Jedným zo základných pojmov používaných vo fyzike je magnetické pole. Pôsobí na pohybujúce sa elektrické náboje. Je nepostrehnuteľný a človek ho nepocíti, ale jeho prítomnosť sa dá zistiť pomocou magnetu alebo žehličky. Je tiež celkom ľahké pochopiť, ktoré magnetické pole sa nazýva homogénne a nehomogénne.
Definícia a metódy detekcie magnetického poľa
Keď sa stretneme s pojmom magnetické pole, máme otázku, o aký druh magnetického poľa ide, či je homogénne alebo nehomogénne. Pred zodpovedaním takejto otázky je potrebné uviesť počiatočné definície pojmov.
Magnetické pole sa považuje za špeciálny druh hmoty, ktorá existuje v blízkosti pohybujúcich sa elektrických nábojov, najmä v blízkosti vodičov s prúdom. Dá sa zistiť pomocou magnetickej ihly alebo železných pilín.
Jednotné pole
Vyskytuje sa v rámci kapelymagnet a v solenoide, keď je jeho dĺžka oveľa väčšia ako priemer. V tomto prípade budú podľa pravidla gimlet obrysy magnetického poľa smerovať proti smeru hodinových ručičiek.
Magnetické čiary sú rovnobežné a priame, medzera medzi nimi je vždy rovnaká, sila vplyvu na magnetickú strelku sa nelíši vo všetkých bodoch jej veľkosti a smeru.
Heterogénne pole
V prípade nehomogénneho poľa budú magnetické čiary ohnuté, medzera medzi nimi bude mať rôznu veľkosť, sila pôsobenia na magnetickú ihlu sa bude líšiť veľkosťou a smerom v rôznych bodoch poľa. Tiež sila pôsobiaca na šípku umiestnenú v poli pásového magnetu pôsobí v rôznych bodoch silami, ktoré sa líšia veľkosťou a smerom. Toto sa nazýva nehomogénne pole. Čiary takéhoto poľa sú zakrivené, frekvencia sa mení od bodu k bodu.
Tento druh poľa je možné detekovať v blízkosti priameho vodiča s prúdom, tyčovým magnetom a solenoidom.
Čo sú magnetické čiary
V prvom rade, keď nastane problém, treba určiť, aký druh magnetického poľa, homogénne alebo nehomogénne, sa vytvára, treba sa dozvedieť o magnetických líniách, z tvaru ktorých je zrejmá charakteristika poľa.
Na zobrazenie magnetického poľa sa začali používať magnetické čiary. Sú to imaginárne pruhy pozdĺž magnetickej ihly a umiestnené v magnetickom poli. Magnetickú čiaru je možné nakresliť cez ktorúkoľvekbod poľa, bude mať smer a bude vždy blízko.
Direction
Opúšťajú severný pól magnetu a smerujú na juh. Vo vnútri samotného magnetu je všetko presne naopak. Samotné čiary nemajú začiatok ani koniec, sú uzavreté alebo idú od nekonečna do nekonečna.
Vonka magnetu sú čiary umiestnené čo najhustejšie v blízkosti pólov. Z toho je zrejmé, že účinok poľa je najsilnejší v blízkosti pólov a keď sa vzďaľujete od dna, slabne. Vzhľadom na to, že magnetické prúžky sú zakrivené, mení sa aj smer sily, ktorá pôsobí na magnetickú ihlu.
Ako vykresliť
Ak chcete pochopiť, ako sa homogénne magnetické polia líšia od nehomogénnych, musíte sa naučiť, ako ich znázorniť pomocou magnetických čiar.
Treba zvážiť vyššie uvedený príklad výskytu rovnomerného magnetického poľa v takzvanom solenoide, čo je valcová drôtená cievka, cez ktorú prechádza prúd. Vo vnútri môže byť magnetické pole považované za rovnomerné za predpokladu, že dĺžka je oveľa väčšia ako priemer (mimo cievky bude pole nerovnomerné, magnetické čiary budú umiestnené rovnakým spôsobom ako v tyčovom magnete).
