Magnetno polje je homogeno in nehomogeno: značilnost in definicija

Eden od osnovnih pojmov, uporabljenih v fiziki, je magnetno polje. To vpliva gibljivi električni naboji.

Opredelitev in metode zaznavanja magnetnega polja

Ko smo prišli do koncepta magnetnega polja, se soočamo z vprašanjem, ali je to magnetno polje homogeno ali nehomogeno. Preden odgovorimo na tako vprašanje, je potrebno izraziti začetne opredelitve.

Magnetno polje naj bi veljalo za posebno vrsta materije, obstoječi električni naboji, ki se skoraj gibljejo, zlasti v bližini vodnikov s tokom. Z uporabo magnetne igle ali železnih vložkov lahko zaznate.

Homogeno polje

V notranjosti traku magnet in v elektromagnetu, ko je njegova dolžina precej večja od premera. V tem primeru se po pravilih sornika konture magnetnega polja usmerijo v nasprotni smeri urnega kazalca.

Magnetne črte so vzporedne in naravne, praznina med njimi je vedno enaka, sila vpliva na magnetno iglo se pri vseh točkah ne razlikuje po velikosti in smeri.

Nehomogeno polje

V primeru nehomogenega polja bodo magnetne črte upognjene, praznina med njimi se bo razlikovala po velikosti, sila delovanja na magnetni igli se bo v različnih točkah polja v svoji velikosti in smeri razlikovala. Tudi sila, ki deluje na puščico, nameščeno na področju magnetnega traku, deluje v različnih točkah s silami različnih modulov in smeri. To se imenuje nehomogeno polje. Vrstice tega polja so ukrivljene, frekvenca se spreminja od točke do točke.

To polje je mogoče zaznati v bližini vodnika z enosmernim tokom, tračnega magneta in solenoida.

Kaj so magnetne črte?

Najprej, ko se pojavi problem, je treba določiti, katera magnetna polja, homogena ali nehomogena, nastanejo, je treba spoznati magnetne črte, v obliki katere postane jasno, da je značilnost polja.

Za prikaz magnetnega polja so začeli uporabljati magnetne črte. So namišljene pasove, ki se nahajajo vzdolž magnetne igle in se nahajajo v magnetnem polju. Magnetno črto je mogoče premikati skozi katero koli točko polja, imeti bo smer in vedno zaprto.

Namembni kraj

Izstopajo iz severnega pola magneta in se pošljejo na južni pol. Od znotraj magneta je vse popolnoma nasprotno. Vrstice same nimajo začetka ali konca, so zaprti ali prehajajo iz neskončnosti na neskončnost.

Zunaj magnetnih črt je najbolj gosto blizu polov. Iz tega postane jasno, da je polje močno prizadeto v bližini polov, in ker se odmakne od dna, se slabi. Glede na to, da so magnetni trakovi zasukani, se spremeni tudi smer sile, ki deluje na magnetno iglo.

Kako pripraviti

Da bi razumeli, kako se homogena magnetna polja razlikujejo od neenotnih, jih je treba naučiti, kako jih zastopati z magnetnimi črtami.

Upoštevati je treba zgornji primer videza homogenega magnetnega polja v tako imenovanem solenoidu, ki je žična cilindrična tuljava, skozi katero se začne tok. V njej se lahko magnetno polje šteje za homogeno, pod pogojem, da je dolžina precej večja od premera (izven tuljave bo polje neenotno, magnetne črte pa bodo locirane na enak način kot magnet traku).

Homogeno polje je tudi v središču trajnega magnetnega traku. V omejeni regiji v prostoru je mogoče tudi reproducirati enotno magnetno polje, v katerem bodo sile delovanja na magnetizirani puščici enake po velikosti in smeri.

Za risanje magnetnega polja uporabite naslednji primer. Če so črte nameščene pravokotno na ravnino črtanja in so usmerjene z gledalca, so predstavljene kot križi, če gledalec po točkah pokaže. Kot pri tokovnem je vsak križ kot vidno repno pero, ki pluje z iskane puščice, in točka je ostrejša od puščice, ki leti proti nam.

Tudi zahtevo "Nariši homogeno in nehomogeno magnetno polje" je enostavno izvedljiva. Te magnetne črte preprosto narišite, pri tem pa upoštevajte značilnosti polja (homogenost in heterogenost).

Vendar pa obstoj nehomogenih polj zelo otežuje problem. V tem primeru je malo verjeten pridobivanje kakršnega koli fizičnega rezultata z uporabo splošne enačbe.

Razlike

Odgovor na vprašanje, kako se homogeno magnetno polje razlikuje od nehomogenih magnetnih polj, je dokaj enostavno dati. Najprej je odvisno od magnetnih črt. V primeru homogenega polja bo razdalja med njimi enaka in bodo enakomerno porazdeljena z enako silo, ki deluje na napravah na kateri koli točki. Za heterogena polja je vse popolnoma nasprotno. Linije so neenakomerno porazdeljene, na različnih mestih delujejo z neenakomerno silo na instrumentih.

V praksi se pogosto srečuje heterogeno polje, ki ga je treba zapomniti tudi, ker se homogena polja lahko pojavijo samo znotraj predmeta, kot je magnet ali solenoid. Zunanja opazovanja pa določijo nehomogenost.

