Zrozumienie pola magnetycznego: definicja, źródła i wyświetlacz graficzny

Aby zrozumieć pochodzenie pola i jego cechy, konieczne jest zrozumienie wielu zjawisk przyrodniczych. Mówiąc prościej, zjawisko to jest specjalną formą materii stworzoną przez magnesy. Ponadto źródłami pola magnetycznego mogą być przekaźniki, prądnice, silniki elektryczne itp.

Trochę historii

Zanim zagłębimy się w historię, warto poznać definicję pola magnetycznego: MP to pole siłowe, które działa na poruszające się ładunki elektryczne i ciała. Jeśli chodzi o zjawisko magnetyzmu, to jest ono zakorzenione w głębokiej przeszłości, w czasach rozkwitu cywilizacji Azji Mniejszej. To na ich terytorium, w Magnezji, znaleziono skały, które przyciągały się nawzajem. Zostały nazwane na cześć obszaru, z którego pochodzą.

Zdecydowanie trudno powiedzieć, kto odkrył pojęcie pola magnetycznego.. Jednak na początku XIX wieku H. Oersted przeprowadził eksperyment i odkrył, że jeśli igła magnetyczna zostanie umieszczona w pobliżu przewodnika i przepłynie przez nią prąd, strzałka zacznie się odchylać. Jeśli zostanie pobrana ramka z prądem, na jej pole działa pole zewnętrzne.

W nowoczesnych wersjach magnesy stosowane w produkcji różnych produktów mogą zakłócać pracę elektronicznych rozruszników serca i innych urządzeń kardiologicznych.

Standardowe magnesy żelazne i ferrytowe nie sprawiają problemów, ponieważ charakteryzują się niską wytrzymałością. Jednak stosunkowo niedawno pojawiły się silniejsze magnesy - stopy neodymu, boru i żelaza. Są jasnosrebrzyste, a ich pole jest bardzo silne. Znajdują zastosowanie w branżach:

• Szycie.
• Klasa spożywcza.
• Budowa obrabiarek.
• Przestrzeń itp.

Definicja i wyświetlacz graficzny

Magnesy, które są przedstawione w formie podkowy, mają dwa końce - dwa bieguny. To w tych miejscach manifestują się najbardziej wyraźne atrakcyjne właściwości. Jeśli zawiesisz magnes na sznurku, to jeden koniec zawsze będzie rozciągał się na północ. Kompas opiera się na tej zasadzie.

Bieguny magnetyczne mogą ze sobą oddziaływać: jak bieguny odpychają, w przeciwieństwie do biegunów przyciągają. Wokół tych magnesów pojawia się odpowiednie pole, które jest podobne do pola elektrycznego. Warto wspomnieć, że nie da się określić pola magnetycznego ludzkimi zmysłami.

Pole magnetyczne i jego charakterystyki są często przedstawiane w postaci wykresów za pomocą linii indukcyjnych. Termin ten oznacza, że ​​istnieją linie, których styczne zbiegają się z wektorem indukcji magnetycznej. Ten parametr składa się z właściwości MF i służy jako czynnik decydujący o jego mocy i kierunku.

Jeśli pole jest superintensywne, linii będzie znacznie więcej.

Pojęcie pola magnetycznego w postaci obrazu:

Przewody proste z prądem elektrycznym mają linie w kształcie koncentrycznego koła. Ich środkowa część zostanie umieszczona na linii środkowej przewodnika. Linie magnetyczne prowadzone są zgodnie z zasadą gimbala: element tnący jest wkręcany tak, aby wskazywał kierunek prądu, a rączka wskazywała kierunek linii.

Pole generowane przez jedno źródło może mieć różną siłę w różnych środowiskach. Wynika to z parametrów magnetycznych ośrodka, a dokładniej z bezwzględnej przepuszczalności magnetycznej, która jest mierzona w Henry na metr (g/m). Inne parametry pola to stała magnetyczna - całkowita przepuszczalność próżni i stała względna.

Przepuszczalność, napięcie i indukcja

Przepuszczalność jest wartością bezwymiarową. Media, które mają przepuszczalność mniejszą niż jedność, nazywane są diamagnetycznymi. W nich pole nie jest silniejsze niż w próżni. Te pierwiastki to woda, sól kuchenna, bizmut, wodór. Substancje o przepuszczalności powyżej jedności nazywane są paramagnetycznymi. Obejmują one:

• Powietrze.
• Lit.
• Magnez.
• Sód.

Wskaźnik przenikalności magnetycznej diamagnesów i paramagnesów nie zależy od takiego czynnika, jak napięcie pola zewnętrznego. Mówiąc najprościej, ta wartość jest stała dla konkretnego środowiska.

Ferromagnesy należą do odrębnej grupy. Ich przenikalność magnetyczna może sięgać nawet kilku tysięcy. Takie substancje są zdolne do aktywnego magnesowania i zwiększania pola. Ferromagnesy są szeroko stosowane w elektrotechnice.

Eksperci opisują zależność pomiędzy natężeniem pola zewnętrznego a indukcją magnetyczną ferromagnetyków za pomocą krzywej namagnesowania, tj. wykresy. Tam, gdzie krzywa wygina się, tempo wzrostu indukcji maleje. Po zgięciu, gdy osiągnięty zostanie pewien wskaźnik, pojawia się nasycenie i krzywa lekko się podnosi, zbliżając się do wartości linii prostej. W tym miejscu następuje wzrost indukcji, ale raczej niewielki. Podsumowując, możemy powiedzieć, że wykres zależności między intensywnością a indukcją jest tematem niestabilnym, a przepuszczalność pierwiastka zależy od pola zewnętrznego.

