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 alan – özel çeşitÖnemli olmak. Hareket halindeyken kendini gösterir elektrik ücretleri ve kendi manyetik momentine sahip cisimler (kalıcı mıknatıslar).
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 güç manyetik çizgiler . Kuvvet çizgileri sürekli ve kapalıdır ve yönleri her zaman alan kuvvetlerinin yönü ile çakışır. etrafında ise kalıcı mıknatıs saçılan metal talaşları, metal parçacıkları 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 neyse o. elektrik, bir manyetik alan oluşturur. 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 hareket ettirirken çevirmek, manyetik alanın yönünün farklı noktalar boşluk değişmez.
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 kutupları. 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:
Birim manyetik akı- Weber (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.
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. Görünür fiziksel dünyada bizimle birlikte özel bir madde türü var - bir 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 fenomene elektromanyetik indüksiyon denir ve şu anda birincil elde etmenin ana yoludur. 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. Daha öte manyetik fenomen Lorentz, Maxwell, Ampère, Einstein, vb. gibi ünlü bilim adamları tarafından incelenmiştir.
1. Bir elektrik alanının yanı sıra bir manyetik alanın özelliklerinin açıklaması, bu alanın sözde kuvvet çizgileri dikkate alınarak genellikle büyük ölçüde kolaylaştırılır. Tanım olarak, manyetik alan çizgileri, alanın her noktasındaki teğetlerin yönü, aynı noktadaki alan kuvvetinin yönü ile çakışan çizgilerdir. Bu doğruların diferansiyel denklemi açıkça (10.3) form denklemine sahip olacaktır]
Elektrik çizgileri gibi manyetik kuvvet çizgileri, genellikle, alanın herhangi bir bölümünde, kendilerine dik olan birim yüzey alanını geçen çizgilerin sayısı, mümkünse, orantılı olacak şekilde çizilir. bu alandaki alan kuvveti; ancak aşağıda göreceğimiz gibi, bu gereklilik hiçbir şekilde her zaman mümkün değildir.
2 (3.6) denklemine göre
§ 10'da şu sonuca vardık: elektrik kuvvet çizgileri, yalnızca elektrik yüklerinin bulunduğu alandaki noktalarda başlayabilir veya bitebilir. Gauss teoremini (17) manyetik vektör akısına uygulayarak, denklem (47.1) temelinde elde ederiz.
Böylece, bir elektrik vektörünün akışının aksine, bir manyetik vektörün keyfi bir kapalı yüzeyden akışı her zaman sıfıra eşittir. Bu konum, elektrik yüklerine benzer manyetik yüklerin olmadığı gerçeğinin matematiksel bir ifadesidir: manyetik alan manyetik yükler tarafından değil, elektrik yüklerinin (yani akımlar) hareketiyle uyarılır. Bu konuma dayanarak ve (53.2) denklemini (3.6) denklemi ile karşılaştırarak, § 10'da verilen mantıkla, alanın herhangi bir noktasındaki manyetik kuvvet çizgilerinin ne başlayabileceğini ne de bitebileceğini doğrulamak kolaydır.
3. Bu durumdan, genellikle, manyetik kuvvet çizgilerinin, elektrik hatlarından farklı olarak, kapalı hatlar olması veya sonsuzdan sonsuza gitmesi gerektiği sonucuna varılır.
Aslında bu iki durum da mümkündür. § 42'deki problem 25'i çözmenin sonuçlarına göre, sonsuz bir doğrusal akım alanındaki kuvvet çizgileri, akıma dik olan ve mevcut eksende ortalanmış dairelerdir. Öte yandan (bkz. Problem 26), dairesel bir akım alanındaki manyetik vektörün yönü, akımın ekseni üzerinde bulunan tüm noktalarda bu eksenin yönü ile çakışmaktadır. Böylece dairesel akımın ekseni, sonsuzdan sonsuza giden kuvvet çizgisiyle çakışır; Şekil l'de gösterilen çizim. 53, meridyen düzlemi tarafından dairesel akımın bir bölümüdür (yani, düzlem
akımın düzlemine dik ve merkezinden geçen), kesikli çizgilerin bu akımın kuvvet çizgilerini gösterdiği
Bununla birlikte, her zaman dikkat çekmeyen üçüncü bir durum da mümkündür, yani: bir kuvvet çizgisinin ne başı ne de sonu olabilir ve aynı zamanda kapanmayabilir ve sonsuzdan sonsuza gitmeyebilir. Bu durum, kuvvet çizgisi belirli bir yüzeyi doldurursa ve dahası matematiksel bir terim kullanarak onu her yerde yoğun bir şekilde doldurursa gerçekleşir. Bunu açıklamanın en kolay yolu belirli bir örnekle.
