Viens no fizikā izmantotajiem pamatjēdzieniem ir magnētiskais lauks. Tas iedarbojas uz kustīgiem elektriskajiem lādiņiem. Tas ir nemanāms un cilvēkam nav jūtams, bet tā klātbūtni var noteikt, izmantojot magnētu vai dzelzi. Ir arī diezgan viegli saprast, kurš magnētiskais lauks tiek saukts par viendabīgu un neviendabīgu.
Definīcija un metodes magnētiskā lauka noteikšanai
Kad mēs sastopamies ar magnētiskā lauka jēdzienu, mums rodas jautājums par to, kāda veida magnētiskais lauks tas ir, vai tas ir viendabīgs vai nehomogēns. Pirms atbildēt uz šādu jautājumu, ir jāsniedz sākotnējās terminu definīcijas.
Paredzēts, ka magnētiskais lauks tiek uzskatīts par īpašu matērijas veidu, kas atrodas kustīgu elektrisko lādiņu tuvumā, īpaši pie vadītājiem ar strāvu. Var noteikt, izmantojot magnētisku adatu vai dzelzs vīles.
Vienots lauks
Notiek grupas iekšienēmagnēts un solenoīdā, ja tā garums ir daudz lielāks par diametru. Šajā gadījumā, saskaņā ar karkasa likumu, magnētiskā lauka kontūras tiks vērstas pretēji pulksteņrādītāja virzienam.
Magnētiskās līnijas ir paralēlas un taisnas, tukšums starp tām vienmēr ir vienāds, ietekmes spēks uz magnētisko adatu neatšķiras visos punktos pēc lieluma un virziena.
Neviendabīgs lauks
Neviendabīga lauka gadījumā magnētiskās līnijas būs saliektas, tukšums starp tām būs dažāda izmēra, iedarbības spēks uz magnētisko adatu atšķirsies pēc lieluma un virziena dažādos lauka punktos. Arī spēks, kas iedarbojas uz bultiņu, kas novietota sloksnes magnēta laukā, iedarbojas dažādos punktos ar spēkiem, kas atšķiras pēc lieluma un virziena. To sauc par nehomogēnu lauku. Šāda lauka līnijas ir izliektas, frekvence atšķiras no punkta uz punktu.
Šāda veida lauku ir iespējams noteikt pie taisna vadītāja ar strāvu, stieņa magnētu un solenoīdu.
Kas ir magnētiskās līnijas
Vispirms, kad rodas problēma, jānosaka, kāds magnētiskais lauks, viendabīgs vai neviendabīgs, veidojas, jāiemācās par magnētiskajām līnijām, no kurām formas kļūst skaidrs lauka raksturlielums.
Lai attēlotu magnētisko lauku, sāka izmantot magnētiskās līnijas. Tās ir iedomātas svītras gar magnētisko adatu un novietotas magnētiskajā laukā. Magnētisku līniju iespējams novilkt caur jebkurulauka punkts, tam būs virziens un tas vienmēr būs aizvērts.
Virziens
Viņi atstāj magnēta ziemeļpolu un dodas uz dienvidiem. Pašā magnēta iekšpusē viss ir tieši pretējs. Pašām līnijām nav ne sākuma, ne beigu, tās ir slēgtas vai iet no bezgalības līdz bezgalībai.
Ārpus magnēta līnijas atrodas pēc iespējas blīvāk pie poliem. No tā kļūst skaidrs, ka lauka ietekme ir spēcīgākā pie poliem, un, virzoties prom no apakšas, tas vājinās. Ņemot vērā, ka magnētiskās svītras ir izliektas, mainās arī spēka virziens, kas iedarbojas uz magnētisko adatu.
Kā attēlot
Lai saprastu, kā viendabīgi magnētiskie lauki atšķiras no neviendabīgajiem, jums jāiemācās tos attēlot, izmantojot magnētiskās līnijas.
Jāapsver iepriekš minētais piemērs par vienmērīga magnētiskā lauka rašanos tā sauktajā solenoīdā, kas ir cilindriska stieples spole, caur kuru tiek laista strāva. Tā iekšpusē magnētisko lauku var uzskatīt par viendabīgu, ja garums ir daudz lielāks par diametru (ārpus spoles lauks būs nevienmērīgs, magnētiskās līnijas atradīsies tāpat kā stieņa magnētā).
