Μία από τις βασικές έννοιες που χρησιμοποιούνται στη φυσική είναι το μαγνητικό πεδίο. Δρα στα κινούμενα ηλεκτρικά φορτία. Είναι ανεπαίσθητο και δεν γίνεται αισθητό από ένα άτομο, αλλά η παρουσία του μπορεί να ανιχνευθεί χρησιμοποιώντας μαγνήτη ή σίδερο. Είναι επίσης αρκετά εύκολο να καταλάβουμε ποιο μαγνητικό πεδίο ονομάζεται ομογενές και ανομοιογενές.
Ορισμός και μέθοδοι ανίχνευσης μαγνητικού πεδίου
Όταν συναντάμε την έννοια του μαγνητικού πεδίου, έχουμε μια ερώτηση σχετικά με το είδος του μαγνητικού πεδίου, αν είναι ομοιογενές ή ανομοιογενές. Πριν απαντήσετε σε μια τέτοια ερώτηση, είναι απαραίτητο να δώσετε αρχικούς ορισμούς όρων.
Το μαγνητικό πεδίο υποτίθεται ότι θεωρείται ένα ειδικό είδος ύλης που υπάρχει κοντά σε κινούμενα ηλεκτρικά φορτία, ειδικά κοντά σε αγωγούς με ρεύμα. Μπορεί να εντοπιστεί χρησιμοποιώντας μαγνητική βελόνα ή ρινίσματα σιδήρου.
Ομοιόμορφο πεδίο
Συμβαίνει μέσα στο συγκρότημαμαγνήτη και στην ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα, όταν το μήκος του είναι πολύ μεγαλύτερο από τη διάμετρο. Σε αυτήν την περίπτωση, σύμφωνα με τον κανόνα του gimlet, τα περιγράμματα του μαγνητικού πεδίου θα κατευθύνονται αριστερόστροφα.
Οι μαγνητικές γραμμές είναι παράλληλες και ευθείες, το κενό μεταξύ τους είναι πάντα το ίδιο, η δύναμη επιρροής στη μαγνητική βελόνα δεν διαφέρει σε όλα τα σημεία ως προς το μέγεθος και την κατεύθυνσή της.
Ετερογενές πεδίο
Στην περίπτωση ενός ανομοιογενούς πεδίου, οι μαγνητικές γραμμές θα κάμπτονται, το κενό μεταξύ τους θα ποικίλλει σε μέγεθος, η δύναμη δράσης στη μαγνητική βελόνα θα διαφέρει ως προς το μέγεθος και την κατεύθυνση σε διαφορετικά σημεία του πεδίου. Επίσης, η δύναμη που ασκείται σε ένα βέλος που βρίσκεται στο πεδίο ενός μαγνήτη λωρίδας δρα σε διάφορα σημεία με διαφορετικές δυνάμεις σε μέγεθος και κατεύθυνση. Αυτό ονομάζεται ανομοιογενές πεδίο. Οι γραμμές ενός τέτοιου πεδίου είναι καμπύλες, η συχνότητα ποικίλλει από σημείο σε σημείο.
Είναι δυνατό να ανιχνευθεί αυτό το είδος πεδίου κοντά σε έναν ευθύ αγωγό με ρεύμα, έναν μαγνήτη ράβδου και μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα.
Τι είναι οι μαγνητικές γραμμές
Πρώτα από όλα, όταν ανακύπτει ένα πρόβλημα, θα πρέπει κανείς να καθορίσει τι είδους μαγνητικό πεδίο, ομοιογενές ή ανομοιογενές, σχηματίζεται, θα πρέπει να μάθει για τις μαγνητικές γραμμές, από το σχήμα των οποίων γίνεται σαφές το χαρακτηριστικό πεδίου.
Για να απεικονίσει το μαγνητικό πεδίο, άρχισε να χρησιμοποιεί μαγνητικές γραμμές. Είναι φανταστικές λωρίδες κατά μήκος μιας μαγνητικής βελόνας και τοποθετημένες σε μαγνητικό πεδίο. Είναι δυνατό να τραβήξετε μια μαγνητική γραμμή μέσω οποιουδήποτεσημείο πεδίου, θα έχει κατεύθυνση και πάντα κλειστό.
Κατεύθυνση
Φεύγουν από τον βόρειο πόλο του μαγνήτη και κατευθύνονται προς το νότο. Μέσα στον ίδιο τον μαγνήτη, όλα είναι ακριβώς το αντίθετο. Οι ίδιες οι γραμμές δεν έχουν αρχή ή τέλος, είναι κλειστές ή πηγαίνουν από το άπειρο στο άπειρο.
