Едно от основните понятия, използвани във физиката, е магнитното поле. Действа върху движещи се електрически заряди. Той е незабележим и не се усеща от човек, но присъствието му може да бъде открито с помощта на магнит или ютия. Също така е доста лесно да се разбере кое магнитно поле се нарича хомогенно и нехомогенно.
Определение и методи за откриване на магнитно поле
Когато се сблъскаме с концепцията за магнитно поле, имаме въпрос какъв вид магнитно поле е, независимо дали е хомогенно или нехомогенно. Преди да се отговори на такъв въпрос, е необходимо да се дадат първоначални дефиниции на термините.
Предполага се, че магнитното поле се счита за специален вид материя, която съществува близо до движещи се електрически заряди, особено близо до проводници с ток. Може да се открие с магнитна игла или железни стърготини.
Униформено поле
Среща се вътре в групатамагнит и в соленоида, когато дължината му е много по-голяма от диаметъра. В този случай, според правилото на гимлета, контурите на магнитното поле ще бъдат насочени обратно на часовниковата стрелка.
Магнитните линии са успоредни и прави, празнотата между тях винаги е една и съща, силата на въздействие върху магнитната стрелка не се различава във всички точки по нейната големина и посока.
Хетерогенно поле
В случай на нехомогенно поле, магнитните линии ще бъдат огънати, празнотата между тях ще варира по размер, силата на действие върху магнитната игла ще се различава по големина и посока в различните точки на полето. Също така, силата, действаща върху стрелка, поставена в полето на лентов магнит, действа в различни точки със сили, които са различни по големина и посока. Това се нарича нехомогенно поле. Линиите на такова поле са извити, честотата варира от точка до точка.
Възможно е да се открие този вид поле близо до прав проводник с ток, прътов магнит и соленоид.
Какво са магнитни линии
На първо място, когато възникне проблем, трябва да се определи какъв вид магнитно поле, хомогенно или нехомогенно, се образува, трябва да се научи за магнитни линии, от чиято форма става ясна характеристиката на полето.
За изобразяване на магнитното поле започнах да използва магнитни линии. Те са въображаеми ивици по протежение на магнитна игла и поставени в магнитно поле. Възможно е да се начертае магнитна линия през всякаточка на полето, тя ще има посока и винаги ще се затваря.
Посока
Те напускат северния полюс на магнита и се отправят към юг. Вътре в самия магнит всичко е точно обратното. Самите линии нямат начало или край, затворени са или вървят от безкрайност до безкрайност.
Извън магнита линиите са разположени възможно най-гъсто близо до полюсите. От това става ясно, че ефектът на полето е най-силен в близост до полюсите и с отдалечаването от дъното то отслабва. Като се има предвид, че магнитните ивици са извити, посоката на силата, която действа върху магнитната игла, също се променя.
Как да изобразя
За да разберете как хомогенните магнитни полета се различават от нехомогенните, трябва да се научите как да ги изобразявате с помощта на магнитни линии.
Трябва да разгледаме горния пример за възникване на еднородно магнитно поле в така наречения соленоид, който представлява цилиндрична телена намотка, през която преминава ток. Вътре в него магнитното поле може да се счита за еднородно, при условие че дължината е много по-голяма от диаметъра (извън намотката полето ще бъде неравномерно, магнитните линии ще бъдат разположени по същия начин, както в лентовия магнит).
Еднородното поле също се намира в центъра на постоянния магнит. Във всяка ограничена област в пространството е възможно също така да се възпроизведе еднородно магнитно поле, в което силите, действащи върху намагнетизираната игла, ще бъдат еднакви по големина и посока.
За да изобразите магнитно поле, използвайте следния пример. Ако линиите са разположениперпендикулярни на равнината на чертежа и са насочени от зрителя, тогава те се изобразяват с кръстове, ако върху зрителя - с точки. Както при течението, всеки кръст е като че ли видимата опашка на стрела, летяща от гледащия, а връхът е по-остър от стрелата, която лети към нас.
Също така, изискването "Начертайте еднородно и нееднородно магнитно поле" се изпълнява лесно. Просто начертайте тези магнитни линии, като вземете предвид характеристиките на полето (равномерност и нехомогенност).
Въпреки това, съществуването на нехомогенни полета значително усложнява задачата. В този случай получаването на какъвто и да е физически резултат с помощта на общото уравнение е малко вероятно.
Разлики
Отговорът на въпроса как хомогенните магнитни полета се различават от нехомогенните е доста лесно да се даде. На първо място, това зависи от магнитните линии. В случай на еднородно поле разстоянието между тях ще бъде същото и те ще бъдат равномерно разположени, като една и съща сила действа върху инструментите във всяка точка. За нехомогенни полета всичко е точно обратното. Линиите са разположени неравномерно, на различни места действат с неравна сила върху устройствата.