Siła pola

Inną ważną cechą MF jest napięcie, które jest używane wraz z wektorem indukcyjnym. Ta definicja jest parametrem wektorowym. Określa intensywność pola zewnętrznego. Silne pola w ferromagnetykach można wytłumaczyć obecnością w nich małych pierwiastków, które wydają się być małymi magnesami.

Jeśli składnik ferromagnetyczny nie ma pola magnetycznego, może nie mieć właściwości magnetycznych, ponieważ pola domen będą miały różne orientacje. Biorąc pod uwagę charakterystykę, możliwe jest umieszczenie ferromagnesu w zewnętrznym MF, na przykład w cewce z prądem, w którym to czasie domeny zmienią swoje położenie w kierunku pola. Ale jeśli zewnętrzny MF jest zbyt słaby, to tylko niewielka liczba domen, które są blisko niego, zostaje odwrócona.

Wraz ze wzrostem siły pola zewnętrznego coraz więcej domen zacznie obracać się w jego kierunku. Po obrocie wszystkich domen pojawia się nowa definicja - nasycenie magnetyczne.

Zmiany w terenie

Krzywa magnetyzacji nie zbiega się z krzywą demagnetyzacji w momencie, gdy w cewce ferromagnetycznej natężenie wzrasta do nasycenia. Coś innego dzieje się przy zerowym napięciu, tj. Indukcja magnetyczna będzie zawierać inne wskaźniki, które nazywane są indukcją szczątkową. Jeśli indukcja pozostaje w tyle za siłą magnesującą, nazywa się to histerezą.

Aby uzyskać absolutną demagnetyzację rdzenia ferromagnetycznego w cewce, konieczne jest podanie prądu wstecznego, tworząc w ten sposób wymagane napięcie.

Różne elementy ferromagnetyczne wymagają różnych długości. Im większy jest taki segment, tym więcej energii potrzeba do rozmagnesowania. Kiedy element jest całkowicie rozmagnesowany, osiąga stan zwany siłą przymusu.

Jeśli prąd w cewce zostanie dodatkowo zwiększony, to w pewnym momencie indukcja ponownie osiągnie stan nasycenia, ale z innym położeniem linii. Podczas rozmagnesowywania w przeciwnym kierunku pojawia się indukcja szczątkowa. Może to być przydatne w produkcji magnesu trwałego. Części o dobrych właściwościach odwracania namagnesowania są stosowane w inżynierii mechanicznej.

Lenz, zasady lewej i prawej ręki

Zgodnie z prawem lewej ręki możesz łatwo znaleźć kierunek prądu. Tak więc podczas umieszczania ręki, gdy linie magnetyczne wejdą w dłoń, a 4 palce wskazują kierunek prądu w przewodniku, kciuk pokaże kierunek siły. Taka siła będzie skierowana prostopadle do prądu i wektora indukcyjnego.

Przewodnik poruszający się w MP nazywany jest prototypem silnika elektrycznego, gdy elektryczność jest przekształcana w energię mechaniczną. Gdy przewodnik porusza się w MP, wewnątrz niego wytwarzana jest siła elektromotoryczna, której wskaźniki są proporcjonalne do indukcji, zastosowanej długości i prędkości ruchu. Ten związek nazywa się indukcją elektromagnetyczną.

Aby określić kierunek pola elektromagnetycznego, użyj zasady prawej ręki: jest również ustawiony w taki sposób, że linie wnikają w dłoń, podczas gdy palce będą wskazywać kierunek indukowanego pola elektromagnetycznego, a kciuk skieruje je, aby poruszyć przewodnikiem. Przewodnik poruszający się w MP pod wpływem siły mechanicznej uważany jest za uproszczoną wersję generatora elektrycznego, w którym energia mechaniczna zamieniana jest na energię elektryczną.

Po włożeniu magnesu do cewki następuje wzrost strumienia magnetycznego w obwodzie, a MF, który jest wytwarzany przez indukowany prąd, jest skierowany przeciwko wzrostowi wzrostu strumienia magnetycznego. Aby określić kierunek, musisz spojrzeć na magnes z pola północnego.

Jeśli przewodnik jest w stanie stworzyć spójność przepływów, gdy przepływa przez niego energia elektryczna, nazywa się to indukcyjnością przewodnika. Ta cecha należy do głównych, gdy wspomina się o obwodach elektrycznych.

Pole ziemi

Sama planeta Ziemia jest jednym wielkim magnesem. Otacza ją kula zdominowana przez siły magnetyczne. Znaczna część naukowców twierdzi, że pole magnetyczne Ziemi powstało z jądra. Ma płynną powłokę i stały skład wewnętrzny. Ponieważ planeta obraca się, w części płynnej pojawiają się nieskończone prądy i powstaje ruch ładunków elektrycznych pole wokół planety, które służy jako bariera ochronna przed szkodliwymi cząsteczkami kosmicznymi, np. ze słońca wiatr. Pole zmienia kierunek cząstek, wysyłając je wzdłuż linii.

Ziemia nazywana jest dipolem magnetycznym. Biegun południowy znajduje się na geograficznym biegunie północnym, a biegun północny, przeciwnie, na geograficznym biegunie południowym. W rzeczywistości bieguny nie pokrywają się, nie tylko w miejscu. Faktem jest, że oś magnetyczna jest nachylona względem osi obrotu planety o 11,6 stopnia. Z powodu tak małej różnicy możliwe staje się użycie kompasu. Strzałka urządzenia będzie wskazywać dokładnie na południowy biegun magnetyczny i lekko zniekształcony - na północny biegun geograficzny. Gdyby kompas istniał 730 tysięcy lat temu, wskazywałby zarówno magnetyczny, jak i normalny biegun północny.