Rovnomerné pole sa nachádza aj v strede permanentného tyčového magnetu. V akejkoľvek obmedzenej oblasti v priestore je tiež možné reprodukovať rovnomerné magnetické pole, v ktorom budú sily pôsobiace na magnetizovanú ihlu rovnakú veľkosťou a smerom.
Na znázornenie magnetického poľa použite nasledujúci príklad. Ak sú linky umiestnenékolmo na rovinu kresby a sú nasmerované od diváka, potom sú zobrazené krížikmi, ak sú na divákovi - bodkami. Rovnako ako v prípade prúdu, každý kríž je akoby viditeľným chvostom šípu letiaceho od pozorovateľa a hrot je ostrejší ako šíp, ktorý letí smerom k nám.
Požiadavka „Nakreslite rovnomerné a nerovnomerné magnetické pole“je tiež ľahko splnená. Jednoducho nakreslite tieto magnetické čiary, berúc do úvahy charakteristiky poľa (rovnomernosť a nehomogenitu).
Existencia nehomogénnych polí však túto úlohu značne komplikuje. V tomto prípade je získanie akéhokoľvek fyzického výsledku pomocou všeobecnej rovnice nepravdepodobné.
Rozdiely
Odpoveď na otázku, ako sa líšia homogénne magnetické polia od nehomogénnych, je celkom jednoduché dať. V prvom rade to závisí od magnetických línií. V prípade rovnomerného poľa bude vzdialenosť medzi nimi rovnaká a budú rovnomerne rozmiestnené, pričom v ľubovoľnom bode bude pôsobiť na prístroje rovnaká sila. Pre nehomogénne polia je všetko presne naopak. Čiary sú nerovnomerne umiestnené, na rôznych miestach pôsobia na zariadenia nerovnakou silou.
V praxi je nehomogénne pole celkom bežné, čo si tiež treba pamätať, pretože rovnomerné polia sa môžu vyskytovať iba vo vnútri objektu, ako je magnet alebo solenoid. Vonkajšie pozorovania opravia heterogenitu.
Detekcia poľa
Pochopením toho, čo sú rovnomerné a nehomogénne magnetické polia, a ich definovanímpo rozobraní by ste mali zistiť, ako ich nájdete.
Najjednoduchší je experiment, ktorý vykonal Oersted. Spočíva v použití magnetickej ihly, ktorá pomáha určiť existenciu elektrického prúdu. Akonáhle sa prúd pohybuje pozdĺž vodiča, šípka umiestnená v blízkosti sa pohne, pretože existujú rovnomerné a nerovnomerné magnetické polia.
Interakcia vodičov s prúdom
Každý vodič s prúdom má svoje magnetické pole, ktoré pôsobí určitou silou na ten najbližší. V závislosti od smeru prúdu sa vodiče navzájom priťahujú alebo odpudzujú. Polia pochádzajúce z rôznych zdrojov sa sčítajú a vytvoria jedno výsledné pole.
Ako vznikajú a prečo
Príklady rovnomerných a nehomogénnych magnetických polí používaných v zariadeniach s katódovým žiarením sú vytvorené cievkami, ktoré prechádzajú prúdom. Na získanie požadovaného tvaru magnetického poľa sa používajú hroty políc a magnetické sitá, vyrobené z materiálov so silnou magnetickou permeabilitou.
Vplyv nehomogénnych magnetických polí môže zmeniť priebeh nezvratných fyzikálnych a chemických javov, väčšinou heterogénnych procesov. Výskyt turbulentnej difúzie vedie k zvýšeniu rýchlosti pohybu plynu z akejkoľvek kvapaliny na povrch vo forme o niekoľko rádov.mikrobubliny. Účinok lokálnej dehydratácie iónov a častíc je spôsobený zintenzívnením procesu mikrokryštalizácie. V prúdiacich médiách môžu vysokoenergetické reakcie vytvárať voľné radikály, atómový kyslík, peroxidy a dusíkaté zlúčeniny. Dochádza ku koagulácii a v kvapaline sa objavujú produkty spôsobené erozívnou deštrukciou.
