LARUANG MAGNETO: INTENSITY, KATANGIAN, PINAGMULAN, HALIMBAWA - PISIKAL - 2025

Ang magnetic field ay ang impluwensya na ang paglipat ng mga singil ng kuryente ay nasa puwang na pumapalibot sa kanila. Ang mga singil ay palaging may isang patlang ng koryente, ngunit ang mga gumagalaw lamang ay maaaring makabuo ng mga magnetic effects.

Ang pagkakaroon ng magnetism ay kilala sa mahabang panahon. Inilarawan ng mga sinaunang Griyego ang isang mineral na may kakayahang maakit ang mga maliliit na piraso ng bakal: ito ang tulugan o magnetite.

Larawan 1. Magnetite sample. Pinagmulan: Wikimedia Commons. Rojinegro81.

Ang mga matalino na sina Thales ng Miletus at Plato ay abala sa pag-record ng mga magnetic effects sa kanilang mga sulatin; sa pamamagitan ng paraan, alam din nila ang static na koryente.

Ngunit ang magnetism ay hindi nauugnay sa koryente hanggang sa ika-19 na siglo, nang napansin ni Hans Christian Oersted na ang compass ay lumihis sa paligid ng isang conductive wire na nagdadala ng kasalukuyang.

Ngayon alam natin na ang koryente at magnetismo ay, kaya't pagsasalita, dalawang panig ng parehong barya.

Magnetic field sa pisika

Sa pisika, ang term na magnetic field ay isang dami ng vector, na may modulus (ang numerikal na halaga nito), direksyon sa espasyo at kahulugan. Mayroon din itong dalawang kahulugan. Ang una ay isang vector minsan ay tinatawag na magnetic induction at ay naka-denote sa pamamagitan ng B .

Ang yunit ng B sa International System of Units ay ang tesla, pinaikling T. Ang iba pang dami na tinawag din na magnetic field ay H , na kilala rin bilang magnetic field intensity at na ang unit ay ampere / meter.

Parehong proporsyonal ang parehong dami, ngunit ang mga ito ay tinukoy sa paraang ito upang isaalang-alang ang mga epekto ng magnetic material sa mga patlang na dumadaan sa kanila.

Kung ang isang materyal ay nakalagay sa gitna ng isang panlabas na magnetic field, ang nagreresultang patlang ay depende sa ito at din sa sariling magnetic na sagot ng materyal. Iyon ang dahilan kung bakit ang B at H ay nauugnay sa:

B = μ _m H

Narito ang μ _m ay isang pare-pareho na nakasalalay sa materyal at may angkop na mga yunit upang kapag pinarami ng H ang resulta ay tesla.

C

-Ang magnetic field ay isang magnitude ng vector, samakatuwid ito ay may kalakhan, direksyon at kahulugan.

-Ang yunit ng magnetic field B sa International System ay ang tesla, pinaikling bilang T, habang ang H ay ampere / meter. Ang iba pang mga yunit na madalas na lumilitaw sa panitikan ay ang mga gauss (G) at ang oersted.

-Magnetic na linya ng patlang ay palaging sarado na mga loop, nag-iiwan ng isang north post at pumapasok sa isang poste sa timog. Ang patlang ay palaging padaplis sa mga linya.

-Ang mga magnetic pole ay palaging iniharap sa isang pares ng North-South. Hindi posible na magkaroon ng isang nakahiwalay na magnetic poste.

-Siyan ay nagmula sa paggalaw ng mga singil na de koryente.

-Ang kasidhian ay proporsyonal sa laki ng pag-load o sa kasalukuyang gumagawa nito.

-Ang laki ng magnetic field ay bumababa sa kabaligtaran ng parisukat ng distansya.

-Magnetic mga patlang ay maaaring maging pare-pareho o variable, parehong sa oras at sa espasyo.

-Ang magnetic field ay may kakayahang magsagawa ng magnetic force sa isang gumagalaw na singil o sa isang wire na nagdadala ng kasalukuyang.

Mga pole ng isang pang-akit

Ang isang bar magnet ay palaging may dalawang magnetic pole: ang north pole at ang southern poste. Napakadaling i-verify na ang mga poste ng parehong pag-sign repel, habang ang mga magkakaibang uri ay nakakaakit.

Ito ay halos kapareho sa kung ano ang nangyayari sa mga de-koryenteng singil. Mapapansin din na mas malapit sila, mas malaki ang puwersa kung saan sila nakakaakit o nagtatapon sa isa't isa.

