Keamatan medan magnet, ciri, sumber, contoh

Dia medan magnet Ini adalah pengaruh menggerakkan caj elektrik di ruang sekitar. Beban selalu mempunyai medan elektrik, tetapi hanya yang bergerak dapat menghasilkan kesan magnet.

Kewujudan magnet telah diketahui sejak sekian lama. Yunani kuno menggambarkan mineral yang mampu menarik kepingan besi kecil: ia adalah batu magnette atau magnetite.

Rajah 1. Sampel magnetit. Sumber: Wikimedia Commons. Rojinegro81 [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/3.0)].

Orang bijak Miletus dan Plato menjaga mendaftarkan kesan magnet dalam tulisan mereka; Dengan cara ini, mereka juga tahu elektrik statik.

Tetapi kemagnetan tidak dikaitkan dengan elektrik sehingga abad kesembilan belas, ketika Hans Christian Oersted memerhatikan bahawa kompas itu dialihkan berhampiran wayar pemandu yang mengangkut arus.

Hari ini kita tahu bahawa elektrik dan magnet adalah, jadi untuk bercakap, dua sisi mata wang yang sama.

[TOC]

Medan magnet dalam fizik

Dalam fizik, istilah medan magnet Ia adalah magnitud vektor, dengan modul (nilai berangka), arah dalam ruang dan arah. Ia juga mempunyai dua makna. Yang pertama adalah vektor yang kadang -kadang dipanggil induksi magnet Dan ia dilambangkan dengan B.

Unit B Dalam sistem unit antarabangsa adalah Tesla, disingkat t. Magnitud lain juga disebut medan magnet adalah H, juga dikenali sebagai Keamatan medan magnet Dan unitnya adalah amperio/meter.

Kedua -dua magnitud adalah berkadar, tetapi mereka ditakrifkan dengan cara ini untuk mengambil kira kesan -kesan yang ada pada medan magnet di ladang yang sedang melalui mereka.

Sekiranya bahan diletakkan di tengah -tengah medan magnet luaran, medan yang dihasilkan bergantung kepada ini dan juga pada tindak balas magnet bahan. Itulah sebabnya B dan H Mereka berkaitan melalui:

B = μ_mH

Di sini μ_m  Ia adalah malar yang bergantung kepada bahan dan mempunyai unit yang mencukupi sehingga dengan mengalikan dengan H Hasilnya ialah Tesla.

Ciri -ciri medan magnet

-Medan magnet adalah magnitud vektor, oleh itu ia mempunyai magnitud, arah dan makna.

-Perpaduan medan magnet B Dalam sistem antarabangsa ia adalah Tesla, disingkat sebagai t, sementara H Ia ampere/meter. Unit lain yang sering muncul dalam kesusasteraan ialah Gauss (G) dan Oersted.

-Garis medan magnet selalu tertutup ikatan, yang meninggalkan tiang utara dan memasuki tiang selatan. Bidang ini selalu tangen dengan garis.

-Kutub magnet selalu muncul di pasangan utara-selatan. Tidak mungkin mempunyai tiang magnet terpencil.

-Ia selalu berasal dari pergerakan caj elektrik.

-Keamatannya berkadar dengan magnitud beban atau arus yang menghasilkannya.

-Magnitud medan magnet berkurangan dengan songsang ke kuadrat jarak.

-Medan magnet boleh tetap atau berubah -ubah, kedua -dua masa dan ruang.

-Medan magnet dapat menghasilkan daya magnet pada beban bergerak atau pada dawai yang pengangkutan semasa.

Tiang magnet

Magnet bar selalu mempunyai dua tiang magnet: tiang utara dan tiang selatan. Sangat mudah untuk mengesahkan bahawa tiang -tiang yang sama dengan tanda, sementara jenis yang berbeza tertarik.

Ini seperti apa yang berlaku dengan caj elektrik. Ia juga dapat dilihat bahawa semakin dekat mereka, semakin besar daya yang mereka menarik atau menangkis.