Pri hydrodynamickej kavitácii veľká veľkosť vznikajúcich bublín a jaskýň komplikuje ich strhávanie kvapalinou z oblasti nízkeho tlaku do oblasti vyššieho tlaku, kde sa bubliny zrútia. Pri kolapse malej bubliny je nízky obsah vzduchu a dochádza k silnej chemickej reakcii podobnej plazmovému výboju. Prítomnosť nehomogénnych magnetických polí vedie k nestabilite dutín, ich rozpadu a vzniku malých vírov a bublín. Vzhľadom na to, že tlak v strede takéhoto víru je znížený, premieňa malé bublinky plynu.
Pri meraní indukcie v nerovnomernom magnetickom poli nezabúdajte, že Hallovo napätie je úmerné priemernej hodnote indukcie poľa v oblasti ohraničenej povrchom prevodníka.
Na zaostrenie paraxiálnych lúčov sa používajú aj nerovnomerné magnetické polia tvorené krátkymi cievkami, čo sú viacvrstvové solenoidy, ktorých dĺžka je úmerná ich priemeru. Elektrón vstupujúci do takéhoto poľa je vystavený silám, ktoré menia jeho smer. Elektrón pod vplyvom takejto sily sa približuje k osi šošovky, zatiaľ čo rovina, v ktorej sa nachádza jeho trajektória, jeohyby. Elektrón sa pohybuje pozdĺž špirálového segmentu, ktorý pretína os šošovky v danom bode.
Faktor priestorového zväčšenia je spôsobený priestorovým rozptýlením nehomogénnych polí na území heterogénneho systému smývaného kvapalinou. Na získanie populačnej inverzie hladín separačnou metódou sa používajú nerovnomerné polia vytvorené viacpásmovým magnetom. Tvar pólov je podobný tyčiam v štvorpólovom kondenzátore molekulárneho generátora na báze amoniaku.
Použitie
Metóda detekcie defektov magnetického poriadku je založená na ťahaní magnetických častíc silami nehomogénnych polí, ktoré sa objavujú nad defektmi. Nahromadenie takéhoto prášku určuje prítomnosť defektu, jeho veľkosť a polohu na kontrolovanom diele.
Za významnú nevýhodu metódy molekulárneho lúča s použitím silných nehomogénnych magnetických polí sa považuje malý štiepiaci efekt. Existuje jednoduchá a zdanlivo nepravdepodobná metóda na zvýšenie tohto účinku. Spočíva v aplikácii ľahkého vonkajšieho magnetického poľa. Ten umožní zväčšiť oblasť použitia jadrových precesných magnetometrov smerom k nerovnomerným magnetickým poliam.
Výhodou tejto metódy je jej vysoké rozlíšenie, ktoré umožňuje detekovať nerovnomerné magnetické polia zodpovedajúce veľkosti častíc magnetickej vrstvy pásky, ako aj schopnosť nájsť poškodenie na zložitých povrchoch a v tesných otvoroch.
Nevýhody súpotreba sekundárneho spracovania informácií, fixujú sa len častice magnetických polí pozdĺž pásky, zložitosť demagnetizácie a konzervácie pásky a je potrebné zabrániť vplyvu vonkajších magnetických polí.
Rovnorodé a nehomogénne magnetické polia sú celkom bežné, napriek tomu, že sú pre bežného laika neviditeľné. Príklady rovnomerných a nerovnomerných magnetických polí možno nájsť v tyčových magnetoch a solenoidoch. Zároveň si ich môžete všimnúť pomocou jednoduchej magnetickej ihly alebo železných pilín.
