Co wytwarza siłę pola magnetycznego: różne metody i fakty

W tym artykule omówimy, co wytwarza siłę pola magnetycznego i różne czynniki odpowiedzialne za jego powstawanie.

To, co wytwarza siłę pola magnetycznego, to strumień magnetyczny przechodzący przez jednostkę długości przewodnika i wzrastający wraz ze wzrostem gęstości strumienia na jednostkę długości.

Pole magnetyczne i jego intensywność

Zobaczmy teraz różne metody i kilka faktów dotyczących pola magnetycznego.

Po pierwsze, czy wszyscy wiecie, jak odkryto magnes?

Pasterz o imieniu Magnas, który mieszkał w Grecji, nosił ze sobą kij, aby kontrolować stado owiec i kóz, które miały pod spodem żelazo przyklejone do skały. Skała była naturalnym magnesem bogatym w żelazo (zawartość Fe) zwanym magnetytem. Stąd odkrycie magnesu miało miejsce w Grecji i teraz to miejsce nazywa się Magnesia, nazwa oparta na odkryciu magnesu.

Jak siła pola magnetycznego Ziemi jest największa na biegunie północnym i biegunie południowym, magnes jest zawsze ustawiony w kierunku północ-południe, a zatem jest używany do lokalizowania kierunku przez wyprawy morskie. W szczególności, klinometry są używane przez większość geologów do pomiaru kąta wzniesienia skał.

Co wytwarza siłę pola magnetycznego?

Siła pola magnetycznego to siła potrzebne do wygenerowania gęstości strumienia w materiale na jednostkę długości materiału i reprezentowane jako:

H=(B/µ)-M

Gdzie B jest gęstością strumienia magnetycznego,
M to namagnesowanie i
m jest przepuszczalnością magnetyczną.

Siła magnetyczna zależy od całkowitych linii pola magnetycznego, które przenikają całą powierzchnię przekroju poprzecznego materiału. Te linie pola magnetycznego są znane jako strumień magnetyczny, a gęstość strumienia magnetycznego jest bezpośrednio skorelowana z siłą pola. Indukcja magnetyczna zależy przede wszystkim od liczby spinów elektronów lub momentu dipolowego w materiale.

W atomie znajdują się elektrony sparowane z elektronami o przeciwnym spinie i zwykle występuje to w przypadku pierwiastków gazów szlachetnych, które mają całkowicie zewnętrzną powłokę walencyjną i wszystkie elektrony są ze sobą sparowane; przykładem takich pierwiastków są Hel, Neon, Argon, Krypton, Xenon, Radon.

Atomy, które mają niesparowane elektrony, łączą się z elektronami z drugiego atomu, aby uzupełnić swoją zewnętrzną powłokę i stać się stabilnym pierwiastkiem. Te atomy z niesparowane elektrony wytwarzają pole magnetyczne. Niesparowany elektron krąży wokół jąder atomu, a ruch wolnych elektronów wpływa na powstawanie pola magnetycznego. Wraz ze wzrostem liczby dostępnych wolnych elektronów, efekty magnetyczne widoczne w materiale również będą się nasilać.

Gdy prąd przepływa przez dowolny przewodnik, następuje ruch elektronów, który indukuje siła elektromagnetyczna. Załóżmy, że bierzesz prąd przewodzący drut i umieszczasz w jego pobliżu igłę magnetyczną, wtedy zidentyfikujesz ugięcie igły magnetycznej. Dzieje się tak, ponieważ poruszające się elektrony w przewodzie przewodzącym prąd wytwarzają pole magnetyczne w kierunku, który przeciwstawia się ruchowi elektronów.

Zgodnie z zasadą kciuka prawej ręki, jeśli ruch prądu odbywa się z południa na północ, wówczas pole magnetyczne będzie zgodne z ruchem wskazówek zegara, a siła magnetyczna będzie odczuwana w kierunku zachodnim. Jeśli przesuniemy igła magnetyczna z dala od przewodu przewodzącego prąd, ten sam efekt będzie słabszy wraz ze wzrostem odległości między przewodem a igłą magnetyczną. Stąd możemy zauważyć, że natężenie pola magnetycznego maleje wraz z odległością.

Siła pola magnetycznego zależy również od wewnętrznego momentu magnetycznego cząstki. Moment magnetyczny to wielkość, która określa moment obrotowy, na jaki działają dipole w obecności zewnętrznego pola magnetycznego.

W przypadku braku pola magnetycznego momenty magnetyczne są zorientowane losowo i nie wytwarza się namagnesowania netto; gdy przyłożone jest pole magnetyczne, te momenty atomowe orientują się w kierunku przyłożonego pola, co powoduje namagnesowanie netto równoległe do przyłożonego pola. Stąd, namagnesowanie zależy od gęstości momentu magnetycznego w materiale, ruchu elektronów w atomach oraz spinu elektronu lub jąder i definiuje się jako moment magnetyczny na jednostkę objętości ciała stałego.

Siła pola magnetycznego również zależy od moment magnetyczny ustalony na jednostkę objętości materiału w obecności pola zewnętrznego jest znany jako podatność magnetyczna.

