De magnetisch veld Het is de invloed die bewegende elektrische ladingen hebben op de ruimte eromheen. Ladingen hebben altijd een elektrisch veld, maar alleen bewegende ladingen kunnen magnetische effecten genereren.
Het bestaan van magnetisme is al lang bekend. De oude Grieken beschreven een mineraal dat kleine stukjes ijzer kan aantrekken: het was de magneet of magnetiet.
De wijzen Thales van Miletus en Plato waren druk bezig magnetische effecten in hun geschriften vast te leggen; ze wisten trouwens ook van statische elektriciteit.
Maar magnetisme werd pas in de 19e eeuw geassocieerd met elektriciteit, toen Hans Christian Oersted opmerkte dat het kompas afweek in de buurt van een geleidende draad die stroom voert..
Tegenwoordig weten we dat elektriciteit en magnetisme als het ware twee kanten van dezelfde medaille zijn.
Artikel index
In de natuurkunde de term magnetisch veld het is een vectorgrootheid, met module (zijn numerieke waarde), richting in ruimte en zin. Het heeft ook twee betekenissen. De eerste is een vector die soms wordt genoemd magnetische inductie en wordt aangegeven met B.
De eenheid van B in het International System of Units is het de tesla, afgekort T. De andere grootte, ook wel het magnetische veld genoemd, is H., ook gekend als Magnetische veldsterkte en waarvan de eenheid ampère / meter is.
Beide grootheden zijn proportioneel, maar worden op deze manier gedefinieerd om rekening te houden met de effecten die magnetische materialen hebben op de velden die erdoorheen gaan..
Als een materiaal in het midden van een extern magnetisch veld wordt geplaatst, is het resulterende veld hiervan afhankelijk en ook van de eigen magnetische respons van het materiaal. Zo B Y H. zijn gerelateerd door:
B = μmH.
Hier μm is een constante die afhankelijk is van het materiaal en geschikte eenheden heeft zodat bij vermenigvuldiging met H. het resultaat is tesla.
-Het magnetische veld is een vectorgrootte, daarom heeft het grootte, richting en betekenis.
-De eenheid van het magnetische veld B in het internationale systeem is het de tesla, afgekort als T, while H. is ampère / meter. Andere eenheden die veel voorkomen in de literatuur zijn de gauss (G) en de oersted.
-Magnetische veldlijnen zijn altijd gesloten lussen en verlaten een noordpool en gaan een zuidpool binnen. Het veld raakt altijd de lijnen.
-De magnetische polen verschijnen altijd in een Noord-Zuid-paar. Het is niet mogelijk om een geïsoleerde magnetische pool te hebben.
-Het is altijd afkomstig van de beweging van elektrische ladingen.
-De intensiteit is evenredig met de grootte van de belasting of de stroom die deze produceert.
-De grootte van het magnetische veld neemt af met het omgekeerde van het kwadraat van de afstand.
-Magnetische velden kunnen constant of variabel zijn, zowel in de tijd als in de ruimte..
-Een magnetisch veld kan een magnetische kracht uitoefenen op een bewegende lading of op een stroomvoerende draad.
Een staafmagneet heeft altijd twee magnetische polen: de noordpool en de zuidpool. Het is heel gemakkelijk om te verifiëren dat palen met hetzelfde teken afstoten, terwijl palen van verschillende typen elkaar aantrekken.
Dit lijkt veel op wat er gebeurt met elektrische ladingen. Er kan ook worden opgemerkt dat hoe dichter ze zijn, hoe groter de kracht waarmee ze elkaar aantrekken of afstoten..
Staafmagneten hebben een onderscheidend patroon van veldlijnen. Het zijn scherpe bochten die de noordpool verlaten en de zuidpool binnengaan.
Een eenvoudig experiment om deze lijnen te observeren, is door ijzervijlsel over een vel papier te strooien en er een staafmagneet onder te plaatsen..
De intensiteit van het magnetische veld wordt gegeven als functie van de dichtheid van veldlijnen. Deze zijn altijd het dichtst bij de polen en verspreiden zich als we weggaan van de magneet..
De magneet staat ook wel bekend als een magnetische dipool, waarbij de twee polen precies de magnetische noord- en zuidpool zijn.
Maar ze kunnen nooit worden gescheiden. Als je de magneet doormidden snijdt, krijg je twee magneten, elk met zijn respectievelijke noord- en zuidpool. Geïsoleerde polen worden genoemd magnetische monopolen, maar tot op heden is het niet mogelijk geweest om er een te isoleren.
