Yksi fysiikan peruskäsitteistä on magneettikenttä. Se vaikuttaa liikkuviin sähkövarauksiin. Se on huomaamaton eikä ihminen tunne sitä, mutta sen läsnäolo voidaan havaita magneetilla tai raudalla. On myös melko helppo ymmärtää, mitä magneettikenttää kutsutaan homogeeniseksi ja epähomogeeniseksi.
Määritelmä ja menetelmät magneettikentän havaitsemiseksi
Kun kohtaamme magneettikentän käsitteen, meillä on kysymys siitä, millainen magneettikenttä se on, onko se homogeeninen vai epähomogeeninen. Ennen kuin vastaat tällaiseen kysymykseen, on tarpeen antaa termien alustavat määritelmät.
Magneettikenttää oletetaan pitävän erityisenä aineena, joka esiintyy lähellä liikkuvia sähkövarauksia, erityisesti lähellä johtimia, joissa on virtaa. Voidaan havaita magneettineulalla tai rautaviilalla.
Yhtenäinen kenttä
Tapahtuu bändin sisällämagneetissa ja solenoidissa, kun sen pituus on paljon suurempi kuin halkaisija. Tässä tapauksessa gimlet-säännön mukaan magneettikentän ääriviivat suunnataan vastapäivään.
Magneettiset viivat ovat yhdensuuntaisia ja suoria, niiden välinen tyhjyys on aina sama, magneettineulaan kohdistuva vaikutusvoima ei poikkea missään kohdissa sen suuruudesta ja suunnasta.
Heterogeeninen kenttä
Epähomogeenisen kentän tapauksessa magneettiviivat taipuvat, niiden välinen tyhjä tila vaihtelee kooltaan, magneettineulaan kohdistuva vaikutusvoima vaihtelee suuruuden ja suunnan os alta kentän eri kohdissa. Myös liuskamagneetin kenttään sijoitettuun nuoleen vaikuttava voima vaikuttaa eri pisteissä voimilla, jotka ovat eri suuruisia ja suuntaisia. Tätä kutsutaan epähomogeeniseksi kentällä. Tällaisen kentän viivat ovat kaarevia, taajuus vaihtelee pisteestä toiseen.
Tällainen kenttä on mahdollista havaita läheltä suoraa johdinta, jossa on virta, tankomagneetti ja solenoidi.
Mitä ovat magneettiviivat
Ensinnäkin ongelman ilmaantuessa tulee selvittää, millainen magneettikenttä, homogeeninen tai epähomogeeninen, muodostuu, tulee oppia magneettijuovia, joiden muodosta selviää kentän ominaisuus.
Magneettisen kentän kuvaamiseksi alettiin käyttää magneettisia viivoja. Ne ovat kuvitteellisia raitoja magneettineulaa pitkin ja sijoitettu magneettikenttään. Magneettinen viiva on mahdollista vetää minkä tahansa läpikenttäpiste, sillä on suunta ja se on aina kiinni.
Suunta
He jättävät magneetin pohjoisnavan ja suuntaavat etelään. Magneetin sisällä kaikki on täysin päinvastaista. Itse riveillä ei ole alkua tai loppua, ne ovat suljettuja tai ne kulkevat äärettömyydestä äärettömään.
Magnetin ulkopuolella linjat sijaitsevat mahdollisimman tiiviisti napojen lähellä. Tästä käy selväksi, että kentän vaikutus on voimakkain napojen lähellä, ja pohjasta poistuessaan se heikkenee. Koska magneettiraidat ovat kaarevia, myös magneettineulaan vaikuttavan voiman suunta muuttuu.
Miten kuvata
Ymmärtääksesi, kuinka homogeeniset magneettikentät eroavat epähomogeenisista, sinun on opittava kuvaamaan ne magneettisilla viivoilla.
On syytä harkita yllä olevaa esimerkkiä tasaisen magneettikentän esiintymisestä ns. solenoidissa, joka on sylinterimäinen lankakela, jonka läpi virta kulkee. Sen sisällä magneettikenttää voidaan pitää yhtenäisenä edellyttäen, että pituus on paljon suurempi kuin halkaisija (kelan ulkopuolella kenttä on epätasainen, magneettiviivat sijaitsevat samalla tavalla kuin tankomagneetissa).
