☰

Bir manyetik alan. Çizgiler. Manyetik alan teorisi ve dünyanın manyetik alanı hakkında ilginç gerçekler

USE kodlayıcının konuları: mıknatısların etkileşimi, bir iletkenin akımla manyetik alanı.

Maddenin manyetik özellikleri insanlar tarafından uzun zamandır bilinmektedir. Mıknatıslar, adını antik Magnesia kentinden almıştır: çevresinde, parçaları demir nesneleri çeken bir mineral (daha sonra manyetik demir cevheri veya manyetit olarak adlandırılmıştır) yaygındı.

Mıknatısların Etkileşimi

Her mıknatısın iki tarafında bulunur Kuzey Kutbu ve Güney Kutbu. İki mıknatıs zıt kutuplar tarafından birbirini çeker ve benzer kutuplar tarafından itilir. Mıknatıslar boşlukta bile birbirlerine etki edebilirler! Bütün bunlar, elektrik yüklerinin etkileşimini hatırlatıyor, ancak mıknatısların etkileşimi elektriksel değildir. Bu, aşağıdaki deneysel gerçeklerle kanıtlanmıştır.

Mıknatıs ısıtıldığında manyetik kuvvet zayıflar. Nokta yüklerin etkileşiminin gücü, sıcaklıklarına bağlı değildir.

Mıknatısı sallayarak manyetik kuvvet zayıflar. Elektrik yüklü cisimlerde benzer bir şey olmaz.

Pozitif elektrik ücretleri negatif olanlardan ayrılabilir (örneğin, gövdeleri elektriklendirirken). Ancak mıknatısın kutuplarını ayırmak imkansızdır: mıknatısı iki parçaya bölerseniz, kesme noktasında kutuplar da görünür ve mıknatıs, uçlarında zıt kutuplarla (tam olarak aynı yönde yönlendirilmiş) iki mıknatısa ayrılır. orijinal mıknatısın kutupları gibi).

bu yüzden mıknatıslar Her zaman bipolar, sadece formda bulunurlar dipoller. İzole edilmiş manyetik kutuplar (sözde manyetik monopoller- elektrik yükünün analogları) doğada mevcut değildir (her durumda, henüz deneysel olarak tespit edilmemiştir). Bu belki de elektrik ve manyetizma arasındaki en etkileyici asimetridir.

Elektrik yüklü cisimler gibi, mıknatıslar da elektrik yükleri üzerinde hareket eder. Ancak mıknatıs sadece hareketlişarj; Yük, mıknatısa göre hareketsiz durumdaysa, yüke hiçbir manyetik kuvvet etki etmez. Aksine, elektrikli bir cisim, ister hareketsiz ister hareket halinde olsun, herhangi bir yük üzerinde hareket eder.

İle modern fikirler kısa menzilli eylem teorisi, mıknatısların etkileşimi aracılığıyla gerçekleştirilir manyetik alan Yani, bir mıknatıs çevreleyen alanda başka bir mıknatısa etki eden ve bu mıknatısların görünür bir şekilde çekilmesine veya itilmesine neden olan bir manyetik alan oluşturur.

Bir mıknatıs örneğidir manyetik iğne pusula. Manyetik bir iğnenin yardımıyla, alanın yönü kadar belirli bir uzay bölgesinde bir manyetik alanın varlığı da yargılanabilir.

Gezegenimiz Dünya dev bir mıknatıstır. Dünyanın coğrafi kuzey kutbundan çok uzak olmayan güney manyetik kutbu. Bu nedenle, pusula iğnesinin Dünya'nın güney manyetik kutbuna dönen kuzey ucu, coğrafi kuzeyi gösterir. Bu nedenle, aslında, mıknatısın "kuzey kutbu" adı ortaya çıktı.

Manyetik alan çizgileri

Hatırladığımız kadarıyla, elektrik alanı, alanın büyüklüğü ve yönünün yargılanabileceği eylemle küçük test yüklerinin yardımıyla araştırılır. Manyetik alan durumunda test yükünün bir analogu, küçük bir manyetik iğnedir.

Örneğin, içine yerleştirirseniz manyetik alan hakkında geometrik bir fikir edinebilirsiniz. farklı noktalar boşluklar çok küçük pusula iğneleridir. Deneyimler, okların belirli çizgiler boyunca sıralanacağını gösteriyor - sözde manyetik alan çizgileri. Bu kavramı aşağıdaki üç paragraf şeklinde tanımlayalım.

1. Manyetik alan çizgileri veya manyetik kuvvet çizgileri, uzayda aşağıdaki özelliklere sahip yönlendirilmiş çizgilerdir: Böyle bir çizginin her noktasına yerleştirilen küçük bir pusula iğnesi, bu çizgiye teğet olarak yönlendirilir..

2. Manyetik alan çizgisinin yönü, bu çizginin noktalarında bulunan pusula iğnelerinin kuzey uçlarının yönüdür..

3. Çizgiler ne kadar kalın olursa, uzayın belirli bir bölgesindeki manyetik alan o kadar güçlü olur..

Pusula iğnelerinin rolü, demir talaşları ile başarılı bir şekilde gerçekleştirilebilir: bir manyetik alanda, küçük talaşlar manyetize edilir ve tam olarak manyetik iğneler gibi davranır.

Böylece, kalıcı bir mıknatısın etrafına demir talaşları döktükten sonra, yaklaşık olarak aşağıdaki manyetik alan çizgileri resmini göreceğiz (Şekil 1).

Pirinç. 1. Kalıcı mıknatıs alanı

Mıknatısın kuzey kutbu mavi ile gösterilir ve harf ; güney kutbu - kırmızı ve harf. Alan çizgilerinin dışarı çıktığına dikkat edin. Kuzey Kutbu mıknatıs ve güney kutbuna girin: sonuçta pusula iğnesinin kuzey ucu mıknatısın güney kutbuna yönlendirilecektir.

Oersted'in deneyimi

Her ne kadar elektrik ve manyetik fenomen antik çağlardan beri insanlar tarafından biliniyordu, aralarında uzun süre hiçbir ilişki gözlenmedi. Birkaç yüzyıl boyunca elektrik ve manyetizma üzerine araştırmalar paralel ve birbirinden bağımsız olarak ilerledi.

Elektrik ve manyetik fenomenlerin aslında birbiriyle ilişkili olduğu dikkat çekici gerçek, ilk olarak 1820'de Oersted'in ünlü deneyinde keşfedildi.

Oersted'in deneyinin şeması, Şek. 2 (rt.mipt.ru'dan görüntü). Manyetik iğnenin (ve - okun kuzey ve güney kutuplarının) üstünde, bir akım kaynağına bağlı metal bir iletken bulunur. Devreyi kapatırsanız, ok iletkene dik olarak döner!
Bu basit deney, doğrudan elektrik ve manyetizma arasındaki ilişkiye işaret etti. Oersted'in deneyimini takip eden deneyler, aşağıdaki kalıbı sağlam bir şekilde kurdu: manyetik alan elektrik akımları tarafından üretilir ve akımlara etki eder.

Pirinç. 2. Oersted'in deneyi

Akım ile bir iletken tarafından oluşturulan manyetik alan çizgilerinin resmi, iletkenin şekline bağlıdır.

Akım ile düz bir telin manyetik alanı

Akım taşıyan düz bir telin manyetik alan çizgileri eşmerkezli dairelerdir. Bu dairelerin merkezleri tel üzerindedir ve düzlemleri tele diktir (Şekil 3).

Pirinç. 3. Akım ile doğrudan bir telin alanı

Doğru akım manyetik alan çizgilerinin yönünü belirlemek için iki alternatif kural vardır.

saat kuralı. Alan çizgileri bakıldığında saat yönünün tersine hareket ederek akımın bize doğru akmasını sağlar..

vida kuralı(veya gimlet kuralı, veya tirbuşon kuralı- birine daha yakın ;-)). Alan çizgileri, vidanın (geleneksel sağdan dişli) akım yönünde diş boyunca hareket etmesi için döndürülmesi gereken yere gider..

Size en uygun olan kuralı kullanın. Saat yönü kuralına alışmak daha iyidir - daha sonra bunun daha evrensel ve kullanımı daha kolay olduğunu kendiniz göreceksiniz (ve analitik geometri çalışırken ilk yılınızda minnetle hatırlayın).

