Jedním ze základních pojmů používaných ve fyzice je magnetické pole. Působí na pohybující se elektrické náboje. Je nepostřehnutelný a člověk ho nepocítí, ale jeho přítomnost lze zjistit pomocí magnetu nebo žehličky. Je také docela snadné pochopit, které magnetické pole se nazývá homogenní a nehomogenní.
Definice a metody detekce magnetického pole
Když se setkáme s pojmem magnetické pole, máme otázku, o jaký druh magnetického pole se jedná, zda je homogenní nebo nehomogenní. Před odpovědí na takovou otázku je nutné uvést počáteční definice pojmů.
Magnetické pole je považováno za zvláštní druh hmoty, která existuje v blízkosti pohybujících se elektrických nábojů, zejména v blízkosti vodičů s proudem. Lze detekovat pomocí magnetické jehly nebo železných pilin.
Uniform field
Vyskytuje se uvnitř kapelymagnetu a v elektromagnetu, když je jeho délka mnohem větší než průměr. V tomto případě budou podle pravidla gimlet obrysy magnetického pole směřovat proti směru hodinových ručiček.
Magnetické čáry jsou rovnoběžné a přímé, prázdnota mezi nimi je vždy stejná, síla vlivu na magnetickou střelku se neliší ve všech bodech její velikosti a směru.
Heterogenní pole
V případě nehomogenního pole budou magnetické čáry ohnuty, velikost mezery mezi nimi se bude lišit, síla působení na magnetickou střelku se bude lišit velikostí a směrem v různých bodech pole. Také síla působící na šipku umístěnou v poli páskového magnetu působí v různých bodech silami, které jsou různé velikosti a směru. Tomu se říká nehomogenní pole. Čáry takového pole jsou zakřivené, frekvence se liší bod od bodu.
Tento druh pole je možné detekovat v blízkosti přímého vodiče s proudem, tyčovým magnetem a elektromagnetem.
Co jsou magnetické čáry
Za prvé, když nastane problém, je třeba určit, jaký druh magnetického pole, homogenní nebo nehomogenní, se tvoří, měli bychom se dozvědět o magnetických čarách, z jejichž tvaru se charakteristika pole vyjasní.
K zobrazení magnetického pole se začalo používat magnetické čáry. Jsou to pomyslné pruhy podél magnetické jehly a umístěné v magnetickém poli. Magnetickou čáru je možné protáhnout jakoukolivbod pole, bude mít směr a bude vždy blízko.
Směr
Opouštějí severní pól magnetu a míří na jih. Uvnitř magnetu samotného je vše přesně naopak. Řádky samotné nemají začátek ani konec, jsou uzavřené nebo jdou z nekonečna do nekonečna.
Vně magnetu jsou vedení umístěna co nejhustěji v blízkosti pólů. Z toho je zřejmé, že účinek pole je nejsilnější v blízkosti pólů a jak se vzdalujete ode dna, slábne. Vzhledem k tomu, že magnetické proužky jsou zakřivené, mění se také směr síly, která působí na magnetickou střelku.
Jak vykreslit
Abyste pochopili, jak se homogenní magnetická pole liší od nehomogenních, musíte se naučit, jak je zobrazovat pomocí magnetických čar.
Je třeba zvážit výše uvedený příklad výskytu rovnoměrného magnetického pole v takzvaném solenoidu, což je válcová drátěná cívka, kterou prochází proud. Uvnitř lze magnetické pole považovat za rovnoměrné za předpokladu, že délka je mnohem větší než průměr (vně cívky bude pole nerovnoměrné, magnetické čáry budou umístěny stejně jako u tyčového magnetu).
Rovnoměrné pole se také nachází ve středu permanentního tyčového magnetu. V jakékoli omezené oblasti v prostoru je také možné reprodukovat stejnoměrné magnetické pole, ve kterém budou síly působící na magnetizovanou jehlu mít stejnou velikost a směr.
K zobrazení magnetického pole použijte následující příklad. Pokud jsou linky umístěnykolmé k rovině kresby a směřují od diváka, pak jsou zobrazeny křížky, pokud jsou na divákovi - tečkami. Stejně jako u proudu je každý kříž jakoby viditelným ocasem šípu letícího od pozorovatele a hrot je ostřejší než šíp, který letí k nám.
Požadavek „Nakreslete jednotné a nestejnoměrné magnetické pole“je také snadno splněn. Jednoduše nakreslete tyto magnetické čáry s ohledem na charakteristiky pole (stejnoměrnost a nehomogenitu).
Existence nehomogenních polí však tento úkol značně komplikuje. V tomto případě je získání jakéhokoli fyzikálního výsledku pomocí obecné rovnice nepravděpodobné.
Rozdíly
Odpověď na otázku, jak se liší homogenní magnetická pole od nehomogenních, je poměrně jednoduchá. Především záleží na magnetických liniích. V případě rovnoměrného pole bude vzdálenost mezi nimi stejná a budou rovnoměrně rozmístěny, přičemž v libovolném bodě bude na přístroje působit stejná síla. U nehomogenních polí je vše přesně naopak. Linky jsou nerovnoměrně umístěny, na různých místech působí na zařízení nestejnou silou.