4. İki akımın alanını düşünün - dairesel bir düz akım ve akım ekseni boyunca akan sonsuz bir doğrusal akım (Şekil 54). Sadece bir akım olsaydı, bu akımın alanının alan çizgileri meridyen düzlemlerinde uzanır ve önceki şekilde gösterilen forma sahip olurdu. Şekil 2'de gösterilen bu çizgilerden birini düşünün. 54 kesikli çizgi. Meridyonel düzlemin eksen etrafında döndürülmesiyle elde edilebilen buna benzer tüm doğrular kümesi, belirli bir halkanın veya simitin yüzeyini oluşturur (Şek. 55).
Doğrusal akım alanının kuvvet çizgileri eşmerkezli dairelerdir. Dolayısıyla yüzeyin her noktasında hem ve hem de bu yüzeye teğet; bu nedenle, ortaya çıkan alanın yoğunluk vektörü de ona teğettir. Bu, yüzeyin bir noktasından geçen alanın her bir kuvvet çizgisinin tüm noktaları ile bu yüzey üzerinde olması gerektiği anlamına gelir. Bu çizgi açıkça bir sarmal olacak
simitin yüzeyi Bu sarmalın seyri, akımların kuvvetinin oranına ve yüzeyin konumuna ve şekline bağlı olacaktır.Bu sarmalın, yalnızca bu koşulların belirli belirli bir seçimi altında kapanacağı açıktır; Genel olarak, hat devam ettiğinde, önceki dönüşler arasında yeni dönüşler olacaktır. Çizgi süresiz olarak devam edildiğinde, geçtiği herhangi bir noktaya istediği kadar yaklaşacak, ancak bir daha asla geri dönmeyecek. Ve bu, açık kalırken, bu çizginin simit yüzeyini her yerde yoğun bir şekilde dolduracağı anlamına gelir.
5. Kapalı olmayan kuvvet çizgilerinin varlığının olasılığını kesin olarak kanıtlamak için, torus y'nin (meridyonel düzlemin azimutu) ve (meridyonel düzlemde, tepe noktasında bulunan meridyen düzlemindeki kutupsal açı) yüzeyine ortogonal eğrisel koordinatlar ekleriz. bu düzlemin halkanın ekseni ile kesişimi - Şek. 54).
Torus yüzeyindeki alan kuvveti, vektör bu açının artış (veya azalma) yönünde ve vektör ise açının artış (veya azalma) yönünde yönlendirilmiş olarak yalnızca bir açının bir fonksiyonudur. Yüzeyin belirli bir noktasının simitin merkez çizgisinden uzaklığı olsun, dikey eksenden uzaklığı Görülmesi kolay olduğu gibi, üzerinde yatan çizginin uzunluğunun elemanı formülle ifade edilir.
Buna göre diferansiyel denklem kuvvet çizgileri [bkz. denklemi (53.1)] yüzeyindeki şeklini alır
Akımların gücüyle orantılı ve bütünleşik olduklarını göz önünde bulundurarak,
'den bağımsız bir açı fonksiyonu nerede?
Çizginin kapanması, yani başlangıç noktasına dönmesi için, çizginin simit etrafındaki dönüşlerinin belirli bir tam sayısının, dikey eksen etrafındaki dönüşlerinin tam sayısına karşılık gelmesi gerekir. Başka bir deyişle, bu tür iki nm tamsayısının bulunmasının mümkün olması gerekir, böylece by açısındaki bir artış, by açısındaki bir artışa tekabül eder.
Şimdi integralin ne olduğunu hesaba katalım. periyodik fonksiyon noktalı açı Bilindiği gibi, integral
Genel durumda bir periyodik fonksiyonun tanımı, bir periyodik fonksiyon ile bir lineer fonksiyonun toplamıdır. Anlamına geliyor,
K'nin bir miktar sabit olduğu yerde, periyodu olan bir fonksiyon vardır.