Şek. 3, yeni bir şey de ortaya çıktı: bu bir vektör, manyetik alan indüksiyonu, veya manyetik indüksiyon. Manyetik indüksiyon vektörü, elektrik alan şiddeti vektörünün bir analogudur: güç karakteristiği manyetik alan, manyetik alanın hareketli yüklere etki ettiği kuvveti belirler.

Bir manyetik alandaki kuvvetler hakkında daha sonra konuşacağız, ancak şimdilik sadece manyetik alanın büyüklüğünün ve yönünün manyetik indüksiyon vektörü tarafından belirlendiğini belirteceğiz. Uzayda her noktada vektör, bu noktaya yerleştirilen pusula iğnesinin kuzey ucuyla aynı yöne yani alan çizgisine bu çizgi yönünde teğet olacak şekilde yönlendirilir. Manyetik indüksiyon ölçülür teslach(Tl).

Bir elektrik alanı durumunda olduğu gibi, bir manyetik alanın indüksiyonu için, Üstüste binme ilkesi. Gerçek şu ki belirli bir noktada çeşitli akımlar tarafından oluşturulan manyetik alanların indüksiyonu vektörel olarak eklenir ve elde edilen manyetik indüksiyon vektörünü verir:.

Akım ile bir bobinin manyetik alanı

İçinden doğru akımın dolaştığı dairesel bir bobin düşünün. Akımı oluşturan kaynağı şekilde göstermiyoruz.

Sıramızdaki alanın çizgilerinin resmi yaklaşık olarak aşağıdaki forma sahip olacaktır (Şekil 4).

Pirinç. 4. Akım ile bobinin alanı

Manyetik alanın hangi yarı-uzayda (bobin düzlemine göre) yönlendirildiğini belirleyebilmemiz bizim için önemli olacaktır. Yine iki alternatif kuralımız var.

saat kuralı. Alan çizgileri, akımın saat yönünün tersine dolaşıyor gibi göründüğü yere bakarak oraya gider..

vida kuralı. Alan çizgileri, akım yönünde döndürülürse vidanın (geleneksel sağ dişlerle) hareket edeceği yere gider..

Gördüğünüz gibi, doğru akım durumunda bu kuralların formülasyonlarıyla karşılaştırıldığında, akımın ve alanın rolleri tersine çevrilir.

Akım ile bir bobinin manyetik alanı

bobin eğer sıkıysa, bobinden bobine, teli yeterince uzun bir spirale saracaktır (Şekil 5 - en.wikipedia.org sitesinden görüntü). Bobinin birkaç on, yüzlerce hatta binlerce dönüşü olabilir. Bobin de denir solenoid.

Pirinç. 5. Bobin (solenoid)

Bir dönüşün manyetik alanı, bildiğimiz gibi, çok basit görünmüyor. Alanlar? bobinin bireysel dönüşleri birbirinin üzerine bindirilir ve sonucun çok kafa karıştırıcı bir resim olması gerektiği anlaşılıyor. Ancak durum böyle değildir: uzun bir bobinin alanı beklenmedik şekilde basit bir yapıya sahiptir (Şekil 6).

Pirinç. 6. akım ile bobin alanı

Bu şekilde, bobindeki akım soldan bakıldığında saat yönünün tersine gider (bu, Şekil 5'te bobinin sağ ucu akım kaynağının “artısına” ve sol ucu da akım kaynağının “artısına” bağlıysa gerçekleşir. "eksi"). Bobinin manyetik alanının iki karakteristik özelliği olduğunu görüyoruz.

1. Bobinin içinde, kenarlarından uzakta, manyetik alan homojen: her noktada manyetik indüksiyon vektörü büyüklük ve yön bakımından aynıdır. Alan çizgileri paralel düz çizgilerdir; dışarı çıktıklarında sadece bobinin kenarlarına yakın bükülürler.

2. Bobinin dışında alan sıfıra yakındır. Bobinde ne kadar fazla dönüş olursa, dışındaki alan o kadar zayıf olur.

Sonsuz uzunluktaki bir bobinin hiç alan yaymadığını unutmayın: bobinin dışında manyetik alan yoktur. Böyle bir bobinin içinde alan her yerde aynıdır.

Sana bir şey hatırlatmıyor mu? Bir bobin, bir kapasitörün "manyetik" karşılığıdır. Bir kondansatörün homojen bir kondansatör oluşturduğunu hatırlarsınız. Elektrik alanıçizgileri sadece plakaların kenarlarına yakın ve kapasitörün dışında bükülmüş olan alan sıfıra yakındır; sonsuz plakalı bir kapasitör alanı hiç serbest bırakmaz ve alan, içindeki her yerde aynıdır.

Ve şimdi - ana gözlem. Lütfen bobinin dışındaki manyetik alan çizgilerinin resmini (Şekil 6) Şekil 'deki mıknatısın alan çizgileriyle karşılaştırın. bir . Aynı şey, değil mi? Ve şimdi muhtemelen uzun zaman önce sahip olduğunuz bir soruya geliyoruz: eğer akımlar tarafından bir manyetik alan üretilir ve akımlara etki ederse, o zaman kalıcı bir mıknatısın yakınında bir manyetik alanın ortaya çıkmasının nedeni nedir? Sonuçta, bu mıknatıs akım ile bir iletken gibi görünmüyor!

Ampere'nin hipotezi. temel akımlar

İlk başta, mıknatısların etkileşiminin kutuplarda yoğunlaşan özel manyetik yüklerden kaynaklandığı düşünülüyordu. Ancak elektriğin aksine hiç kimse manyetik yükü izole edemezdi; sonuçta, daha önce de söylediğimiz gibi, mıknatısın kuzey ve güney kutuplarını ayrı ayrı elde etmek mümkün değildi - kutuplar her zaman mıknatısta çiftler halinde bulunur.

Manyetik alanın bir elektrik akımı tarafından oluşturulduğu ortaya çıktığında, Oersted'in deneyimi, manyetik yükler hakkındaki şüpheleri ağırlaştırdı. Ayrıca, herhangi bir mıknatıs için, bu iletkenin alanı, mıknatısın alanıyla çakışacak şekilde, uygun konfigürasyonda bir akıma sahip bir iletken seçmenin mümkün olduğu ortaya çıktı.

Ampere cesur bir hipotez ortaya koydu. Manyetik yükler yoktur. Bir mıknatısın hareketi, içindeki kapalı elektrik akımları ile açıklanır..

Bu akımlar nelerdir? Bunlar temel akımlar atomlar ve moleküller içinde dolaşır; elektronların atomik yörüngelerdeki hareketi ile ilişkilidirler. Herhangi bir cismin manyetik alanı, bu temel akımların manyetik alanlarından oluşur.

Temel akımlar birbirine göre rastgele yerleştirilebilir. Sonra alanları birbirini yok eder ve beden tezahür etmez. manyetik özellikler.

Ancak temel akımlar koordine edilirse, alanları toplanır, birbirini güçlendirir. Vücut bir mıknatıs olur (Şekil 7; manyetik alan bize doğru yönlendirilir; mıknatısın kuzey kutbu da bize doğru yönlendirilir).

Pirinç. 7. Temel mıknatıs akımları

Ampere'nin temel akımlarla ilgili hipotezi, mıknatısların özelliklerini açıklığa kavuşturdu.Bir mıknatısın ısıtılması ve sallanması, temel akımlarının düzenini bozar ve manyetik özellikleri zayıflar. Mıknatıs kutuplarının ayrılmazlığı ortaya çıktı: mıknatısın kesildiği yerde, uçlarda aynı temel akımları alıyoruz. Bir cismin bir manyetik alanda manyetize olma yeteneği, düzgün bir şekilde "dönen" temel akımların koordineli hizalanmasıyla açıklanır (bir sonraki sayfada bir manyetik alandaki dairesel bir akımın dönüşü hakkında bilgi edinin).

Ampère'in hipotezi doğru çıktı - gösterdi Daha fazla gelişme fizik. Temel akımlar kavramı, zaten yirminci yüzyılda geliştirilmiş olan atom teorisinin ayrılmaz bir parçası haline geldi - Ampère'in parlak varsayımından neredeyse yüz yıl sonra.

