Eden od osnovnih konceptov, ki se uporabljajo v fiziki, je magnetno polje. Deluje na premikanje električnih nabojev. Je neopazen in ga človek ne občuti, vendar je njegovo prisotnost mogoče zaznati z magnetom ali likalnikom. Prav tako je precej enostavno razumeti, katero magnetno polje se imenuje homogeno in nehomogeno.
Definicija in metode za odkrivanje magnetnega polja
Ko naletimo na koncept magnetnega polja, imamo vprašanje, kakšno magnetno polje je, ali je homogeno ali nehomogeno. Preden odgovorimo na takšno vprašanje, je treba dati začetne definicije izrazov.
Magnetno polje naj bi veljalo za posebno vrsto snovi, ki obstaja v bližini gibljivih električnih nabojev, zlasti v bližini prevodnikov s tokom. Lahko se zazna z magnetno iglo ali železnimi opilki.
Enotno polje
Pojavlja se znotraj pasumagnet in v solenoidu, ko je njegova dolžina veliko večja od premera. V tem primeru bodo obrisi magnetnega polja v skladu s pravilom gimleta usmerjeni v nasprotni smeri urinega kazalca.
Magnetne črte so vzporedne in ravne, praznina med njimi je vedno enaka, sila vpliva na magnetno iglo se na vseh točkah ne razlikuje po velikosti in smeri.
Heterogeno polje
V primeru nehomogenega polja bodo magnetne črte upognjene, praznina med njimi se bo razlikovala po velikosti, sila delovanja na magnetno iglo se bo razlikovala po velikosti in smeri na različnih točkah polja. Tudi sila, ki deluje na puščico, nameščeno v polju trakastega magneta, deluje na različnih točkah s silami, ki so različne po velikosti in smeri. To se imenuje nehomogeno polje. Črte takšnega polja so ukrivljene, frekvenca se razlikuje od točke do točke.
Takšno polje je mogoče zaznati v bližini ravnega prevodnika s tokom, paličnim magnetom in solenoidom.
Kaj so magnetne črte
Najprej, ko se pojavi problem, je treba ugotoviti, kakšno magnetno polje, homogeno ali nehomogeno, nastane, spoznati magnetne črte, iz katerih oblika postane jasna karakteristika polja.
Za prikaz magnetnega polja sem začel uporabljati magnetne črte. So namišljene črte vzdolž magnetne igle in postavljene v magnetno polje. Skozi katero koli je mogoče narisati magnetno črtotočka polja, bo imela smer in vedno blizu.
Smer
Zapustijo severni pol magneta in se odpravijo proti jugu. Znotraj samega magneta je vse strogo nasprotno. Same vrstice nimajo začetka ali konca, so zaprte ali gredo od neskončnosti v neskončnost.
Izven magneta so črte nameščene čim bolj gosto blizu polov. Iz tega postane jasno, da je učinek polja najmočnejši v bližini polov in ko se oddaljiš od dna, oslabi. Glede na to, da so magnetni trakovi ukrivljeni, se spremeni tudi smer sile, ki deluje na magnetno iglo.
Kako upodobiti
Če želite razumeti, kako se homogena magnetna polja razlikujejo od nehomogenih, se morate naučiti, kako jih upodobiti z magnetnimi črtami.
Upoštevati je treba zgornji primer pojava enotnega magnetnega polja v tako imenovanem solenoidu, ki je valjasta žična tuljava, skozi katero teče tok. V njem se magnetno polje lahko šteje za enakomerno, pod pogojem, da je dolžina veliko večja od premera (zunaj tuljave bo polje neenakomerno, magnetne črte bodo nameščene na enak način kot v paličnem magnetu).
Enotno polje se nahaja tudi v središču trajnega paličnega magneta. V katerem koli omejenem prostoru v prostoru je možno tudi reproducirati enotno magnetno polje, v katerem bodo sile, ki delujejo na magnetizirano iglo, enake po velikosti in smeri.
Za upodobitev magnetnega polja uporabite naslednji primer. Če se črte nahajajopravokotno na risalno ravnino in so usmerjeni od gledalca, potem so upodobljeni s križi, če na gledalcu - s pikami. Tako kot pri toku je vsak križ tako rekoč viden rep puščice, ki leti od opazovalca, konica pa je ostrejša od puščice, ki leti proti nam.
Prav tako je zlahka izpolnjena zahteva "Narišite enotno in neenakomerno magnetno polje". Preprosto narišite te magnetne črte ob upoštevanju značilnosti polja (enakomernost in nehomogenost).
Vendar obstoj nehomogenih polj močno zaplete nalogo. V tem primeru je pridobitev kakršnega koli fizičnega rezultata z uporabo splošne enačbe malo verjetna.
Razlike
Odgovor na vprašanje, kako se homogena magnetna polja razlikujejo od nehomogenih, je precej enostavno dati. Najprej je odvisno od magnetnih linij. V primeru enotnega polja bo razdalja med njima enaka in bosta enakomerno razporejeni, z enako silo, ki deluje na instrumente v kateri koli točki. Za nehomogena polja je vse strogo nasprotno. Proge so neenakomerno locirane, na različnih mestih delujejo z neenako silo na naprave.
V praksi je nehomogeno polje precej pogosto, kar si je treba tudi zapomniti, saj se enotna polja lahko pojavijo samo znotraj predmeta, kot je magnet ali solenoid. Opazovanja na prostem bodo odpravila heterogenost.