Bunu önceki denkleme dahil ederek, simit yüzeyindeki kuvvet çizgilerinin kapanması için koşulu elde ederiz.
Burada K, bağımsız bir niceliktir. Bu koşulu sağlayan iki tam sayının ancak - K değeri bir rasyonel sayı (tamsayı veya kesirli) ise bulunabileceği açıktır; bu sadece akımların kuvvetleri arasındaki belirli bir oran için gerçekleşecektir Genel olarak konuşursak, - K irrasyonel bir miktar olacak ve bu nedenle incelenen torus yüzeyindeki kuvvet çizgileri açık olacaktır. Bununla birlikte, bu durumda, her zaman bir tamsayı seçebilirsiniz, öyle ki - bazı tamsayılardan keyfi olarak çok az farklılık gösterir Bu, yeterli sayıda devirden sonra açık bir kuvvet çizgisinin herhangi bir noktaya istediğiniz kadar yaklaşacağı anlamına gelir. alan bir kez geçti. Benzer şekilde, bu çizginin yeterli sayıda dönüşten sonra yüzeyde önceden belirlenmiş herhangi bir noktaya istendiği kadar yaklaşacağı gösterilebilir ve bu, tanım gereği, bu yüzeyi her yerde yoğun bir şekilde doldurduğu anlamına gelir.
6. Her yerde belirli bir yüzeyi yoğun bir şekilde dolduran kapalı olmayan manyetik kuvvet çizgilerinin varlığı, açık bir şekilde, kesin olarak doğru bir şekilde yapılmasını imkansız kılmaktadır. grafik görüntü bu çizgilerle alanlar. Özellikle, kendilerine dik bir birim alanı geçen doğruların sayısının bu alandaki alan kuvvetiyle orantılı olması gerekliliğini karşılamak her zaman mümkün değildir. Yani, örneğin, az önce ele alınan durumda, aynı açık hat sonsuz sayı zaman, halkanın yüzeyiyle kesişen herhangi bir uç noktayla kesişir
Bununla birlikte, durum tespiti ile, kuvvet çizgileri kavramının kullanımı, yaklaşık olmakla birlikte, bir manyetik alanı tanımlamanın yine de uygun ve açıklayıcı bir yoludur.
7. (47.5) denklemine göre, akımları kapsamayan eğri boyunca manyetik alan vektörünün sirkülasyonu sıfıra, akımları kapsayan eğri boyunca sirkülasyon ise kapsanan akımların kuvvetlerinin toplamına eşittir. (uygun işaretlerle çekilmiştir). Vektörün alan çizgisi boyunca dolaşımı sıfıra eşit olamaz (alan çizgisinin uzunluk elemanı ile vektörün paralelliğinden dolayı, değer esasen pozitiftir). Bu nedenle, her kapalı manyetik alan çizgisi, akım taşıyan iletkenlerden en az birini kapsamalıdır. Ayrıca, bir yüzeyi yoğun bir şekilde dolduran açık kuvvet çizgileri (sonsuzdan sonsuza gitmedikçe) akımların etrafında da dolanmalıdır.Gerçekten, böyle bir çizginin neredeyse kapalı bir dönüşü üzerindeki vektör integrali esasen pozitiftir. Bu nedenle, bu bobinden keyfi olarak küçük bir parça kapatarak elde edilen kapalı kontur boyunca sirkülasyon sıfır değildir. Bu nedenle, bu devre akım tarafından delinmelidir.
Böylece, akımlı dairesel bir bobinin ekseni üzerindeki manyetik alan indüksiyonu, bobinin merkezinden eksen üzerindeki bir noktaya olan mesafenin üçüncü kuvvetiyle ters orantılı olarak azalır. Bobinin eksenindeki manyetik indüksiyon vektörü eksene paraleldir. Yönü sağ vida kullanılarak belirlenebilir: Sağ vidayı bobinin eksenine paralel olarak yönlendirirseniz ve bobindeki akım yönünde döndürürseniz, vidanın öteleme hareketinin yönü yönü gösterecektir. manyetik indüksiyon vektörünün.
3.5 Manyetik alan çizgileri
Elektrostatik alan gibi manyetik alan, manyetik alan çizgileri kullanılarak uygun şekilde grafiksel biçimde temsil edilir.