Έξω από τον μαγνήτη, οι γραμμές βρίσκονται όσο το δυνατόν πιο πυκνά κοντά στους πόλους. Από αυτό γίνεται σαφές ότι η επίδραση του πεδίου είναι ισχυρότερη κοντά στους πόλους και καθώς απομακρύνεστε από τον πυθμένα, εξασθενεί. Δεδομένου ότι οι μαγνητικές λωρίδες είναι καμπύλες, αλλάζει και η κατεύθυνση της δύναμης που ασκεί η μαγνητική βελόνα.
Πώς να απεικονίσετε
Για να κατανοήσετε πώς διαφέρουν τα ομοιογενή μαγνητικά πεδία από τα ανομοιογενή, πρέπει να μάθετε πώς να τα απεικονίζετε χρησιμοποιώντας μαγνητικές γραμμές.
Θα πρέπει να εξετάσουμε το παραπάνω παράδειγμα της εμφάνισης ενός ομοιόμορφου μαγνητικού πεδίου στο λεγόμενο σωληνοειδές, το οποίο είναι ένα κυλινδρικό συρμάτινο πηνίο μέσω του οποίου διέρχεται ρεύμα. Μέσα σε αυτό, το μαγνητικό πεδίο μπορεί να θεωρηθεί ομοιόμορφο, με την προϋπόθεση ότι το μήκος είναι πολύ μεγαλύτερο από τη διάμετρο (έξω από το πηνίο, το πεδίο θα είναι ανομοιόμορφο, οι μαγνητικές γραμμές θα βρίσκονται με τον ίδιο τρόπο όπως σε έναν μαγνήτη ράβδου).
Το ομοιόμορφο πεδίο βρίσκεται επίσης στο κέντρο του μόνιμου μαγνήτη ράβδου. Σε οποιαδήποτε περιορισμένη περιοχή του χώρου, είναι επίσης δυνατή η αναπαραγωγή ενός ομοιόμορφου μαγνητικού πεδίου, στο οποίο οι δυνάμεις που ασκούνται στη μαγνητισμένη βελόνα θα είναι οι ίδιες σε μέγεθος και κατεύθυνση.
Για να απεικονίσετε ένα μαγνητικό πεδίο, χρησιμοποιήστε το ακόλουθο παράδειγμα. Εάν οι γραμμές βρίσκονταικάθετα στο επίπεδο σχεδίασης και κατευθύνονται από τον θεατή, τότε απεικονίζονται με σταυρούς, εάν στον θεατή - με κουκκίδες. Όπως και με το ρεύμα, κάθε σταυρός είναι, σαν να λέγαμε, η ορατή ουρά ενός βέλους που πετά από τον θεατή, και η αιχμή είναι πιο έντονη από το βέλος που πετά προς εμάς.
Επίσης, η απαίτηση "Σχεδιάστε ένα ομοιόμορφο και ανομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο" ικανοποιείται εύκολα. Απλώς σχεδιάστε αυτές τις μαγνητικές γραμμές, λαμβάνοντας υπόψη τα χαρακτηριστικά του πεδίου (ομοιομορφία και ανομοιογένεια).
Ωστόσο, η ύπαρξη ανομοιογενών πεδίων περιπλέκει πολύ την εργασία. Σε αυτήν την περίπτωση, είναι απίθανο να ληφθεί οποιοδήποτε φυσικό αποτέλεσμα χρησιμοποιώντας τη γενική εξίσωση.
Διαφορές
Η απάντηση στο ερώτημα πώς διαφέρουν τα ομοιογενή μαγνητικά πεδία από τα ανομοιογενή είναι αρκετά εύκολο να δοθεί. Πρώτα απ 'όλα, εξαρτάται από τις μαγνητικές γραμμές. Στην περίπτωση ενός ομοιόμορφου πεδίου, η απόσταση μεταξύ τους θα είναι η ίδια και θα είναι ομοιόμορφα κατανεμημένα, με την ίδια δύναμη να ασκεί στα όργανα σε οποιοδήποτε σημείο. Για τα ανομοιογενή πεδία, όλα είναι ακριβώς το αντίθετο. Οι γραμμές είναι άνισα τοποθετημένες, σε διαφορετικά σημεία δρουν με άνιση δύναμη στις συσκευές.
