אחד המושגים הבסיסיים המשמשים בפיזיקה הוא השדה המגנטי. הוא פועל על מטענים חשמליים נעים. הוא אינו מורגש ואינו מורגש על ידי אדם, אך ניתן לזהות את נוכחותו באמצעות מגנט או ברזל. זה גם די קל להבין איזה שדה מגנטי נקרא הומוגנית ואי-הומוגנית.
הגדרה ושיטות לזיהוי שדה מגנטי
כשאנחנו נתקלים במושג של שדה מגנטי, יש לנו שאלה לגבי איזה סוג של שדה מגנטי זה, האם הוא הומוגני או לא הומגני. לפני שעונה על שאלה כזו, יש צורך לתת הגדרות ראשוניות למונחים.
השדה המגנטי אמור להיחשב לסוג מיוחד של חומר שקיים ליד מטענים חשמליים נעים, במיוחד ליד מוליכים עם זרם. ניתן לזהות באמצעות מחט מגנטית או סיבי ברזל.
שדה אחיד
מתרחש בתוך הלהקהמגנט ובסולנואיד, כאשר אורכו גדול בהרבה מהקוטר. במקרה זה, לפי כלל הגימלט, קווי המתאר של השדה המגנטי יופנו נגד כיוון השעון.
קווים מגנטיים מקבילים וישרים, החלל ביניהם תמיד זהה, כוח ההשפעה על המחט המגנטית אינו שונה בכל הנקודות בגודלו ובכיווןו.
שדה הטרוגני
במקרה של שדה לא-הומוגני, הקווים המגנטיים יהיו כפופים, החלל ביניהם ישתנה בגודלו, כוח הפעולה על המחט המגנטית יהיה שונה בגודל ובכיוון בנקודות שונות בשדה. כמו כן, הכוח הפועל על חץ המוצב בשדה של מגנט רצועה פועל בנקודות שונות בכוחות שונים בגודל ובכיוון. זה נקרא שדה לא הומוגני. הקווים של שדה כזה מעוקלים, התדירות משתנה מנקודה לנקודה.
אפשר לזהות שדה מסוג זה ליד מוליך ישר עם זרם, מגנט מוט וסולנואיד.
מהם קווים מגנטיים
קודם כל, כאשר מתעוררת בעיה, צריך לקבוע איזה סוג של שדה מגנטי, הומוגני או לא-הומוגני, נוצר, צריך ללמוד על קווים מגנטיים, שמצורתם מתברר מאפיין השדה.
כדי לתאר את השדה המגנטי, החלו להשתמש בקווים מגנטיים. הם פסים דמיוניים לאורך מחט מגנטית וממוקמים בשדה מגנטי. אפשר לצייר קו מגנטי דרך כלנקודת שדה, יהיה לה כיוון ותמיד יהיה קרוב.
Direction
הם עוזבים את הקוטב הצפוני של המגנט ופונים לדרום. בתוך המגנט עצמו, הכל בדיוק הפוך. לקווים עצמם אין התחלה או סוף, הם סגורים או עוברים מאינסוף לאינסוף.
מחוץ למגנט, הקווים ממוקמים בצפיפות האפשרית ליד הקטבים. מכאן מתברר שהשפעת השדה היא החזקה ביותר ליד הקטבים, וככל שמתרחקים מהקרקעית היא נחלשת. בהתחשב בכך שהפסים המגנטיים מעוקלים, גם כיוון הכוח הפועל על המחט המגנטית משתנה.
איך לתאר
כדי להבין איך שדות מגנטיים הומוגניים שונים מאלה לא-הומוגניים, עליך ללמוד כיצד לתאר אותם באמצעות קווים מגנטיים.
יש לשקול את הדוגמה לעיל להתרחשות של שדה מגנטי אחיד במה שנקרא סולנואיד, שהוא סליל תיל גלילי שדרכו מועבר זרם. בתוכו, השדה המגנטי יכול להיחשב אחיד, בתנאי שהאורך גדול בהרבה מהקוטר (מחוץ לסליל השדה לא יהיה אחיד, הקווים המגנטיים ימוקמו באותו אופן כמו במגנט מוט)..
