Jedan od osnovnih koncepata koji se koriste u fizici je magnetno polje. Djeluje na pokretne električne naboje. Neprimjetan je i čovjek ga ne osjeća, ali se njegovo prisustvo može otkriti pomoću magneta ili gvožđa. Takođe je prilično lako razumjeti koje magnetno polje se naziva homogenim i nehomogenim.
Definicija i metode za detekciju magnetnog polja
Kada se susrećemo sa konceptom magnetnog polja, imamo pitanje o kakvom se magnetnom polju radi, da li je homogeno ili nehomogeno. Prije odgovora na takvo pitanje, potrebno je dati početne definicije pojmova.
Magnetsko polje bi trebalo da se smatra posebnom vrstom materije koja postoji u blizini pokretnih električnih naboja, posebno blizu provodnika sa strujom. Može se otkriti pomoću magnetne igle ili gvozdenih strugotina.
Jedinstveno polje
Javlja se unutar bendamagneta iu solenoidu, kada je njegova dužina mnogo veća od prečnika. U ovom slučaju, prema pravilu gimleta, konture magnetnog polja će biti usmjerene suprotno od kazaljke na satu.
Magnetne linije su paralelne i ravne, praznina između njih je uvek ista, sila uticaja na magnetnu iglu se ne razlikuje u svim tačkama po veličini i pravcu.
Heterogeno polje
U slučaju nehomogenog polja, magnetne linije će biti savijene, praznina između njih će varirati u veličini, sila djelovanja na magnetnu iglu će se razlikovati po veličini i smjeru u različitim tačkama polja. Također, sila koja djeluje na strelicu postavljenu u polje trakastog magneta djeluje u različitim tačkama sa silama koje su različite po veličini i smjeru. Ovo se zove nehomogeno polje. Linije takvog polja su zakrivljene, frekvencija varira od tačke do tačke.
Ovu vrstu polja je moguće detektovati u blizini pravog provodnika sa strujom, šipkastim magnetom i solenoidom.
Šta su magnetne linije
Prije svega, kada se pojavi problem, treba odrediti kakvo se magnetno polje, homogeno ili nehomogeno, formira, naučiti o magnetnim linijama iz čijeg oblika postaje jasna karakteristika polja.
Da bi se prikazalo magnetno polje, počeo je da koristi magnetne linije. To su zamišljene pruge duž magnetne igle i smještene u magnetskom polju. Moguće je povući magnetsku liniju kroz bilo kojupolje, imat će smjer i uvijek blizu.
Smjer
Napuštaju sjeverni pol magneta i kreću prema jugu. Unutar samog magneta sve je strogo suprotno. Same linije nemaju početak ili kraj, zatvorene su ili idu od beskonačnosti do beskonačnosti.
Izvan magneta, linije se nalaze što je gušće moguće blizu polova. Iz ovoga postaje jasno da je efekat polja najjači u blizini polova, a kako se udaljavate od dna ono slabi. S obzirom da su magnetne trake zakrivljene, mijenja se i smjer sile koja djeluje na magnetnu iglu.
Kako prikazati
Da biste razumjeli kako se homogena magnetna polja razlikuju od nehomogenih, morate naučiti kako ih prikazati pomoću magnetnih linija.
Treba uzeti u obzir gornji primjer pojave jednolikog magnetnog polja u takozvanom solenoidu, koji je cilindrični žičani namotaj kroz koji prolazi struja. Unutar njega, magnetno polje se može smatrati uniformnim, pod uslovom da je dužina mnogo veća od prečnika (izvan zavojnice, polje će biti neujednačeno, magnetne linije će se nalaziti na isti način kao u šipkastom magnetu).
Ujednačeno polje se takođe nalazi u centru stalnog šipkastog magneta. U bilo kojoj ograničenoj oblasti u prostoru, također je moguće reproducirati jednolično magnetsko polje, u kojem će sile koje djeluju na magnetiziranu iglu biti iste po veličini i smjeru.
Da biste prikazali magnetno polje, koristite sljedeći primjer. Ako su linije lociraneokomite na ravninu crteža i usmjerene su od gledatelja, tada su prikazane križićima, ako su na posmatraču - tačkama. Kao i kod struje, svaki krst je takoreći vidljivi rep strele koja leti od posmatrača, a vrh je oštriji od strele koja leti prema nama.
Također, zahtjev "Nacrtajte jednolično i neujednačeno magnetsko polje" je lako ispunjen. Jednostavno nacrtajte ove magnetne linije, uzimajući u obzir karakteristike polja (ujednačenost i nehomogenost).
Međutim, postojanje nehomogenih polja uvelike komplikuje zadatak. U ovom slučaju, malo je vjerovatno dobiti bilo kakav fizički rezultat korištenjem opće jednadžbe.
Razlike
Odgovor na pitanje koliko se homogena magnetna polja razlikuju od nehomogenih je prilično lako dati. Prije svega, to ovisi o magnetskim linijama. U slučaju jednolikog polja, rastojanje između njih će biti isto, i biće ravnomerno raspoređeni, sa istom silom koja deluje na instrumente u bilo kojoj tački. Za nehomogena polja sve je striktno suprotno. Linije su neravnomjerno locirane, na različitim mjestima djeluju nejednakom silom na uređaje.
U praksi je nehomogeno polje prilično uobičajeno, što takođe treba imati na umu, budući da se uniformna polja mogu pojaviti samo unutar objekta, kao što je magnet ili solenoid. Posmatranje na otvorenom će popraviti heterogenost.