Ia boleh melayani anda: galaksi kerdil: latihan, evolusi, ciri, contoh

Magnet bar mempunyai corak garis medan yang tersendiri. Mereka adalah lengkung tertutup, yang meninggalkan Kutub Utara dan masuk ke Kutub Selatan.

Rajah 2. Garis medan magnet dari magnet bar. Sumber: Wikimedia Commons.

Percubaan mudah untuk memerhatikan garis -garis ini, terdiri daripada penyebaran fail besi di atas lembaran kertas dan meletakkan magnet bar di bawah.

Keamatan medan magnet diberikan mengikut ketumpatan garis medan. Ini selalu lebih padat berhampiran tiang, dan melanjutkan ketika kita berpindah dari magnet.

Magnet juga dikenali sebagai dipole magnet, di mana kedua -dua tiang adalah tepat tiang magnet utara dan selatan.

Tetapi mereka tidak boleh memisahkan. Sekiranya magnet dipotong separuh, dua magnet diperolehi, masing -masing dengan tiang utara dan selatan masing -masing. Tiang terpencil dipanggil Monopoles magnet, Tetapi setakat ini tiada siapa yang dapat mengasingkan.

Sumber

Anda boleh bercakap mengenai pelbagai sumber medan magnet. Mereka terdiri daripada mineral magnet, melalui tanah itu sendiri, yang berkelakuan seperti magnet yang hebat, sehingga anda mencapai elektromagnet.

Tetapi sebenarnya adalah bahawa setiap medan magnet mempunyai asalnya dalam pergerakan zarah yang dimuatkan.

Kemudian kita akan melihat bahawa sumber utama semua magnet terletak pada arus kecil di dalam atom, terutamanya yang berlaku kerana pergerakan elektron di sekitar nukleus dan untuk kesan kuantum yang terdapat di atom.

Walau bagaimanapun, dari segi asal makroskopiknya, anda boleh memikirkan sumber semula jadi dan sumber buatan.

Sumber semulajadi pada dasarnya tidak "mematikan" adalah magnet kekal, namun perlu diambil kira bahawa haba memusnahkan magnetisme bahan.

Bagi sumber buatan, kesan magnet dapat ditindas dan dikawal. Oleh itu kita ada:

-Magnet asal semulajadi, diperbuat daripada mineral magnet seperti magnetit dan maghemitic, kedua -dua oksida besi, contohnya.

-Arus elektrik dan elektroimans.

Mineral magnet dan elektromagnet

Secara semula jadi terdapat pelbagai sebatian yang mempamerkan sifat magnet yang ketara. Mereka dapat menarik kepingan besi dan nikel, contohnya, serta magnet lain.

Oksida besi yang disebutkan, seperti magnetit dan maghemita, adalah contoh bahan seperti ini.

The Kerentanan magnet Ia adalah parameter yang digunakan untuk mengukur sifat magnet batu. Batu -batu igneus asas adalah kerentanan tertinggi, kerana kandungan magnetit yang tinggi.

Sebaliknya, dengan syarat terdapat wayar yang terkini, akan ada medan magnet yang berkaitan. Di sini kita mempunyai cara lain untuk menjana bidang, yang dalam kes ini, mengamalkan bentuk lilitan sepusat dengan wayar.

Rasa peredaran medan diberikan oleh peraturan ibu jari yang betul. Apabila ibu jari tangan kanan menunjuk ke arah arus, baki empat jari akan menunjukkan rasa di mana garis medan melengkung.

Rajah 3. Peraturan ibu jari kanan untuk mendapatkan arah dan makna medan magnet. Sumber: Wikimedia Commons.

Elektromagnet adalah peranti yang menghasilkan kemagnetan dari arus elektrik. Ia mempunyai kelebihan untuk dapat menghidupkan dan mematikan. Apabila semasa terhenti, medan magnet hilang. Di samping itu, keamatan medan juga boleh dikawal.

Elektromagnes adalah sebahagian daripada pelbagai peranti, antaranya adalah penceramah, cakera keras, enjin dan geganti, antara lain.

