Kandungan
- Sains Medan Magnetik
- Bagaimana anda menentukan medan magnet?
- Jenis Magnet
- Tentera Magnetik
- Medan Magnet dan Medan Elektrik
- Produk Salib Magnetic Field
- Medan Magnet dalam Kehidupan Seharian
Medan magnet terangkan bagaimana daya magnet diagihkan melalui ruang di sekeliling objek. Pada umumnya, bagi objek yang magnet, garis medan magnet bergerak dari objek kutub utara ke kutub selatan, sama seperti yang mereka lakukan untuk medan magnet Bumi, seperti yang ditunjukkan dalam rajah di atas.
Daya magnet yang sama yang menjadikan objek melekat pada permukaan peti sejuk digunakan di medan magnet Bumi yang melindungi lapisan ozon daripada angin solar berbahaya. Medan magnet membentuk paket energi yang menghalang lapisan ozon dari kehilangan karbon dioksida.
Anda boleh melihat ini dengan menuangkan pemfailan besi, kepingan besi kecil seperti serbuk, di hadapan magnet. Letakkan magnet di bawah sekeping kertas atau kain cahaya kain. Tuangkan pemfailan besi dan perhatikan bentuk dan bentuk yang mereka ambil. Tentukan apa garis bidang yang ada untuk menyebabkan pemfailan untuk mengatur dan menyebarkan diri mereka seperti ini mengikut fizik medan magnet.
Semakin besar kepadatan garis medan magnet yang diambil dari utara ke selatan, semakin besar magnitud medan magnet. Ini kutub utara dan selatan juga menentukan sama ada objek magnet menarik (di antara kutub utara dan selatan) atau menjijikkan (di antara kutub yang sama). Medan magnet diukur dalam unit Tesla, T.
Sains Medan Magnetik
Kerana medan magnet terbentuk apabila dikenakan caj, medan magnet diinduksi dari arus elektrik melalui wayar. Bidang ini memberikan anda cara untuk menerangkan potensi kekuatan dan arah gaya magnet bergantung pada arus melalui wayar elektrik dan jarak perjalanan semasa. Barisan medan magnet membentuk bulatan sepusat di sekeliling wayar. Arah medan ini boleh ditentukan menerusi "aturan sebelah kanan."
Peraturan ini memberitahu anda bahawa, jika anda meletakkan ibu jari kanan anda ke arah arus elektrik melalui wayar, medan magnet yang dihasilkan berada dalam arah bagaimana jari tangan menggulung. Dengan medan magnet semasa yang lebih besar, arus magnet lebih teraruh.
Bagaimana anda menentukan medan magnet?
Anda boleh menggunakan contoh yang berbeza dari peraturan sebelah kanan, kaedah umum untuk menentukan arah kuantiti yang berbeza yang melibatkan medan magnet, daya magnet, dan arus. Peraturan ini berguna untuk banyak kes di dalam elektrik dan magnet seperti yang ditentukan oleh matematik kuantiti.
••• Syed Hussain AtherPeraturan sebelah ini juga boleh digunakan dalam arah yang lain untuk magnet solenoid, atau satu siri arus elektrik yang dibalut dengan wayar di sekeliling magnet. Jika anda menunjuk ibu jari kanan anda ke arah medan magnet, maka jari tangan kanan anda akan membungkus ke arah arus elektrik. Solenoid membolehkan anda menggunakan kuasa medan magnet melalui arus elektrik.
Apabila muatan elektrik bergerak, medan magnet menjana sebagai elektron yang berputar dan bergerak menjadi objek magnet sendiri. Unsur-unsur yang mempunyai elektron-elektron yang tidak berpasangan di dalam keadaan tanah mereka seperti besi, kobalt dan nikel boleh diselaraskan sedemikian rupa sehingga membentuk magnet kekal. Medan magnet yang dihasilkan oleh elektron unsur-unsur ini membolehkan aliran arus elektrik melalui unsur-unsur ini lebih mudah. Medan magnet sendiri juga boleh membatalkan satu sama lain jika mereka sama dengan magnitud dalam arah bertentangan.
Semasa mengalir melalui bateri Saya mengeluarkan medan magnet B pada jejari r mengikut persamaan untuk Undang-undang Ampères: B = 2πr μ0 Saya di mana μ0 adalah pemalar magnet kebolehtelapan vakum, 1.26 x 10-6 H / m ("Henries per meter" di mana Henries adalah unit induktansi). Meningkatkan arus dan semakin dekat dengan wayar kedua-dua meningkatkan medan magnet yang dihasilkan.
