Magnetfältintensitet, egenskaper, källor, exempel

han magnetiskt fält Det är påverkan av att flytta elektriska laddningar på det omgivande utrymmet. Laster har alltid elektriskt fält, men endast de som är i rörelse kan generera magnetiska effekter.

Magnetismens existens har varit känd under lång tid. De antika grekerna beskrev ett mineral som kan locka små bitar av järn: det var magnetten eller magnetitstenen.

Figur 1. Magnetitprov. Källa: Wikimedia Commons. Rojinegro81 [CC BY-SA 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenser/BY-SA/3.0)].

De kloka män från Miletus och Platon tog hand om att registrera de magnetiska effekterna i deras skrifter; Förresten, de visste också statisk el.

Men magnetism associerade inte med el förrän det nittonhundratalet, då Hans Christian Oersted observerade att kompassen avleddes nära en förartråd som transporterade nuvarande.

Idag vet vi att elektricitet och magnetism, så att säga, två sidor av samma valuta.

[TOC]

Magnetfält i fysik

I fysik, termen magnetiskt fält Det är en vektorstorlek, med en modul (dess numeriska värde), riktning i rymden och riktningen. Det har också två betydelser. Den första är en vektor som ibland kallas magnetinduktion Och det betecknas med B.

Enheten för B I det internationella enhetssystemet är Tesla, förkortat t. Den andra storleken kallas också magnetfält är H, också känd som Magnetfältintensitet Och vars enhet är amperio/meter.

Båda storlekarna är proportionella, men de definieras på detta sätt för att ta hänsyn till de effekter som magnetmaterial har på fälten som går igenom dem.

Om ett material placeras i mitten av ett yttre magnetfält beror det resulterande fältet på detta och även på materialets magnetiska svar. Det är därför B och H De är släkt genom:

B = μ_mH

Här μ_m  Det är en konstant som beror på materialet och har tillräckliga enheter så att genom att multiplicera med H Resultatet är Tesla.

Egenskaper hos ett magnetfält

-Magnetfältet är en vektorstorlek, därför har det storlek, riktning och mening.

-Magnetfältets enhet B I det internationella systemet är det Tesla, förkortat som T, medan H Det är ampere/meter. Andra enheter som ofta förekommer i litteraturen är Gauss (g) och oersted.

-Magnetfältlinjerna är alltid stängda band, som lämnar en nordpol och går in i en sydpol. Fältet är alltid tangent för linjerna.

-Magnetiska poler visas alltid i nord-syd-paret. Det är inte möjligt att ha en isolerad magnetisk pol.

-Det har alltid sitt ursprung i rörelsen av elektriska laddningar.

-Dess intensitet är proportionell mot lastens storlek eller strömmen som producerar den.

-Magnetfältets storlek minskar med det omvända till avståndets kvadrat.

-Magnetfält kan vara konstant eller varierande, både tid och utrymme.

-Ett magnetfält kan utöva en magnetisk kraft på en rörlig belastning eller på en tråd som nuvarande transport.

En magnet

En stångmagnet har alltid två magnetiska stolpar: Nordpolen och sydpolen. Det är mycket lätt att verifiera att polerna med lika tecken avvisar, medan de av olika typer lockas.

Detta är ganska som vad som händer med elektriska avgifter. Det kan också ses att ju närmare de är, desto större är den kraft som de lockar eller avvisar.

Det kan tjäna dig: Dwarf Galaxy: Training, Evolution, Egenskaper, exempel

Barmagneter har ett distinkt mönster av fältlinjer. De är stängda kurvor, som lämnar nordpolen och kommer in i sydpolen.

figur 2. Magnetfältlinjer i en stångmagnet. Källa: Wikimedia Commons.

Ett enkelt experiment för att observera dessa linjer, består av att sprida järnfiler ovanpå ett pappersark och placera en stångmagnet nedan.

Magnetfältets intensitet ges enligt tätheten för fältlinjer. Dessa är alltid tätare nära polerna och sträcker sig när vi rör oss bort från magneten.

Magneten är också känd som en magnetisk dipol, där de två polerna är exakt de norra och södra magnetiska polerna.

Men de kan aldrig separera. Om magneten skärs i hälften erhålls två magneter, var och en med sina respektive nord- och sydpoler. De isolerade polerna kallas Magnetmonopoler, Men hittills har ingen kunnat isolera.

Källor

Du kan prata om olika magnetfältkällor. De sträcker sig från magnetiska mineraler, genom själva landet, som uppträder som en stor magnet tills du når elektromagneter.

