони, такі як залізо, кобальт та нікель, можуть бути вирівняні таким чином, щоб вони утворювали постійні магніти. Магнітне поле, що створюється електронами цих елементів, пропускає електричний струм через ці елементи легше. Самі магнітні поля також можуть скасовувати одне одного, якщо вони рівні за величиною в протилежних напрямках.
Струм, що протікає через акумулятор Я видає магнітне поле Б в радіусі r за рівнянням для Закон Ампера: B = 2πr μ0 Я де μ0 - магнітна константа вакуумної проникності, 1,26 х 10-6 Г / м ("Генріх на метр", в якому Генріс - одиниця індуктивності). Збільшення струму та наближення до проводу одночасно збільшують магнітне поле.
Види магнітів
Щоб об'єкт був магнітним, електрони, що складають об'єкт, повинні мати можливість вільно переміщатися навколо атомів об'єкта та між ними. Для того, щоб матеріал був магнітним, атоми з неспареними електронами одного і того ж спіну є ідеальними кандидатами, оскільки ці атоми можуть з'єднуватися між собою, щоб електрони могли вільно текти. Випробування матеріалів на наявність магнітних полів та вивчення магнітних властивостей атомів, які роблять ці матеріали, можуть розповісти вам про їх магнетизм.
Феромагнетики мають цю властивість, що вони постійно магнітні. ПарамагнетикиНавпаки, звичні проявляти магнітні властивості, якщо тільки за наявності магнітного поля не вирівняти спіни електронів, щоб вони могли вільно рухатися. Діамагнетики мають атомні композиції такі, що на них магнітні поля взагалі не впливають або магнітні поля впливають лише дуже мало. У них немає або декілька непарних електронів, щоб пропустити через них заряди.
Парамагнетики працюють тому, що вони виготовлені з матеріалів, які завжди є магнітні моменти, відомий як диполі. Ці моменти - це їх здатність вирівнюватися із зовнішнім магнітним полем за рахунок спіну неспарених електронів на орбіталях атомів, які складають ці матеріали. За наявності магнітного поля матеріали вирівнюються, щоб протистояти силі магнітного поля. Парамагнітні елементи включають магній, молібден, літій і тантал.
Усередині феромагнітного матеріалу диполь атомів є постійним, як правило, в результаті нагрівання та охолодження парамагнітного матеріалу. Це робить їх ідеальними кандидатами для електромагнітів, двигунів, генераторів та трансформаторів для використання в електричних пристроях. Діамагнетики, навпаки, можуть створювати силу, яка дозволяє електронам вільно текти у вигляді струму, який, таким чином, створює магнітне поле, протилежне будь-якому магнітному полю, застосованому до них. Це скасовує магнітне поле і не дозволяє їм стати магнітними.
Магнітна сила
Магнітні поля визначають, як можна розподілити магнітні сили за наявності магнітного матеріалу. Хоча електричні поля описують електричну силу в присутності електрона, магнітні поля не мають такої аналогічної частинки, на якій можна було б описати магнітну силу. Вчені теоретизували, що магнітний монополь може існувати, але не існує експериментальних доказів, які б свідчили про існування цих частинок. Якби вони існували, ці частинки мали б магнітний «заряд» так само, як і заряджені частинки мають електричні заряди.
Магнітна сила виходить за рахунок електромагнітної сили, сили, яка описує як електричні, так і магнітні компоненти частинок і предметів. Це показує, яким властивим магнетизмом є такі ж явища електрики, як струм та електричне поле. Заряд електрона - це те, що змушує магнітне поле відхиляти його через магнітну силу так само, як і електричне поле та електрична сила.
Магнітні та електричні поля
Хоча лише рухомі заряджені частинки виділяють магнітні поля, а всі заряджені частинки виділяють електричні поля, магнітні та електромагнітні поля є частиною однієї основної сили електромагнетизму. Електромагнітна сила діє між усіма зарядженими частинками у Всесвіті. Електромагнітна сила набуває форми повсякденних явищ в електриці та магнетизмі, таких як статична електрика та електрично заряджені зв’язки, які тримають молекули разом.