Şüphesiz, manyetik alan çizgileri artık herkes tarafından biliniyor. En azından okulda bile tezahürleri fizik derslerinde gösterilir. Bir öğretmenin bir kağıdın altına kalıcı bir mıknatısı (hatta kutuplarının yönünü birleştiren iki tane bile) nasıl yerleştirdiğini ve bunun üzerine bir işçi eğitimi sınıfında alınan metal talaşları döktüğünü hatırlıyor musunuz? Metalin levha üzerinde tutulması gerektiği oldukça açık, ancak garip bir şey gözlemlendi - talaşın dizildiği çizgiler açıkça izlendi. Dikkat - eşit değil, şeritler halinde. Bunlar manyetik alan çizgileridir. Daha doğrusu, onların tezahürü. Sonra ne oldu ve nasıl açıklanabilir?

Uzaktan başlayalım. Fiziksel dünyada bizimle birlikte, görünür olan bir arada var olur. özel çeşit madde - manyetik alan. Bir elektrik yüküne veya doğal bir elektrik yüküne sahip olan ve yalnızca birbirleriyle bağlantılı olmakla kalmayıp, çoğu zaman kendilerini oluşturan hareket eden temel parçacıkların veya daha büyük cisimlerin etkileşimini sağlar. Örneğin, elektrik akımı taşıyan bir tel, çevresinde manyetik alan çizgileri oluşturur. Bunun tersi de doğrudur: alternatif manyetik alanların kapalı bir iletken devre üzerindeki etkisi, içindeki yük taşıyıcıların hareketini yaratır. İkinci özellik, tüm tüketicilere elektrik enerjisi sağlayan jeneratörlerde kullanılır. Çarpıcı bir örnek elektromanyetik alanlar - ışık.

İletken etrafındaki manyetik alanın kuvvet çizgileri döner veya bu da doğrudur, yönlendirilmiş bir manyetik indüksiyon vektörü ile karakterize edilir. Dönme yönü gimlet kuralı ile belirlenir. Alan her yöne eşit olarak yayıldığından, belirtilen çizgiler bir kuraldır. Mesele şu ki, bazıları daha belirgin bir gerilime sahip olan sonsuz sayıda çizgi olarak temsil edilebilir. Bu nedenle, bazı “çizgiler” talaşta açıkça izlenir. İlginç bir şekilde, manyetik alanın kuvvet çizgileri asla kesintiye uğramaz, bu nedenle başlangıcın nerede olduğunu ve sonun nerede olduğunu kesin olarak söylemek imkansızdır.

Kalıcı bir mıknatıs (veya ona benzer bir elektromıknatıs) durumunda, her zaman geleneksel olarak Kuzey ve Güney olarak adlandırılan iki kutup vardır. Bu durumda bahsedilen çizgiler, her iki kutbu birleştiren halkalar ve ovallerdir. Bazen bu, etkileşimli monopoller olarak tanımlanır, ancak daha sonra monopollerin ayrılamayacağına göre bir çelişki ortaya çıkar. Yani, mıknatısı bölmeye yönelik herhangi bir girişim, birkaç iki kutuplu parça ile sonuçlanacaktır.

Büyük ilgi çekici olan, kuvvet çizgilerinin özellikleridir. Süreklilikten zaten bahsettik, ancak bir iletkende elektrik akımı yaratma yeteneği pratik ilgi çekiyor. Bunun anlamı şudur: eğer iletken devre çizgilerle geçiyorsa (veya iletkenin kendisi bir manyetik alanda hareket ediyorsa), o zaman malzemenin atomlarının dış yörüngelerindeki elektronlara ek enerji verilir ve onlara izin verir. bağımsız yönlendirilmiş harekete başlamak için. Manyetik alanın, yüklü parçacıkları "nakavt ettiği" söylenebilir. kristal kafes. Bu fenomenin adı elektromanyetik indüksiyon ve şu anda birincil elde etmenin ana yolu elektrik enerjisi. 1831 yılında İngiliz fizikçi Michael Faraday tarafından deneysel olarak keşfedilmiştir.

Manyetik alanların incelenmesi, P. Peregrine'in küresel bir mıknatısın çelik iğnelerle etkileşimini keşfettiği 1269 gibi erken bir tarihte başladı. Yaklaşık 300 yıl sonra, W. G. Colchester kendisinin iki kutuplu devasa bir mıknatıs olduğunu öne sürdü. Ayrıca, manyetik fenomenler Lorentz, Maxwell, Ampère, Einstein, vb. Gibi ünlü bilim adamları tarafından incelenmiştir.

Manyetik alanın ne olduğunu birlikte anlayalım. Sonuçta, birçok insan tüm yaşamları boyunca bu alanda yaşıyor ve bunu düşünmüyor bile. Düzeltme zamanı!

bir manyetik alan

bir manyetik alanözel bir madde türüdür. Hareket eden elektrik yükleri ve kendi manyetik momentine sahip cisimler (kalıcı mıknatıslar) üzerindeki eylemde kendini gösterir.

Önemli: Manyetik alan sabit yüklere etki etmez! Manyetik alan, hareket eden elektrik yükleri, zamanla değişen elektrik alanı veya atomlardaki elektronların manyetik momentleri tarafından da oluşturulur. Yani içinden akımın geçtiği her tel aynı zamanda bir mıknatıs olur!

Kendi manyetik alanına sahip bir vücut.

Mıknatısın kuzey ve güney adı verilen kutupları vardır. "Kuzey" ve "Güney" adları yalnızca kolaylık sağlamak için verilmiştir (elektrikte "artı" ve "eksi" olarak).

Manyetik alan ile temsil edilir manyetik çizgileri zorlamak. Kuvvet çizgileri sürekli ve kapalıdır ve yönleri her zaman alan kuvvetlerinin yönü ile çakışır. Metal talaşları kalıcı bir mıknatısın etrafına saçılırsa, metal parçacıklar kuzeyden çıkan ve güney kutbuna giren manyetik alan çizgilerinin net bir resmini gösterecektir. Manyetik alanın grafiksel özelliği - kuvvet çizgileri.

Manyetik alan özellikleri

Manyetik alanın ana özellikleri şunlardır: manyetik indüksiyon, manyetik akı ve manyetik geçirgenlik. Ama sırayla her şey hakkında konuşalım.

Hemen, tüm ölçü birimlerinin sistemde verildiğini not ediyoruz. Sİ.

manyetik indüksiyon B – vektör fiziksel miktar, manyetik alanın ana güç özelliğidir. Harf ile gösterilir B . Manyetik indüksiyon ölçüm birimi - Tesla (Tl).

Manyetik indüksiyon, bir alanın bir yük üzerinde hareket ettiği kuvveti belirleyerek bir alanın ne kadar güçlü olduğunu gösterir. Bu kuvvet denir Lorentz kuvveti.

Burada q - şarj, v - manyetik alandaki hızı, B - indüksiyon, F alanın yüke etki ettiği Lorentz kuvvetidir.

F- kontur alanı ve endüksiyon vektörü ile akışın içinden geçtiği kontur düzleminin normali arasındaki kosinüs tarafından manyetik indüksiyon ürününe eşit fiziksel bir miktar. Manyetik akı, bir manyetik alanın skaler bir özelliğidir.

Manyetik akının, bir birim alana giren manyetik indüksiyon hatlarının sayısını karakterize ettiğini söyleyebiliriz. Manyetik akı ölçülür Weberach (DB).

Manyetik geçirgenlik ortamın manyetik özelliklerini belirleyen katsayıdır. Alanın manyetik indüksiyonunun bağlı olduğu parametrelerden biri manyetik geçirgenliktir.

Gezegenimiz birkaç milyar yıldır büyük bir mıknatıs olmuştur. Dünyanın manyetik alanının indüksiyonu, koordinatlara bağlı olarak değişir. Ekvatorda, Tesla'nın yaklaşık 3.1 çarpı 10 üzeri eksi beşinci kuvvetidir. Ek olarak, alanın değeri ve yönünün komşu alanlardan önemli ölçüde farklı olduğu manyetik anomaliler vardır. Gezegendeki en büyük manyetik anomalilerden biri - Kursk ve Brezilya manyetik anomalisi.

