МАГНЕТНО ПОЉЕ: ИНТЕНЗИТЕТ, КАРАКТЕРИСТИКЕ, ИЗВОРИ, ПРИМЕРИ - ФИЗИЧКИ - 2025

Магнетно поље је утицај који се крећу електричног напона има на простору који их окружује. Пуњења увек имају електрично поље, али само они који су у покрету могу стварати магнетне ефекте.

Већ дуго је познато постојање магнетизма. Стари Грци су описивали минерал који је способан да привуче мале комадиће гвожђа: био је то лодестоне или магнетит.

Слика 1. Узорак магнетита. Извор: Викимедиа Цоммонс. Ројинегро81.

Мудраци Тхалес из Милета и Платона били су заузети снимањем магнетних ефеката у својим списима; успут, знали су и статички електрицитет.

Али магнетизам није постао повезан са струјом све до 19. века, када је Ханс Цхристиан Оерстед приметио да компас одступа у близини проводне жице која носи струју.

Данас знамо да су струја и магнетизам две, исте стране новчића.

Магнетно поље у физици

У физици је израз магнетно поље векторска количина, са модулом (његова нумеричка вредност), правцем у простору и смислу. Такође има два значења. Први је вектор понекад назива магнетна индукција и означен је са Б .

Јединица Б у међународном систему јединица је тесла, скраћено Т. Друга количина која се такође назива магнетно поље је Х , позната и као интензитет магнетног поља и чија је јединица ампера / метар.

Обе количине су пропорционалне, али су дефинисане на тај начин да би се узели у обзир ефекти које магнетни материјали имају на поља која пролазе кроз њих.

Ако се материјал постави у средину спољног магнетног поља, добијено поље ће зависити од тога, а такође и од сопственог магнетног одзива материјала. Зато су Б и Х повезани са:

Б = μ _м Х

Овде је μ _м константа која зависи од материјала и има погодне јединице, тако да када се множе са Х , резултат је тесла.

Ц

-Магнетно поље је векторска величина, па има величину, смер и смисао.

- Јединица магнетног поља Б у међународном систему је тесла, скраћено од Т, док је Х ампера / метар. Остале јединице које се често појављују у литератури су гасе (Г) и оерстед.

- Линије магнетног поља су увек затворене петље, напуштајући северни и улази у јужни пол. Поље је увек тангента према линијама.

-Магнетични полови су увек представљени у пару север-југ. Није могуће имати изоловани магнетни пол.

-Она увек потиче од кретања електричних набоја.

-Ја је интензитет пропорционалан величини оптерећења или струји која га производи.

-Величина магнетног поља опада са обрнутим квадратом удаљености.

-Магнетна поља могу бити константна или променљива, како у времену тако и у простору.

-Магнетно поље је способно да врши магнетну силу на покретни набој или на жицу која носи струју.

Стубови магнета

Шипка магнет увек има два магнетна пола: северни и јужни пол. Врло је лако проверити да се мотори истог знака одбијају, док их различити типови привлаче.

То је прилично слично ономе што се догађа са електричним набојима. Такође се може приметити да што су ближе, то је већа сила којом се привлаче или одбијају.

Барски магнети имају карактеристичан узорак линија поља. Оштре су кривине, напуштајући северни и улази у јужни пол.

Слика 2. Линија магнетног поља магнетног поља. Извор: Викимедиа Цоммонс.

Једноставан експеримент за гледање ових линија је ширење гвоздених облога на лист папира и стављање магнетне траке испод.

Интензитет магнетног поља дат је као функција густоће линија поља. Они су увек најгушћи у близини стубова, а шире се како се удаљујемо од магнета.

Магнет је такође познат и као магнетни дипол, у коме су два пола управо северни и јужни магнетни пол.

Али никада се не могу раздвојити. Ако магнет пресечете на пола, добит ћете два магнета, сваки са својим северним и јужним половима. Изоловани стубови називају се магнетни монополи, али до данас ниједан није изолован.

Извори

Може се говорити о различитим изворима магнетног поља. Они се крећу од магнетних минерала, преко саме Земље, која се понаша попут великог магнета, до електромагнета.

