Jedan od osnovnih koncepata koji se koriste u fizici je magnetsko polje. Djeluje na pokretne električne naboje. Neprimjetan je i čovjek ga ne osjeća, ali se njegova prisutnost može detektirati pomoću magneta ili željeza. Također je prilično lako razumjeti koje se magnetsko polje naziva homogenim i nehomogenim.
Definicija i metode za otkrivanje magnetskog polja
Kada se susrećemo s konceptom magnetskog polja, postavljamo pitanje o kakvom se magnetskom polju radi, da li je homogeno ili nehomogeno. Prije odgovora na takvo pitanje potrebno je dati početne definicije pojmova.
Magnetsko polje bi se trebalo smatrati posebnom vrstom materije koja postoji u blizini pokretnih električnih naboja, posebno blizu vodiča sa strujom. Može se otkriti pomoću magnetske igle ili željeznih strugotina.
Jedinstveno polje
Događa se unutar bendamagnet i u solenoidu, kada je njegova duljina mnogo veća od promjera. U ovom slučaju, prema pravilu gimleta, konture magnetskog polja bit će usmjerene suprotno od kazaljke na satu.
Magnetske linije su paralelne i ravne, praznina između njih je uvijek ista, sila utjecaja na magnetsku iglu ne razlikuje se u svim točkama po veličini i smjeru.
Heterogeno polje
U slučaju nehomogenog polja, magnetske linije će biti savijene, praznina između njih će varirati u veličini, sila djelovanja na magnetsku iglu će se razlikovati po veličini i smjeru u različitim točkama polja. Također, sila koja djeluje na strelicu postavljenu u polje trakastog magneta djeluje u različitim točkama sa silama koje su različite po veličini i smjeru. To se zove nehomogeno polje. Linije takvog polja su zakrivljene, frekvencija varira od točke do točke.
Ovu vrstu polja moguće je detektirati u blizini ravnog vodiča sa strujom, šipkastim magnetom i solenoidom.
Što su magnetske linije
Prije svega, kada se pojavi problem, treba odrediti kakvo magnetsko polje, homogeno ili nehomogeno, nastaje, treba učiti o magnetskim linijama iz čijeg oblika postaje jasna karakteristika polja.
Za prikaz magnetskog polja počeo se koristiti magnetske linije. To su zamišljene pruge duž magnetske igle i smještene u magnetskom polju. Moguće je povući magnetsku liniju kroz bilo kojutočka polja, imat će smjer i uvijek blizu.
Smjer
Napuštaju sjeverni pol magneta i kreću prema jugu. Unutar samog magneta sve je strogo suprotno. Same linije nemaju početak ni kraj, zatvorene su ili idu od beskonačnosti do beskonačnosti.
Izvan magneta, linije su smještene što je gušće moguće blizu polova. Iz ovoga postaje jasno da je učinak polja najjači u blizini polova, a kako se udaljavate od dna, ono slabi. S obzirom na to da su magnetske trake zakrivljene, mijenja se i smjer sile koja djeluje na magnetsku iglu.
Kako prikazati
Da biste razumjeli kako se homogena magnetska polja razlikuju od nehomogenih, morate naučiti kako ih prikazati pomoću magnetskih linija.
Treba uzeti u obzir gornji primjer pojave jednolikog magnetskog polja u takozvanom solenoidu, koji je cilindrični žičani svitak kroz koji prolazi struja. Unutar njega, magnetsko polje se može smatrati jednoličnim, pod uvjetom da je duljina mnogo veća od promjera (izvan zavojnice polje će biti neujednačeno, magnetske linije će se nalaziti na isti način kao u šipkastom magnetu).
Jednoliko polje se također nalazi u središtu trajnog šipkastog magneta. U bilo kojem ograničenom prostoru u prostoru također je moguće reproducirati jednolično magnetsko polje u kojem će sile koje djeluju na magnetiziranu iglu biti iste po veličini i smjeru.
Za prikaz magnetskog polja upotrijebite sljedeći primjer. Ako se linije nalazeokomite na ravninu crtanja i usmjerene su od gledatelja, tada su prikazane križevima, ako su na promatraču - točkama. Kao i kod struje, svaki križ je takoreći vidljivi rep strijele koja leti od promatrača, a vrh je oštriji od strijele koja leti prema nama.
Također, zahtjev "Nacrtajte jednolično i neujednačeno magnetsko polje" lako se ispunjava. Jednostavno nacrtajte ove magnetske linije, uzimajući u obzir karakteristike polja (ujednačenost i nehomogenost).
Međutim, postojanje nehomogenih polja uvelike komplicira zadatak. U ovom slučaju, dobivanje bilo kakvog fizičkog rezultata korištenjem opće jednadžbe nije vjerojatno.
Razlike
Odgovor na pitanje koliko se homogena magnetska polja razlikuju od nehomogenih je prilično lako dati. Prije svega, to ovisi o magnetskim linijama. U slučaju jednolikog polja, razmak između njih bit će isti, a bit će ravnomjerno raspoređeni, s istom silom koja djeluje na instrumente u bilo kojoj točki. Za nehomogena polja sve je strogo suprotno. Linije su neravnomjerno smještene, na različitim mjestima djeluju nejednakom silom na uređaje.
U praksi je nehomogeno polje prilično uobičajeno, što također treba imati na umu, budući da se jednolična polja mogu pojaviti samo unutar objekta, kao što je magnet ili solenoid. Promatranja na otvorenom će popraviti heterogenost.