Jenis Magnet
Untuk objek yang magnetik, elektron yang membentuk objek mestilah bebas bergerak dan antara atom di objek. Untuk bahan magnet, atom dengan elektron tidak berpasang spin yang sama adalah calon yang ideal kerana atom-atom ini dapat berpasangan dengan satu sama lain untuk membolehkan elektron mengalir dengan bebas. Bahan ujian di hadapan medan magnet dan memeriksa sifat-sifat magnet atom yang membuat bahan-bahan ini dapat memberitahu anda tentang daya tarikan mereka.
Ferromagnets mempunyai harta benda ini bahawa mereka kekal magnet. Paramagnets, sebaliknya, tidak akan memaparkan sifat-sifat magnet melainkan jika terdapat medan magnet untuk memintas putaran elektron sehingga mereka boleh bergerak dengan bebas. Diamagnets mempunyai komposisi atom sedemikian rupa sehingga mereka terpengaruh oleh medan magnet sama sekali atau hanya terpengaruh oleh medan magnet. Mereka tidak mempunyai atau sedikit elektron yang tidak berpasangan untuk membiarkan caj mengalir melalui.
Paramagnets berfungsi kerana mereka diperbuat daripada bahan yang sentiasa ada momen magnetik, dikenali sebagai dipoles. Momen-momen ini adalah keupayaan mereka untuk menyelaraskan medan magnet luar disebabkan oleh spin elektron yang tidak berpasangan dalam orbital atom-atom yang membuat bahan-bahan ini. Dengan kehadiran medan magnet, bahan-bahan menyusun untuk menentang kekuatan medan magnet. Unsur-unsur paramagnetik termasuk magnesium, molibdenum, lithium dan tantalum.
Di dalam bahan feromagnetik, dipol atom tetap, biasanya akibat daripada pemanasan dan bahan paramagnetic penyejukan. Ini menjadikan mereka calon yang ideal untuk elektromagnet, motor, penjana dan transformer untuk digunakan dalam peranti elektrik. Sebaliknya, diamagnets dapat menghasilkan daya yang membolehkan elektron mengalir secara bebas dalam bentuk arus yang kemudian menghasilkan medan magnet bertentangan dengan medan magnet yang digunakan untuknya. Ini membatalkan medan magnet dan menghalang mereka daripada menjadi magnet.
Tentera Magnetik
Medan magnet menentukan bagaimana daya magnet boleh diagihkan dengan kehadiran bahan magnetik. Walaupun medan elektrik menggambarkan tenaga elektrik dengan kehadiran elektron, medan magnet tidak mempunyai zarah analog yang sama untuk menggambarkan tenaga magnetik. Para saintis telah berteori bahawa monopole magnet mungkin wujud, tetapi tidak ada bukti percubaan untuk menunjukkan bahawa zarah-zarah ini wujud. Sekiranya mereka wujud, zarah-zarah ini akan mempunyai "caj" magnet banyak cara yang sama dikenakan zarah mempunyai caj elektrik.
Keputusan daya magnet disebabkan oleh daya elektromagnet, daya yang menggambarkan kedua-dua komponen elektrik dan magnet zarah dan objek. Ini menunjukkan bagaimana daya tarikan intrinsik adalah fenomena elektrik yang sama seperti bidang semasa dan elektrik. Tuduhan elektron adalah apa yang menyebabkan medan magnet untuk memesongkannya melalui kekuatan magnet banyak cara yang sama dengan medan elektrik dan tenaga elektrik.
Medan Magnet dan Medan Elektrik
Walaupun hanya menggerakkan zarah-zarah yang dikenakan bergerak mengeluarkan medan magnet, dan semua zarah yang dikenakan melepaskan medan elektrik, medan magnet dan elektromagnetik adalah sebahagian daripada daya asas elektromagnetisme yang sama. Daya elektromagnet bertindak antara semua zarah yang dikenakan di alam semesta. Kekuatan elektromagnetik mengambil bentuk fenomena setiap hari dalam tenaga elektrik dan magnet seperti elektrik statik dan ikatan elektrik yang menahan molekul.