Али истина је да свако магнетно поље има своје порекло у кретању наелектрисаних честица.

Касније ћемо видети да примордијални извор читавог магнетизма борави у сићушним струјама унутар атома, углавном онима које настају услед кретања електрона око језгра и квантних ефеката присутних у атому.

Међутим, с обзиром на његово макроскопско порекло, може се размишљати о природним и вештачким изворима.

Природни извори у принципу се не „искључују“, они су стални магнети, међутим мора се узети у обзир да топлота уништава магнетизам супстанци.

Што се тиче вештачких извора, магнетни ефекат се може сузбити и контролисати. Стога имамо:

-Магнети природног порекла, направљени од магнетних минерала као што су магнетит и магхемит, на пример оба оксида гвожђа.

-Електричне струје и електромагнети.

Магнетни минерали и електромагнети

У природи постоје разна једињења која показују изузетна магнетна својства. Способни су да привлаче комаде гвожђа и никла, на пример, као и друге магнете.

Споменути оксиди гвожђа, попут магнетита и магхемита, су примери ове класе материја.

Магнетна осетљивост је параметар који се користи за квантификацију магнетних својстава стена. Основне магнетне стијене су оне са највећом подложношћу, због високог садржаја магнетита.

С друге стране, све док имате жицу која носи струју, постојаће повезано магнетно поље. Овде имамо још један начин генерисања поља које у овом случају има облик концентричних кругова жицом.

Правац кретања поља дат је правилом палца десне стране. Када палац десне руке покаже у смеру струје, четири преостала прста ће показати смјер у којем су линије поља савијене.

Слика 3. Правило палца десно да бисте добили смер и осећај магнетног поља. Извор: Викимедиа Цоммонс.

Електромагнет је уређај који производи магнетизам од електричних струја. Предност има могућност укључивања и искључивања по вољи. Када струја престане, магнетно поље нестаје. Поред тога, интензитет поља се такође може контролисати.

Електромагнети су део разних уређаја, укључујући звучнике, тврде дискове, моторе и релеје, између осталог.

Магнетна сила на покретни набој

Постојање магнетног поља Б може се верификовати помоћу испитног електричног набоја званог к- и креће се брзином в . Због тога је, барем за сада, искључено присуство електричних и гравитационих поља.

У таквом случају сила коју доживљава набој к, која се означава као Ф _Б , у потпуности је последица утицаја поља. Квалитативно се примећује следеће:

-Већина Ф _Б пропорционална је к и брзини в.

-Ако је в паралелан вектору магнетног поља, јачина Ф _Б је нула.

-Магнетна сила је окомита и на в и на Б.

-На крају, величина магнетне силе пропорционална је син θ, где је θ угао између вектора брзине и вектора магнетног поља.

Све горе наведено важи и за позитивне и за негативне трошкове. Једина разлика је у томе што је смер магнетне силе обрнут.

Ова запажања се слажу са векторским продуктом између два вектора, тако да је магнетна сила коју доживљава тачка наелектрисања к, која се креће брзином в у средини магнетног поља:

Ф _Б = к в к Б

Чији је модул:

Слика 4. Десно правило за магнетну силу на позитивном тачку набоја. Извор: Викимедиа Цоммонс.

Како настаје магнетно поље?

На пример, постоји неколико начина:

-Магнетизирањем одговарајуће супстанце.

- Пролазак електричне струје кроз проводљиву жицу.

Али порекло магнетизма у материји објашњава се сећањем да се мора повезати са кретањем набоја.

Електрони који орбитирају око језгра су у основи малени затворени струјни круг, али онај који може у значајној мери да допринесе магнетизму атома. У комаду магнетног материјала има јако пуно електрона.

Овај допринос магнетизму атома назива се орбитални магнетни тренутак. Али има и више, јер превод није једино кретање електрона. Такође има момент магнетног спиновања, квантни ефекат чија је аналогија ротацији електрона на својој осе.

У ствари, магнетни момент спина је главни узрок магнетизма атома.

