Et af de grundlæggende begreber, der bruges i fysik, er magnetfeltet. Det virker på bevægelige elektriske ladninger. Det er umærkeligt og mærkes ikke af en person, men dets tilstedeværelse kan detekteres ved hjælp af en magnet eller jern. Det er også ret nemt at forstå, hvilket magnetfelt der kaldes homogent og inhomogent.
Definition og metoder til detektering af et magnetfelt
Når vi støder på begrebet et magnetfelt, har vi et spørgsmål om, hvad det er for et magnetfelt, om det er homogent eller inhomogent. Før du besvarer et sådant spørgsmål, er det nødvendigt at give indledende definitioner af begreber.
Det magnetiske felt formodes at blive betragtet som en speciel slags stof, der eksisterer nær bevægelige elektriske ladninger, især nær ledere med strøm. Kan detekteres ved hjælp af en magnetisk nål eller jernspåner.
Uniform felt
Forekommer inde i bandetmagnet og i solenoiden, når dens længde er meget større end diameteren. I dette tilfælde vil konturerne af det magnetiske felt ifølge gimlet-reglen blive rettet mod uret.
Magnetiske linjer er parallelle og lige, tomrummet mellem dem er altid det samme, påvirkningskraften på den magnetiske nål adskiller sig ikke på alle punkter i dens størrelse og retning.
Heterogent felt
I tilfælde af et inhomogent felt vil de magnetiske linjer blive bøjet, tomrummet mellem dem vil variere i størrelse, virkningskraften på den magnetiske nål vil variere i størrelse og retning på forskellige punkter i feltet. Også kraften, der virker på en pil placeret i feltet af en strimmelmagnet, virker på forskellige punkter med kræfter, der er forskellige i størrelse og retning. Dette kaldes et inhomogent felt. Linjerne i et sådant felt er buede, frekvensen varierer fra punkt til punkt.
Det er muligt at detektere denne form for felt i nærheden af en lige leder med strøm, en stangmagnet og en solenoide.
Hvad er magnetiske linjer
Først og fremmest, når der opstår et problem, bør man bestemme, hvilken slags magnetfelt, homogent eller inhomogent, der dannes, man bør lære om magnetiske linjer, ud fra hvis form feltkarakteristikken bliver tydelig.
For at skildre det magnetiske felt, begyndte at bruge magnetiske linjer. De er imaginære striber langs en magnetisk nål og placeret i et magnetfelt. Det er muligt at tegne en magnetisk linje gennem evtfeltpunkt, vil det have retning og altid tæt på.
Retning
De forlader magnetens nordpol og går mod syd. Inde i selve magneten er alt det modsatte. Linjerne selv har ingen begyndelse eller slutning, er lukkede eller går fra uendelig til uendelig.
Uden for magneten er linjerne placeret så tæt som muligt nær polerne. Heraf bliver det tydeligt, at feltets effekt er stærkest nær polerne, og når man bevæger sig væk fra bunden, svækkes den. Da magnetstriberne er buede, ændres også retningen af kraften, der virker på magnetnålen.
Sådan portrætteres
For at forstå, hvordan homogene magnetiske felter adskiller sig fra inhomogene felter, skal du lære at afbilde dem ved hjælp af magnetiske linjer.
Man bør overveje ovenstående eksempel på forekomsten af et ensartet magnetfelt i den såkaldte solenoide, som er en cylindrisk trådspole, hvorigennem strøm føres. Inde i det kan magnetfeltet betragtes som ensartet, forudsat at længden er meget større end diameteren (uden for spolen vil feltet være uensartet, de magnetiske linjer vil være placeret på samme måde som i en stangmagnet).
Uniformsfeltet er også placeret i midten af den permanente stangmagnet. I ethvert begrænset område i rummet er det også muligt at gengive et ensartet magnetfelt, hvor kræfterne, der virker på den magnetiserede nål, vil være ens i størrelse og retning.
For at afbilde et magnetfelt, brug følgende eksempel. Hvis linjerne er placeretvinkelret på tegneplanet og er rettet fra beskueren, så er de afbildet med kryds, hvis de er på beskueren - med prikker. Som med strømmen er hvert kors ligesom den synlige hale på en pil, der flyver fra beskueren, og spidsen er skarpere end pilen, der flyver mod os.
Også kravet "Tegn et ensartet og uensartet magnetfelt" er let opfyldt. Du skal blot tegne disse magnetiske linjer under hensyntagen til feltets karakteristika (ensartethed og inhomogenitet).
Men eksistensen af inhomogene felter komplicerer opgaven i høj grad. I dette tilfælde er det usandsynligt at opnå et fysisk resultat ved hjælp af den generelle ligning.
Differences
Svaret på spørgsmålet om, hvordan homogene magnetfelter adskiller sig fra uhomogene, er ret nemt at give. Først og fremmest afhænger det af de magnetiske linjer. I tilfælde af et ensartet felt vil afstanden mellem dem være den samme, og de vil være jævnt fordelt, med den samme kraft, der virker på instrumenterne på ethvert punkt. For uhomogene felter er alt strengt det modsatte. Linjerne er ujævnt placeret, forskellige steder virker de med ulige kraft på enheder.