Dünyanın manyetik alanının kökeni bilim adamları için hala bir gizemdir. Alanın kaynağının Dünya'nın sıvı metal çekirdeği olduğu varsayılmaktadır. Çekirdek hareket ediyor, yani erimiş demir-nikel alaşımı hareket ediyor ve yüklü parçacıkların hareketi manyetik alanı oluşturan elektrik akımıdır. Sorun şu ki bu teori jeodinamo) alanın nasıl sabit tutulduğunu açıklamaz.

Dünya devasa bir manyetik dipoldür. Manyetik kutuplar, yakın olmalarına rağmen coğrafi kutuplarla örtüşmez. Üstelik Dünya'nın manyetik kutupları hareket ediyor. Yer değiştirmeleri 1885'ten beri kaydedildi. Örneğin, son yüz yılda Güney Yarımküre'deki manyetik kutup neredeyse 900 kilometre değişti ve şimdi Güney Okyanusu'nda. Arktik yarımkürenin kutbu, Arktik Okyanusu boyunca Doğu Sibirya manyetik anomalisine doğru hareket ediyor, hareketinin hızı (2004 verilerine göre) yılda yaklaşık 60 kilometre idi. Şimdi kutupların hareketinde bir hızlanma var - ortalama olarak hız yılda 3 kilometre artıyor.

Dünyanın manyetik alanının bizim için önemi nedir? Her şeyden önce, Dünya'nın manyetik alanı gezegeni kozmik ışınlardan ve güneş rüzgarından korur. Derin uzaydan gelen yüklü parçacıklar doğrudan yere düşmez, dev bir mıknatıs tarafından saptırılır ve kuvvet çizgileri boyunca hareket eder. Böylece tüm canlılar zararlı radyasyondan korunur.

Dünya tarihi boyunca birçok ters çevirmeler(değişiklikler) manyetik kutuplar. Kutup ters çevirme yer değiştirdikleri zamandır. Bu fenomen en son yaklaşık 800 bin yıl önce meydana geldi ve Dünya tarihinde 400'den fazla jeomanyetik tersine dönüş oldu.Bazı bilim adamları, manyetik kutupların hareketinin gözlemlenen ivmesi göz önüne alındığında, bir sonraki kutup tersine çevrilmesi gerektiğine inanıyor. önümüzdeki birkaç bin yıl içinde bekleniyor.

Neyse ki yüzyılımızda kutupların tersine dönmesi beklenmiyor. Böylece, manyetik alanın ana özelliklerini ve özelliklerini göz önünde bulundurarak, Dünya'nın eski güzel sabit alanında hoş olanı düşünebilir ve hayatın tadını çıkarabilirsiniz. Ve bunu yapabilmeniz için, bazı eğitim sorunlarına güvenerek başarı ile emanet edilebilecek yazarlarımız var! ve diğer iş çeşitlerini linkten sipariş verebilirsiniz.

MANYETİK BİR ALAN. FERROPROB KONTROLÜ TEMELLERİ

Dünyanın manyetik alanında yaşıyoruz. Manyetik alanın tezahürü, manyetik pusulanın iğnesinin sürekli olarak kuzeyi göstermesidir. kalıcı bir mıknatısın kutupları arasına manyetik pusula iğnesi yerleştirilerek de aynı sonuç elde edilebilir (Şekil 34).

Şekil 34 - Manyetik iğnenin mıknatısın kutuplarına yakın yönü

Genellikle mıknatısın kutuplarından biri (güney) harfi ile gösterilir. S, başka - (kuzey) - mektup N. Şekil 34, manyetik iğnenin iki konumunu göstermektedir. Her pozisyonda ok ve mıknatısın zıt kutupları çekilir. Bu nedenle pusula iğnesinin yönü, biz onu konumundan hareket ettirdiğimiz anda değişti. 1 pozisyona 2 . Mıknatısın çekiciliğinin ve okun dönüşünün nedeni manyetik alandır. Oku yukarı ve sağa doğru hareket ettirirken çevirmek, uzayda farklı noktalarda manyetik alanın yönünün değişmediğini gösterir.

Şekil 35, bir mıknatısın kutuplarının üzerinde bulunan kalın bir kağıt yaprağına serpiştirilmiş manyetik toz ile yapılan bir deneyin sonucunu göstermektedir. Toz parçacıklarının çizgiler oluşturduğu görülebilir.

Manyetik alana giren toz parçacıkları manyetize edilir. Her parçacığın bir kuzey ve güney kutbu vardır. Yakındaki toz parçacıkları yalnızca mıknatıs alanında dönmez, aynı zamanda sıralar halinde sıralanarak birbirine yapışır. Bu çizgilere manyetik alan çizgileri denir.

Şekil 35 Bir mıknatısın kutuplarının üzerinde bulunan bir kağıt yaprağı üzerinde manyetik toz parçacıklarının düzenlenmesi

Böyle bir çizginin yanına manyetik bir iğne yerleştirerek okun teğet olarak yerleştirildiğini görebilirsiniz. sayılarla 1 , 2 , 3 Şekil 35, karşılık gelen noktalarda manyetik iğnenin yönünü göstermektedir. Kutupların yakınında, manyetik tozun yoğunluğu, levha üzerindeki diğer noktalardan daha fazladır. Bu, oradaki manyetik alanın büyüklüğünün maksimum bir değere sahip olduğu anlamına gelir. Böylece, her noktadaki manyetik alan, manyetik alanı ve yönünü karakterize eden miktarın değeri ile belirlenir. Bu tür büyüklüklere vektör denir.

Çelik kısmı mıknatısın kutupları arasına yerleştirelim (Şekil 36). Parçadaki alan çizgilerinin yönü oklarla gösterilir. Parçada manyetik alan çizgileri de görünecek, sadece havadakinden çok daha fazlası olacak.

Şekil 36 Basit bir şekle sahip bir parçayı mıknatıslama

Gerçek şu ki, çelik kısım, alan adı verilen mikromıknatıslardan oluşan demir içerir. Bir mıknatıslanma alanının ayrıntıya uygulanması, kendilerini bu alan yönünde yönlendirmeye başlamalarına ve onu birçok kez büyütmelerine yol açar. Manyetik alan sabitken parçadaki kuvvet çizgilerinin birbirine paralel olduğu görülebilir. Aynı yoğunlukta çizilen düz paralel kuvvet çizgileri ile karakterize edilen bir manyetik alana homojen denir.



10.2 Manyetik büyüklükler

Manyetik alanı karakterize eden en önemli fiziksel nicelik, genellikle gösterilen manyetik indüksiyon vektörüdür. AT. Her fiziksel nicelik için, boyutunu belirtmek gelenekseldir. Bu nedenle, akım gücünün birimi Amper (A), manyetik indüksiyon birimi Tesla'dır (Tl). Mıknatıslanmış parçalarda manyetik indüksiyon genellikle 0,1 ila 2,0 T aralığındadır.

Düzgün bir manyetik alana yerleştirilmiş bir manyetik iğne dönecektir. Kendi ekseni etrafında döndüren kuvvetlerin momenti, manyetik indüksiyonla orantılıdır. Manyetik indüksiyon ayrıca malzemenin manyetizasyon derecesini de karakterize eder. Şekil 34, 35'te gösterilen kuvvet çizgileri, hava ve malzemedeki (detaylar) manyetik indüksiyondaki değişimi karakterize eder.

Manyetik indüksiyon, uzayın her noktasındaki manyetik alanı belirler. Bazı yüzeylerdeki manyetik alanı karakterize etmek için (örneğin, parçanın enine kesit düzleminde), manyetik akı adı verilen ve belirtilen başka bir fiziksel nicelik kullanılır. Φ.

Düzgün bir şekilde manyetize edilmiş bir parçanın (Şekil 36) manyetik indüksiyon değeri ile karakterize edilmesine izin verin. AT, parçanın kesit alanı eşittir S, daha sonra manyetik akı aşağıdaki formülle belirlenir:

Manyetik akının birimi Weber'dir (Wb).

Bir örnek düşünün. Parçadaki manyetik indüksiyon 0,2 T, kesit alanı 0,01 m2'dir. O zaman manyetik akı 0,002 Wb'dir.

