Magnetische veldintensiteit, kenmerken, bronnen, voorbeelden

Hij magnetisch veld Het is de invloed van het verplaatsen van elektrische ladingen op de omliggende ruimte. Belastingen hebben altijd een elektrisch veld, maar alleen die in beweging kunnen magnetische effecten genereren.

Het bestaan ​​van magnetisme is al lang bekend. De oude Grieken beschreven een mineraal dat in staat was om kleine stukjes ijzer aan te trekken: het was de magnette of magnetietsteen.

Figuur 1. Magnetietmonster. Bron: Wikimedia Commons. Rojinegro81 [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/3.0)].

De wijze mannen van Miletus en Plato zorgden voor het registreren van de magnetische effecten in hun geschriften; Trouwens, ze wisten ook statische elektriciteit.

Maar magnetisme associeerde niet met elektriciteit tot de negentiende eeuw, toen Hans Christian Oersted opmerkte dat het kompas werd omgeleid in de buurt van een bestuurdersdraad die de stroom vervoerde.

Tegenwoordig weten we dat elektriciteit en magnetisme, zogezegd, twee kanten van dezelfde valuta zijn.

[TOC]

Magnetisch veld in natuurkunde

In de natuurkunde, de term magnetisch veld Het is een vectorgrootte, met een module (de numerieke waarde), richting in ruimte en richting. Het heeft ook twee betekenissen. De eerste is een vector die soms wordt genoemd magnetische inductie En het wordt aangeduid met B.

De eenheid van B In het internationale systeem van eenheden is de Tesla, afgekort T. De andere grootte die ook magnetisch veld wordt genoemd, is H, ook gekend als Magnetische veldintensiteit En wiens eenheid Amperio/Meter is.

Beide magnitudes zijn evenredig, maar ze zijn op deze manier gedefinieerd om rekening te houden met de effecten die magnetische materialen hebben op de velden die er doorheen gaan.

Als een materiaal in het midden van een extern magnetisch veld wordt geplaatst, zal het resulterende veld hiervan afhangen en ook van de magnetische respons van het materiaal. Daarom B En H Ze zijn verwant door:

B = μ_MH

Hier μ_M  Het is een constante die afhankelijk is van het materiaal en voldoende eenheden heeft, zodat ze zich vermenigvuldigen met H Het resultaat is Tesla.

Kenmerken van een magnetisch veld

-Het magnetische veld is een vectorgrootte, daarom heeft het grootte, richting en betekenis.

-De eenheid van het magnetische veld B In het internationale systeem is het de Tesla, afgekort als t, terwijl H Het is ampère/meter. Andere eenheden die vaak in de literatuur verschijnen, zijn de Gauss (G) en de Oersted.

-De magnetische veldlijnen zijn altijd gesloten stropdassen, die een noordpool verlaten en een zuidpool binnengaan. Het veld is altijd raaklijn aan de lijnen.

-Magnetische polen verschijnen altijd in het noord-zuidpaar. Het is niet mogelijk om een ​​geïsoleerde magnetische pool te hebben.

-Het is altijd afkomstig van de beweging van elektrische ladingen.

-De intensiteit is evenredig met de grootte van de belasting of de stroom die deze produceert.

-De magnetische veldgrootte neemt af met het omgekeerde tot het kwadraat van de afstand.

-Magnetische velden kunnen constant of variabel zijn, zowel tijd als ruimte.

-Een magnetisch veld kan een magnetische kracht uitoefenen op een bewegende belasting of op een draad die stroomtransport.

Polen van een magneet

Een barmagneet heeft altijd twee magnetische polen: de noordpool en de zuidpool. Het is heel gemakkelijk om te verifiëren dat de polen van gelijke tekenafstand, terwijl die van verschillende typen worden aangetrokken.

Dit is helemaal zoals wat er gebeurt met elektrische ladingen. Het is ook te zien dat hoe dichter ze zijn, hoe groter de kracht waarmee ze aantrekken of afstoten.