Ang mga magnet magnet ay may natatanging pattern ng mga linya ng larangan. Ang mga ito ay matulis na kurbada, iniiwan ang north pole at pumapasok sa southern poste.

Larawan 2. Magnetic field na linya ng isang magnet na bar. Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Ang isang simpleng eksperimento upang tignan ang mga linyang ito ay upang maikalat ang mga filing ng bakal sa itaas ng isang sheet ng papel at maglagay ng bar magnet sa ilalim.

Ang intensity ng magnetic field ay ibinibigay bilang isang function ng density ng mga linya ng field. Ito ay palaging masidhing malapit sa mga poste, at kumakalat ito habang lumilipat kami mula sa magnet.

Ang magnet ay kilala rin bilang isang magnetic dipole, kung saan ang dalawang mga pole ay tiyak na hilaga at timog na mga magnetic pole.

Ngunit hindi sila maaaring magkahiwalay. Kung pinutol mo ang magneto sa kalahati, nakakakuha ka ng dalawang magnet, bawat isa ay may kani-kanilang mga north at southern pole. Ang mga nakahiwalay na mga pole ay tinatawag na magnetic monopoles, ngunit hanggang ngayon wala pa rin ang nakahiwalay.

Pinagmulan

Ang isa ay maaaring magsalita ng iba't ibang mga mapagkukunan ng magnetic field. Saklaw sila mula sa magnetic mineral, sa pamamagitan mismo ng Earth, na kumikilos tulad ng isang malaking magnet, sa mga electromagnets.

Ngunit ang katotohanan ay ang bawat magnetic field ay nagmula sa paggalaw ng mga sisingilin na mga particle.

Kalaunan makikita natin na ang primordial na mapagkukunan ng lahat ng magnetism ay naninirahan sa maliliit na alon sa loob ng atom, higit sa lahat ang ginawa dahil sa mga paggalaw ng mga electron sa paligid ng nucleus at sa mga epekto ng kabuuan na naroroon sa atom.

Gayunpaman, tungkol sa pinagmulan ng macroscopic, maaaring isipin ng isa ang mga likas na mapagkukunan at artipisyal na mapagkukunan.

Ang mga likas na mapagkukunan sa prinsipyo ay hindi "patayin", sila ay permanenteng magnet, subalit dapat itong isaalang-alang na sinisira ng init ang magnetism ng mga sangkap.

Tulad ng para sa mga artipisyal na mapagkukunan, ang magnetic effect ay maaaring mapigilan at kontrolado. Samakatuwid mayroon kami:

-Magnets ng likas na pinagmulan, na gawa sa magnetic mineral tulad ng magnetite at maghemite, parehong iron oxides, halimbawa.

-Electric na alon at electromagnets.

Magnetic mineral at electromagnets

Sa likas na katangian mayroong iba't ibang mga compound na nagpapakita ng mga kapansin-pansin na mga katangian ng magnetic. May kakayahang maakit ang mga piraso ng bakal at nikel, halimbawa, pati na rin ang iba pang mga magnet.

Ang mga iron oxides na nabanggit, tulad ng magnetite at maghemite, ay mga halimbawa ng klase ng mga sangkap na ito.

Ang pagkamaramdamin ng magneto ay ang parameter na ginagamit upang masukat ang mga magnetic na katangian ng mga bato. Ang mga pangunahing igneous na bato ay ang mga may pinakamataas na pagkamaramdamin, dahil sa kanilang mataas na nilalaman ng magnetite.

Sa kabilang banda, hangga't mayroon kang isang wire na nagdadala ng kasalukuyang, magkakaroon ng isang nauugnay na magnetic field. Narito mayroon kaming isa pang paraan ng pagbuo ng isang patlang, na sa kasong ito, ay tumatagal ng form ng mga concentric na bilog na may kawad.

Ang direksyon ng paggalaw ng patlang ay ibinibigay ng patakaran ng kanang hinlalaki. Kapag ang hinlalaki ng kanang puntos ng kamay sa direksyon ng kasalukuyang, ang apat na natitirang mga daliri ay magpahiwatig ng direksyon kung saan ang mga linya ng patlang ay baluktot.

Larawan 3. Ang kanang tuntunin ng hinlalaki upang makuha ang direksyon at kahulugan ng magnetic field. Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Ang isang electromagnet ay isang aparato na gumagawa ng magnetism mula sa mga de-koryenteng alon. Ito ay may kalamangan na magawang i-on at i-off ang kalooban. Kapag ang kasalukuyang tumigil, nawawala ang magnetic field. Bilang karagdagan ang lakas ng patlang ay maaari ring makontrol.