Врсте

Магнетно поље је у стању да има више облика, зависно од распореда струја које из њега потичу. Заузврат, може да варира не само у простору, већ и у времену или обоје истовремено.

-У близини полова електромагнета постоји приближно константно поље.

-Такође унутар соленоида добија се високо интензитетно и уједначено поље, при чему су линије поља усмерене дуж аксијалне осе.

-Мегнетно поље Земље прилично добро одговара пољу магнетне траке, посебно у близини површине. Даље, соларни ветар модификује електричне струје и примјетно га деформише.

- Жица која носи струју има поље у облику концентричних кругова са жицом.

Што се тиче тога да ли поље може варирати током времена или не, имамо:

-Статичка магнетна поља када се ни њихова величина ни смер не мењају током времена. Поље магнетне траке је добар пример ове врсте поља. Такође оне које потичу од жица које носе стационарне струје.

- Променљива поља у току времена, ако се било која њихова карактеристика током времена разликује. Један начин да се добије је од генератора наизменичне струје, који користе феномен магнетне индукције. Они се налазе у многим најчешће кориштеним уређајима, на пример у мобителима.

Биот-Саварт-ов закон

Када је потребно израчунати облик магнетног поља произведеног расподјелом струја, може се користити закон Биот-Саварт, који су открили 1820. француски физичари Јеан Марие Биот (1774-1862) и Фелик Саварт (1791-1841). ).

За неке дистрибуције струје са једноставним геометријама, математички израз за вектор магнетног поља се може добити директно.

Претпоставимо да имамо сегмент жице диференцијалне дужине дл који носи електричну струју И. Претпоставља се да ће жица такође бити у вакууму. Магнетно поље које производи ову дистрибуцију:

-Умањује се са инверзијом квадрата растојања до жице.

-О пропорционалан је интензитету струје И која пролази кроз жицу.

- Његов правац је тангенцијални за обим радијуса р усредсређен на жицу, а његов правац је дат правилом палца десне стране.

- μ _о = 4π. 10 ^-7 Тм / А

- д Б је разлика магнетног поља.

- И је интензитет струје која тече кроз жицу.

- р је удаљеност између средишта жице и тачке у којој желите да пронађете поље.

-р је вектор који иде од жице до тачке у којој желите израчунати поље.

Примери

Испод су два примера магнетног поља и њихових аналитичких израза.

Магнетно поље произведено врло дугом правоцртном жицом

Помоћу Биот-Саварт закона могуће је добити поље произведено танком жицом коначног проводника која носи струју И. Интегрисањем дуж проводника и узимањем граничног случаја у којем је јако дугачак, величина поља резултат:

Поље створено од завојнице Хелмхолтз

Завојница Хелмхолтз састоји се од две идентичне и концентричне кружне завојнице на које се преноси иста струја. Служе за стварање приближно једноличног магнетног поља унутар њега.

Слика 5. Схема Хелмхолтз-завојница. Извор: Викимедиа Цоммонс.

Његова величина у средишту завојнице је:

И је усмерен дуж аксијалне осе. Фактори једначине су:

- Н представља број обртаја завојница

- Ја сам јачина струје

- μ _о је магнетна пропустљивост вакуума

- Р је полумјер завојница.

Референце

1. Фигуероа, Д. (2005). Серија: Физика за науку и инжењерство. Том 1. Кинематика. Уредио Доуглас Фигуероа (УСБ).
2. Магнетног поља В . Опоравак од: 230нсц1.пхи-астр.гсу.еду.
3. Киркпатрицк, Л. 2007. Физика: поглед на свет. 6. скраћено издање. Ценгаге Леарнинг.
4. Магнетно поље и магнетне силе. Опоравак од: пхисицс.уцф.еду.
5. Рек, А. 2011. Основе физике. Пеарсон.
6. Серваи, Р., Јеветт, Ј. (2008). Физика за науку и инжењерство. Свезак 2. 7тх. Ед. Ценгаге Леарнинг.
7. Универзитет у Вигу. Примери магнетизма. Опоравак од: куинтанс.вебс.увиго.ес