Het kan u van dienst zijn: Dwarf Galaxy: training, evolutie, kenmerken, voorbeelden

Bar -magneten hebben een onderscheidend patroon van veldlijnen. Ze zijn gesloten bochten, die de Noordpool verlaten en de zuidpool binnenkomen.

Figuur 2. Magnetische veldlijnen van een barmagneet. Bron: Wikimedia Commons.

Een eenvoudig experiment om deze lijnen te observeren, bestaat uit het verspreiden van ijzerbestanden op een vel papier en het plaatsen van een staafmagneet hieronder.

De intensiteit van het magnetische veld wordt gegeven volgens de dichtheid van veldlijnen. Deze zijn altijd dichter in de buurt van de polen en strekken zich uit terwijl we weggaan van de magneet.

De magneet is ook bekend als een magnetische dipool, waarin de twee polen precies de Noord- en South Magnetic Poles zijn.

Maar ze kunnen nooit scheiden. Als de magneet in twee wordt gesneden, worden twee magneten verkregen, elk met hun respectieve noord- en zuidpalen. De geïsoleerde polen worden genoemd Magnetische monopoles, Maar tot op heden heeft niemand kunnen isoleren.

Bronnen

U kunt praten over verschillende magnetische veldbronnen. Ze variëren van magnetische mineralen, door het land zelf, dat zich gedraagt ​​als een grote magneet, totdat je elektromagneten bereikt.

Maar de waarheid is dat elk magnetisch veld zijn oorsprong heeft in de beweging van geladen deeltjes.

Later zullen we zien dat de primaire bron van alle magnetisme ligt in de kleine stromen in het atoom, voornamelijk die die optreden vanwege de bewegingen van de elektronen rond de kern en voor de kwantumeffecten die in het atoom aanwezig zijn.

Wat zijn macroscopische oorsprong betreft, kunt u echter bedenken aan natuurlijke bronnen en kunstmatige bronnen.

Natuurlijke bronnen in principe zijn niet "uitschakelen" zijn permanente magneten, maar er moet rekening mee worden gehouden dat warmte het magnetisme van stoffen vernietigt.

Wat betreft kunstmatige bronnen, kan het magnetische effect worden onderdrukt en gecontroleerd. Daarom hebben we:

-Magneten van natuurlijke oorsprong, gemaakt van magnetische mineralen zoals magnetiet en magnetiet, beide ijzeroxiden, bijvoorbeeld.

-Elektrische en elektroimans stromen.

Magnetische en elektromagneetmineralen

In de natuur zijn er verschillende verbindingen die opmerkelijke magnetische eigenschappen vertonen. Ze kunnen bijvoorbeeld ijzer- en nikkelstukken aantrekken, evenals andere magneten.

De genoemde ijzeroxiden, zoals magnetiet en Maghemita, zijn voorbeelden van dit soort stoffen.

De magnetische gevoeligheid Het is de parameter die wordt gebruikt om de magnetische eigenschappen van de rotsen te kwantificeren. De basisstollingsrotsen zijn de hoogste gevoeligheid, vanwege het hoge magnetietgehalte.

Aan de andere kant, op voorwaarde dat er een draad is die stroom is, zal er een bijbehorend magnetisch veld zijn. Hier hebben we een andere manier om een ​​veld te genereren, dat in dit geval de vorm aanneemt van concentrische omtrek met de draad.

Het gevoel van circulatie van het veld wordt gegeven door de rechter duimregel. Wanneer de duim van de rechterhand in de richting van de stroom wijst, zullen de resterende vier vingers de zin aangeven waarin de veldlijnen zijn gebogen.

figuur 3. Rechter duimregel om de richting en betekenis van het magnetische veld te verkrijgen. Bron: Wikimedia Commons.

Een elektromagneet is een apparaat dat magnetisme produceert uit elektrische stromen. Het heeft het voordeel dat het naar believen kan in- en uitschakelen. Wanneer de stroom ophoudt, verdwijnt het magnetische veld. Bovendien kan de intensiteit van het veld ook worden gecontroleerd.

