Pochopení magnetického pole: definice, zdroje a grafické zobrazení

Abychom porozuměli původu oboru a jeho charakteristikám, je nutné mít pochopení pro mnoho přírodních jevů. Zjednodušeně řečeno, tento jev je zvláštní formou hmoty vytvořené magnety. Kromě toho mohou být zdroji magnetického pole relé, generátory proudu, elektromotory atd.

Trocha historie

Než půjdeme hluboko do historie, stojí za to znát definici magnetického pole: MP je silové pole, které působí na pohybující se elektrické náboje a tělesa. Pokud jde o fenomén magnetismu, je zakořeněn v hluboké minulosti, v době rozkvětu civilizací v Malé Asii. Právě na jejich území, v Magnesii, byly nalezeny horniny, které se k sobě přitahovaly. Dostali jméno podle oblasti, odkud pocházejí.

Rozhodně je těžké říci, kdo objevil pojem magnetické pole.. Nicméně, na začátku 19. století, H. Oersted provedl experiment a zjistil, že pokud je magnetická střelka umístěna v blízkosti vodiče a prochází jím proud, šipka se začne odchylovat. Pokud se vezme snímek s proudem, pak na jeho pole působí vnější pole.

V moderních verzích mohou magnety používané při výrobě různých produktů rušit činnost elektronických kardiostimulátorů a dalších zařízení v kardiologii.

Standardní železné a feritové magnety nezpůsobují téměř žádné problémy, protože se vyznačují nízkou pevností. Poměrně nedávno se však objevily silnější magnety – slitiny neodymu, boru a železa. Jsou jasně stříbřité a jejich pole je velmi silné. Používají se v následujících odvětvích:

• Šití.
• Potravinářské kvality.
• Stavba obráběcích strojů.
• Prostor atd.

Definice a grafické zobrazení

Magnety, které jsou prezentovány ve formě podkovy, mají dva konce - dva póly. Právě v těchto místech se projevují nejvýrazněji atraktivní vlastnosti. Pokud magnet zavěsíte na provázek, tak se vždy jeden konec natáhne na sever. Na tomto principu je založen kompas.

Magnetické póly se mohou vzájemně ovlivňovat: jako se póly odpuzují, na rozdíl od pólů se přitahují. Kolem těchto magnetů se objeví odpovídající pole, které je podobné elektrickému. Za zmínku stojí, že je nemožné určit magnetické pole lidskými smysly.

Magnetické pole a jeho charakteristiky se často zobrazují ve formě grafů pomocí indukčních čar. Termín znamená, že existují čáry, jejichž tečny se sbíhají s vektorem magnetické indukce. Tento parametr spočívá ve vlastnostech MF a slouží jako určující faktor jeho výkonu a směru.

Pokud je pole superintenzivní, pak bude řádků mnohem více.

Koncept magnetického pole ve formě obrazu:

Přímé vodiče s elektrickým proudem mají vedení ve tvaru soustředného kruhu. Jejich středová část bude umístěna na středové ose vodiče. Magnetické čáry jsou vedeny podle pravidla gimbalu: řezný prvek je zašroubován tak, aby směřoval ve směru proudu a rukojeť ve směru čar.

Pole generované jedním zdrojem může mít v různých prostředích různou sílu. To je způsobeno magnetickými parametry média a přesněji absolutní magnetickou permeabilitou, která se měří v Henry na metr (g/m). Dalšími parametry pole jsou magnetická konstanta – celková permeabilita vakua a relativní konstanta.

Propustnost, napětí a indukce

Propustnost je bezrozměrná hodnota. Média, která mají propustnost menší než jednota, se nazývají diamagnetická. V nich není pole o nic silnější než ve vakuu. Mezi tyto prvky patří voda, kuchyňská sůl, vizmut, vodík. Látky s permeabilitou vyšší než jedna se nazývají paramagnetické. Tyto zahrnují:

• Vzduch.
• Lithium.
• Hořčík.
• Sodík.

Index magnetické permeability diamagnetů a paramagnetů nezávisí na takovém faktoru, jako je napětí vnějšího pole. Jednoduše řečeno, tato hodnota je pro konkrétní prostředí konstantní.

Feromagnetika jsou zařazena do samostatné skupiny. Jejich magnetická permeabilita může být až několik tisíc. Takové látky jsou schopny aktivně magnetizovat a zvětšovat pole. Feromagnetika jsou široce používána v elektrotechnice.

Odborníci znázorňují vztah mezi vnější intenzitou pole a magnetickou indukcí feromagnetik pomocí magnetizační křivky, tzn. grafy. Tam, kde se křivka ohýbá, rychlost nárůstu indukce klesá. Po ohnutí, když je dosaženo určitého indikátoru, se objeví saturace a křivka mírně stoupá a blíží se k hodnotám přímky. V tomto místě je nárůst indukce, ale spíše malý. Shrneme-li, můžeme říci, že graf vztahu mezi intenzitou a indukcí je nestabilní subjekt a že propustnost prvku závisí na vnějším poli.

