Θέμα μαγνητικού πεδίου: Τύποι, παραδείγματα προβλημάτων και εξηγήσεις

Το μαγνητικό πεδίο είναι μια απεικόνιση που στοχεύει να περιγράψει και να απεικονίσει πώς κατανέμεται η μαγνητική δύναμη μεταξύ ενός μαγνητικού αντικειμένου ή γύρω από ένα ίδιο το μαγνητικό αντικείμενο.

Όπως ήδη γνωρίζουμε ότι οι μαγνήτες έχουν δύο πόλους που ονομάζονται βόρειος πόλος και νότιος πόλος.

Εάν ένας μαγνήτης πλησιάσει έναν άλλο μαγνήτη του οποίου οι πόλοι είναι του ίδιου τύπου, οι δύο μαγνήτες θα βιώσουν την απώθηση.

Είναι διαφορετικό εάν οι δύο μαγνήτες πλησιάσουν έναν διαφορετικό τύπο πόλου, τα αποτελέσματα θα βιώσουν μια αμοιβαία έλξη.

Οπτικοποίηση μαγνητικού πεδίου

Το μαγνητικό πεδίο μπορεί να απεικονιστεί με δύο τρόπους, δηλαδή:

• Περιγράφεται μαθηματικά ως διάνυσμα. Κάθε διάνυσμα σε κάθε σημείο με τη μορφή βέλους έχει κατεύθυνση και μέγεθος ανάλογα με το μέγεθος της μαγνητικής δύναμης σε αυτό το σημείο.

• Απεικονίζει χρησιμοποιώντας γραμμές. Κάθε διάνυσμα συνδέεται με μια συνεχή γραμμή και ο αριθμός των γραμμών μπορεί να γίνει όσο το δυνατόν περισσότερο. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται συχνότερα για να περιγράψει ένα μαγνητικό πεδίο.

Χαρακτηριστικά των γραμμών μαγνητικού πεδίου

Οι γραμμές μαγνητικού πεδίου έχουν χαρακτηριστικά χρήσιμα για ανάλυση, και συγκεκριμένα:

• Κάθε γραμμή δεν τέμνει ποτέ μεταξύ τους

• Οι γραμμές θα γίνουν πιο σφιχτές στην περιοχή όπου το μαγνητικό πεδίο μεγαλώνει. Αυτό δείχνει ότι όσο πιο κοντά είναι οι γραμμές μαγνητικού πεδίου, τόσο μεγαλύτερη είναι η μαγνητική δύναμη στην περιοχή.

• Αυτές οι γραμμές δεν ξεκινούν ή σταματούν από οπουδήποτε, αλλά σχηματίζουν κλειστό κύκλο και παραμένουν συνδεδεμένες στο μαγνητικό υλικό.

• Η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου αντιπροσωπεύεται από βέλη στις γραμμές. Μερικές φορές, τα βέλη δεν σχεδιάζονται σε γραμμές μαγνητικού πεδίου, αλλά το μαγνητικό πεδίο θα έχει πάντα κατεύθυνση από τον Βορρά (Βόρειο) προς τον Νότιο (Νότιο) πόλο.

• Αυτές οι γραμμές μπορούν να απεικονιστούν σε πραγματικούς όρους. Η απλούστερη μέθοδος είναι να απλώνεται η σκόνη τρίψιμου σιδήρου γύρω από τον μαγνήτη και θα παράγει τα ίδια χαρακτηριστικά με τις γραμμές μαγνητικού πεδίου.

Τύποι μέτρησης και μαγνητικού πεδίου

μαγνητικό πεδίο είναι μια ποσότητα φορέα, οπότε υπάρχουν δύο πτυχές για τη μέτρηση του μαγνητικού πεδίου, δηλαδή το μέγεθος και η κατεύθυνση του.

Για να μετρήσουμε την κατεύθυνση, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε μια μαγνητική πυξίδα. Εάν μια μαγνητική πυξίδα τοποθετηθεί γύρω από ένα μαγνητικό πεδίο, η βελόνα της πυξίδας θα ακολουθήσει επίσης την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου σε αυτό το σημείο.