Uzun silindirik bir demir çubuğu düzgün bir manyetik alana yerleştirelim. Çubuğun simetri ekseni, kuvvet çizgilerinin yönü ile çakışsın. Daha sonra çubuk hemen hemen her yerde aynı şekilde manyetize edilecektir. Çubuktaki manyetik indüksiyon havadakinden çok daha büyük olacaktır. Malzemedeki manyetik indüksiyon oranı ben havada manyetik indüksiyon içinde manyetik geçirgenlik denir:

μ=B m / B inç. (10.2)

Manyetik geçirgenlik boyutsuz bir niceliktir. Çeşitli çelik kaliteleri için manyetik geçirgenlik 200 ila 5.000 arasında değişir.

Manyetik indüksiyon, manyetik işlemlerin teknik hesaplamalarını zorlaştıran malzemenin özelliklerine bağlıdır. Bu nedenle, malzemenin manyetik özelliklerine bağlı olmayan yardımcı bir miktar eklenmiştir. Manyetik alan vektörü olarak adlandırılır ve gösterilir. H. Manyetik alan şiddetinin birimi Amper/metredir (A/m). Parçaların tahribatsız manyetik testi sırasında, manyetik alan gücü 100 ila 100.000 A/m arasında değişir.

Manyetik indüksiyon arasında içinde ve manyetik alan gücü H havada basit bir ilişki var:

В в =μ 0 H, (10.3)

nerede μ 0 = 4π 10 –7 Henry/metre - manyetik sabit.

Malzemedeki manyetik alan kuvveti ve manyetik indüksiyon şu ilişki ile ilişkilidir:

B=μμ 0 H (10.4)

Manyetik alan kuvveti H - vektör. Fluxgate testinde bu vektörün bileşenlerinin parça yüzeyinde belirlenmesi gerekmektedir. Bu bileşenler Şekil 37 kullanılarak belirlenebilir. Burada parçanın yüzeyi bir düzlem olarak alınır. xy, eksen z bu düzleme dik.

Vektörün tepesinden Şekil 1.4 H düzleme dik düştü x,y. Koordinatların orijininden dik ve düzlemin kesişme noktasına bir vektör çizilir. H  vektörün manyetik alan gücünün teğetsel bileşeni olarak adlandırılan H . Vektörün tepe noktasından dikeylerin düşürülmesi H eksende x ve y, projeksiyonları tanımla Hx ve merhaba vektör H. Projeksiyon H aks başına z manyetik alan gücünün normal bileşeni olarak adlandırılır. H n . Manyetik testte, manyetik alan gücünün teğetsel ve normal bileşenleri çoğunlukla ölçülür.

Şekil 37 Manyetik alanın vektörü ve parçanın yüzeyindeki izdüşümü

10.3 Mıknatıslanma eğrisi ve histerezis döngüsü

Başlangıçta demanyetize edilmiş bir ferromanyetik malzemenin manyetik indüksiyonundaki değişikliği, harici manyetik alanın gücünde kademeli bir artışla ele alalım. Bu bağımlılığı yansıtan bir grafik Şekil 38'de gösterilmektedir ve başlangıç ​​manyetizasyon eğrisi olarak adlandırılmaktadır. Zayıf manyetik alanlar bölgesinde, bu eğrinin eğimi nispeten küçüktür ve daha sonra artmaya başlar ve maksimum değere ulaşır. Manyetik alan gücünün daha da yüksek değerlerinde, eğim azalır, böylece manyetik indüksiyondaki değişiklik artan alanla önemsiz hale gelir - değer ile karakterize edilen manyetik doygunluk meydana gelir. BS. Şekil 39, manyetik geçirgenliğin manyetik alanın gücüne bağımlılığını göstermektedir. Bu bağımlılık iki değerle karakterize edilir: ilk μ n ve maksimum μm manyetik geçirgenlik. Güçlü manyetik alanlar bölgesinde, artan alan ile geçirgenlik azalır. Harici manyetik alanda daha fazla artışla, numunenin manyetizasyonu pratik olarak değişmez ve manyetik indüksiyon sadece harici alan nedeniyle büyür. .

Şekil 38 Başlangıç ​​Mıknatıslanma Eğrisi

Şekil 39 Geçirgenliğin manyetik alan kuvvetine bağımlılığı

Manyetik doygunluk indüksiyonu BS esas olarak bağlıdır kimyasal bileşim malzeme ve yapısal ve elektrik çelikleri için 1.6-2.1 T'dir. Manyetik geçirgenlik sadece kimyasal bileşime değil, aynı zamanda termal ve mekanik işlemeye de bağlıdır.

.

Şekil 40 Limit (1) ve kısmi (2) histerezis döngüleri

Zorlayıcı kuvvetin büyüklüğüne göre, manyetik malzemeler yumuşak manyetik (H c< 5 000 А/м) и магнитотвердые (H c >5 000 A/m).

Yumuşak manyetik malzemeler için, doygunluğu elde etmek için nispeten küçük alanlar gereklidir. Sert manyetik malzemelerin mıknatıslanması ve yeniden mıknatıslanması zordur.

Çoğu yapısal çelik, yumuşak manyetik malzemelerdir. Elektrik çeliği ve özel alaşımlar için, zorlayıcı kuvvet, yapısal çelikler için 1-100 A / m'dir - 5.000 A / m'den fazla değildir. Sabit mıknatıslı bağlı cihazlar sert manyetik malzemeler kullanır.

Mıknatıslanmanın tersine çevrilmesi sırasında malzeme tekrar doygun hale gelir, ancak indüksiyon değeri farklı bir işarete sahiptir (– BS) manyetik alanın negatif gücüne karşılık gelir. Pozitif değerlere doğru manyetik alan kuvvetinde müteakip bir artışla, indüksiyon, döngünün artan dalı olarak adlandırılan başka bir eğri boyunca değişecektir. Her iki dal: azalan ve yükselen, sınırlayıcı manyetik histerezis döngüsü adı verilen kapalı bir eğri oluşturur. Limit döngüsü simetrik bir şekle sahiptir ve maksimum değer manyetik indüksiyon eşittir BS. Manyetik alan kuvvetinde daha küçük sınırlar içinde simetrik bir değişiklik olduğunda, indüksiyon yeni bir döngü boyunca değişecektir. Bu döngü tamamen limit döngüsünün içinde bulunur ve simetrik kısmi döngü olarak adlandırılır (Şekil 40).

Sınırlayıcı manyetik histerezis döngü oyununun parametreleri önemli rol fluxgate kontrolü ile. saat yüksek değerler kalan indüksiyon ve zorlayıcı kuvvet, parçanın malzemesini doygunluğa kadar önceden manyetize ederek ve ardından alan kaynağını kapatarak kontrol etmek mümkündür. Parçanın manyetizasyonu, kusurları tespit etmek için yeterli olacaktır.

Aynı zamanda, histerezis fenomeni, manyetik durumu kontrol etme ihtiyacına yol açar. Demanyetizasyonun yokluğunda, parçanın malzemesi indüksiyona karşılık gelen bir durumda olabilir - B r . Ardından, pozitif polaritenin manyetik alanını açarak, örneğin, eşit hc, bizim onu ​​mıknatıslamamız gerekmesine rağmen, parçayı demanyetize bile edebilirsiniz.

Manyetik geçirgenlik de önemlidir. Daha fazla μ , parçayı mıknatıslamak için gereken manyetik alan kuvveti değeri o kadar düşük olur. Bu nedenle, mıknatıslama cihazının teknik parametreleri, test nesnesinin manyetik parametreleriyle tutarlı olmalıdır.

10.4 Manyetik kaçak kusur alanı

Arızalı bir parçanın manyetik alanı kendine has özelliklere sahiptir. Dar bir boşluk ile manyetize edilmiş bir çelik halka (parça) alın. Bu boşluk bir parça kusuru olarak kabul edilebilir. Halkayı manyetik tozla doldurulmuş bir kağıt yaprağıyla kaplarsanız, Şekil 35'te gösterilene benzer bir resim görebilirsiniz. Kağıt yaprağı halkanın dışında bulunur ve bu arada toz parçacıkları belirli çizgiler boyunca sıralanır. Böylece, manyetik alanın kuvvet çizgileri, kusurun etrafından akan kısmın dışına kısmen geçer. Manyetik alanın bu kısmına kusurlu başıboş alan denir.

Şekil 41, manyetik alan çizgilerine dik olan parçadaki uzun bir çatlağı ve kusurun yakınında bir alan çizgileri modelini göstermektedir.