Men sanningen är att varje magnetfält har sitt ursprung i rörelsen av laddade partiklar.

Senare kommer vi att se att den primära källan till all magnetism ligger i de små strömmarna inuti atomen, främst de som förekommer på grund av rörelserna från elektronerna runt kärnan och för kvanteffekter som finns i atomen.

Men när det gäller dess makroskopiska ursprung kan du tänka på naturliga källor och konstgjorda källor.

Naturliga källor i princip "stängs inte av" är permanentmagneter, men det måste beaktas att värmen förstör magnetismen i ämnen.

När det gäller konstgjorda källor kan den magnetiska effekten undertryckas och kontrolleras. Därför har vi:

-Magneter av naturligt ursprung, tillverkade av magnetiska mineraler som magnetit och maghemit, båda järnoxider, till exempel.

-Elektriska och elektriska strömmar.

Magnetiska och elektromagnetmineraler

I naturen finns det olika föreningar som uppvisar anmärkningsvärda magnetiska egenskaper. De kan till exempel locka järn- och nickelbitar, såväl som andra magneter.

De nämnda järnoxiderna, såsom magnetit och maghemita, är exempel på denna typ av ämnen.

De magnetisk mottaglighet Det är parametern som används för att kvantifiera bergarternas magnetiska egenskaper. De grundläggande stolliga bergarter är den högsta känsligheten på grund av dess höga magnetitinnehåll.

Å andra sidan, förutsatt att det finns en tråd som är ström, kommer det att finnas ett tillhörande magnetfält. Här har vi ett annat sätt att generera ett fält, som i detta fall antar formen av koncentriska omkretsar med tråden.

Känslan av cirkulation av fältet ges av den högra tumregeln. När tummen på höger hand pekar i strömmen, kommer de återstående fyra fingrarna att indikera känslan i vilken fältlinjerna är böjda.

Figur 3. Höger tumregel för att få magnetfältets riktning och betydelse. Källa: Wikimedia Commons.

En elektromagnet är en enhet som producerar magnetism från elektriska strömmar. Det har fördelen att kunna slå på och av när som helst. När strömmen upphör försvinner magnetfältet. Dessutom kan fältets intensitet också kontrolleras.

Elektromagnes är en del av olika enheter, bland vilka är högtalare, hårddiskar, motorer och reläer, bland andra.

Kan tjäna dig: höger handregel

Magnetisk kraft på en rörlig laddning

Du kan kontrollera förekomsten av ett magnetfält B genom en elektrisk försöksbelastning q- Och det rör sig med hastighet v. För detta utesluts närvaron av elektriska och gravitationsfält åtminstone för tillfället.

I detta fall upplever kraften som lasten upplever q, som betecknas som F_B, Det beror helt på fältets inflytande. Kvalitativt observeras följande:

-Storleken på  F_B  Det är proportionellt mot  q Och i hastigheten v.

-Ja v är parallell med magnetfältvektorn, storleken på F_B Det är noll.

-Den magnetiska kraften är vinkelrätt mot båda v tycka om B.

-Slutligen är magnetkraftens storlek proportionell mot synd θ, varelse θ Vinkeln mellan hastighetsvektorn och magnetfältvektorn.

Allt ovanstående är giltigt för både positiva och negativa belastningar. Den enda skillnaden är att betydelsen av magnetisk kraft vänds.

Dessa observationer överensstämmer med vektorprodukten mellan två vektorer, så att den magnetiska kraften som upplevs av en punktlig belastning q, som rör sig med hastighet v Mitt i ett magnetfält är det:

F_B = Q v x B

Vars modul är:

F_B = Q.v.B.synd θ

Figur 4. Regel på höger hand för den magnetiska kraften på en positiv punktlig belastning. Källa: Wikimedia Commons.

Hur genereras ett magnetfält?

Det finns till exempel flera sätt:

-Med hjälp av ett lämpligt ämne.

-Passerar en elektrisk ström genom en drivtråd.

Men magnetismens ursprung förklaras genom att komma ihåg att det måste vara förknippat med belastningens rörelse.

En elektron som kretsar runt kärnan är i huvudsak en liten stängd ström av ström, men kan väsentligt bidra till atomens magnetism. Det finns många elektroner i en bit magnetmaterial.

Detta bidrag till atomens magnetism kallas Orbital magnetiskt ögonblick. Men det finns mer, eftersom översättning inte är den enda rörelsen av elektronen. Detta har också Spin's Magnetic Moment, En kvanteffekt vars analogi är en elektronrotation på sin axel.

I själva verket är Espíns magnetiska ögonblick den främsta orsaken till magnetismen hos en atom.