Zaznavanje polja
Ko razumemo, kaj so enotna in nehomogena magnetna polja, in jih opredelimoko ste jih razstavili, bi morali ugotoviti, kako jih najdete.
Najenostavnejši za to je poskus, ki ga je izvedel Oersted. Sestoji iz uporabe magnetne igle, ki pomaga ugotoviti obstoj električnega toka. Takoj, ko se tok premika vzdolž prevodnika, se bo puščica, ki se nahaja v bližini, premaknila zaradi dejstva, da obstajajo enotna in neenakomerna magnetna polja.
Interakcija prevodnikov s tokom
Vsak prevodnik s tokom ima svoje magnetno polje, ki deluje z določeno silo na najbližjega. Odvisno od smeri toka se vodniki med seboj privlačijo ali odbijajo. Polja, ki izvirajo iz različnih virov, se bodo seštela in tvorila eno končno polje.
Kako so ustvarjeni in zakaj
Primeri enotnih in neenakomernih magnetnih polj, ki se uporabljajo v napravah s katodnimi žarki, ustvarjajo tuljave, ki prepuščajo tok. Za pridobitev zahtevane oblike magnetnega polja se uporabljajo konice polic in magnetni zasloni, izdelani iz materialov z močno magnetno prepustnostjo.
Vpliv nehomogenih magnetnih polj lahko spremeni potek nepovratnih fizikalnih in kemičnih pojavov, večinoma heterogenega procesa. Pojav turbulentne difuzije vodi do povečanja hitrosti gibanja plina iz katere koli tekočine na površino za več vrst velikosti v oblikimikromehurčki. Učinek lokalne dehidracije ionov in delcev je posledica intenziviranja procesa mikrokristalizacije. V tekočih medijih lahko visokoenergijske reakcije ustvarijo proste radikale, atomski kisik, perokside in dušikove spojine. Pojavi se koagulacija in v tekočini se pojavijo produkti, ki nastanejo zaradi erozivnega uničenja.
Med hidrodinamično kavitacijo velika velikost nastajajočih mehurčkov in kavern oteži njihovo zavzemanje s tekočino iz območja nizkega tlaka v območje višjega tlaka, kjer se mehurčki zrušijo. Med kolapsom majhnega mehurčka pride do nizke vsebnosti zraka in pride do močne kemične reakcije, podobna plazemskemu izpustu. Prisotnost nehomogenih magnetnih polj vodi do nestabilnosti votlin, njihovega razpada in pojava majhnih vrtincev in mehurčkov. Glede na to, da je tlak v središču takšnega vrtinca zmanjšan, pretvori majhne plinske mehurčke.
Pri merjenju indukcije v neenakomernem magnetnem polju ne pozabite, da je Hallova napetost sorazmerna s povprečno vrednostjo indukcije polja znotraj območja, omejenega s površino pretvornika.
Za fokusiranje paraksialnih žarkov se uporabljajo tudi neenakomerna magnetna polja, ki jih tvorijo kratke tuljave, ki so večslojni solenoidi, katerih dolžina je sorazmerna z njihovim premerom. Na elektron, ki vstopi v takšno polje, delujejo sile, ki spremenijo njegovo smer. Elektron se pod vplivom takšne sile približa osi leče, medtem ko je ravnina, v kateri se nahaja njegova pot,ovinki. Elektron se premika vzdolž spiralnega segmenta, ki seka os leče v dani točki.
Faktor prostorskega povečanja je posledica prostorske razpršenosti nehomogenih polj na ozemlju heterogenega sistema, opranega s tekočino. Za pridobitev populacijske inverzije nivojev z metodo ločevanja se uporabljajo neenakomerna polja, ki jih ustvarja večpasovni magnet. Oblika polov je podobna palicam v kvadrupolnem kondenzatorju molekularnega generatorja na osnovi amoniaka.
uporablja
Metoda magnetnega reda za odkrivanje napak temelji na vleku magnetnih delcev s silami nehomogenih polj, ki se pojavijo nad napakami. Kopičenje takšnega prahu določa prisotnost napake, njeno velikost in položaj na delu, ki se preverja.
Majhen učinek cepitve velja za pomembno pomanjkljivost metode molekularnega snopa z uporabo močnih nehomogenih magnetnih polj. Obstaja preprosta in na videz neverjetna metoda za povečanje tega učinka. Sestoji iz uporabe lahkega zunanjega magnetnega polja. Slednje bo omogočilo povečanje področja uporabe jedrskih precesijskih magnetometrov v smeri neenakomernih magnetnih polj.
Prednost te metode je njena visoka ločljivost, ki omogoča zaznavanje neenakomernih magnetnih polj, ki so sorazmerna z velikostjo delcev magnetne plasti traku, pa tudi sposobnost iskanja poškodb na kompleksne površine in v tesnih odprtinah.
Slabosti sopotreba po sekundarni obdelavi informacij, fiksirani so le delci magnetnih polj vzdolž traku, kompleksnost razmagnetizacije in ohranjanja traku ter je treba preprečiti vpliv zunanjih magnetnih polj.
Enotna in nehomogena magnetna polja so precej pogosta, kljub temu, da so povprečnemu laiku nevidna. Primere enakomernih in neenakomernih magnetnih polj lahko najdemo v paličnih magnetih in solenoidih. Hkrati jih lahko opazite z uporabo preproste magnetne igle ali železnih opilkov.