Boleh melayani anda: peraturan tangan kanan

Kekuatan magnet dengan caj yang bergerak

Anda boleh menyemak kewujudan medan magnet B melalui beban percubaan elektrik -yang disebut q- Dan yang bergerak dengan kelajuan v. Untuk ini, kehadiran medan elektrik dan graviti diketepikan sekurang -kurangnya buat masa ini.

Dalam kes ini, kekuatan yang mengalami beban q, yang dilambangkan sebagai F_B, Ia benar -benar disebabkan oleh pengaruh bidang. Secara kualitatif, berikut diperhatikan:

-Magnitud  F_B  Ia berkadar dengan  q Dan pada kelajuan v.

-Ya v selari dengan vektor medan magnet, magnitud dari F_B Ia adalah sifar.

-Daya magnet berserenjang dengan kedua -duanya v Seperti B.

-Akhirnya, magnitud daya magnet berkadar dengan sin θ, menjadi θ Sudut antara vektor kelajuan dan vektor medan magnet.

Semua perkara di atas sah untuk beban positif dan negatif. Satu -satunya perbezaan ialah makna daya magnet dibalikkan.

Pemerhatian ini bersetuju dengan produk vektor antara dua vektor, sehingga daya magnet yang dialami oleh beban tepat waktu q, yang bergerak dengan kelajuan v Di tengah -tengah medan magnet adalah:

F_B = Q v x B

Modul siapa:

F_B = Q.v.B.sin θ

Rajah 4. Peraturan tangan kanan untuk daya magnet pada beban tepat waktu yang positif. Sumber: Wikimedia Commons.

Bagaimana medan magnet dihasilkan?

Terdapat beberapa cara, sebagai contoh:

-Melalui bahan yang sesuai.

-Melewati arus elektrik melalui wayar pemandu.

Tetapi asal -usul magnet dalam perkara itu dijelaskan dengan mengingati bahawa ia mesti dikaitkan dengan pergerakan beban.

Elektron yang mengorbit nukleus pada dasarnya adalah litar tertutup semasa, tetapi mampu menyumbang secara besar -besaran kepada magnet atom. Terdapat banyak elektron dalam sekeping bahan magnet.

Sumbangan ini kepada magnetisme atom dipanggil Momen magnet orbital. Tetapi ada lebih banyak lagi, kerana terjemahan bukan satu -satunya pergerakan elektron. Ini juga mempunyai Momen Magnet Spin, kesan kuantum yang analogi adalah putaran elektron pada paksi.

Malah, momen magnet Espín adalah punca utama magnetisme atom.

Lelaki

Medan magnet dapat mengadopsi banyak bentuk, bergantung kepada pengagihan arus yang berasal dari itu. Sebaliknya, ia boleh berubah bukan sahaja di ruang angkasa, tetapi juga pada waktunya atau kedua -duanya pada masa yang sama.

-Di sekitar tiang elektromagnet terdapat kira -kira medan malar.

-Juga di dalam solenoid medan intensiti tinggi dan seragam diperoleh, dengan garis medan yang diarahkan di sepanjang paksi paksi.

-Medan magnet bumi cukup baik ke medan magnet bar, terutama di kawasan permukaan. Selanjutnya, angin suria mengubah arus elektrik dan mengubahnya dengan ketara.

-Kawat yang mengangkut arus mempunyai medan dalam bentuk lilitan sepusat dengan wayar.

Bagi sama ada bidang mungkin atau mungkin tidak berbeza dalam masa, mereka mempunyai:

-Medan magnet statik, ketika magnitud mereka atau arah mereka berubah dari masa ke masa. Bidang magnet bar adalah contoh yang baik dari medan jenis ini. Juga yang berasal dari wayar yang mengangkut arus pegun.

-Bidang berubah dari masa ke masa, jika mana -mana ciri -cirinya berbeza dari masa ke masa. Salah satu cara untuk mendapatkannya adalah dari penjana semasa berselang, yang menggunakan fenomena induksi magnet. Mereka ditemui dalam pelbagai peranti penggunaan biasa, contohnya telefon bimbit.