Tasainen kenttä sijaitsee myös kestotankomagneetin keskellä. Millä tahansa rajoitetulla avaruuden alueella on myös mahdollista tuottaa tasainen magneettikenttä, jossa magnetoituun neulaan vaikuttavat voimat ovat suuruudeltaan ja suunn altaan samat.
Kuvaa magneettikenttä käyttämällä seuraavaa esimerkkiä. Jos linjat sijaitsevatkohtisuorassa piirustustasoon nähden ja ne on suunnattu katsojasta, sitten ne on kuvattu risteillä, jos katsojassa - pisteillä. Kuten virrankin kohdalla, jokainen risti on ikään kuin katsojasta lentävän nuolen näkyvä häntä, ja kärki on terävämpi kuin meitä kohti lentävä nuoli.
Lisäksi vaatimus "Piirrä tasainen ja epätasainen magneettikenttä" täyttyy helposti. Piirrä yksinkertaisesti nämä magneettiviivat ottaen huomioon kentän ominaisuudet (tasaisuus ja epähomogeenisuus).
Epähomogeenisten kenttien olemassaolo vaikeuttaa kuitenkin tehtävää suuresti. Tässä tapauksessa fyysisen tuloksen saaminen yleisen yhtälön avulla on epätodennäköistä.
Erot
Vastaus kysymykseen, kuinka homogeeniset magneettikentät eroavat epähomogeenisista magneettikentistä, on melko helppo antaa. Ensinnäkin se riippuu magneettisista viivoista. Tasaisen kentän tapauksessa niiden välinen etäisyys on sama, ja ne ovat tasaisin välein, ja sama voima vaikuttaa instrumentteihin missä tahansa kohdassa. Epähomogeenisilla kentillä kaikki on täysin päinvastaista. Linjat sijaitsevat epätasaisesti, eri paikoissa ne vaikuttavat laitteisiin epätasaisella voimalla.
Käytännössä epähomogeeninen kenttä on melko yleinen, mikä on myös syytä muistaa, koska tasaisia kenttiä voi esiintyä vain kohteen, kuten magneetin tai solenoidin sisällä. Ulkona tehdyt havainnot korjaavat heterogeenisyyden.
Kentäntunnistus
Ymmärtänyt, mitä tasaiset ja epähomogeeniset magneettikentät ovat, ja määrittelemällä neKun olet purkanut ne, sinun pitäisi selvittää, kuinka löydät ne.
Yksinkertaisin tähän on Oerstedin suorittama koe. Se koostuu magneettisen neulan käyttämisestä, joka auttaa määrittämään sähkövirran olemassaolon. Heti kun virta liikkuu johdinta pitkin, lähellä oleva nuoli liikkuu, koska magneettikentät ovat tasaisia ja epätasaisia.
Johtimien vuorovaikutus virran kanssa
Jokaisella virralla olevalla johtimella on oma magneettikenttä, joka vaikuttaa tietyllä voimalla lähimpään. Virran suunnasta riippuen johtimet houkuttelevat tai hylkivät toisiaan. Eri lähteistä peräisin olevat kentät summautuvat yhteen ja muodostavat yhden tuloksena olevan kentän.
Miten ne luodaan ja miksi
Esimerkkejä katodisädelaitteissa käytetyistä yhtenäisistä ja epätasaisista magneettikentistä luodaan keloilla, jotka kulkevat läpi virtaa. Magneettikentän vaaditun muodon saavuttamiseksi käytetään hyllynkärkiä ja magneettisia näyttöjä, jotka on valmistettu materiaaleista, joilla on vahva magneettinen läpäisevyys.
Epähomogeenisten magneettikenttien vaikutus voi muuttaa peruuttamattomien fysikaalisten ja kemiallisten ilmiöiden kulkua, enimmäkseen heterogeenista prosessia. Turbulentin diffuusion ilmaantuminen johtaa useiden suuruusluokkien lisääntymiseen kaasun liikkumisnopeudessa mistä tahansa nesteestä muodossa olevaan pintaanmikrokuplat. Ionien ja hiukkasten paikallisen dehydraation vaikutus johtuu mikrokiteytysprosessin tehostumisesta. Virtavissa väliaineissa korkeaenergiset reaktiot voivat luoda vapaita radikaaleja, atomihappea, peroksideja ja typpiyhdisteitä. Koagulaatiota tapahtuu ja eroosiivisen tuhon aiheuttamia tuotteita ilmaantuu nesteeseen.