גם השדה האחיד ממוקם במרכז מגנט הבר הקבוע. בכל אזור מוגבל בחלל, ניתן גם לשחזר שדה מגנטי אחיד, שבו הכוחות הפועלים על המחט הממוגנטת יהיו זהים בגודל ובכיוון.
כדי לתאר שדה מגנטי, השתמש בדוגמה הבאה. אם הקווים ממוקמיםבניצב למישור הציור ומכוונים מהצופה, אז הם מתוארים עם צלבים, אם על הצופה - עם נקודות. כמו בזרם, כל צלב הוא, כביכול, זנב גלוי של חץ שעף מהמתבונן, והנקודה חדה יותר מהחץ שעף אלינו.
כמו כן, הדרישה "צייר שדה מגנטי אחיד ולא אחיד" מתמלאת בקלות. כל שעליך לעשות הוא לצייר קווים מגנטיים אלה, תוך התחשבות במאפייני השדה (אחידות ואי-הומוגניות).
עם זאת, קיומם של שדות לא הומוגניים מסבך מאוד את המשימה. במקרה זה, השגת תוצאה פיזית כלשהי באמצעות המשוואה הכללית אינה סבירה.
הבדלים
התשובה לשאלה במה שונים שדות מגנטיים הומוגניים מאלה לא-הומוגניים היא די קלה לתת. קודם כל, זה תלוי בקווים המגנטיים. במקרה של שדה אחיד, המרחק ביניהם יהיה זהה, והם יהיו מרווחים באופן שווה, כאשר אותו כוח פועל על המכשירים בכל נקודה. עבור שדות לא הומוגניים, הכל בדיוק הפוך. הקווים ממוקמים בצורה לא אחידה, במקומות שונים הם פועלים בכוח לא שווה על מכשירים.
בפועל, שדה לא-הומוגני הוא נפוץ למדי, שגם אותו צריך לזכור, שכן שדות אחידים יכולים להתרחש רק בתוך עצם, כמו מגנט או סולנואיד. תצפיות חיצוניות יתקנו הטרוגניות.
זיהוי שדות
לאחר שהבנתי מה הם שדות מגנטיים אחידים ולא הומוגניים, והגדרתםלאחר פירוק, עליך לברר כיצד תוכל למצוא אותם.
הפשוט ביותר עבור זה הוא הניסוי שנערך על ידי Oersted. זה מורכב משימוש במחט מגנטית, המסייעת לקבוע את קיומו של זרם חשמלי. ברגע שהזרם ינוע לאורך המוליך, החץ הממוקם בסמוך ינוע, בשל העובדה שיש שדות מגנטיים אחידים ולא אחידים.
אינטראקציה של מנצחים עם זרם
לכל מוליך עם זרם יש שדה מגנטי משלו, שפועל בכוח מסוים על הקרוב ביותר. בהתאם לכיוון הזרם, המוליכים ימשכו או ידחו זה את זה. שדות שמקורם במקורות שונים יצטברו ויהוו שדה אחד שנוצר.
איך הם נוצרים ולמה
דוגמאות לשדות מגנטיים אחידים ולא אחידים המשמשים בהתקני קרני קתודה נוצרות על ידי סלילים שמעבירים זרם. כדי לקבל את הצורה הנדרשת של השדה המגנטי, נעשה שימוש בקצות מדף ומסכים מגנטיים, העשויים מחומרים בעלי חדירות מגנטית חזקה.
השפעתם של שדות מגנטיים לא-הומוגניים יכולה לשנות את מהלך של תופעות פיזיקליות וכימיות בלתי הפיכות, בעיקר תהליך הטרוגני. הופעת דיפוזיה סוערת מובילה לעלייה במספר סדרי גודל בקצב תנועת הגז מכל נוזל אל פני השטח בצורהמיקרו בועות. ההשפעה של התייבשות מקומית של יונים וחלקיקים נובעת מהתעצמות תהליך המיקרו-התגבשות. במדיה זורמת, תגובות באנרגיה גבוהה יכולות ליצור רדיקלים חופשיים, חמצן אטומי, פרוקסידים ותרכובות חנקן. מתרחשת קרישה, ומוצרים הנגרמים מהרס שחיקה מופיעים בנוזל.