Στον τύπο μαγνητικού πεδίου, το μέγεθος του μαγνητικού πεδίου γράφεται με το σύμβολο Β. Σύμφωνα με το Διεθνές σύστημα, το ποσό έχει μονάδες σε tesla (T) που λαμβάνεται από το όνομα Nikola Tesla.

Ο Tesla ορίζεται ως το πόσο δύναμη είναι το μαγνητικό πεδίο. Για παράδειγμα, ένα μικρό ψυγείο παράγει μαγνητικό πεδίο 0,001 Τ.

Υπάρχει ένας τρόπος δημιουργίας μαγνητικού πεδίου χωρίς τη χρήση μαγνήτη, δηλαδή με τη διεξαγωγή ηλεκτρικού ρεύματος.

Όταν περνάμε ένα ηλεκτρικό ρεύμα μέσω ενός καλωδίου (για παράδειγμα συνδέοντάς το σε μια μπαταρία), τότε θα έχουμε δύο φαινόμενα. Όσο μεγαλύτερη είναι η ροή του καλωδίου, τόσο μεγαλύτερο είναι το μαγνητικό πεδίο που παράγεται. Ομοίως το αντίθετο.

Σύμφωνα με το νόμο του Ampere, τα μαγνητικά πεδία εφαρμόζονται με πολλούς τρόπους, έτσι ώστε ορισμένες από τις εξισώσεις να είναι οι εξής:

Ο τύπος για το μέγεθος του μαγνητικού πεδίου

Β = μ I / 2 π r

Πληροφορίες:

• B = μέγεθος του μαγνητικού πεδίου (T)
• μ = σταθερά διαπερατότητας (4π 10-7 Tm / A)
• I = ηλεκτρικό ρεύμα (A)
• r = απόσταση από καλώδιο (m)

Ο τύπος για την ποσότητα ηλεκτρικού ρεύματος

I = B 2πr / μ

Πληροφορίες:

• B = μέγεθος του μαγνητικού πεδίου (T)
• μ = σταθερά διαπερατότητας (4π 10-7 Tm / A)
• I = ηλεκτρικό ρεύμα (A)
• r = απόσταση από καλώδιο (m)

Προσδιορισμός του μαγνητικού πόλου με το δεξί χέρι

Για να μάθουμε την κατεύθυνση, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την αρχή του δεξιού χεριού. Ο αντίχειρας είναι η κατεύθυνση της ροής ηλεκτρικής ενέργειας και τα άλλα δάχτυλα δείχνουν την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου γύρω από το καλώδιο.

Η κατεύθυνση του αντίχειρα προς τα πάνω δείχνει την κατεύθυνση της ηλεκτρικής ροής με το σύμβολο i. Ενώ η κατεύθυνση των άλλων τεσσάρων ακτίνων αντιπροσωπεύει την κατεύθυνση του πεδίου megnet με το σύμβολο Β. Η παραπάνω εικόνα βρίσκεται σε οριζόντια και κατακόρυφη θέση.

Παραδείγματα προβλημάτων μαγνητικού πεδίου και εξηγήσεις τους

Πρόβλημα 1

Ένα καλώδιο ηλεκτρισμένο i = 4 A όπως φαίνεται παρακάτω!

Προσδιορίζω:

• Ισχύς μαγνητικού πεδίου στο σημείο A.
• Ισχύς μαγνητικού πεδίου στο σημείο Β
• Η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου στο σημείο Α.
• Η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου στο σημείο Β

Συζήτηση:

Είναι γνωστό

• I = 4 A.
• ρ_ΕΝΑ = 2μ
• ρ_σι = 1μ

Ο οικισμός

• Β = μ I / 2 π r_ΕΝΑ
• = 4 π 10 - 7 4/2 π 2
• = 4 10-7 Τ

Έτσι το μαγνητικό πεδίο στο σημείο Α είναι 4 10-7 Τ

• Β = μ I / 2 π r_σι
• B = 4 π 10 - 7 4/2 π 1
• Β = 8 10-7 Τ

Έτσι το μαγνητικό πεδίο στο σημείο Β είναι 8 10-7 Τ

Σε ένα πρόβλημα που ζητά κατεύθυνση μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τον κανόνα του δεξιού χεριού, όπου ο αντίχειρας θεωρείται ότι είναι ρεύμα και τα άλλα τέσσερα δάχτυλα είναι μαγνητικό πεδίο ενώ πιάνονται το καλώδιο στο σημείο Α.