Síla pole

Další důležitou charakteristikou MF se nazývá napětí, které se používá spolu s indukčním vektorem. Tato definice je vektorový parametr. Určuje intenzitu vnějšího pole. Silná pole ve feromagnetech lze vysvětlit přítomností malých prvků v nich, které vypadají jako malé magnety.

Pokud feromagnetická složka nemá magnetické pole, pak může postrádat magnetické vlastnosti, protože pole domén budou mít různé orientace. Vzhledem k charakteristice je možné umístit feromagnet do externího MF např. do cívky s proudem, kdy domény změní svou polohu ve směru pole. Pokud je ale vnější MF příliš slabý, pak se přetočí jen malý počet domén, které jsou mu blízké.

Jak bude vnější pole nabývat na síle, více a více domén se začne otáčet v jeho směru. Jakmile se všechny domény otočí, objeví se nová definice – magnetická saturace.

Změny pole

Magnetizační křivka nekonverguje s demagnetizační křivkou, když proud stoupá k saturaci ve feromagnetické cívce. Při nulovém napětí se děje něco jiného, ​​tzn. magnetická indukce bude obsahovat další indikátory, které se nazývají zbytková indukce. Pokud indukce zaostává za magnetizační silou, nazývá se to hystereze.

Pro dosažení absolutní demagnetizace feromagnetického jádra v cívce je nutné dát zpětný proud, čímž se vytvoří požadované napětí.

Různé feromagnetické prvky potřebují různé délky. Čím větší je takový segment, tím více energie je potřeba k demagnetizaci. Když je součástka zcela demagnetizována, dosáhne stavu zvaného koercitivní síla.

Pokud se proud v cívce dále zvýší, pak v jednom okamžiku indukce opět dosáhne saturace, ale s jinou polohou vedení. Při demagnetizaci v opačném směru se objeví zbytková indukce. To může být užitečné při výrobě permanentního magnetu. Ve strojírenství se používají díly, které mají dobré magnetizační reverzní vlastnosti.

Lenz, pravidla levé a pravé ruky

Podle zákona levé ruky snadno zjistíte směr proudu. Takže při položení ruky, když magnetické čáry vstoupí do dlaně a 4 prsty ukazují směr proudu ve vodiči, palec ukáže směr síly. Taková síla bude směřovat kolmo k proudu a indukčnímu vektoru.

Vodič pohybující se v MP se nazývá prototyp elektromotoru, kdy se elektřina přeměňuje na mechanickou energii. Když se vodič pohybuje v MP, vzniká v něm elektromotorická síla, která má indikátory úměrné indukci, použité délce a rychlosti pohybu. Tento vztah se nazývá elektromagnetická indukce.

Chcete-li určit směr EMF, použijte pravidlo pravé ruky: je také umístěn tak, že čáry pronikají do dlaně, zatímco prsty ukazují, kam je indukované EMF nasměrováno, a palec jej nasměruje k pohybu vodiče. Vodič, který se pohybuje v MP vlivem mechanické síly, je považován za zjednodušenou verzi elektrického generátoru, kde se mechanická energie přeměňuje na elektrickou energii.

Při zasunutí magnetu do cívky dochází ke zvýšení magnetického toku v obvodu a proti zvýšení magnetického toku je namířeno MF, které vzniká indukovaným proudem. Chcete-li určit směr, musíte se podívat na magnet ze severního pole.

Pokud je vodič schopen vytvořit soudržnost toků, když jím prochází elektřina, nazývá se to indukčnost vodiče. Tato charakteristika se vztahuje k těm hlavním, když jsou zmíněny elektrické obvody.

Pole země

Samotná planeta Země je jeden velký magnet. Je obklopena koulí, které dominují magnetické síly. Značná část vědeckých výzkumníků tvrdí, že magnetické pole Země vzniklo z jádra. Má tekutý obal a pevné vnitřní složení. Protože se planeta otáčí, v kapalné části se objevují nekonečné proudy a pohyb elektrických nábojů vytváří pole kolem planety, které slouží jako ochranná bariéra proti škodlivým kosmickým částicím, například ze Slunce vítr. Pole mění směr částic a posílá je podél čar.

Země se nazývá magnetický dipól. Jižní pól se nachází na geografickém severním pólu a severní pól naopak na geografickém jižním pólu. Ve skutečnosti se póly neshodují, a to nejen v umístění. Faktem je, že magnetická osa je nakloněna vzhledem k rotační ose planety o 11,6 stupně. Kvůli tak malému rozdílu je možné použít kompas. Šipka zařízení bude směřovat přesně k jižnímu magnetickému pólu a mírně zkreslená - k severnímu zeměpisnému pólu. Pokud by kompas existoval před 730 tisíci lety, ukazoval by jak na magnetický, tak na normální severní pól.