Şekil 41 Kuvvet çizgileriyle bir yüzey çatlağı etrafındaki akış

Parçanın içindeki ve dışındaki çatlak çevresinde manyetik alan çizgilerinin aktığı görülebilir. Bir yüzey altı kusuru ile başıboş bir manyetik alanın oluşumu, manyetize bir parçanın bir bölümünü gösteren Şekil 42 kullanılarak açıklanabilir. Manyetik indüksiyon alan çizgileri, enine kesitin üç bölümünden birine atıfta bulunur: kusurun üstünde, kusur bölgesinde ve kusurun altında. Manyetik indüksiyon ve kesit alanı ürünü manyetik akıyı belirler. Bu alanlardaki toplam manyetik akının bileşenleri şu şekilde belirlenmiştir: Φ 1 ,.., Manyetik akının bir parçası F2, bölümün üstünde ve altında akacak S2. Bu nedenle, kesitlerdeki manyetik akılar S1 ve S3 hatasız bir parçanınkinden daha büyük olacaktır. Aynı şey manyetik indüksiyon için de söylenebilir. Bir diğer önemli özellik manyetik indüksiyonun alan çizgileri, kusurun üstündeki ve altındaki eğrilikleridir. Sonuç olarak, bazı kuvvet çizgileri parçadan çıkar ve kusurun manyetik bir kaçak alanı oluşturur.

3 .

Şekil 42 Yeraltı kusurunun başıboş alanı

Kaçak manyetik alan, kaçak akı olarak adlandırılan parçadan ayrılan manyetik akı ile ölçülebilir. Sızıntı manyetik akı ne kadar büyükse, manyetik akı o kadar büyük olur. Φ2 kısımda S2. Kesit alanı S2 açısının kosinüsüyle orantılı , Şekil 42'de gösterilmiştir.  = 90°'de bu alan 'de sıfıra eşittir. =0° en çok o önemli.

Bu nedenle, kusurları tespit etmek için, parçanın kontrol bölgesindeki manyetik indüksiyon kuvvet çizgilerinin, iddia edilen kusurun düzlemine dik olması gerekir.

Arızalı parçanın kesiti üzerindeki manyetik akının dağılımı, bariyerli bir kanaldaki su akışının dağılımına benzer. Tamamen batık bir bariyer bölgesindeki dalga yüksekliği, bariyerin tepesi su yüzeyine ne kadar yakınsa o kadar büyük olacaktır. Benzer şekilde, parçanın yüzey altı kusurunun tespit edilmesi daha kolaydır, oluşum derinliği ne kadar küçükse.

10.5 Arıza tespiti

Kusurları tespit etmek için, kusurlu başıboş alanın özelliklerini belirlemeye izin veren bir cihaz gereklidir. Bu manyetik alan bileşenlerden belirlenebilir. H x, H y, H z.

Bununla birlikte, başıboş alanlara yalnızca bir kusur değil, aynı zamanda diğer faktörler de neden olabilir: metalin yapısal homojensizliği, kesitte keskin bir değişiklik (ayrıntılı olarak). karmaşık şekil), işleme, darbeler, yüzey pürüzlülüğü vb. Bu nedenle, bir projeksiyonun bile bağımlılığının analizi (örneğin, hz) uzaysal koordinattan ( x veya y) zor bir görev olabilir.

Kusurun yakınındaki başıboş manyetik alanı düşünün (Şekil 43). Burada gösterilen, pürüzsüz kenarları olan idealize edilmiş sonsuz uzunlukta bir çatlaktır. Eksen boyunca uzar y, şekilde bize doğru yönlendirilir. 1, 2, 3, 4 sayıları, çatlağa soldan yaklaşıldığında manyetik alan şiddeti vektörünün büyüklüğünün ve yönünün nasıl değiştiğini gösterir.

Şekil 43 Bir kusurun yakınındaki başıboş manyetik alan

Manyetik alan, parçanın yüzeyinden belli bir mesafede ölçülür. Ölçümlerin yapıldığı yörünge noktalı bir çizgi ile gösterilir. Çatlağın sağındaki vektörlerin büyüklükleri ve yönleri benzer şekilde oluşturulabilir (veya şeklin simetrisini kullanabilir). Başıboş alan resminin sağında, vektörün uzamsal konumuna bir örnek H ve bileşenlerinden ikisi Hx ve hz . Projeksiyon bağımlılık grafikleri Hx ve hz koordinattan sapan alanlar x aşağıda gösterilen.

H x veya sıfır H z ekstremumunu arayan kişi bir kusur bulabilir gibi görünüyor. Ancak yukarıda belirtildiği gibi, başıboş alanlar yalnızca kusurlardan değil, aynı zamanda metalin yapısal homojensizliklerinden, mekanik etki izlerinden vb.

Şekil 41'de gösterilene benzer basit bir parçada (Şekil 44) başıboş alanların oluşumunun basitleştirilmiş bir resmini ve izdüşüm bağımlılıklarının grafiklerini ele alalım. Hz, Hx koordinattan x(kusur eksen boyunca uzar y).

Bağımlılık grafikleri Hx ve hz itibaren x bir kusuru tespit etmek çok zordur, çünkü ekstrema değerleri Hx ve hz bir kusur üzerinde ve aşırı homojensizlikler karşılaştırılabilir.

Kusur alanında olduğu keşfedildiğinde çıkış yolu bulundu. azami hız bazı koordinatların manyetik alan kuvvetinin değişimi (dikliği) diğer maksimumlardan daha büyüktür.

Şekil 44, grafiğin maksimum eğiminin Hız (x) noktalar arasında x 1 ve x2(yani, kusur alanında) diğer yerlerden çok daha büyüktür.

Bu nedenle, cihaz alan kuvvetinin projeksiyonunu değil, değişiminin “hızını”, yani. parça yüzeyinin üzerindeki iki bitişik noktadaki izdüşüm farkının bu noktalar arasındaki mesafeye oranı:

(10.5)

nerede Hz(x1),Hz(x2)- vektör projeksiyon değerleri H aks başına z noktalarda x 1 , x 2(kusurun solunda ve sağında), Gz (x) genellikle manyetik alanın gradyanı olarak adlandırılır.

Bağımlılık Gz (x)Şekil 44'te gösterilmiştir. Mesafe Dx \u003d x 2 - x 1 vektör projeksiyonlarının ölçüldüğü noktalar arasında H aks başına z, kusur başıboş alanının boyutları dikkate alınarak seçilir.

Şekil 44'te gösterildiği gibi ve bu uygulama ile iyi bir uyum içindedir, kusur üzerindeki gradyanın değeri, parça metalinin homojen olmamaları üzerindeki değerinden önemli ölçüde büyüktür. Bu, eğim tarafından eşik değeri aşılarak bir kusurun güvenilir bir şekilde kaydedilmesini mümkün kılan şeydir (Şekil 44).

Gerekli eşik değeri seçilerek kontrol hatalarının minimum değerlere indirilmesi mümkündür.

Şekil 44 Kusurun manyetik alanının kuvvet çizgileri ve metal parçanın homojen olmamaları.

10.6 Ferroprob yöntemi

Fluxgate yöntemi, manyetize edilmiş bir üründeki bir kusurun oluşturduğu kaçak manyetik alan şiddeti gradyanının bir fluxgate cihazı ile ölçülmesine ve ölçüm sonucunun bir eşik ile karşılaştırılmasına dayanır.

Kontrol edilen kısmın dışında, onu manyetize etmek için oluşturulan belirli bir manyetik alan vardır. Bir kusur dedektörü - gradiometrenin kullanılması, uzayda yavaşça değişen manyetik alan gücünün oldukça büyük bir bileşeninin arka planına karşı bir kusurun neden olduğu bir sinyalin seçimini sağlar.