Elektromagnes maken deel uit van verschillende apparaten, waaronder sprekers, harde schijven, motoren en relais, onder andere.

Kan u van dienst zijn: rechterhandregel

Magnetische kracht op een bewegende lading

U kunt het bestaan ​​van een magnetisch veld controleren B Via een elektrische proefbelasting -gevallen Q- En dat beweegt met snelheid v. Hiervoor wordt de aanwezigheid van elektrische en zwaartekrachtvelden tenminste voorlopig uitgesloten.

In dit geval ervaart de kracht die de lading ervaart Q, die wordt aangeduid als F_B, Het is volledig te wijten aan de invloed van het veld. Kwalitatief wordt het volgende waargenomen:

-De omvang van  F_B  Het is evenredig met  Q En met de snelheid v.

-Ja v is parallel aan de magnetische veldvector, de grootte van F_B Het is nul.

-De magnetische kracht staat loodrecht op beide v leuk vinden B.

-Ten slotte is de grootte van de magnetische kracht evenredig met Sin θ, wezen θ De hoek tussen de snelheidsvector en de magnetische veldvector.

Al het bovenstaande is geldig voor zowel positieve als negatieve belastingen. Het enige verschil is dat de betekenis van magnetische kracht wordt omgekeerd.

Deze observaties komen overeen met het vectorproduct tussen twee vectoren, zodat de magnetische kracht ervaart door een punctuele belasting Q, dat beweegt met snelheid v In het midden van een magnetisch veld is het:

F_B = q v X B

Wiens module is:

F_B = q.v.B.Sin θ

Figuur 4. Regel van de rechterhand voor de magnetische kracht op een positieve punctuele belasting. Bron: Wikimedia Commons.

Hoe wordt een magnetisch veld gegenereerd?

Er zijn bijvoorbeeld verschillende manieren:

-Door middel van een geschikte stof.

-Een elektrische stroom door een bestuurdersdraad geven.

Maar de oorsprong van magnetisme in de zaak wordt verklaard door te onthouden dat het moet worden geassocieerd met de beweging van belastingen.

Een elektron die rond de kern draait, is in wezen een klein gesloten stroomcircuit, maar in staat om substantieel bij te dragen aan het magnetisme van het atoom. Er zijn veel elektronen in een stuk magnetisch materiaal.

Deze bijdrage aan het magnetisme van het atoom wordt genoemd Orbitaal magnetisch moment. Maar er is meer, omdat vertaling niet de enige beweging van het elektron is. Dit bezit ook Spin's magnetische moment, een kwantumeffect waarvan analogie dat is van een elektronenrotatie op zijn as.

In feite is het magnetische moment van Espín de belangrijkste oorzaak van het magnetisme van een atoom.

Jongens

Het magnetische veld is in staat om vele vormen aan te nemen, afhankelijk van de verdeling van stromingen die het oorsprong hebben. Op zijn beurt kan het niet alleen variëren in de ruimte, maar ook op tijd of beide tegelijkertijd.

-In de buurt van de polen van een elektromagneet is er ongeveer constant veld.

-Ook in een solenoïde wordt een hoge intensiteit en een uniform veld verkregen, met de veldlijnen gericht langs de axiale as.

-Het magnetische veld van de aarde is vrij goed in het veld van een staafmagneet, vooral in de oppervlakte -omgeving. Verder wijzigt de zonnewind de elektrische stromen en vervormt deze aanzienlijk.

-Een draad die stroom transporteert, heeft een veld in de vorm van concentrische omtrek met de draad.

Wat betreft of het veld al dan niet op tijd kan variëren, ze hebben:

-Statische magnetische velden, wanneer noch hun omvang noch hun richting in de loop van de tijd veranderden. Het veld van een barmagneet is een goed voorbeeld van dit type veld. Ook degenen die afkomstig zijn van draden die stationaire stromingen transporteren.