Vienmērīgais lauks atrodas arī pastāvīgā stieņa magnēta centrā. Jebkurā ierobežotā telpā ir iespējams arī reproducēt vienmērīgu magnētisko lauku, kurā spēki, kas iedarbojas uz magnetizēto adatu, būs vienādi pēc lieluma un virziena.
Lai attēlotu magnētisko lauku, izmantojiet šādu piemēru. Ja līnijas atrodasperpendikulāri zīmēšanas plaknei un ir vērsti no skatītāja, tad tie ir attēloti ar krustiem, ja uz skatītāja - ar punktiem. Tāpat kā straumē, katrs krusts it kā ir redzama bultas aste, kas lido no skatītāja, un tā smaile ir asāka nekā bultiņa, kas lido pret mums.
Tāpat viegli izpildāma prasība "Uzzīmēt vienmērīgu un nevienmērīgu magnētisko lauku". Vienkārši novelciet šīs magnētiskās līnijas, ņemot vērā lauka īpašības (viendabīgumu un neviendabīgumu).
Tomēr nehomogēnu lauku esamība ievērojami sarežģī uzdevumu. Šādā gadījumā jebkāda fiziska rezultāta iegūšana, izmantojot vispārējo vienādojumu, ir maz ticama.
Atšķirības
Atbilde uz jautājumu, kā viendabīgi magnētiskie lauki atšķiras no neviendabīgajiem, ir diezgan viegli sniedzama. Pirmkārt, tas ir atkarīgs no magnētiskajām līnijām. Vienmērīga lauka gadījumā attālums starp tiem būs vienāds, un tie būs vienmērīgi izvietoti, ar vienādu spēku jebkurā punktā iedarbojoties uz instrumentiem. Neviendabīgiem laukiem viss ir tieši pretējs. Līnijas atrodas nevienmērīgi, dažādās vietās tās iedarbojas ar nevienlīdzīgu spēku uz ierīcēm.
Praksē neviendabīgs lauks ir diezgan izplatīts, kas arī jāatceras, jo vienmērīgi lauki var rasties tikai objekta, piemēram, magnēta vai solenoīda, iekšpusē. Āra novērojumi novērsīs neviendabīgumu.
Lauka noteikšana
Sapratusi, kas ir viendabīgi un nehomogēni magnētiskie lauki, un to definējotpēc izjaukšanas jums vajadzētu uzzināt, kā tos atrast.
Visvienkāršākais šim nolūkam ir Oersted veiktais eksperiments. Tas sastāv no magnētiskās adatas izmantošanas, kas palīdz noteikt elektriskās strāvas esamību. Tiklīdz strāva virzīsies gar vadītāju, bultiņa, kas atrodas netālu, pārvietosies, jo pastāv vienmērīgi un nevienmērīgi magnētiskie lauki.
Vadītāju mijiedarbība ar strāvu
Katram strāvas vadītājam ir savs magnētiskais lauks, kas ar noteiktu spēku iedarbojas uz tuvāko. Atkarībā no strāvas virziena vadītāji viens otru piesaistīs vai atgrūdīs. Lauki, kuru izcelsme ir no dažādiem avotiem, tiks summēti un izveidos vienu lauku.
Kā tie tiek izveidoti un kāpēc
Katodstaru ierīcēs izmantoto vienmērīgu un nevienmērīgu magnētisko lauku piemērus veido spoles, kas laiž cauri strāvu. Lai iegūtu vajadzīgo magnētiskā lauka formu, tiek izmantoti plauktu uzgaļi un magnētiskie ekrāni, kas izgatavoti no materiāliem ar spēcīgu magnētisko caurlaidību.
Nehomogēnu magnētisko lauku ietekme var mainīt neatgriezenisku fizikālu un ķīmisku parādību gaitu, galvenokārt neviendabīgu procesu. Turbulentās difūzijas parādīšanās par vairākām kārtām palielina gāzes kustības ātrumu no jebkura šķidruma uz virsmu formā.mikroburbuļi. Vietējās jonu un daļiņu dehidratācijas efekts ir saistīts ar mikrokristalizācijas procesa pastiprināšanos. Plūstošā vidē augstas enerģijas reakcijas var radīt brīvos radikāļus, atomu skābekli, peroksīdus un slāpekļa savienojumus. Notiek koagulācija, un šķidrumā parādās produkti, ko izraisa erozijas iznīcināšana.