Bir fluxgate kusur dedektörü, parça yüzeyindeki manyetik alan kuvvetinin normal bileşeninin gradyan bileşenine yanıt veren bir dönüştürücü kullanır. Kusur dedektörü dönüştürücü, özel bir yumuşak manyetik alaşımdan yapılmış iki paralel çubuk içerir. Muayene sırasında, çubuklar parçanın yüzeyine diktir, yani. manyetik alan kuvvetinin normal bileşenine paraleldir. Çubuklar, içinden alternatif bir akımın aktığı aynı sargılara sahiptir. Bu sargılar seri olarak bağlanır. Alternatif akım, çubuklarda manyetik alan kuvvetinin değişken bileşenlerini oluşturur. Bu bileşenler büyüklük ve yön bakımından örtüşür. Ayrıca, her çubuğun bulunduğu yerde parçanın manyetik alan kuvvetinin sabit bir bileşeni vardır. Değer Δx(10.5) formülünde yer alan , çubukların eksenleri arasındaki mesafeye eşittir ve dönüştürücünün tabanı olarak adlandırılır. Dönüştürücünün çıkış voltajı, sargılardaki alternatif voltajlar arasındaki fark ile belirlenir.

Kusur dedektörü transdüserini, manyetik alan şiddeti değerlerinin noktalardaki hatasız olan kısmına yerleştirelim. x 1; x 2(bkz. formül (10.5)) aynıdır. Bu, manyetik alanın gradyanının sıfır olduğu anlamına gelir. Daha sonra manyetik alan kuvvetinin aynı sabit ve değişken bileşenleri dönüştürücünün her çubuğuna etki edecektir. Bu bileşenler çubukları eşit olarak yeniden mıknatıslayacak, böylece sargılardaki voltajlar birbirine eşit olacaktır. Çıkış sinyalini tanımlayan voltaj farkı sıfırdır. Bu nedenle, kusur dedektörü dönüştürücüsü, gradyan yoksa manyetik alana yanıt vermez.

Manyetik alan kuvvetinin gradyanı sıfıra eşit değilse, çubuklar aynı alternatif manyetik alanda olacaktır, ancak sabit bileşenler farklı olacaktır. Her çubuk, manyetik indüksiyonlu bir durumdan alternatif sargı akımıyla yeniden manyetize edilir - S'de+ S'de Elektromanyetik indüksiyon yasasına göre, sargıdaki voltaj ancak manyetik indüksiyon değiştiğinde ortaya çıkabilir. Bu nedenle, alternatif akım salınımlarının periyodu, çubuğun doygun olduğu ve dolayısıyla sargıdaki voltajın sıfır olduğu aralıklara ve doygunluğun olmadığı zaman aralıklarına bölünebilir, bu da voltajın sıfırdan farklı olduğu anlamına gelir. . Her iki çubuğun da doygunluğa kadar manyetize edilmediği bu zaman dilimlerinde, sargılarda aynı voltajlar ortaya çıkar. Bu anda, çıkış sinyali sıfırdır. Sargılarda voltaj olmadığında, her iki çubuğun aynı anda doygunluğu ile aynı şey olacaktır. Çıkış voltajı, bir çekirdek doymuş durumdayken diğeri doymamış durumdayken görünür.

Manyetik alan kuvvetinin sabit ve değişken bileşenlerinin eşzamanlı hareketi, her bir çekirdeğin birden fazla doymuş durumda olmasına yol açar. uzun zaman diğerinden daha. Daha uzun bir doygunluk, manyetik alan gücünün sabit ve değişken bileşenlerinin eklenmesine, daha kısa bir çıkarma işlemine karşılık gelir. Manyetik indüksiyon değerlerine karşılık gelen zaman aralıkları arasındaki fark + S'de ve - S'de, sabit manyetik alanın gücüne bağlıdır. Manyetik indüksiyonlu durumu düşünün + S'de iki dönüştürücü çubuk üzerinde. Noktalardaki manyetik alan şiddetinin farklı değerleri x 1 ve x 2çubukların manyetik doygunluk aralıklarının farklı bir süresine karşılık gelecektir. Manyetik alan kuvvetinin bu değerleri arasındaki fark ne kadar büyük olursa, zaman aralıkları da o kadar farklı olur. Bir çubuğun doygun ve diğerinin doymamış olduğu zaman periyotlarında, dönüştürücünün çıkış voltajı meydana gelir. Bu voltaj, manyetik alan gücü gradyanına bağlıdır.

İki paralel elektrik akımı iletkenine bağlandıklarında, bağlanan akımın yönüne (polaritesine) bağlı olarak çeker veya iterler. Bu, bu iletkenlerin çevresinde özel bir tür maddenin ortaya çıkmasıyla açıklanmaktadır. Bu maddeye manyetik alan (MF) denir. Manyetik kuvvet, iletkenlerin birbirine etki ettiği kuvvettir.

Manyetizma teorisi, antik çağda, eski Asya uygarlığında ortaya çıktı. Magnesia'da dağlarda, parçaları birbirine çekilebilecek özel bir kaya buldular. Yerin adıyla, bu cins "mıknatıs" olarak adlandırıldı. Bir çubuk mıknatıs iki kutup içerir. Manyetik özellikleri özellikle kutuplarda belirgindir.

İpliğe asılı bir mıknatıs, kutuplarıyla ufkun kenarlarını gösterecektir. Kutupları kuzeye ve güneye çevrilecek. Pusula bu prensibe göre çalışır. İki mıknatısın zıt kutupları birbirini çeker ve benzer kutuplar iter.

Bilim adamları, iletkenin yakınında bulunan mıknatıslanmış bir iğnenin, içinden bir elektrik akımı geçtiğinde saptığını bulmuşlardır. Bu, çevresinde bir MF oluştuğunu gösterir.

Manyetik alan şunları etkiler:

Hareketli elektrik yükleri.
Ferromıknatıs adı verilen maddeler: demir, dökme demir, alaşımları.

Kalıcı mıknatıslar, yüklü parçacıkların (elektronlar) ortak bir manyetik momentine sahip olan cisimlerdir.

1 - Mıknatısın güney kutbu
2 - Mıknatısın kuzey kutbu
3 - Metal dosyalama örneğinde MP
4 - Manyetik alanın yönü

Alan çizgileri, kalıcı bir mıknatıs, üzerine bir demir talaş tabakasının döküldüğü bir kağıt yaprağına yaklaştığında ortaya çıkar. Şekil, yönlendirilmiş kuvvet çizgileriyle kutupların yerlerini açıkça göstermektedir.

Manyetik alan kaynakları

  • Zamanla değişen elektrik alanı.
  • mobil ücretler.
  • kalıcı mıknatıslar.

Kalıcı mıknatısları çocukluğumuzdan beri biliyoruz. Çeşitli metal parçaları kendine çeken oyuncaklar olarak kullanıldılar. Buzdolabına bağlandılar, çeşitli oyuncaklara yerleştirildiler.

Hareket halindeki elektrik yükleri genellikle kalıcı mıknatıslardan daha fazla manyetik enerjiye sahiptir.

Özellikleri

  • şef damga ve manyetik alanın özelliği göreliliktir. Yüklü bir cisim belirli bir referans çerçevesinde hareketsiz bırakılırsa ve yanına bir manyetik iğne yerleştirilirse, kuzeyi gösterecek ve aynı zamanda dünyanın alanı dışında yabancı bir alanı “hissetmeyecektir”. . Ve eğer yüklü cisim okun yakınında hareket etmeye başlarsa, cismin etrafında manyetik alan belirecektir. Sonuç olarak, MF'nin yalnızca belirli bir yük hareket ettiğinde oluştuğu açıkça ortaya çıkıyor.
  • Manyetik alan elektrik akımını etkileyebilir ve etkileyebilir. Yüklü elektronların hareketi izlenerek tespit edilebilir. Manyetik alanda, yüklü parçacıklar sapacak, akan akımı olan iletkenler hareket edecektir. Mevcut güçle çalışan çerçeve dönecek ve manyetize edilmiş malzemeler belirli bir mesafe hareket edecektir. Pusula iğnesi en sık boyanır Mavi renk. Mıknatıslanmış çelikten bir şerittir. Dünya'nın bir manyetik alanı olduğu için pusula her zaman kuzeye yönlendirilir. Bütün gezegen kutuplarıyla büyük bir mıknatıs gibidir.

Manyetik alan insan organları tarafından algılanmaz ve sadece özel cihazlar ve sensörler tarafından algılanabilir. Değişken ve kalıcıdır. Alternatif bir alan genellikle alternatif akım üzerinde çalışan özel indüktörler tarafından oluşturulur. Sabit bir elektrik alan tarafından sabit bir alan oluşturulur.