Men kan spreken van verschillende bronnen van magnetisch veld. Ze variëren van magnetische mineralen die door de aarde zelf gaan, die zich gedraagt als een grote magneet, tot elektromagneten..
Maar de waarheid is dat elk magnetisch veld zijn oorsprong vindt in de beweging van geladen deeltjes.
Later zullen we zien dat de oorspronkelijke bron van al het magnetisme in de kleine stroompjes in het atoom zit, voornamelijk die welke worden geproduceerd door de bewegingen van de elektronen rond de kern en door de kwantumeffecten die in het atoom aanwezig zijn..
Wat betreft zijn macroscopische oorsprong kan men echter denken aan natuurlijke bronnen en kunstmatige bronnen..
Natuurlijke bronnen "schakelen" in principe niet uit, het zijn permanente magneten, maar er moet rekening mee worden gehouden dat warmte het magnetisme van de stoffen vernietigt..
Wat betreft kunstmatige bronnen, kan het magnetische effect worden onderdrukt en gecontroleerd. Daarom hebben we:
-Magneten van natuurlijke oorsprong, gemaakt van magnetische mineralen zoals magnetiet en maghemiet, beide ijzeroxiden bijvoorbeeld.
-Elektrische stromen en elektromagneten.
In de natuur zijn er verschillende verbindingen die opmerkelijke magnetische eigenschappen vertonen. Ze kunnen bijvoorbeeld stukjes ijzer en nikkel aantrekken, maar ook andere magneten.
De genoemde ijzeroxiden, zoals magnetiet en maghemiet, zijn voorbeelden van deze klasse stoffen..
De magnetische gevoeligheid is de parameter die wordt gebruikt om de magnetische eigenschappen van gesteenten te kwantificeren. Fundamentele stollingsgesteenten zijn degenen met de hoogste gevoeligheid vanwege hun hoge gehalte aan magnetiet.
Aan de andere kant, zolang je een draad hebt die stroom voert, zal er een bijbehorend magnetisch veld zijn. Hier hebben we een andere manier om een veld te genereren, dat in dit geval de vorm aanneemt van concentrische cirkels met de draad.
De bewegingsrichting van het veld wordt bepaald door de regel van de rechterduim. Als de duim van de rechterhand in de richting van de stroom wijst, geven de overige vier vingers de richting aan waarin de veldlijnen zijn gebogen..
Een elektromagneet is een apparaat dat magnetisme produceert uit elektrische stromen. Het heeft het voordeel dat het naar believen kan worden in- en uitgeschakeld. Als de stroom ophoudt, verdwijnt het magnetische veld. Daarnaast kan ook de veldintensiteit worden gecontroleerd.
Elektromagneten maken deel uit van verschillende apparaten, waaronder onder meer luidsprekers, harde schijven, motoren en relais..
Het bestaan van een magnetisch veld kan worden geverifieerd B door middel van een elektrische testlading - genaamd wat- en laat het met snelheid bewegen v. Hiervoor is de aanwezigheid van elektrische en zwaartekrachtvelden uitgesloten, althans voorlopig..
In dit geval de kracht die door de last wordt ervaren wat, die wordt aangeduid als F.B, het is volledig te wijten aan de invloed van het veld. Kwalitatief wordt het volgende opgemerkt:
-De omvang van F.B Is evenredig met wat en snel v.
-Als het v parallel is aan de magnetische veldvector, de grootte van F.B is nul.
-De magnetische kracht staat loodrecht op beide v Leuk vinden B.
-Ten slotte is de grootte van de magnetische kracht evenredig met sen θ, wezen θ de hoek tussen de snelheidsvector en de magnetische veldvector.
Al het bovenstaande is geldig voor zowel positieve als negatieve ladingen. Het enige verschil is dat de richting van de magnetische kracht wordt omgekeerd.
Deze waarnemingen komen overeen met het vectorproduct tussen twee vectoren, zodat de magnetische kracht ervaren door een puntlading wat, dat beweegt met snelheid v in het midden van een magnetisch veld is:
F.B = q v X B
Wiens module is:
F.B = q.v.B.sen θ
Er zijn verschillende manieren, bijvoorbeeld:
-Door een geschikte stof te magnetiseren.
-Een elektrische stroom door een geleidende draad leiden.
Maar de oorsprong van magnetisme in materie wordt verklaard door te bedenken dat het verband moet houden met de beweging van ladingen.