Ця сила поряд з хімічними реакціями також є основою для електрорушійної сили, яка дозволяє протікати струм по ланцюгах. Коли магнітне поле розглядається переплетене з електричним полем, отриманий продукт відомий як електромагнітне поле.
The Рівняння сили Лоренца F = qE + qv × B описує силу на заряджену частинку q рухається зі швидкістю v за наявності електричного поля Е і магнітне поле Б. У цьому рівнянні х між qv і Б представляє перехресний продукт. Перший термін qE - внесок електричного поля в силу, а другий доданок qv x B - внесок магнітних полів.
Рівняння Лоренца також говорить вам, що магнітна сила між швидкістю заряду v і магнітне поле Б є qvbsinϕ за плату q де ϕ ("phi") - кут між v і Б, яка повинна бути менше 1_80_ градусів. Якщо кут між v і Б більше, то для фіксації цього слід використовувати кут у зворотному напрямку (з визначення перехресного виробу). Якщо _ϕ_це 0, як у швидкості та магнітному полі, вказують у тому ж напрямку, магнітна сила буде дорівнює 0. Частинка продовжить рухатись, не відхиляючись магнітним полем.
Перехресний продукт магнітного поля
••• Сид Хусейн ЕфірНа діаграмі вище перехресний добуток між двома векторами а і б є c. Зверніть увагу на напрямок і величину c. Її в напрямку, перпендикулярному до а і б коли це дано правим правилом. Праве правило означає, що напрямок отриманого перехресного продукту c задається напрямком великого пальця, коли правий вказівний палець знаходиться у напрямку до б а ваш правий середній палець знаходиться в напрямку до а.
Перехресний продукт - це векторна операція, в результаті якої вектор перпендикулярний обом qv і Б задане правим правилом трьох векторів і з величиною площі паралелограма, що вектори qv і Б проліт. Праве правило означає, що ви можете визначити напрямок перехресного продукту між qv і Б встановивши правий вказівний палець у напрямку до Б, середній палець у напрямку до qv, і результуюча напрямок вашого великого пальця буде напрямком поперечного продукту цих двох векторів.
На наведеній діаграмі правило праворуч також демонструє залежність між магнітним полем, магнітною силою та струмом через провід. Це також показує, що поперечний добуток між цими трьома величинами може представляти правило праворуч, оскільки поперечний добуток між напрямом сили та полем дорівнює напрямку струмів.
Магнітне поле у повсякденному житті
Магнітні поля приблизно від 0,2 до 0,3 тесла використовуються при МРТ, магнітно-резонансній томографії. МРТ - метод, який медики використовують для дослідження внутрішніх структур в організмі пацієнтів, таких як мозок, суглоби та м’язи. Як правило, це робиться, розміщуючи пацієнта в сильному магнітному полі таким чином, що поле проходить уздовж осі тіла. Якщо ви уявляєте, що пацієнт був магнітним соленоїдом, електричні струми будуть обмотуватися навколо його тіла, а магнітне поле спрямовуватиметься у вертикальному напрямку відносно тіла, як це продиктовано правим правилом.
Потім вчені та медики вивчають способи відхилення протонів від їх нормального вирівнювання для вивчення структур в організмі пацієнтів. Завдяки цьому медики можуть робити безпечні, неінвазивні діагнози різних станів.
Людина не відчуває магнітного поля під час процесу, але, оскільки в організмі людини стільки води, ядра водню (які є протонами) вирівнюються через магнітне поле.МРТ-сканер використовує магнітне поле, з якого протони поглинають енергію, і, коли магнітне поле вимкнене, протони повертаються у свої нормальні положення. Потім пристрій відстежує цю зміну положення, щоб визначити, як протони вирівнюються, і створити зображення внутрішньої частини тіла пацієнтів.