Magnetinio lauko linijų mokslas

Geležies drožlės rodo magnetinio lauko linijas. Spenceris Grantas / Getty Images

A magnetinis laukas supa bet koks judantis elektros krūvis . Magnetinis laukas yra ištisinis ir nematomas, tačiau jo stiprumas ir orientacija gali būti pavaizduoti magnetinio lauko linijomis. Idealiu atveju magnetinio lauko linijos arba magnetinio srauto linijos rodo magnetinio lauko stiprumą ir orientaciją. Vaizdas yra naudingas, nes suteikia žmonėms galimybę pamatyti nematomą jėgą ir nes matematiniai fizikos dėsniai lengvai prisitaiko prie lauko linijų „skaičiaus“ arba tankio.

• Magnetinio lauko linijos yra nematomų jėgos linijų magnetiniame lauke vaizdas.
• Pagal susitarimą linijos nubrėžia jėgą nuo magneto šiaurės iki pietų polių.
• Atstumas tarp linijų rodo santykinį magnetinio lauko stiprumą. Kuo arčiau linijos, tuo stipresnis magnetinis laukas.
• Geležies drožles ir kompasą galima naudoti magnetinio lauko linijų formai, stiprumui ir krypčiai atsekti.

Magnetinis laukas yra a vektorius , o tai reiškia, kad jis turi dydį ir kryptį. Jeigu elektros srovė teka tiesia linija, dešinės rankos taisyklė rodo kryptį, kuria nematomos magnetinio lauko linijos teka aplink laidą. Jei įsivaizduojate, kad dešine ranka sugriebiate laidą nykščiu, nukreiptu į srovės kryptį, magnetinis laukas juda pirštų kryptimi aplink laidą. Bet ką daryti, jei nežinote srovės krypties arba tiesiog norite vizualizuoti magnetinį lauką?

Kaip pamatyti magnetinį lauką

Kaip ir oras, magnetinis laukas yra nematomas. Galite matyti vėją netiesiogiai, išmesdami į orą mažus popieriaus gabaliukus. Panašiai, įdėjus magnetinės medžiagos gabaliukus į magnetinį lauką, galite atsekti jos kelią. Paprasti metodai apima:

Naudokite kompasą

Kompasų grupė gali parodyti magnetinio lauko linijų kryptis. Maciej Frolow / Getty Images

Mojuoja singlui kompasas aplink magnetinį lauką rodo lauko linijų kryptį. Norint iš tikrųjų atvaizduoti magnetinį lauką, daugybė kompasų rodo magnetinio lauko kryptį bet kuriame taške. Norėdami nubrėžti magnetinio lauko linijas, prijunkite kompaso „taškelius“. Šio metodo pranašumas yra tas, kad jis parodo magnetinio lauko linijų kryptį. Trūkumas yra tas, kad jis nenurodo magnetinio lauko stiprumo.

Naudokite geležines drožles arba magnetinį smėlį

Geležis yra feromagnetinis. Tai reiškia, kad jis išsilygina išilgai magnetinio lauko linijų, sudarydamas mažyčius magnetus su šiaurės ir pietų poliais. Mažos geležies gabalėliai, pavyzdžiui, geležies drožlės, susilygiuoja, kad sudarytų išsamų lauko linijų žemėlapį, nes vienos detalės šiaurinis ašigalis orientuojasi taip, kad atstumtų kitos detalės šiaurinį ašigalį ir pritrauktų jo pietinį ašigalį. Tačiau jūs negalite tiesiog pabarstyti drožlių ant magneto, nes jie jį traukia ir prilips prie jo, o ne atsektų magnetinį lauką.

Norėdami išspręsti šią problemą, ant popieriaus ar plastiko virš magnetinio lauko pabarstomos geležinės drožlės. Vienas iš būdų, naudojamas drožlėms išsklaidyti, yra pabarstyti jas ant paviršiaus iš kelių colių aukščio. Galima pridėti daugiau failų, kad lauko linijos būtų aiškesnės, bet tik iki taško.