-Variabele velden in de loop van de tijd, als een van de kenmerken in de loop van de tijd varieert. Een manier om ze te verkrijgen is van wisselstroomgeneratoren, die gebruik maken van het magnetische inductiefenomeen. Ze worden gevonden in tal van apparaten van gemeenschappelijk gebruik, bijvoorbeeld mobiele telefoons.

Kan u van dienst zijn: resulterende vector: berekening, voorbeelden, oefeningen

De biot-savartwet

Wanneer het nodig is om de vorm te berekenen van het magnetische veld dat wordt geproduceerd door een verdeling van stromingen, kan de biot-savartwet worden gebruikt, in 1820 ontdekt door de Franse natuurkundigen Jean Marie Biot (1774-1862) en Felix Savart (1791-1841).

Voor sommige huidige verdelingen met eenvoudige geometrieën kan een wiskundige uitdrukking voor de magnetische veldvector direct worden verkregen.

Stel dat u een differentiële draadsegment hebt DL Dat transporteert een elektrische stroom Je. Er zal ook worden aangenomen dat de draad zich in een vacuüm bevindt. Het magnetische veld dat deze verdeling produceert:

-Neemt af met het inverse tot het kwadraat van de afstand tot de draad.

-Het is evenredig met de intensiteit van de stroom Je Dat reist op de draad.

-Uw adres is tangentieel naar radiomomtrek R gecentreerd op draad en de betekenis ervan wordt gegeven, door de rechter duimregel.

Deze waarnemingen worden gecombineerd in de volgende expressie:De evenredigheidsconstante is de Vacuümpermeabiliteit μ_of, waardoor het wordt verkregen:Waar:

-μ_of = 4π. 10^-7 T.m/ a 

-DB Het is een magnetisch veldverschil.

-Je Het is de intensiteit van de stroom die op de draad circuleert.

-R Het is de afstand tussen het midden van de draad en het punt waar u het veld wilt vinden.

-Dl Het is de vector waarvan de grootte de lengte van het differentiaalsegment is DL.

-R Het is de vector die van de draad naar het punt gaat waar u het veld wilt berekenen.

Voorbeelden

Hieronder zijn er twee voorbeelden van magnetisch veld en hun analytische uitdrukkingen.

Magnetisch veld geproduceerd door een zeer lange rechtlijnige draad

Door middel van. Bij het maken van de integratie langs de bestuurder en het nemen van het limietgeval waarin dit erg lang is, resulteert de omvang van het veld:

 De richting en richting van vector B worden aangegeven door de rechter duimregel, zoals te zien is in figuur 3.

Veld gemaakt door Helmholtz Coil

De Helmholtz -spoel wordt gevormd door twee identieke en concentrische cirkelvormige spoelen, die dezelfde stroom wordt doorgegeven. Ze dienen om binnen het ongeveer uniform magnetisch veld te creëren.

Figuur 5. Helmholtz spoelen schema. Bron: Wikimedia Commons.

Zijn omvang in het midden van de spoel is:

En wordt gericht langs de axiale as. De factoren van de vergelijking zijn:

-N vertegenwoordigt het aantal beurten van de spoelen

-Je Het is de omvang van de stroom

-μ_of Het is de magnetische permeabiliteit van vacuüm

-R Het is de straal van de spoelen.

Referenties

1. Figueroa, D. (2005). Serie: Physics for Science and Engineering. Deel 1. Kinematica. Uitgegeven door Douglas Figueroa (USB).
2. Magnetische veldintensiteit H. Hersteld van: 230nsc1.Phy-Astr.GSU.Edu.
3. Kirkpatrick, l. 2007. Natuurkunde: een blik op de wereld. 6e afgekort editie. Cengage leren.
4. Magnetisch veld en magnetische krachten. Hersteld van: natuurkunde.UCF.Edu.
5. Rex, a. 2011. Fundamentals of Physics. Pearson.
6. Serway, r., Jewett, J. (2008). Natuurkunde voor wetenschap en engineering. Deel 2. 7e. ED. Cengage leren.
7. Universiteit van Vigo. Voorbeelden van magnetisme. Opgehaald van: Quintans.websites.Uvigo.is