V praxi je nehomogenní pole zcela běžné, což je třeba také pamatovat, protože jednotná pole se mohou vyskytovat pouze uvnitř předmětu, jako je magnet nebo solenoid. Venkovní pozorování napraví heterogenitu.
Detekce pole
Porozumění tomu, co jsou uniformní a nehomogenní magnetická pole, a jejich definovánípo rozebrání byste měli zjistit, jak je najít.
Nejjednodušší je experiment, který provedl Oersted. Spočívá v použití magnetické střelky, která pomáhá určit existenci elektrického proudu. Jakmile se proud pohybuje podél vodiče, šipka umístěná poblíž se pohne, protože existují stejnoměrná a nestejnoměrná magnetická pole.
Interakce vodičů s proudem
Každý vodič s proudem má své vlastní magnetické pole, které působí určitou silou na nejbližší. V závislosti na směru proudu se budou vodiče navzájem přitahovat nebo odpuzovat. Pole pocházející z různých zdrojů se sečtou a vytvoří jediné výsledné pole.
Jak vznikají a proč
Příklady stejnoměrných a nestejnoměrných magnetických polí používaných v zařízeních s katodovým zářením jsou vytvářeny cívkami, které propouštějí proud. Pro získání požadovaného tvaru magnetického pole se používají hroty polic a magnetické obrazovky, vyrobené z materiálů se silnou magnetickou permeabilitou.
Vliv nehomogenních magnetických polí může změnit průběh nevratných fyzikálních a chemických jevů, většinou heterogenních procesů. Vznik turbulentní difúze vede ke zvýšení rychlosti pohybu plynu z jakékoli kapaliny na povrch ve formě o několik řádů.mikrobubliny. Účinek lokální dehydratace iontů a částic je způsoben zintenzivněním procesu mikrokrystalizace. V proudícím prostředí mohou vysokoenergetické reakce vytvářet volné radikály, atomární kyslík, peroxidy a dusíkaté sloučeniny. Dochází ke koagulaci a v kapalině se objevují produkty způsobené erozivní destrukcí.
Při hydrodynamické kavitaci velká velikost vznikajících bublin a kaveren komplikuje jejich strhávání kapalinou z oblasti nízkého tlaku do oblasti vyššího tlaku, kde se bubliny hroutí. Při splasknutí malé bublinky je nízký obsah vzduchu a dochází k silné chemické reakci podobné plazmovému výboji. Přítomnost nehomogenních magnetických polí vede k nestabilitě dutin, jejich rozpadu a vzniku drobných vírů a bublin. Vzhledem k tomu, že tlak ve středu takového víru je snížen, přeměňuje malé bublinky plynu.
Při měření indukce v nerovnoměrném magnetickém poli pamatujte, že Hallovo napětí je úměrné průměrné hodnotě indukce pole v oblasti ohraničené povrchem snímače.
K zaostření paraxiálních paprsků se také používají nestejnoměrná magnetická pole tvořená krátkými cívkami, což jsou vícevrstvé solenoidy, jejichž délka je úměrná jejich průměru. Elektron vstupující do takového pole je vystaven silám, které mění jeho směr. Elektron pod vlivem takové síly se přiblíží k ose čočky, zatímco rovina, ve které se nachází jeho trajektorie, jezatáčky. Elektron se pohybuje po spirálovém segmentu, který protíná osu čočky v daném bodě.
Faktor prostorového zvětšení je způsoben prostorovým rozptýlením nehomogenních polí na území heterogenního systému smývaného kapalinou. Pro získání populační inverze hladin separační metodou se používají nerovnoměrná pole vytvořená vícepásmovým magnetem. Tvar pólů je podobný tyčím v kvadrupólovém kondenzátoru molekulárního generátoru na bázi amoniaku.
Použití
Metoda detekce defektů magnetického řádu je založena na tahu magnetických částic silami nehomogenních polí, která se objevují nad defekty. Hromadění takového prášku určuje přítomnost defektu, jeho velikost a polohu na kontrolovaném dílu.
Za významnou nevýhodu metody molekulárního svazku využívající silná nehomogenní magnetická pole je považován malý štěpící efekt. Existuje jednoduchá a zdánlivě nepravděpodobná metoda, jak tento efekt zvýšit. Spočívá v aplikaci lehkého vnějšího magnetického pole. Ten umožní rozšířit oblast použití jaderných precesních magnetometrů směrem k nestejnoměrným magnetickým polím.
Výhodou této metody je její vysoké rozlišení, které umožňuje detekovat nestejnoměrná magnetická pole úměrná velikosti částic magnetické vrstvy pásky a také schopnost najít poškození na složité povrchy a v těsných otvorech.
Nevýhody jsounutnost sekundárního zpracování informací, fixují se pouze částice magnetických polí podél pásky, složitost demagnetizace a konzervace pásky a je nutné zabránit vlivu vnějších magnetických polí.
Rovnoměrná a nehomogenní magnetická pole jsou zcela běžná, přestože jsou pro běžného laika neviditelná. Příklady stejnoměrných a nestejnoměrných magnetických polí lze nalézt v tyčových magnetech a solenoidech. Zároveň si jich můžete všimnout pomocí jednoduché magnetické jehly nebo železných pilin.