I praksis er et inhomogent felt ret almindeligt, hvilket også skal huskes, da ensartede felter kun kan forekomme inde i et objekt, såsom en magnet eller en solenoide. Udendørs observationer vil fikse heterogenitet.
Feltdetektion
Efter at have forstået, hvad ensartede og inhomogene magnetiske felter er, og definere demefter at have adskilt dem, bør du finde ud af, hvordan du kan finde dem.
Det enkleste til dette er eksperimentet udført af Ørsted. Den består i at bruge en magnetisk nål, som hjælper med at bestemme eksistensen af en elektrisk strøm. Så snart strømmen bevæger sig langs lederen, vil pilen, der er placeret i nærheden, bevæge sig, på grund af det faktum, at der er ensartede og uensartede magnetfelter.
Interaktion mellem ledere og strøm
Hver leder med strøm har sit eget magnetfelt, som virker med en vis kraft på den nærmeste. Afhængigt af strømmens retning vil lederne tiltrække eller frastøde hinanden. Felter, der stammer fra forskellige kilder, vil lægge sig sammen og danne et enkelt resulterende felt.
Hvordan de er oprettet og hvorfor
Eksempler på ensartede og uensartede magnetfelter, der bruges i katodestråleenheder, er skabt af spoler, der sender strøm. For at opnå den påkrævede form af magnetfeltet, anvendes hyldespidser og magnetiske skærme, lavet af materialer med stærk magnetisk permeabilitet.
Påvirkningen af inhomogene magnetfelter kan ændre forløbet af irreversible fysiske og kemiske fænomener, for det meste en heterogen proces. Forekomsten af turbulent diffusion fører til en stigning med flere størrelsesordener i hastigheden af gasbevægelse fra enhver væske til overfladen i formmikrobobler. Effekten af lokal dehydrering af ioner og partikler skyldes intensiveringen af mikrokrystallisationsprocessen. I strømmende medier kan højenergireaktioner skabe frie radikaler, atomart oxygen, peroxider og nitrogenholdige forbindelser. Koagulering forekommer, og produkter forårsaget af erosiv ødelæggelse vises i væsken.
Under hydrodynamisk kavitation komplicerer den store størrelse af de fremkommende bobler og huler deres indtrængning af væske fra området med lavt tryk til området med højere tryk, hvor boblerne kollapser. Under kollapset af en lille boble er der et lavt luftindhold, og der sker en kraftig kemisk reaktion, der ligner en plasmaudledning. Tilstedeværelsen af inhomogene magnetfelter fører til ustabilitet af hulrum, deres opløsning og fremkomsten af små hvirvler og bobler. Da trykket i midten af en sådan hvirvel reduceres, omdanner den små gasbobler.
Når du måler induktion i et uensartet magnetfelt, skal du huske, at Hall-spændingen er proportional med middelværdien af feltinduktionen inden for det område, der afgrænses af transducerens overflade.
For at fokusere paraksiale stråler bruges også uensartede magnetfelter, dannet af korte spoler, som er flerlags-solenoider, hvis længde står i forhold til deres diameter. En elektron, der kommer ind i et sådant felt, er udsat for kræfter, der ændrer dens retning. En elektron under påvirkning af en sådan kraft nærmer sig linsens akse, mens det plan, hvori dens bane er placeret, erbøjer sig. Elektronen bevæger sig langs et spiralsegment, der skærer linsens akse i et givet punkt.
Den rumlige stigningsfaktor er forårsaget af den rumlige spredning af inhomogene felter på territoriet af et heterogent system, der skylles ned med væske. For at opnå populationsinversionen af niveauerne ved hjælp af separationsmetoden anvendes uensartede felter skabt af en multibåndsmagnet. Formen på polerne ligner stængerne i quadrupolkondensatoren på en ammoniakbaseret molekylær generator.
Uses
Den magnetiske ordensmetode til fejldetektion er baseret på trækkraften af magnetiske partikler af kræfterne fra inhomogene felter, der vises over defekterne. Ophobningen af et sådant pulver bestemmer tilstedeværelsen af en defekt, dens størrelse og placering på den del, der kontrolleres.
En lille sp altningseffekt anses for at være en væsentlig ulempe ved den molekylære strålemetode, der anvender stærke inhomogene magnetfelter. Der er en enkel og tilsyneladende usandsynlig metode til at øge denne effekt. Det består i påføringen af et let eksternt magnetfelt. Sidstnævnte vil gøre det muligt at øge anvendelsesområdet for nukleare præcessionelle magnetometre mod uensartede magnetfelter.
Fordelen ved denne metode er dens høje opløsning, som gør det muligt at detektere uensartede magnetiske felter svarende til størrelsen af partiklerne i det magnetiske lag af båndet, samt evnen til at finde skader på komplekse overflader og i tætte åbninger.
Ulemperne erbehovet for sekundær behandling af information, kun partikler af magnetiske felter langs båndet er fikseret, kompleksiteten af afmagnetisering og bevaring af båndet, og det er nødvendigt at forhindre påvirkning af eksterne magnetiske felter.
Ensartede og inhomogene magnetfelter er ret almindelige, på trods af at de er usynlige for den gennemsnitlige lægmand. Eksempler på ensartede og uensartede magnetfelter kan findes i stangmagneter og solenoider. Samtidig kan du bemærke dem ved hjælp af en simpel magnetnål eller jernspåner.