Otkrivanje polja
Shvatiti što su uniformna i nehomogena magnetska polja i definirati ihnakon rastavljanja, trebali biste saznati kako ih možete pronaći.
Najjednostavniji za to je eksperiment koji je proveo Oersted. Sastoji se od korištenja magnetske igle, koja pomaže utvrditi postojanje električne struje. Čim se struja kreće duž vodiča, strelica koja se nalazi u blizini će se pomaknuti, zbog činjenice da postoje jednolična i neujednačena magnetska polja.
Interakcija vodiča sa strujom
Svaki vodič sa strujom ima svoje magnetsko polje, koje djeluje određenom silom na najbliži. Ovisno o smjeru struje, vodiči će se međusobno privlačiti ili odbijati. Polja koja potječu iz različitih izvora zbrajat će se i formirati jedno rezultirajuće polje.
Kako nastaju i zašto
Primjeri jednoličnih i neuniformnih magnetskih polja korištenih u uređajima s katodnim zrakama stvaraju zavojnice koje prolaze struju. Za postizanje potrebnog oblika magnetskog polja koriste se vrhovi polica i magnetski zasloni, izrađeni od materijala s jakom magnetskom propusnošću.
Utjecaj nehomogenih magnetskih polja može promijeniti tijek nepovratnih fizičkih i kemijskih pojava, uglavnom heterogenih procesa. Pojava turbulentne difuzije dovodi do povećanja za nekoliko redova veličine brzine kretanja plina iz bilo koje tekućine na površinu u oblikumikromjehurići. Učinak lokalne dehidracije iona i čestica posljedica je intenziviranja procesa mikrokristalizacije. U tekućim medijima, visokoenergetske reakcije mogu stvoriti slobodne radikale, atomski kisik, perokside i dušične spojeve. Dolazi do koagulacije, a proizvodi uzrokovani erozivnim razaranjem pojavljuju se u tekućini.
Tijekom hidrodinamičke kavitacije, velika veličina mjehurića koji se pojavljuju i kaverna otežava njihovo uvlačenje tekućinom iz područja niskog tlaka u područje višeg tlaka, gdje se mjehurići kolabiraju. Tijekom kolapsa malog mjehurića dolazi do niskog sadržaja zraka i dolazi do jake kemijske reakcije, slična pražnjenju plazme. Prisutnost nehomogenih magnetskih polja dovodi do nestabilnosti šupljina, njihovog raspadanja i pojave malih vrtloga i mjehurića. S obzirom da je tlak u središtu takvog vrtloga smanjen, on pretvara male mjehuriće plina.
Kada mjerite indukciju u neujednačenom magnetskom polju, zapamtite da je Hallov napon proporcionalan prosječnoj vrijednosti indukcije polja unutar područja omeđenog površinom pretvarača.
Za fokusiranje paraksijalnih snopova također se koriste nejednolika magnetska polja, formirana kratkim zavojnicama, koje su višeslojni solenoidi, čija je duljina razmjerna njihovom promjeru. Elektron koji ulazi u takvo polje podliježe silama koje mijenjaju njegov smjer. Elektron se pod utjecajem takve sile približava osi leće, dok je ravnina u kojoj se nalazi njegova putanjazavojima. Elektron se kreće duž spiralnog segmenta koji siječe os leće u datoj točki.
Faktor prostornog povećanja uzrokovan je prostornom disperzijom nehomogenih polja na teritoriju heterogenog sustava ispranog tekućinom. Za dobivanje inverzije populacije razina metodom separacije koriste se nejednolika polja stvorena višepojasnim magnetom. Oblik polova sličan je štapovima u četveropolnom kondenzatoru molekularnog generatora na bazi amonijaka.
koristi
Metoda magnetskog reda za detekciju nedostataka temelji se na vučenju magnetskih čestica silama nehomogenih polja koja se pojavljuju iznad defekata. Nakupljanje takvog praha određuje prisutnost kvara, njegovu veličinu i položaj na dijelu koji se provjerava.
Mali efekt cijepanja smatra se značajnim nedostatkom metode molekularne zrake koja koristi jaka nehomogena magnetska polja. Postoji jednostavna i naizgled nevjerojatna metoda za povećanje ovog učinka. Sastoji se od primjene laganog vanjskog magnetskog polja. Potonje će omogućiti povećanje područja upotrebe nuklearnih precesijskih magnetometara prema nejednolikim magnetskim poljima.
Prednost ove metode je njena visoka rezolucija, koja omogućuje detekciju neujednačenih magnetskih polja srazmjernih veličini čestica magnetskog sloja trake, kao i mogućnost pronalaženja oštećenja na složene površine i u uskim otvorima.
Nedostaci supotreba za sekundarnom obradom informacija, fiksiraju se samo čestice magnetskih polja duž vrpce, složenost demagnetizacije i očuvanja vrpce, te je potrebno spriječiti utjecaj vanjskih magnetskih polja.
Ujednačena i nehomogena magnetska polja su prilično česta, unatoč činjenici da su prosječnom laiku nevidljiva. Primjeri jednolikih i nejednolikih magnetskih polja mogu se naći u šipkastim magnetima i solenoidima. Istovremeno ih možete primijetiti pomoću jednostavne magnetske igle ili željeznih strugotina.