Grabbar

Magnetfältet kan anta många former, beroende på distribution av strömmar som har sitt ursprung. I sin tur kan det variera inte bara i rymden, utan också i tid eller båda samtidigt.

-I närheten av polerna i en elektromagnet finns det ungefär konstant fält.

-Även inuti en magnetventil erhålls ett högintensitet och enhetligt fält, med fältlinjerna riktade längs den axiella axeln.

-Jordens magnetfält är ganska bra i fältet för en stångmagnet, särskilt i ytan. Solvinden modifierar dessutom de elektriska strömmarna och deformerar den betydligt.

-En tråd som transporterar ström har ett fält i form av koncentriska omkretsar med tråden.

När det gäller huruvida fältet kanske eller inte kan variera i tid, har de:

-Statiska magnetfält, när varken deras storlek eller riktning förändrades över tiden. Fältet för en stångmagnet är ett bra exempel på denna typ av fält. Också de som härstammar från ledningar som transporterar stationära strömmar.

-Variabla fält över tid, om någon av dess egenskaper varierar över tid. Ett sätt att få dem är från växlande nuvarande generatorer, som använder det magnetiska induktionsfenomenet. De finns i många enheter av vanligt bruk, till exempel mobiltelefoner.

Kan tjäna dig: resulterande vektor: beräkning, exempel, övningar

Biot-Savart-lagen

När det krävs att beräkna formen av magnetfältet som produceras genom en fördelning av strömmar, kan biot-savart-lagen användas, upptäckt 1820 av franska fysiker Jean Marie Biot (1774-1862) och Felix Savart (1791-1841).

För vissa aktuella fördelningar med enkla geometrier kan ett matematiskt uttryck för magnetfältvektorn erhållas direkt.

Anta att du har ett differentiellt längdtrådssegment dl som transporterar en elektrisk ström Yo. Det kommer också att antas att tråden är i vakuum. Magnetfältet som producerar denna distribution:

-Minskar med det omvända till avståndet till tråden.

-Det är proportionellt mot strömmen Yo som reser på tråden.

-Din adress är tangentiell för radioomkrets r centrerad på tråd och dess betydelse ges, av den högra tumregeln.

Dessa observationer kombineras i följande uttryck:Proportionalitetskonstanten är Vakuumpermeabilitet μ_antingen, som det erhålls:Var:

-μ_antingen = 4π. 10^-7 T.m/ a 

-dB Det är en magnetfältskillnad.

-Yo Det är intensiteten hos strömmen som cirkulerar på tråden.

-r Det är avståndet mellan trådens centrum och den punkt där du vill hitta fältet.

-dl Det är vektorn vars storlek är längden på det differentiella segmentet dl.

-r Det är vektorn som går från tråden till den punkt där du vill beräkna fältet.

Exempel

Nedan finns två exempel på magnetfält och deras analytiska uttryck.

Magnetfält producerat av en mycket lång rätlinjig tråd

På grund av. När du gör integrationen längs föraren och tar gränsen där detta är mycket långt, resulterar fältets storlek:

 Riktningen och riktningen för vektor B indikeras av den högra tumregeln, vilket kan ses i figur 3.

Fält skapat av Helmholtz Coil

Helmholtz -spolen bildas av två identiska och koncentriska cirkulära spolar, som samma ström passeras. De tjänar till att skapa ungefär enhetligt magnetfält inuti.

Figur 5. Helmholtz Coils Scheme. Källa: Wikimedia Commons.

Hans storlek i mitten av spolen är:

Och riktas längs den axiella axeln. Faktorerna för ekvationen är:

-N representerar antalet spolar

-Yo Det är storleken på strömmen

-μ_antingen Det är den magnetiska permeabiliteten hos vakuum

-R Det är spolarnas radie.

Referenser

1. Figueroa, D. (2005). Serie: Physics for Science and Engineering. Volym 1. Kinematik. Redigerad av Douglas Figueroa (USB).
2. Magnetfältintensitet H. Återhämtat sig från: 230nsc1.Phy-astrage.Gsu.Edu.
3. Kirkpatrick, l. 2007. Fysik: En titt på världen. 6: e förkortade upplagan. Cengage Learning.
4. Magnetfält och magnetkrafter. Återhämtad från: fysik.Ucf.Edu.
5. Rex, a. 2011. Fysikens grunder. Pearson.
6. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fysik för vetenskap och teknik. Volym 2. 7th. Ed. Cengage Learning.
7. University of Vigo. Exempel på magnetism. Hämtad från: Quintans.webbplatser.Uvigo.är