Manyetik alanın kuvvet çizgisi, teğeti her noktada manyetik indüksiyon vektörünün yönü ile çakışan bir çizgidir.
Manyetik alanın kuvvet çizgileri, yoğunlukları manyetik indüksiyonun büyüklüğü ile orantılı olacak şekilde çizilir: belirli bir noktada manyetik indüksiyon ne kadar büyükse, kuvvet çizgilerinin yoğunluğu da o kadar büyük olur.
Bu nedenle, manyetik alan çizgileri elektrostatik alan çizgilerine benzer.
Ancak, onların da bazı özellikleri var.
I akımı olan düz bir iletken tarafından oluşturulan bir manyetik alanı düşünün.
Bu iletken şeklin düzlemine dik olsun.
İletkenden aynı uzaklıkta bulunan farklı noktalarda, indüksiyon büyüklük olarak aynıdır.
vektör yönü AT şekilde gösterilen farklı noktalarda.
Teğeti manyetik indüksiyon vektörünün yönü ile çakışan çizgi bir dairedir.
Bu nedenle, bu durumda manyetik alan çizgileri, iletkeni çevreleyen dairelerdir. Tüm kuvvet çizgilerinin merkezleri iletken üzerinde bulunur.
Böylece, manyetik alanın kuvvet çizgileri kapalıdır (bir elektrostatik alanın kuvvet çizgileri kapatılamaz, yükler üzerinde başlar ve biter).
Bu nedenle manyetik alan girdap(kuvvet çizgileri kapalı olan sözde alanlar).
Kuvvet çizgilerinin kapalılığı, manyetik alanın bir başka çok önemli özelliği anlamına gelir - doğada, belirli bir polariteye sahip bir manyetik alanın kaynağı olacak (en azından henüz keşfedilmemiş) manyetik yükler yoktur.
Bu nedenle, bir mıknatısın ayrı ayrı kuzey veya güney manyetik kutbu yoktur.
Yarısında kalıcı bir mıknatıs görseniz bile, her birinin her iki kutbuna sahip iki mıknatıs elde edersiniz.
3.6. Lorentz kuvveti
Manyetik alanda hareket eden bir yüke bir kuvvetin etki ettiği deneysel olarak tespit edilmiştir. Bu kuvvete Lorentz kuvveti denir:
.
Lorentz kuvvet modülü
|
|
,
a vektörler arasındaki açıdır v ve B .
Lorentz kuvvetinin yönü vektörün yönüne bağlıdır. Sağ vida kuralı veya sol el kuralı kullanılarak belirlenebilir. Ancak Lorentz kuvvetinin yönü, vektörün yönü ile mutlaka çakışmaz!
Mesele şu ki, Lorentz kuvveti vektörün çarpımının sonucuna eşittir [ v , AT ] bir skalere q. Yük pozitifse, o zaman F ben vektöre paraleldir [ v , AT ]. Eğer q< 0, то сила Лоренца противоположна направлению вектора [v , AT ] (şekle bakın).
Yüklü bir parçacık manyetik alan çizgilerine paralel hareket ederse, hız ve manyetik indüksiyon vektörleri arasındaki a açısı sıfıra eşittir. Bu nedenle, Lorentz kuvveti böyle bir yüke etki etmez (sin 0 = 0, F l = 0).
Yük, manyetik alan çizgilerine dik hareket ederse, hız ile manyetik indüksiyon vektörleri arasındaki a açısı 90 0 olur. Bu durumda, Lorentz kuvveti mümkün olan maksimum değere sahiptir: F l = q v B.
Lorentz kuvveti her zaman yükün hızına diktir. Bu, Lorentz kuvvetinin hareket hızının büyüklüğünü değiştiremeyeceği, yönünü değiştirdiği anlamına gelir.
Bu nedenle, düzgün bir manyetik alanda, kuvvet çizgilerine dik bir manyetik alana akan bir yük bir daire içinde hareket edecektir.
Yüke yalnızca Lorentz kuvveti etki ediyorsa, yükün hareketi Newton'un ikinci yasası temelinde derlenen aşağıdaki denkleme uyar: anne = F l.
Lorentz kuvveti hıza dik olduğundan, yüklü bir parçacığın ivmesi merkezcildir (normal): (burada R yüklü parçacık yörüngesinin eğrilik yarıçapıdır).