Ang mga electromagnets ay bahagi ng iba't ibang mga aparato, kabilang ang mga nagsasalita, hard drive, motor, at relay, bukod sa iba pa.

Magnetic na puwersa sa isang gumagalaw na singil

Ang pagkakaroon ng isang magnetic field B ay maaaring mapatunayan sa pamamagitan ng isang pagsubok na singil ng kuryente -called q- at na gumagalaw sa bilis v . Para sa mga ito, ang pagkakaroon ng mga electric at gravitational na patlang ay pinasiyahan, hindi bababa sa ilang sandali.

Sa ganoong kaso, ang puwersa na naranasan ng singil q, na kung saan ay ipinapahiwatig bilang F _B , ay ganap na dahil sa impluwensya ng larangan. Ang husay, ang sumusunod ay sinusunod:

-Ang laki ng F _B ay proporsyonal sa q at isang bilis v.

-Kung v ay kahanay sa magnetic field vector, ang magnitude ng F _B ay zero.

-Ang magnetic force ay patayo sa parehong v at B.

- Sa kabuuan, ang lakas ng magnetic force ay proporsyonal sa kasalanan θ, kung saan ang θ ay ang anggulo sa pagitan ng bilis ng vector at ang magnetic field vector.

Ang lahat ng nasa itaas ay may bisa para sa parehong positibo at negatibong singil. Ang pagkakaiba lamang ay ang direksyon ng magnetic na puwersa ay baligtad.

Ang mga obserbasyong ito ay sumasang-ayon sa produkto ng vector sa pagitan ng dalawang vectors, kaya na ang magnetic force na naranasan ng isang point charge q, paglipat ng bilis v sa gitna ng isang magnetic field ay:

F _B = q v x B

Kaninong module ay:

Larawan 4. Patakaran sa kanang kamay para sa magnetic force sa isang positibong singil sa point. Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Paano nabuo ang isang magnetic field?

Mayroong maraming mga paraan, halimbawa:

-By magnetizing isang naaangkop na sangkap.

- Ang pagpasa ng isang electric current sa pamamagitan ng isang conductive wire.

Ngunit ang pinagmulan ng magnetism sa bagay ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng pag-alala na dapat itong maiugnay sa paggalaw ng mga singil.

Ang isang elektron na naglalakad sa nucleus ay mahalagang isang maliit na sarado na kasalukuyang circuit, ngunit ang isang may kakayahang mag-ambag nang malaki sa magnetism ng atom. Maraming mga electron sa isang piraso ng magnetic material.

Ang kontribusyon na ito sa magnetism ng atom ay tinatawag na orbital magnetic moment. Ngunit may higit pa, dahil ang pagsasalin ay hindi lamang kilusan ng elektron. Mayroon din itong magnetic spin moment, isang kabuuan na epekto na ang pagkakatulad ng isang pag-ikot ng elektron sa axis nito.

Sa katunayan, ang magnetic moment of spin ay ang pangunahing sanhi ng magnetism ng isang atom.

Mga Uri

Ang magnetic field ay may kakayahang kumuha ng maraming mga form, depende sa pamamahagi ng mga alon na nagmula dito. Kaugnay nito, maaari itong mag-iba hindi lamang sa espasyo, ngunit din sa oras, o pareho sa parehong oras.

-Sa paligid ng mga poste ng isang electromagnet mayroong isang humigit-kumulang palaging patlang.

-Nasa loob din ng isang solenoid isang mataas na intensity at unipormeng patlang ay nakuha, kasama ang mga linya ng patlang na nakadirekta kasama ang axial axis.

-Ang magnetic field ng Earth ay humigit-kumulang na maayos sa larangan ng isang bar magnet, lalo na sa paligid ng ibabaw. Karagdagang epekto, ang solar na hangin ay nagbabago sa mga de-koryenteng alon at kapansin-pansin na ipinagpapalit nito.

-Ang kawad na nagdadala ng kasalukuyang ay may isang patlang sa anyo ng mga concentric na bilog na may kawad.

Tungkol sa kung ang patlang ay maaaring mag-iba sa paglipas ng panahon, mayroon kaming:

-Static magnetic field, kung alinman sa kanilang kalakhan o ang kanilang direksyon ay nagbabago sa paglipas ng panahon. Ang patlang ng isang bar magnet ay isang magandang halimbawa ng ganitong uri ng larangan. Gayundin ang mga nagmula sa mga wire na nagdadala ng mga nakatigil na alon.