Geležies drožlių alternatyvos yra plieninės BB granulės, alavu dengtos geležies drožlės (kurios nerūdys), mažos sąvaržėlės, kabės arba magnetito smėlis . Geležies, plieno ar magnetito dalelių naudojimo pranašumas yra tas, kad dalelės sudaro išsamų magnetinio lauko linijų žemėlapį. Žemėlapyje taip pat pateikiama apytikslė magnetinio lauko stiprumo nuoroda. Glaudžiai išdėstytos tankios linijos atsiranda ten, kur laukas stipriausias, o plačiai atskirtos, retos linijos rodo, kur jis silpnesnis. Geležies drožlių naudojimo trūkumas yra tas, kad nėra magnetinio lauko orientacijos požymių. Lengviausias būdas tai įveikti yra naudoti kompasą kartu su geležinėmis drožlėmis, kad būtų galima nustatyti orientaciją ir kryptį.

Išbandykite magnetinę žiūrėjimo plėvelę

Magnetinė žiūrėjimo plėvelė yra lanksti plastmasinis kuriame yra skysčio burbuliukai, surišti mažytėmis magnetinėmis lazdelėmis. Plėvelės atrodo tamsesnės arba šviesesnės, priklausomai nuo strypų orientacijos magnetiniame lauke. Magnetinė žiūrėjimo juosta geriausiai veikia atvaizduojant sudėtingą magnetinę geometriją, tokią, kokią sukuria plokščias šaldytuvo magnetas.

Natūralios magnetinio lauko linijos

Auroros linijos seka Žemės magnetinio lauko linijas. Oscaras Bjarnasonas / Getty Images

Magnetinio lauko linijos atsiranda ir gamtoje. Per a visiškas saulės užtemimas , linijos vainiklyje atseka Saulės magnetinį lauką. Grįžęs į Žemę, linijos aurora nurodyti planetos magnetinio lauko kelią. Abiem atvejais matomos linijos yra švytintys įkrautų dalelių srautai.

Magnetinio lauko linijos taisyklės

Naudojant magnetinio lauko linijas žemėlapiui sudaryti paaiškėja kai kurios taisyklės:

1. Magnetinio lauko linijos niekada nesusikerta.
2. Magnetinio lauko linijos yra ištisinės. Jie sudaro uždaras kilpas, kurios tęsiasi per visą magnetinę medžiagą.
3. Magnetinio lauko linijos susijungia ten, kur magnetinis laukas stipriausias. Kitaip tariant, lauko linijų tankis rodo magnetinio lauko stiprumą. Jei lauko linijos aplink magnetą yra pažymėtos, jos stipriausias magnetinis laukas yra bet kuriame ašigalyje.
4. Nebent magnetinis laukas atvaizduojamas naudojant kompasą, magnetinio lauko kryptis gali būti nežinoma. Pagal susitarimą kryptis nurodoma brėžiant rodyklių galvutes išilgai magnetinio lauko linijų. Bet kuriame magnetiniame lauke linijos visada teka iš šiaurinio ašigalio į pietų ašigalį. Pavadinimai „šiaurė“ ir „pietai“ yra istoriniai ir gali neturėti jokios įtakos geografinei magnetinio lauko orientacijai.

Šaltinis

• Durney, Carl H. ir Curtis C. Johnson (1969). Įvadas į šiuolaikinę elektromagnetiką . McGraw-Hillas. ISBN 978-0-07-018388-9.
• Griffiths, David J. (2017). Įvadas į elektrodinamiką (4 leidimas). Kembridžo universiteto leidykla. ISBN 9781108357142.
• Niutonas, Henry Blackas ir Harvey N. Davisas (1913). Praktinė fizika . „MacMillan Co.“, JAV.
• Tipler, Paul (2004). Fizika mokslininkams ir inžinieriams: elektra, magnetizmas, šviesa ir elementarioji šiuolaikinė fizika (5 leidimas). W. H. Freemanas. ISBN 978-0-7167-0810-0.