Otkrivanje polja
Shvatiti šta su uniformna i nehomogena magnetna polja i definisati ihnakon što ste rastavili, trebali biste saznati kako ih možete pronaći.
Najjednostavniji za ovo je eksperiment koji je proveo Oersted. Sastoji se od upotrebe magnetne igle, koja pomaže da se utvrdi postojanje električne struje. Čim se struja kreće duž provodnika, strelica koja se nalazi u blizini će se pomeriti, zbog činjenice da postoje jednoobrazna i neujednačena magnetna polja.
Interakcija provodnika sa strujom
Svaki provodnik sa strujom ima svoje magnetno polje, koje deluje određenom silom na najbliži. Ovisno o smjeru struje, provodnici će se međusobno privlačiti ili odbijati. Polja koja potiču iz različitih izvora će se zbrajati i formirati jedno rezultirajuće polje.
Kako nastaju i zašto
Primeri uniformnih i neuniformnih magnetnih polja koja se koriste u uređajima s katodnim zrakama stvaraju zavojnice koje propuštaju struju. Da bi se dobio potreban oblik magnetnog polja, koriste se vrhovi polica i magnetni ekrani, napravljeni od materijala sa jakom magnetskom permeabilnosti.
Uticaj nehomogenih magnetnih polja može promeniti tok nepovratnih fizičkih i hemijskih pojava, uglavnom heterogenih procesa. Pojava turbulentne difuzije dovodi do povećanja za nekoliko redova veličine brzine kretanja plina iz bilo koje tekućine na površinu u oblikumikromehurići. Učinak lokalne dehidracije jona i čestica je posljedica intenziviranja procesa mikrokristalizacije. U tekućim medijima, reakcije visoke energije mogu stvoriti slobodne radikale, atomski kisik, perokside i dušične spojeve. Dolazi do koagulacije, a proizvodi uzrokovani erozivnim razaranjem pojavljuju se u tekućini.
Tokom hidrodinamičke kavitacije, velika veličina mjehurića koji se pojavljuju i kaverna otežava njihovo uvlačenje tekućinom iz područja niskog tlaka u područje višeg tlaka, gdje se mjehurići kolabiraju. Prilikom kolapsa malog mjehurića dolazi do malog sadržaja zraka i dolazi do jake kemijske reakcije, slična pražnjenju plazme. Prisustvo nehomogenih magnetnih polja dovodi do nestabilnosti šupljina, njihovog raspadanja i pojave malih vrtloga i mjehurića. S obzirom da je pritisak u centru takvog vrtloga smanjen, on pretvara male mjehuriće plina.
Kada mjerite indukciju u neujednačenom magnetskom polju, zapamtite da je napon Hola proporcionalan srednjoj vrijednosti indukcije polja unutar područja ograničene površinom pretvarača.
Za fokusiranje paraksijalnih zraka koriste se i neujednačena magnetna polja, formirana kratkim zavojnicama, koji su višeslojni solenoidi, čija je dužina srazmerna njihovom prečniku. Elektron koji ulazi u takvo polje podliježe silama koje mijenjaju njegov smjer. Elektron se pod uticajem takve sile približava osi sočiva, dok je ravan u kojoj se nalazi njegova putanjakrivine. Elektron se kreće duž spiralnog segmenta koji siječe osu sočiva u datoj tački.
Faktor prostornog povećanja je uzrokovan prostornom disperzijom nehomogenih polja na teritoriji heterogenog sistema ispranog tečnošću. Da bi se postigla populacijska inverzija nivoa metodom razdvajanja, koriste se neujednačena polja koja stvaraju višepojasni magnet. Oblik polova je sličan štapovima u kvadrupolnom kondenzatoru molekularnog generatora na bazi amonijaka.
Koristi
Metoda magnetskog reda za detekciju grešaka zasniva se na vuči magnetnih čestica silama nehomogenih polja koja se pojavljuju iznad defekata. Nakupljanje takvog praha određuje prisustvo defekta, njegovu veličinu i položaj na dijelu koji se provjerava.
Mali efekat cijepanja smatra se značajnim nedostatkom metode molekularnog snopa koja koristi jaka nehomogena magnetna polja. Postoji jednostavan i naizgled nevjerojatan metod za povećanje ovog efekta. Sastoji se od primjene laganog vanjskog magnetskog polja. Ovo posljednje će omogućiti povećanje područja upotrebe nuklearnih precesijskih magnetometara prema neujednačenim magnetnim poljima.
Prednost ove metode je njena visoka rezolucija, koja omogućava detekciju neujednačenih magnetnih polja srazmjernih veličini čestica magnetnog sloja trake, kao i mogućnost pronalaženja oštećenja na složene površine i u uskim otvorima.
Nedostaci supotreba za sekundarnom obradom informacija, fiksiraju se samo čestice magnetnih polja duž trake, složenost demagnetizacije i očuvanja trake, te je potrebno spriječiti utjecaj vanjskih magnetnih polja.
Uniformna i nehomogena magnetna polja su prilično česta, uprkos činjenici da su nevidljiva prosječnom laiku. Primjeri jednoličnih i neujednačenih magnetnih polja mogu se naći u šipkastim magnetima i solenoidima. U isto vrijeme, možete ih primijetiti pomoću jednostavne magnetne igle ili gvozdenih strugotina.