Ang mga patlang na magagamit sa paglipas ng panahon, kung anuman sa kanilang mga katangian ay nag-iiba sa paglipas ng panahon. Ang isang paraan upang makuha ang mga ito ay mula sa alternating kasalukuyang mga generator, na gumagamit ng hindi pangkaraniwang bagay ng magnetic induction. Ang mga ito ay matatagpuan sa maraming mga karaniwang ginagamit na aparato, halimbawa ng mga cell phone.

Batas ng Biot-Savart

Kung kinakailangan upang kalkulahin ang hugis ng magnetic field na ginawa ng isang pamamahagi ng mga alon, ang paggamit ay maaaring gawin ng batas ng Biot-Savart, na natuklasan noong 1820 ng mga pisika ng Pranses na si Jean Marie Biot (1774-1862) at Felix Savart (1791-1841). ).

Para sa ilang kasalukuyang mga pamamahagi na may simpleng geometries, ang isang expression ng matematika para sa magnetic field vector ay maaaring makuha nang direkta.

Ipagpalagay na mayroon kaming isang segment ng kawad ng kaugalian haba dl na nagdadala ng isang electric kasalukuyang I. Ipapalagay din ang kawad na nasa isang vacuum. Ang magnetic field na gumagawa ng pamamahagi na ito:

-Decreases na may kabaligtaran ng parisukat ng distansya sa wire.

- Ito ay proporsyonal sa tindi ng kasalukuyang ako na dumadaan sa kawad.

-Ang direksyon na ito ay tiyak sa pag-ikot ng radius na nakasentro sa kawad at ang direksyon nito ay ibinibigay ng patakaran ng kanang hinlalaki.

- μ _o = 4π. 10 ^-7 Tm / A

- d B ay isang magnetic field na kaugalian.

- Ako ang tindi ng kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan ng kawad.

- r ang distansya sa pagitan ng gitna ng kawad at ang punto kung saan nais mong hanapin ang patlang.

-r ay ang vector na pupunta mula sa kawad hanggang sa puntong nais mong kalkulahin ang patlang.

Mga halimbawa

Nasa ibaba ang dalawang halimbawa ng magnetic field at ang kanilang mga analytical expression.

Magnetic field na ginawa ng isang napakatagal na wire ng rectilinear

Sa pamamagitan ng batas ng Biot-Savart posible na makuha ang patlang na ginawa ng isang manipis na may hangganan na conductor wire na nagdadala ng isang kasalukuyang I. Sa pamamagitan ng pagsasama sa konduktor at pagkuha ng paglilimita kaso kung saan ito ay napakatagal, ang kadakilaan ng bukid resulta:

Ang patlang na nilikha ng Helmholtz coil

Ang Helmholtz coil ay binubuo ng dalawang magkapareho at concentric na pabilog na coil, kung saan ipinapasa ang parehong kasalukuyang. Nagsisilbi silang lumikha ng isang humigit-kumulang pantay na patlang na magnetic sa loob nito.

Larawan 5. Schematic ng Helmholtz coils. Pinagmulan: Wikimedia Commons.

Ang laki nito sa gitna ng likid ay:

Y ay nakadirekta kasama ang axial axis. Ang mga kadahilanan ng equation ay:

- N ay kumakatawan sa bilang ng mga liko ng coil

- Ako ang kadakilaan ng kasalukuyang

- μ _o ang magnetic pagkamatagusin ng vacuum

- R ang radius ng coils.

Mga Sanggunian

1. Figueroa, D. (2005). Serye: Physics para sa Science at Engineering. Dami 1. Kinematics. Na-edit ni Douglas Figueroa (USB).
2. Magnetic field lakas H . Nabawi mula sa: 230nsc1.phy-astr.gsu.edu.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Physics: Isang Tumingin sa Mundo. Ika-6 na minutong edisyon. Pag-aaral ng Cengage.
4. Magnetic Field at Magnetic Forces. Nabawi mula sa: pisika.ucf.edu.
5. Rex, A. 2011. Mga Batayan ng Pisika. Pearson.
6. Serway, R., Jewett, J. (2008). Physics para sa Science at Engineering. Dami 2. ika-7. Ed Cengage Learning.
7. Unibersidad ng Vigo. Mga halimbawa ng magnetism. Nabawi mula sa: quintans.webs.uvigo.es