במהלך קוויטציה הידרודינמית, הגודל הגדול של הבועות והמערות המתעוררות מסבך את הסחף שלהן על ידי נוזל מאזור הלחץ הנמוך לאזור הלחץ הגבוה יותר, שבו הבועות קורסות. במהלך קריסת בועה קטנה, יש תכולת אוויר נמוכה ומתרחשת תגובה כימית חזקה, בדומה לפריקת פלזמה. נוכחותם של שדות מגנטיים לא הומוגניים מובילה לחוסר יציבות של חללים, להתפרקותם ולהופעת מערבולות ובועות בקנה מידה קטן. בהתחשב בכך שהלחץ במרכז מערבולת כזו מופחת, הוא הופך בועות גז קטנות.
כאשר מודדים אינדוקציה בשדה מגנטי לא אחיד, זכור שמתח ההול הוא פרופורציונלי לערך הממוצע של אינדוקציית השדה בתוך האזור התחום על ידי פני השטח של המתמר.
למיקוד אלומות פרקסיאליות, נעשה שימוש גם בשדות מגנטיים לא אחידים, הנוצרים על ידי סלילים קצרים, שהם סולנואידים רב שכבתיים, שאורכם תואם לקוטרם. אלקטרון הנכנס לשדה כזה נתון לכוחות המשנים את כיוונו. אלקטרון בהשפעת כוח כזה מתקרב לציר העדשה, בעוד שהמישור בו נמצא מסלולו הואמכופפים. האלקטרון נע לאורך קטע ספירלי החותך את ציר העדשה בנקודה נתונה.
גורם הגידול המרחבי נגרם מהתפזרות מרחבית של שדות לא הומוגניים בטריטוריה של מערכת הטרוגנית שנשטפה בנוזל. כדי להשיג את היפוך האוכלוסייה של הרמות בשיטת ההפרדה, נעשה שימוש בשדות לא אחידים שנוצרו על ידי מגנט רב פס. צורת הקטבים דומה למוטות בקבל המרובע של מחולל מולקולרי מבוסס אמוניה.
Uses
שיטת הסדר המגנטי לגילוי פגמים מבוססת על מתיחה של חלקיקים מגנטיים על ידי כוחות של שדות לא הומוגניים המופיעים מעל הפגמים. הצטברות אבקה כזו קובעת את נוכחותו של פגם, גודלו ומיקומו על החלק הנבדק.
אפקט פיצול קטן נחשב לחיסרון משמעותי של שיטת הקרן המולקולרית באמצעות שדות מגנטיים לא-הומוגניים חזקים. יש שיטה פשוטה ולכאורה לא סבירה להגביר את האפקט הזה. זה מורכב מיישום של שדה מגנטי חיצוני קל. זה האחרון יאפשר להגדיל את תחום השימוש במגנטומטרים קדם-גרעיניים לכיוון שדות מגנטיים לא אחידים.
היתרון בשיטה זו הוא ברזולוציה הגבוהה שלה, המאפשרת לזהות שדות מגנטיים לא אחידים התואמים את גודל החלקיקים של השכבה המגנטית של הקלטת, כמו גם היכולת למצוא נזקים על משטחים מורכבים ובפתחים הדוקים.
החסרונות הםהצורך בעיבוד משני של מידע, רק חלקיקים של שדות מגנטיים לאורך הקלטת קבועים, המורכבות של דה-מגנטיזציה ושימור הקלטת, ויש צורך למנוע השפעת שדות מגנטיים חיצוניים.
שדות מגנטיים אחידים ואי-הומוגניים הם נפוצים למדי, למרות העובדה שהם בלתי נראים להדיוט הממוצע. דוגמאות לשדות מגנטיים אחידים ולא אחידים ניתן למצוא במגנטים סרגל וסולנואידים. במקביל, אתה יכול להבחין בהם באמצעות מחט מגנטית פשוטה או סיבי ברזל.