Στην πράξη, ένα ανομοιογενές πεδίο είναι αρκετά κοινό, το οποίο πρέπει επίσης να θυμόμαστε, καθώς ομοιόμορφα πεδία μπορούν να εμφανιστούν μόνο μέσα σε ένα αντικείμενο, όπως ένας μαγνήτης ή μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα. Οι υπαίθριες παρατηρήσεις θα διορθώσουν την ετερογένεια.
Ανίχνευση πεδίου
Έχοντας κατανοήσει τι είναι ομοιόμορφα και ανομοιογενή μαγνητικά πεδία και ορίζοντας τααφού αποσυναρμολογήσετε, θα πρέπει να μάθετε πώς μπορείτε να τα βρείτε.
Το πιο απλό για αυτό είναι το πείραμα που διεξήγαγε ο Oersted. Συνίσταται στη χρήση μαγνητικής βελόνας, η οποία βοηθά στον προσδιορισμό της ύπαρξης ηλεκτρικού ρεύματος. Μόλις το ρεύμα κινηθεί κατά μήκος του αγωγού, το βέλος που βρίσκεται κοντά θα μετακινηθεί, λόγω του γεγονότος ότι υπάρχουν ομοιόμορφα και μη ομοιόμορφα μαγνητικά πεδία.
Αλληλεπίδραση αγωγών με ρεύμα
Κάθε αγωγός με ρεύμα έχει το δικό του μαγνητικό πεδίο, το οποίο δρα με μια ορισμένη δύναμη στο πλησιέστερο. Ανάλογα με την κατεύθυνση του ρεύματος, οι αγωγοί θα έλκονται ή θα απωθούνται μεταξύ τους. Τα πεδία που προέρχονται από διαφορετικές πηγές θα αθροιστούν και θα σχηματίσουν ένα ενιαίο πεδίο που προκύπτει.
Πώς δημιουργούνται και γιατί
Παραδείγματα ομοιόμορφων και μη ομοιόμορφων μαγνητικών πεδίων που χρησιμοποιούνται σε συσκευές καθοδικών ακτίνων δημιουργούνται από πηνία που διέρχονται ρεύμα. Για να αποκτήσετε το απαιτούμενο σχήμα του μαγνητικού πεδίου, χρησιμοποιούνται μύτες ραφιών και μαγνητικές οθόνες, κατασκευασμένες από υλικά με ισχυρή μαγνητική διαπερατότητα.
Η επίδραση των ανομοιογενών μαγνητικών πεδίων μπορεί να αλλάξει την πορεία μη αναστρέψιμων φυσικών και χημικών φαινομένων, ως επί το πλείστον μιας ετερογενούς διαδικασίας. Η εμφάνιση τυρβώδης διάχυσης οδηγεί σε αύξηση κατά πολλές τάξεις μεγέθους του ρυθμού κίνησης του αερίου από οποιοδήποτε υγρό στην επιφάνεια με τη μορφήμικροφυσαλίδες. Η επίδραση της τοπικής αφυδάτωσης ιόντων και σωματιδίων οφείλεται στην εντατικοποίηση της διαδικασίας μικροκρυστάλλωσης. Σε ρέοντα μέσα, οι αντιδράσεις υψηλής ενέργειας μπορούν να δημιουργήσουν ελεύθερες ρίζες, ατομικό οξυγόνο, υπεροξείδια και αζωτούχες ενώσεις. Εμφανίζεται πήξη και προϊόντα που προκαλούνται από διαβρωτική καταστροφή εμφανίζονται στο υγρό.
Κατά τη διάρκεια της υδροδυναμικής σπηλαίωσης, το μεγάλο μέγεθος των αναδυόμενων φυσαλίδων και σπηλαίων περιπλέκει την παρασυρσή τους από υγρό από την περιοχή χαμηλής πίεσης στην περιοχή υψηλότερης πίεσης, όπου οι φυσαλίδες καταρρέουν. Κατά τη διάρκεια της κατάρρευσης μιας μικρής φυσαλίδας, υπάρχει χαμηλή περιεκτικότητα σε αέρα και εμφανίζεται μια ισχυρή χημική αντίδραση, παρόμοια με μια εκκένωση πλάσματος. Η παρουσία ανομοιογενών μαγνητικών πεδίων οδηγεί στην αστάθεια των κοιλοτήτων, στη διάσπασή τους και στην εμφάνιση δινών και φυσαλίδων μικρής κλίμακας. Δεδομένου ότι η πίεση στο κέντρο μιας τέτοιας δίνης μειώνεται, μετατρέπει μικρές φυσαλίδες αερίου.