W oparciu o tę właściwość materiały dzieli się na diamagnetyczne, paramagnetyczne lub ferromagnetyczne. Wiadomo, że materiał ferromagnetyczny ma dużą podatność magnetyczną, ponieważ wykazuje wysokie właściwości magnetyczne i zachowuje swoje właściwości magnetyczne nawet przy braku zewnętrznego pola magnetycznego. Żelazo, nikiel, kobalt to tylko niektóre z materiałów ferromagnetycznych.

Elektrony poruszające się w polu magnetycznym doświadczają siły prostopadłej do ich własnej prędkości, a siła magnetyczna B jest reprezentowana jako:

F=qvB

Gdzie q to opłata
v jest prędkością ładunku
B to pole magnetyczne

Właściwość materiału do odpychania strumienia magnetycznego przez niego nazywana jest przepuszczalnością magnetyczną. Mówi się, że materiał ma wysoką przepuszczalność, jeśli przechodzi przez niego maksymalny strumień magnetyczny.

Czytaj więcej na Siła polowa

Jednostka SI natężenia pola magnetycznego

Gęstość strumienia magnetycznego jest mierzona jako strumień na jednostkę powierzchni, czyli Weber/m² co jest równe jednej Tesli. Lub możemy powiedzieć, że jest mierzony w kategoriach siły wymaganej do wzbudzenia strumienia magnetycznego w jednostce długości w metrach na jednostkę Ampera i podane jako N/Am

Jednostka SI podatności magnetycznej jest podana jako Newton na amper kwadrat N/A² a magnetyzacja jest reprezentowana jako Amper na metr A/m. Zastępując to w równaniu (1), otrzymujemy:

(Nie dotyczy)*(A²/N)=(A/M)

Na tej podstawie otrzymujemy jednostkę SI natężenia pola magnetycznego w amperach na metr. W jednostce CGS jest to Oersted, nazwany na cześć duńskiego naukowca Hansa Christiana Oersteda, który jako pierwszy odkrył związek między elektrycznością a magnetyzmem.

Natężenie pola magnetycznego mierzy się za pomocą magnetometru. Magnetometr indukcyjny, magnetometr z wirującą cewką, magnetometr z efektem Halla, magnetometr NMR, magnetometr z bramką strumieniową to tylko niektóre przykłady magnetometrów.

Efekt Halla to metoda używana do określenia gęstości liczbowej nośnika i rodzajów nośnika. Gdy pole magnetyczne zostanie przyłożone prostopadle do przewodnika, w przewodniku powstaje napięcie, które jest prostopadłe do pola magnetycznego, a także do prądu.

Gouy Balance to tradycyjna metoda stosowana do badania podatności magnetycznej materiału, która opiera się na idei grawitacji.

Często zadawane pytanies

Jak obliczyć natężenie pola magnetycznego w elektrozaworze o długości 5 mi posiadającym 2000 pętli, przenoszącym prąd 2000A?

Najpierw sprawdź liczbę pętli na jednostkę długości drutu

Liczba pętli na jednostkę długości

=Liczba pętli/Długość drutu

= 2000 / 500

= 4cm^-1

Czy siła pola magnetycznego zależy od rozmiaru przewodnika?

Tak, zgodnie z Biot – Prawo Savarta pole magnetyczne zależy od jednostkowej długości przewodnika. Im większy rozmiar przewodnika, tym większa będzie całkowita wartość nieskończenie małej długości, a co za tym idzie natężenie pola magnetycznego będzie większe.

Jeżeli prąd płynący w dwóch różnych obwodach wynosi 1A i 12A, to w którym obwodzie siła magnetyczna będzie wyższa od drugiego?

Siła magnetyczna będzie wyższa dla obwodu o prądzie 12A.

Co to jest nadprzewodzący materiał magnetyczny?

Magnes nadprzewodzący służy do wytworzenia intensywnego pola magnetycznego.

Nadprzewodzący materiał magnetyczny to elektromagnes złożony z cewki drutu nadprzewodzącego wytwarzanego w niskich temperaturach. W stanie nadprzewodzącym drut nie ma rezystancji i przewodzi znacznie wyższy prąd elektryczny.

• 5 różnic między prędkością a przyspieszeniem
• Przyspieszenie: wszystkie fakty, które powinieneś znać
• Jak naprawić nierówne zużycie klocków w hydraulicznych hamulcach tarczowych: obszerny przewodnik
• Jak znaleźć rozkład pędu: kompleksowy przewodnik
• Jak znaleźć pęd w mechanice fal: obszerny przewodnik
• Jak znaleźć pęd elektronu: kompleksowy przewodnik

Przeczytaj także:

• Czy pole magnetyczne odwraca kierunek
• Jak zwiększyć siłę pola magnetycznego
• Zastosowanie tłumienia elektromagnetycznego prądów wirowych
• Czy granit jest magnetyczny
• Czy żużel jest magnetyczny
• Strumień magnetyczny w solenoidzie
• Pole magnetyczne w transformatorze
• Pole magnetyczne i prąd
• Zachowanie przepuszczalności histerezy magnetycznej
• Solenoid wytwarza pole magnetyczne