Daya ini bersamaan dengan tindak balas kimia juga membentuk asas untuk daya elektromotif yang membolehkan aliran semasa melalui litar. Apabila medan magnet dilihat berkait dengan medan elektrik, produk yang dihasilkan dikenal sebagai medan elektromagnetik.
The Persamaan gaya Lorentz F = qE + qv × B menerangkan kekuatan pada zarah yang dikenakan q bergerak pada halaju v di hadapan medan elektrik E dan medan magnet B. Dalam persamaan ini, x antara qv dan B mewakili produk salib. Istilah pertama qE adalah sumbangan medan elektrik kepada tenaga, dan istilah kedua qv x B adalah sumbangan medan magnet.
Persamaan Lorentz juga memberitahu anda bahawa daya magnet antara kelajuan caj v dan medan magnet B adalah qvbsinφ untuk bayaran q di mana ϕ ("phi") adalah sudut antara v dan B, yang mesti kurang dari 1_80_ darjah. Sekiranya sudut antara v dan B adalah lebih besar, maka anda harus menggunakan sudut dalam arah yang bertentangan untuk memperbaiki ini (dari definisi produk silang). Sekiranya _φ_is 0, seperti dalam halaju dan titik medan magnet dalam arah yang sama, daya magnet akan menjadi 0. Zarah akan terus bergerak tanpa dipesongkan oleh medan magnet.
Produk Salib Magnetic Field
••• Syed Hussain AtherDalam gambarajah di atas, produk silang antara dua vektor a dan b adalah c. Perhatikan arah dan magnitud c. Ia dalam arah yang tegak lurus ke a dan b apabila diberikan oleh peraturan sebelah kanan. Peraturan sebelah kanan bermaksud bahawa arahan produk silang yang terhasil c diberikan oleh arah ibu jari anda apabila jari telunjuk kanan anda ke arah b dan jari tengah kanan anda berada dalam arah a.
Produk salib adalah operasi vektor yang menghasilkan vektor tegak lurus kepada kedua-duanya qv dan B yang diberikan oleh peraturan sebelah kanan tiga vektor dan dengan magnitud kawasan paralelogram bahawa vektor qv dan B span. Peraturan sebelah kanan bermaksud bahawa anda boleh menentukan arah produk salib antara qv dan B dengan meletakkan jari telunjuk kanan anda ke arah B, jari tengah anda ke arah qv, dan arah yang dihasilkan ibu jari anda akan menjadi hala tuju produk dua vektor ini.
Dalam rajah di atas, peraturan sebelah kanan juga menunjukkan hubungan antara medan magnet, daya magnet, dan arus melalui wayar. Ini juga menunjukkan produk silang di antara ketiga-tiga kuantiti ini boleh mewakili peraturan sebelah kanan sebagai produk silang antara arah kuasa dan medan sama dengan arah arus.
Medan Magnet dalam Kehidupan Seharian
Medan magnet sekitar 0.2 hingga 0.3 tesla digunakan dalam MRI, pengimejan resonans magnetik. MRI adalah kaedah yang digunakan pakar perubatan untuk mengkaji struktur dalaman dalam tubuh pesakit seperti otak, sendi dan otot. Ini biasanya dilakukan dengan meletakkan pesakit dalam medan magnet yang kuat sehingga medan itu berjalan di sepanjang paksi badan. Jika anda membayangkan pesakit itu solenoid magnet, arus elektrik akan membungkus tubuhnya dan medan magnet akan diarahkan ke arah menegak berkenaan dengan badan, seperti yang ditentukan oleh peraturan sebelah kanan.
Para saintis dan doktor kemudian mengkaji cara proton menyimpang dari penjajaran biasa mereka untuk mengkaji struktur dalam tubuh pesakit. Melalui ini, doktor boleh membuat diagnosis yang selamat dan tidak invasif dalam pelbagai keadaan.
Orang itu tidak merasakan medan magnet semasa proses, tetapi, kerana terdapat banyak air di dalam tubuh manusia, nukleus hidrogen (yang merupakan proton) menyelaraskan diri mereka kerana medan magnet.Pengimbas MRI menggunakan medan magnet yang proton menyerap tenaga dari, dan, apabila medan magnet dimatikan, proton kembali ke kedudukan normalnya. Peranti kemudian menjejaki perubahan ini dalam kedudukan untuk menentukan bagaimana proton diselaraskan dan membuat imej bahagian dalam badan pesakit.