Όταν μετράτε την επαγωγή σε ένα μη ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο, να θυμάστε ότι η τάση Hall είναι ανάλογη με τη μέση τιμή της επαγωγής του πεδίου εντός της περιοχής που οριοθετείται από την επιφάνεια του μορφοτροπέα.
Για την εστίαση των παρααξονικών δεσμών, χρησιμοποιούνται επίσης μη ομοιόμορφα μαγνητικά πεδία, που σχηματίζονται από κοντά πηνία, τα οποία είναι πολυστρωματικά σωληνοειδείς, το μήκος των οποίων είναι ανάλογο με τη διάμετρό τους. Ένα ηλεκτρόνιο που εισέρχεται σε ένα τέτοιο πεδίο υπόκειται σε δυνάμεις που αλλάζουν την κατεύθυνσή του. Ένα ηλεκτρόνιο υπό την επίδραση μιας τέτοιας δύναμης πλησιάζει τον άξονα του φακού, ενώ το επίπεδο στο οποίο βρίσκεται η τροχιά του είναιλυγίζει. Το ηλεκτρόνιο κινείται κατά μήκος ενός σπειροειδούς τμήματος που τέμνει τον άξονα του φακού σε ένα δεδομένο σημείο.
Ο παράγοντας χωρικής αύξησης προκαλείται από τη χωρική διασπορά ανομοιογενών πεδίων στην επικράτεια ενός ετερογενούς συστήματος που ξεπλένεται με υγρό. Για να ληφθεί η πληθυσμιακή αντιστροφή των επιπέδων με τη μέθοδο διαχωρισμού, χρησιμοποιούνται μη ομοιόμορφα πεδία που δημιουργούνται από έναν μαγνήτη πολλαπλών ζωνών. Το σχήμα των πόλων είναι παρόμοιο με τις ράβδους στον τετραπολικό πυκνωτή μιας μοριακής γεννήτριας με βάση την αμμωνία.
Uses
Η μέθοδος ανίχνευσης ελαττωμάτων με μαγνητική τάξη βασίζεται στην έλξη των μαγνητικών σωματιδίων από τις δυνάμεις ανομοιογενών πεδίων που εμφανίζονται πάνω από τα ελαττώματα. Η συσσώρευση μιας τέτοιας σκόνης καθορίζει την παρουσία ενός ελαττώματος, το μέγεθος και τη θέση του στο εξάρτημα που ελέγχεται.
Ένα μικρό φαινόμενο διάσπασης θεωρείται σημαντικό μειονέκτημα της μεθόδου μοριακής δέσμης που χρησιμοποιεί ισχυρά ανομοιογενή μαγνητικά πεδία. Υπάρχει μια απλή και φαινομενικά απίθανη μέθοδος για να αυξήσετε αυτό το αποτέλεσμα. Συνίσταται στην εφαρμογή ενός ελαφρού εξωτερικού μαγνητικού πεδίου. Το τελευταίο θα καταστήσει δυνατή την αύξηση της περιοχής χρήσης των πυρηνικών μαγνητομέτρων μετάπτωσης προς μη ομοιόμορφα μαγνητικά πεδία.
Το πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι η υψηλή της ανάλυση, η οποία καθιστά δυνατή την ανίχνευση μη ομοιόμορφων μαγνητικών πεδίων ανάλογα με το μέγεθος των σωματιδίων του μαγνητικού στρώματος της ταινίας, καθώς και την ικανότητα εντοπισμού ζημιών σε σύνθετες επιφάνειες και σε στενά ανοίγματα.
Τα μειονεκτήματα είναιη ανάγκη για δευτερογενή επεξεργασία των πληροφοριών, μόνο τα σωματίδια των μαγνητικών πεδίων κατά μήκος της ταινίας είναι σταθερά, η πολυπλοκότητα της απομαγνήτισης και διατήρησης της ταινίας και είναι απαραίτητο να αποτραπεί η επίδραση των εξωτερικών μαγνητικών πεδίων.
Τα ομοιόμορφα και ανομοιογενή μαγνητικά πεδία είναι αρκετά κοινά, παρά το γεγονός ότι είναι αόρατα στον μέσο λαϊκό. Παραδείγματα ομοιόμορφων και μη ομοιόμορφων μαγνητικών πεδίων μπορούν να βρεθούν σε μαγνήτες ράβδων και ηλεκτρομαγνητικές βαλβίδες. Ταυτόχρονα, μπορείτε να τα παρατηρήσετε χρησιμοποιώντας μια απλή μαγνητική βελόνα ή ρινίσματα σιδήρου.