На практика нехомогенно поле е доста често срещано явление, което също трябва да се помни, тъй като еднородните полета могат да се появят само вътре в обект, като магнит или соленоид. Наблюденията на открито ще коригират хетерогенността.
Откриване на поле
Разбирайки какво представляват еднородни и нехомогенни магнитни полета и дефинирането имслед като сте разглобили, трябва да разберете как можете да ги намерите.
Най-простият за това е експериментът, проведен от Ерстед. Състои се в използването на магнитна игла, която помага да се определи наличието на електрически ток. Веднага щом токът се движи по проводника, стрелката, разположена наблизо, ще се движи, поради факта, че има еднородни и неравномерни магнитни полета.
Взаимодействие на проводници с ток
Всеки проводник с ток има свое собствено магнитно поле, което действа с определена сила върху най-близкия. В зависимост от посоката на тока, проводниците ще се привличат или отблъскват взаимно. Полетата, произхождащи от различни източници, ще се сумират и ще образуват едно получено поле.
Как се създават и защо
Примери за еднородни и неравномерни магнитни полета, използвани в устройства с катодни лъчи, се създават от намотки, които пропускат ток. За получаване на необходимата форма на магнитното поле се използват накрайници на рафтове и магнитни екрани, изработени от материали със силна магнитна пропускливост.
Влиянието на нехомогенните магнитни полета може да промени хода на необратими физични и химични явления, предимно хетерогенен процес. Появата на турбулентна дифузия води до увеличаване с няколко порядъка на скоростта на движение на газ от всяка течност към повърхността под форматамикромехурчета. Ефектът от локална дехидратация на йони и частици се дължи на засилването на процеса на микрокристализация. В течаща среда високоенергийните реакции могат да създадат свободни радикали, атомен кислород, пероксиди и азотни съединения. Настъпва коагулация и в течността се появяват продукти, причинени от ерозионно разрушаване.
По време на хидродинамична кавитация големият размер на появяващите се мехурчета и каверни усложнява увличането им от течност от зоната на ниско налягане в зоната на по-високо налягане, където мехурчетата се срутват. По време на колапса на малък мехур има ниско съдържание на въздух и възниква силна химическа реакция, подобна на плазмен разряд. Наличието на нехомогенни магнитни полета води до нестабилност на кухините, тяхното разпадане и появата на дребномащабни вихри и мехурчета. Като се има предвид, че налягането в центъра на такъв вихър е намалено, той преобразува малки газови мехурчета.
Когато измервате индукцията в неравномерно магнитно поле, не забравяйте, че напрежението на Хол е пропорционално на средната стойност на индукцията на полето в областта, ограничена от повърхността на преобразувателя.
За фокусиране на параксиални лъчи се използват и неравномерни магнитни полета, образувани от къси намотки, които са многослойни соленоиди, чиято дължина е съизмерима с диаметъра им. Електрон, влизащ в такова поле, е подложен на сили, които променят посоката му. Електрон под въздействието на такава сила се приближава до оста на лещата, докато равнината, в която се намира траекторията му, езавои. Електронът се движи по спирален сегмент, който пресича оста на лещата в дадена точка.
Коефициентът на пространствено увеличение се причинява от пространственото разпръскване на нехомогенни полета в територията на хетерогенна система, измита с течност. За получаване на инверсия на населението на нивата по метода на разделяне се използват нееднородни полета, създадени от многолентов магнит. Формата на полюсите е подобна на пръчките в квадруполния кондензатор на молекулен генератор на базата на амоняк.
Използва
Методът на магнитен ред за откриване на дефекти се основава на сцеплението на магнитните частици от силите на нехомогенни полета, които се появяват над дефектите. Натрупването на такъв прах определя наличието на дефект, неговия размер и позиция върху проверяваната част.
Малкият ефект на разделяне се счита за значителен недостатък на метода на молекулярния лъч, използващ силни нехомогенни магнитни полета. Има прост и на пръв поглед неправдоподобен метод за увеличаване на този ефект. Състои се в прилагането на леко външно магнитно поле. Последното ще позволи да се увеличи областта на използване на ядрени прецесионни магнитометри към нееднородни магнитни полета.
Предимството на този метод е неговата висока разделителна способност, която дава възможност за откриване на неравномерни магнитни полета, съизмерими с размера на частиците на магнитния слой на лентата, както и възможността за откриване на повреди върху сложни повърхности и в тесни отвори.
Недостатъците санеобходимостта от вторична обработка на информацията, фиксирани са само частици от магнитни полета по протежение на лентата, сложността на размагнитването и запазването на лентата и е необходимо да се предотврати влиянието на външни магнитни полета.
Равномерните и нехомогенни магнитни полета са доста често срещани, въпреки факта, че са невидими за обикновения неспециалист. Примери за еднородни и неравномерни магнитни полета могат да бъдат намерени в магнити и соленоиди. В същото време можете да ги забележите с помощта на обикновена магнитна игла или железни стърготини.