Έτσι, η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου στο σημείο Α είναι προς τα έξω ή προς τον αναγνώστη.

Σε ένα πρόβλημα που ζητά κατεύθυνση μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τον κανόνα του δεξιού χεριού, όπου ο αντίχειρας θεωρείται ότι είναι ρεύμα και τα άλλα τέσσερα δάχτυλα είναι μαγνητικό πεδίο ενώ πιάνουν το καλώδιο στο σημείο Β.

Για να είναι η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου στο σημείο Β μέσα ή μακριά από τον αναγνώστη

Πρόβλημα 2

Κοιτάξτε την παρακάτω εικόνα!

Προσδιορίστε το μέγεθος και την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου στο σημείο P!

Συζήτηση

Το ρεύμα Α θα παράγει ένα μαγνητικό πεδίο στο σημείο Ρ με την κατεύθυνση εισόδου του πεδίου, ενώ το ρεύμα Β παράγει ένα μαγνητικό πεδίο με την κατεύθυνση έξω από το πεδίο.

Κατεύθυνση σύμφωνα με τον Β_ένα δηλαδή μπείτε στο πεδίο.

Πρόβλημα 3

Κοιτάξτε την παραπάνω εικόνα, ένα καλώδιο με ηλεκτρικό ρεύμα τοποθετείται κοντά στη μαγνητική πυξίδα. Πόσο ηλεκτρικό ρεύμα (και κατεύθυνση) απαιτείται για την ακύρωση του μαγνητικού πεδίου της γης έναντι της πυξίδας, ώστε η πυξίδα να δυσλειτουργεί;

Το μαγνητικό πεδίο της γης θεωρείται ότι είναι

Συζήτηση

Χρησιμοποιώντας τον τύπο μαγνητικού πεδίου:

Μπορείτε να βρείτε την ποσότητα ηλεκτρικού ρεύματος, δηλαδή:

Γνωρίζετε ότι η απόσταση r από την πυξίδα έως το καλώδιο είναι 0,05 m. στη συνέχεια αποκτήθηκε:

Χρησιμοποιώντας τον κανόνα του δεξιού χεριού πρέπει να τοποθετήσουμε τους αντίχειρές μας προς τα κάτω έτσι ώστε τα άλλα δάχτυλα να είναι αντίθετα προς το μαγνητικό πεδίο της πυξίδας. Έτσι, η κατεύθυνση του ρεύματος πρέπει να διεισδύσει προς το χαρτί / οθόνη, μακριά από εμάς.

Πρόβλημα 4

Τα σύρματα A και B απέχουν 1 m και ενεργοποιούνται κατά 1 A και 2 A αντίστοιχα στην κατεύθυνση που φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Προσδιορίστε τη θέση του σημείου Γ όπου η ισχύς του μαγνητικού πεδίου είναι ΜΗΝ!

Συζήτηση

Για να είναι μηδενική η ισχύς πεδίου, οι αντοχές πεδίου που παράγονται από σύρμα Α και σύρμα Β πρέπει να είναι αντίθετες και ίσες. Πιθανές θέσεις είναι στα αριστερά του σύρματος Α ή στα δεξιά του σύρματος Β. Ποια πρέπει να πάρετε, πάρτε το σημείο που είναι πιο κοντά στην ισχύ του μικρότερου ρεύματος. Για να είναι η θέση στα αριστερά του καλωδίου Α, απλώς ονομάστε την απόσταση ως x.

Αυτή είναι η εξήγηση του υλικού μαγνητικού πεδίου και το παράδειγμα του προβλήματος. Μπορεί να είναι χρήσιμο.

Αναφορά:

• Θέμα μαγνητικού πεδίου
• Κατανόηση του μαγνητικού πεδίου
• Μαγνητικό πεδίο - Τύπος, ορισμός, πλήρης ουσία, παράδειγμα προβλήματος
• Μαγνητικό πεδίο: Ορισμός, τύποι, τύποι, παραδείγματα προβλημάτων