Odkrivanje polja

Ko smo razumeli, kakšno so homogeno in nehomogeno magnetno polje, in ko jih analiziramo, je treba ugotoviti, kako jih je mogoče zaznati.

Najbolj preprosto za to je izkušnja, ki jo je izvedel Oersted. Sestoji iz uporabe magnetne igle, ki pomaga določiti obstoj električnega toka. Takoj, ko se tok premika vzdolž vodnika, se bo puščica poleg nje premaknila, ker obstaja homogeno in nehomogeno magnetno polje.

Interakcija vodnikov s tokom

Vsak prevodnik s tokom ima svoje magnetno polje, ki deluje z določeno silo na najbližji. Odvisno od smeri toka, se vodniki privlačijo ali odbijajo drug od drugega. Polja, ki izvirajo iz različnih virov, seštejejo in oblikujejo eno samo polje.

Kako so ustvarjeni in za kaj?

Primeri homogenega in nehomogenega magnetnega polja, ki se uporabljajo v napravah z elektronskim žarkom, tvorijo tuljave, ki potujejo skozi tok. Za pridobitev želene oblike magnetnega polja uporabite konice polic in magnetne zaslone iz materialov z močno magnetno prepustnostjo.

Vpliv nehomogenih magnetnih polj lahko spremeni potek nepovratnih pojavov fizikalno-kemične narave, predvsem heterogenega procesa. Pojav turbulentne difuzije povzroči povečanje števila vrtljajev plina iz katere koli tekočine na površino v obliki mikrobnih mehurčkov za več zaporedij. Učinek lokalne dehidracije ionov in delcev je posledica intenzifikacije procesa mikrokristalizacije. V tekočih medijih lahko reakcije z visoko energijo ustvarijo proste radikale, atomski kisik, perokside in dušikove spojine. Obstaja koagulacija, v tekočini pa so proizvodi, ki jih povzroča uničenje erozije.

Med hidrodinamično kavitacijo velika količina nastajajočih mehurčkov in votlin zapleta njihovo odstranjevanje s tekočino iz območja zmanjšanega tlaka v območje višjega tlaka, kjer so se mehurčki zrušili. Med razpadom majhnega mehurčka je majhna količina zraka in nastaja močna kemična reakcija, podobno plazemskemu odvajanju. Prisotnost nehomogenih magnetnih polj vodi v nestabilne jame, njihovo razpadanje in pojav majhnih vrtincev in mehurčkov. Glede na to, da se tlak v središču takega vrtinca spusti, pretvori majhne plinske mehurčke.

Med merjenjem indukcije v nehomogenem magnetnem polju je treba spomniti, da je napetost Hall sorazmerna s povprečno vrednostjo indukcije polja v območju, ki ga omejuje površina pretvornika.

Za osredotočanje paraksialnih žarkov se uporabljajo tudi nehomogena magnetna polja, ki jih tvorijo kratke tuljave, ki so večplastni solenoidi, katerih dolžina je sorazmerna s premerom. Na elektronu, ki pada na takšno polje, obstajajo sile, ki spreminjajo svojo smer. Elektron pod vplivom take sile se približuje osi objektiva in ravnina, v kateri je njegova usmeritev, je ukrivljena. Elektron se premika vzdolž spiralnega odseka, ki seka na osi leče na določeni točki.

Prostorski dejavnik povečanja je posledica prostorske disperzije nehomogenih polj na ozemlju heterogenega sistema, tekočine z zlobnim stanjem. Za pridobitev inverzije nivoja populacije z metodo ločevanja se uporabljajo nehomogena polja, ki jih ustvari multibandni magnet. Oblika stebrov je podobna palicam v kvadrupolnem kondenzatorju molekulskega generatorja na amoniaku.

Načini uporabe

Metoda magnetnega reda odkrivanja napak temelji na vlečenju magnetnih delcev s silami nehomogenih polj, ki se pojavljajo nad napakami. S kopičenjem takega prahu se razjasni prisotnost napake, njena jakost in položaj na preverjenem delu.

Mala pomanjkljivost metode molekularnih žarkov z uporabo močnih nehomogenih magnetnih polj je majhen delec. Obstaja preprost in navidez neverjeten način povečanja tega učinka. Sestavljen je iz uporabe svetlobnega zunanjega magnetnega polja. Slednje bodo omogočile povečanje uporabe jedrskih predznacnih magnetometrov v smeri nehomogenih magnetnih polj.

Prednost te metode je visoka ločljivost, kar omogoča popravljanje nehomogenih magnetnih polj sorazmerno z vrednostjo delcev magnetne plasti traku, pa tudi možnost poškodovanja na kompleksnih površinah in v tesnih odprtinah.

Pomanjkljivosti so potreba po sekundarni obdelavi informacij, le delci magnetnih polj vzdolž traku so fiksni, demagnetizacija in ohranjanje traku sta težavna in potrebno je preprečiti vpliv zunanjih magnetnih polj.

Magnetno polje je homogeno in heterogeno se zgodi pogosto, kljub dejstvu, da so nevidne za navadnega človeka na ulici. Primeri homogenega in nehomogenega magnetnega polja lahko najdemo v pasovih magnetov in solenoidov. Hkrati jih opazimo z enostavno magnetno iglo ali železnimi vložki.