Een elektron dat in een baan om de kern draait, is in wezen een minuscule gesloten stroomlus, maar wel een die substantieel kan bijdragen aan het magnetisme van het atoom. Er zitten veel elektronen in een stuk magnetisch materiaal.
Deze bijdrage aan het magnetisme van het atoom wordt genoemd orbitaal magnetisch moment. Maar er is meer, want de vertaling is niet de enige beweging van het elektron. Deze heeft ook spin magnetisch moment, een kwantumeffect waarvan de analogie die van een rotatie van het elektron om zijn as is.
In feite is het magnetische draaimoment de belangrijkste oorzaak van het magnetisme van een atoom..
Het magnetische veld kan vele vormen aannemen, afhankelijk van de verdeling van de stromen die het veroorzaken. Het kan op zijn beurt niet alleen variëren in ruimte, maar ook in tijd of beide tegelijk..
-In de buurt van de polen van een elektromagneet is er een ongeveer constant veld.
-Ook binnen een solenoïde wordt een hoge intensiteit en uniform veld verkregen, waarbij de veldlijnen langs de axiale as zijn gericht.
-Het magnetisch veld van de aarde benadert het veld van een staafmagneet vrij goed, vooral aan de oppervlakte. Verderop verandert de zonnewind elektrische stromen en vervormt deze merkbaar.
-Een stroomvoerende draad heeft een veld in de vorm van cirkels concentrisch met de draad.
Met betrekking tot de vraag of het veld in de loop van de tijd kan variëren, hebben we:
-Statische magnetische velden, wanneer noch hun grootte, noch hun richting in de loop van de tijd veranderen. Het veld van een staafmagneet is een goed voorbeeld van dit type veld. Ook die afkomstig zijn van draden die stationaire stromen voeren.
-Variabele velden met de tijd, als een van hun kenmerken in de tijd varieert. Een manier om ze te verkrijgen is van wisselstroomgeneratoren, die gebruik maken van het fenomeen van magnetische inductie. Ze zijn te vinden in veel veelgebruikte apparaten, bijvoorbeeld mobiele telefoons.
Wanneer het nodig is om de vorm van het magnetische veld te berekenen dat wordt geproduceerd door een stroomverdeling, kan gebruik worden gemaakt van de wet van Biot-Savart, ontdekt in 1820 door de Franse natuurkundigen Jean Marie Biot (1774-1862) en Felix Savart (1791). -1841).).
Voor sommige stroomverdelingen met eenvoudige geometrieën kan direct een wiskundige uitdrukking voor de magnetische veldvector worden verkregen.
Stel dat we een draadsegment hebben met een verschillende lengte dl die een elektrische stroom draagt ik. Aangenomen wordt dat de draad zich ook in een vacuüm bevindt. Het magnetische veld dat deze verdeling produceert:
-Verlaagt met het omgekeerde van het kwadraat van de afstand tot de draad.
-Het is evenredig met de intensiteit van de stroom ik dat gaat door de draad.
-De richting ervan is tangentieel aan de straalomtrek r gecentreerd op de draad en de betekenis ervan wordt gegeven door de regel van de rechterduim.
-μof = 4π. 10-7 T.m / A
-dB is een magnetisch veldverschil.
-ik is de intensiteit van de stroom die door de draad vloeit.
-r is de afstand tussen het midden van de draad en het punt waar u het veld wilt vinden.
-dl is de vector waarvan de grootte de lengte is van het differentiële segment dl.
-r is de vector die van de draad naar het punt gaat waar u het veld wilt berekenen.
Hieronder staan twee voorbeelden van magnetisch veld en hun analytische uitdrukkingen.
Door middel van de wet van Biot-Savart is het mogelijk om het veld te verkrijgen dat wordt geproduceerd door een dunne eindige geleiderdraad die een stroom I voert. resultaat:
De Helmholtz-spoel bestaat uit twee identieke en concentrische cirkelvormige spoelen, waaraan dezelfde stroom wordt doorgegeven. Ze dienen om binnen een ongeveer uniform magnetisch veld te creëren.
De omvang ervan in het midden van de spoel is:
Y is gericht langs de axiale as. De factoren van de vergelijking zijn:
-N staat voor het aantal windingen van de spoelen
-ik is de grootte van de stroom
-μof is de magnetische permeabiliteit van het vacuüm
-R is de straal van de spoelen.
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.