Boleh melayani anda: vektor yang dihasilkan: pengiraan, contoh, latihan

Undang-undang Biot-Savart

Apabila diperlukan untuk mengira bentuk medan magnet yang dihasilkan oleh pengedaran arus, undang-undang Biot-Savart boleh digunakan, ditemui pada tahun 1820 oleh ahli fizik Perancis Jean Marie Biot (1774-1862) dan Felix Savart (1791-1841).

Untuk beberapa pengagihan semasa dengan geometri mudah, ungkapan matematik untuk vektor medan magnet boleh diperolehi secara langsung.

Katakan anda mempunyai segmen wayar panjang pembezaan dl yang mengangkut arus elektrik Yo. Ia juga akan diandaikan bahawa wayar berada dalam vakum. Medan magnet yang menghasilkan pengedaran ini:

-Berkurangan dengan songsang ke kuadrat jarak ke wayar.

-Ia berkadar dengan intensiti arus Yo yang bergerak di kawat.

-Alamat anda adalah tangen ke lilitan radio r berpusat pada wayar dan maknanya diberikan, oleh peraturan ibu jari yang betul.

Pemerhatian ini digabungkan dalam ungkapan berikut:Pemalar perkadaran adalah Kebolehtelapan vakum μ_{Sama ada}, dengan mana ia diperoleh:Di mana:

-μ_{Sama ada} = 4π. 10^-7 T.m/ a 

-dB Ia adalah perbezaan medan magnet.

-Yo Ia adalah intensiti arus yang beredar di dawai.

-r Ia adalah jarak antara pusat dawai dan titik di mana anda ingin mencari medan.

-dL Ia adalah vektor yang magnitudnya adalah panjang segmen pembezaan dl.

-r Ia adalah vektor yang pergi dari dawai ke titik di mana anda ingin mengira medan.

Contoh

Di bawah terdapat dua contoh medan magnet dan ekspresi analisis mereka.

Medan magnet yang dihasilkan oleh dawai rectilinear yang sangat panjang

Dengan bermaksud. Apabila membuat integrasi di sepanjang pemandu dan mengambil kes had di mana ini sangat panjang, magnitud hasil medan:

 Arah dan arah vektor b ditunjukkan oleh peraturan ibu jari kanan, seperti yang dapat dilihat dalam Rajah 3.

Medan yang dicipta oleh Helmholtz Gegelung

Gegelung Helmholtz dibentuk oleh dua gegelung pekeliling yang sama dan sepusat, yang arus yang sama diluluskan. Mereka berfungsi untuk mencipta medan magnet seragam di dalamnya.

Rajah 5. Skim Helmholtz. Sumber: Wikimedia Commons.

Besarnya di tengah gegelung adalah:

Dan diarahkan sepanjang paksi paksi. Faktor persamaan adalah:

-N mewakili bilangan giliran gegelung

-Yo Ia adalah magnitud semasa

-μ_{Sama ada} Ia adalah kebolehtelapan magnet vakum

-R Ia adalah jejari gegelung.

Rujukan

1. Figueroa, d. (2005). Siri: Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan. Jilid 1. Kinematik. Diedit oleh Douglas Figueroa (USB).
2. Keamatan medan magnet H. Pulih dari: 230NSC1.Phy-Astr.GSU.Edu.
3. Kirkpatrick, l. 2007. Fizik: Lihatlah dunia. Edisi Singkat ke -6. Pembelajaran Cengage.
4. Medan magnet dan daya magnet. Pulih dari: fizik.UCF.Edu.
5. Rex, a. 2011. Asas Fizik. Pearson.
6. Serway, r., Jewett, J. (2008). Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan. Jilid 2. Ke -7. Ed. Pembelajaran Cengage.
7. Universiti Vigo. Contoh Magnetisme. Diperolehi dari: Quintans.laman web.Uvigo.adalah