Tüzük

Çeşitli iletkenler için bir manyetik alan görüntüsü için temel kuralları göz önünde bulundurun.

gimlet kuralı

Kuvvet çizgisi, her noktada kuvvetin çizgiye teğet olarak yönlendirileceği şekilde mevcut yola 90 0'lık bir açıyla yerleştirilmiş bir düzlemde tasvir edilmiştir.

Manyetik kuvvetlerin yönünü belirlemek için, sağdan dişli bir pervazın kuralını hatırlamanız gerekir.

Gırtlak, mevcut vektör ile aynı eksen boyunca konumlandırılmalıdır, kol, çarkın kendi yönünde hareket etmesi için döndürülmelidir. Bu durumda, çizgilerin yönü, pervazın kolu çevrilerek belirlenir.

Halka Gimlet Kuralı

Bir halka şeklinde yapılan iletkendeki pervazın öteleme hareketi, indüksiyonun nasıl yönlendirildiğini gösterir, dönüş akım akışıyla çakışır.

Kuvvet çizgileri mıknatısın içinde devam eder ve açık olamaz.

bir manyetik alan farklı kaynaklar birbiriyle özetledi. Bunu yaparken ortak bir alan yaratırlar.

Kutupları aynı olan mıknatıslar birbirini iterken, kutupları farklı olan mıknatıslar çeker. Etkileşim gücünün değeri, aralarındaki mesafeye bağlıdır. Kutuplar yaklaştıkça kuvvet artar.

Manyetik alan parametreleri

  • Akış zincirleme ( Ψ ).
  • Manyetik indüksiyon vektörü ( AT).
  • Manyetik akı ( F).

Manyetik alanın yoğunluğu, F kuvvetine bağlı olan manyetik indüksiyon vektörünün boyutu ile hesaplanır ve bir uzunluğa sahip bir iletken üzerinden akım I tarafından oluşturulur. l: V \u003d F / (I * l).

Manyetik indüksiyon, manyetizma fenomenini inceleyen ve hesaplama yöntemleriyle ilgilenen bilim adamının onuruna Tesla (Tl) cinsinden ölçülür. 1 T, kuvvet tarafından manyetik akının indüksiyonuna eşittir 1 N uzunluğunda 1m bir açıda düz iletken 90 0 bir amperlik akan akım ile alanın yönüne:

1 T = 1 x H / (A x m).
sol el kuralı

Kural, manyetik indüksiyon vektörünün yönünü bulur.

Sol elin avuç içi manyetik alan çizgileri 90 0'da kuzey kutbundan avuç içine girecek şekilde alana yerleştirilir ve akım boyunca 4 parmak yerleştirilirse, baş parmak manyetik kuvvetin yönünü gösterir.

İletken farklı bir açıda ise, kuvvet doğrudan akıma ve iletkenin bir düzleme dik açıyla izdüşümüne bağlı olacaktır.

Kuvvet, iletken malzemenin tipine ve kesitine bağlı değildir. İletken yoksa ve yükler başka bir ortamda hareket ederse, kuvvet değişmez.

Manyetik alan vektörünün yönü bir büyüklükte bir yönde olduğunda, alana düzgün denir. Farklı ortamlar, indüksiyon vektörünün boyutunu etkiler.

manyetik akı

Belirli bir S alanından geçen ve bu alanla sınırlanan manyetik indüksiyon bir manyetik akıdır.

Alanın indüksiyon çizgisine göre bir α açısında bir eğimi varsa, manyetik akı bu açının kosinüs boyutu kadar küçülür. En büyük değeri, alan manyetik indüksiyona dik açıda olduğunda oluşur:

F \u003d B * S.

Manyetik akı, aşağıdaki gibi bir birimle ölçülür: "weber", değere göre indüksiyon akışına eşittir 1 T alana göre 1 m2.

akı bağlantısı

Bu kavram oluşturmak için kullanılır Genel anlam manyetik kutuplar arasında bulunan belirli sayıda iletkenden oluşturulan manyetik akı.

Aynı akım olduğunda ben n dönüş sayısı ile sargıdan akar, tüm dönüşlerin oluşturduğu toplam manyetik akı, akı bağlantısıdır.

akı bağlantısı Ψ weber cinsinden ölçülür ve şuna eşittir: Ψ = n * F.

Manyetik özellikler

Geçirgenlik, belirli bir ortamdaki manyetik alanın vakumdaki alan indüksiyonundan ne kadar düşük veya yüksek olduğunu belirler. Bir maddenin kendi manyetik alanı varsa manyetize olduğu söylenir. Bir madde manyetik alana yerleştirildiğinde manyetize olur.

Bilim adamları, cisimlerin neden manyetik özellikler kazandığının nedenini belirlediler. Bilim adamlarının hipotezine göre, içinde maddeler var elektrik akımları mikroskobik boyut. Bir elektronun kuantum doğasına sahip kendi manyetik momenti vardır ve atomlarda belirli bir yörünge boyunca hareket eder. Manyetik özellikleri belirleyen bu küçük akımlardır.

Akımlar rastgele hareket ederse, bunların neden olduğu manyetik alanlar kendi kendini dengeler. Dış alan, akımları düzenli hale getirir, böylece bir manyetik alan oluşur. Bu maddenin manyetizasyonudur.

Manyetik alanlarla etkileşim özelliklerine göre çeşitli maddeler bölünebilir.

Gruplara ayrılırlar:

Paramagnetler- düşük manyetizma olasılığı olan, dış alan yönünde manyetizasyon özelliklerine sahip maddeler. Pozitif bir alan gücüne sahiptirler. Bu maddeler arasında demir klorür, manganez, platin vb.
Ferrimagnetler- yön ve değer bakımından dengesiz manyetik momentlere sahip maddeler. Telafi edilmemiş antiferromanyetizmanın varlığı ile karakterize edilirler. Alan gücü ve sıcaklık, manyetik duyarlılıklarını etkiler (çeşitli oksitler).
ferromıknatıslar- yoğunluğa ve sıcaklığa bağlı olarak artan pozitif duyarlılığa sahip maddeler (kobalt, nikel vb. kristalleri).
Diamagnetler- dış alanın zıt yönünde manyetizasyon özelliğine sahip, yani, olumsuz anlam yoğunluktan bağımsız manyetik duyarlılık. Bir alanın yokluğunda, bu madde manyetik özelliklere sahip olmayacaktır. Bu maddeler şunları içerir: gümüş, bizmut, azot, çinko, hidrojen ve diğer maddeler.
Antiferromıknatıslar - dengeli bir manyetik momente sahip olmak, maddenin düşük derecede manyetizasyonuna neden olur. Isıtıldığında, paramanyetik özelliklerin ortaya çıktığı maddenin faz geçişine maruz kalırlar. Sıcaklık belirli bir sınırın altına düştüğünde bu tür özellikler (krom, manganez) görünmez.

Dikkate alınan mıknatıslar ayrıca iki kategoriye daha ayrılır:

Yumuşak manyetik malzemeler . Düşük zorlayıcı güce sahiptirler. Zayıf manyetik alanlarda doygun hale gelebilirler. Mıknatıslanmanın tersine çevrilmesi sürecinde, önemsiz kayıplara sahiptirler. Sonuç olarak, bu tür malzemeler, alternatif voltaj (, jeneratör,) üzerinde çalışan elektrikli cihazların çekirdeklerinin üretimi için kullanılır.
sert manyetik malzemeler. Artan bir zorlayıcı güç değerine sahiptirler. Onları yeniden manyetize etmek için güçlü bir manyetik alan gereklidir. Bu tür malzemeler kalıcı mıknatısların üretiminde kullanılır.

Manyetik özellikler çeşitli maddeler teknik tasarımlarda ve buluşlarda kullanımlarını bulurlar.

manyetik devreler

Birkaç manyetik maddenin birleşimine manyetik devre denir. Bunlar benzerliklerdir ve benzer matematik yasaları tarafından belirlenirler.

Manyetik devreler temelinde elektrikli cihazlar, endüktanslar çalışır. Çalışan bir elektromıknatısta, akış, ferromanyetik bir malzeme ve havadan oluşan, bir ferromanyetik olmayan bir manyetik devreden akar. Bu bileşenlerin kombinasyonu bir manyetik devredir. Birçok elektrikli cihaz, tasarımlarında manyetik devreler içerir.