Hidrodinamiskās kavitācijas laikā radīto burbuļu un dobumu lielais izmērs apgrūtina to aiznesšanu ar šķidrumu no zema spiediena zonas uz augstāka spiediena zonu, kur burbuļi sabrūk. Maza burbuļa sabrukšanas laikā ir zems gaisa saturs un notiek spēcīga ķīmiska reakcija, līdzīga plazmas izlādei. Neviendabīgu magnētisko lauku klātbūtne izraisa dobumu nestabilitāti, to sadalīšanos un neliela mēroga virpuļu un burbuļu parādīšanos. Ņemot vērā, ka spiediens šāda virpuļa centrā ir samazināts, tas pārvērš mazus gāzes burbuļus.
Mērot indukciju nevienmērīgā magnētiskajā laukā, atcerieties, ka Hola spriegums ir proporcionāls lauka indukcijas vidējai vērtībai apgabalā, ko ierobežo devēja virsma.
Paraksiālo staru fokusēšanai tiek izmantoti arī nevienmērīgi magnētiskie lauki, ko veido īsas spoles, kas ir daudzslāņu solenoīdi, kuru garums ir samērojams ar to diametru. Elektrons, kas nonāk šādā laukā, ir pakļauts spēkiem, kas maina tā virzienu. Elektrons šāda spēka ietekmē tuvojas lēcas asij, savukārt plakne, kurā atrodas tā trajektorija, irlīkumi. Elektrons pārvietojas pa spirāles segmentu, kas noteiktā punktā krusto lēcas asi.
Telpiskā pieauguma koeficientu rada neviendabīgu lauku telpiskā izkliede neviendabīgas sistēmas teritorijā, kas izskalota ar šķidrumu. Lai iegūtu līmeņu populācijas inversiju ar separācijas metodi, tiek izmantoti nevienmērīgi lauki, ko rada daudzjoslu magnēts. Stabu forma ir līdzīga stieņiem uz amonjaka bāzes veidota molekulārā ģeneratora kvadrupola kondensatorā.
Lietojumi
Magnētiskās secības defektu noteikšanas metode ir balstīta uz magnētisko daļiņu saķeri ar nehomogēnu lauku spēkiem, kas parādās virs defektiem. Šāda pulvera uzkrāšanās nosaka defekta esamību, tā izmēru un novietojumu uz pārbaudāmās daļas.
Neliels šķelšanās efekts tiek uzskatīts par būtisku trūkumu molekulārā stara metodei, izmantojot spēcīgus nehomogēnus magnētiskos laukus. Ir vienkārša un šķietami neticama metode, kā palielināt šo efektu. Tas sastāv no viegla ārējā magnētiskā lauka pielietošanas. Pēdējais ļaus palielināt kodolprecesijas magnetometru izmantošanas zonu pret nevienmērīgiem magnētiskajiem laukiem.
Šīs metodes priekšrocība ir tās augstā izšķirtspēja, kas ļauj noteikt nevienmērīgus magnētiskos laukus, kas ir samērojami ar lentes magnētiskā slāņa daļiņu izmēru, kā arī spēju atrast bojājumus uz lentes. uz sarežģītām virsmām un šaurās atverēs.
Trūkumi irinformācijas sekundāras apstrādes nepieciešamība, gar lenti tiek fiksētas tikai magnētisko lauku daļiņas, lentes atmagnetizācijas sarežģītība un saglabāšana, kā arī nepieciešams novērst ārējo magnētisko lauku ietekmi.
Vienmērīgi un neviendabīgi magnētiskie lauki ir diezgan izplatīti, neskatoties uz to, ka tie ir neredzami parastam nespeciālistam. Vienveidīgu un nevienmērīgu magnētisko lauku piemērus var atrast stieņu magnētos un solenoīdos. Tajā pašā laikā jūs varat tos pamanīt, izmantojot vienkāršu magnētisku adatu vai dzelzs vīles.