Hydrodynaamisen kavitaation aikana ilmaantuvien kuplien ja onkaloiden suuri koko vaikeuttaa niiden kulkeutumista nesteen mukana matalapainealueelta korkeamman paineen alueelle, jossa kuplat romahtavat. Pienen kuplan romahtamisen aikana ilmapitoisuus on alhainen ja tapahtuu voimakas kemiallinen reaktio, joka muistuttaa plasmapurkausta. Epähomogeenisten magneettikenttien läsnäolo johtaa onteloiden epävakauteen, niiden hajoamiseen ja pienimuotoisten pyörteiden ja kuplien esiintymiseen. Koska paine tällaisen pyörteen keskellä pienenee, se muuttaa pieniä kaasukuplia.
Mitattaessa induktiota epätasaisessa magneettikentässä, muista, että Hall-jännite on verrannollinen kenttäinduktion keskiarvoon anturin pinnan rajaamalla alueella.
Paraksiaalisten säteiden fokusoimiseen käytetään myös epätasaisia magneettikenttiä, jotka muodostuvat lyhyistä keloista, jotka ovat monikerroksisia solenoideja, joiden pituus on verrannollinen halkaisijansa kanssa. Tällaiseen kenttään tuleva elektroni on alttiina voimille, jotka muuttavat sen suuntaa. Tällaisen voiman vaikutuksen alainen elektroni lähestyy linssin akselia, kun taas taso, jolla sen liikerata sijaitsee, onmutkia. Elektroni liikkuu spiraalisegmenttiä pitkin, joka leikkaa linssin akselin tietyssä pisteessä.
Tilallisen kasvutekijän aiheuttaa epähomogeenisten kenttien avaruudellinen leviäminen heterogeenisen järjestelmän alueelle, joka on huuhtoutunut nesteellä. Tasojen populaatioinversion saamiseksi erotusmenetelmällä käytetään monikaistaisen magneetin luomia epätasaisia kenttiä. Napojen muoto on samanlainen kuin ammoniakkipohjaisen molekyyligeneraattorin kvadrupolikondensaattorin sauvat.
Käyttää
Magneettisen järjestyksen menetelmä virheiden havaitsemiseksi perustuu magneettisten hiukkasten vetovoimaan epähomogeenisten kenttien voimien vaikutuksesta, jotka näkyvät vikojen yläpuolella. Tällaisen jauheen kerääntyminen määrää vian olemassaolon, sen koon ja sijainnin tarkastettavassa osassa.
Pientä halkaisuvaikutusta pidetään vahvoja epähomogeenisiä magneettikenttiä käyttävän molekyylisädemenetelmän merkittävänä haittana. On olemassa yksinkertainen ja näennäisesti epäuskottava tapa lisätä tätä vaikutusta. Se koostuu kevyen ulkoisen magneettikentän soveltamisesta. Jälkimmäinen mahdollistaa ydinprecessiomagnetometrien käyttöalueen laajentamisen kohti epätasaisia magneettikenttiä.
Tämän menetelmän etuna on sen korkea resoluutio, joka mahdollistaa epätasaisten magneettikenttien havaitsemisen, jotka ovat oikeassa suhteessa nauhan magneettikerroksen hiukkasten kokoon, sekä kyky löytää vaurioita monimutkaisille pinnoille ja ahtaissa aukoissa.
Haitat ovattiedon toissijaisen käsittelyn tarve, vain magneettikenttien hiukkaset nauhaa pitkin on kiinnitetty, demagnetisoinnin ja nauhan säilyttämisen monimutkaisuus ja on tarpeen estää ulkoisten magneettikenttien vaikutus.
Tasaiset ja epähomogeeniset magneettikentät ovat melko yleisiä huolimatta siitä, että ne ovat näkymättömiä tavalliselle maallikolle. Esimerkkejä tasaisista ja epätasaisista magneettikentistä löytyy tankomagneeteista ja solenoideista. Samalla voit huomata ne käyttämällä yksinkertaista magneettista neulaa tai rautaviilaa.
