Een van de basisconcepten die in de natuurkunde worden gebruikt, is het magnetisch veld. Het werkt op bewegende elektrische ladingen. Het is niet waarneembaar en wordt niet door een persoon gevoeld, maar de aanwezigheid ervan kan worden gedetecteerd met behulp van een magneet of een strijkijzer. Het is ook vrij eenvoudig te begrijpen welk magnetisch veld homogeen en inhomogeen wordt genoemd.
Definitie en methoden voor het detecteren van een magnetisch veld
Wanneer we het concept van een magnetisch veld tegenkomen, hebben we een vraag over wat voor soort magnetisch veld het is, of het homogeen of inhomogeen is. Alvorens een dergelijke vraag te beantwoorden, is het noodzakelijk om initiële definities van termen te geven.
Het magnetische veld wordt verondersteld te worden beschouwd als een speciaal soort materie die bestaat in de buurt van bewegende elektrische ladingen, vooral in de buurt van geleiders met stroom. Kan worden gedetecteerd met behulp van een magnetische naald of ijzervijlsel.
Uniform veld
Komt voor binnen de bandmagneet en in de solenoïde, wanneer de lengte veel groter is dan de diameter. In dit geval zullen, volgens de gimlet-regel, de contouren van het magnetische veld tegen de klok in worden gericht.
Magnetische lijnen zijn evenwijdig en recht, de leegte ertussen is altijd hetzelfde, de invloedskracht op de magnetische naald verschilt niet op alle punten in grootte en richting.
Heterogeen veld
In het geval van een inhomogeen veld, zullen de magnetische lijnen worden gebogen, de leegte ertussen zal variëren in grootte, de werkingskracht op de magnetische naald zal verschillen in grootte en richting op verschillende punten in het veld. Ook werkt de kracht die inwerkt op een pijl die in het veld van een stripmagneet is geplaatst op verschillende punten met krachten die in grootte en richting verschillend zijn. Dit wordt een inhomogeen veld genoemd. De lijnen van zo'n veld zijn gekromd, de frequentie varieert van punt tot punt.
Het is mogelijk om dit soort veld te detecteren in de buurt van een rechte geleider met stroom, een staafmagneet en een solenoïde.
Wat zijn magnetische lijnen
Allereerst, wanneer zich een probleem voordoet, moet men bepalen welk soort magnetisch veld, homogeen of inhomogeen, wordt gevormd, men moet leren over magnetische lijnen, uit de vorm waarvan de veldkarakteristiek duidelijk wordt.
Begon magnetische lijnen te gebruiken om het magnetische veld weer te geven. Het zijn denkbeeldige strepen langs een magnetische naald en geplaatst in een magnetisch veld. Het is mogelijk om een magnetische lijn te trekken door elkeveldpunt, het zal richting hebben en altijd dichtbij zijn.
Richting
Ze verlaten de noordpool van de magneet en gaan naar het zuiden. Binnen in de magneet zelf is alles precies het tegenovergestelde. De lijnen zelf hebben geen begin of einde, zijn gesloten of gaan van oneindig naar oneindig.
Buiten de magneet bevinden de lijnen zich zo dicht mogelijk bij de polen. Hieruit wordt duidelijk dat het effect van het veld het sterkst is in de buurt van de polen, en naarmate je verder van de bodem weggaat, verzwakt het. Aangezien de magneetstrips gekromd zijn, verandert ook de richting van de kracht die op de magneetnaald werkt.
Hoe te portretteren
Om te begrijpen hoe homogene magnetische velden verschillen van inhomogene, moet je leren hoe je ze kunt weergeven met behulp van magnetische lijnen.
Men moet rekening houden met het bovenstaande voorbeeld van het optreden van een uniform magnetisch veld in de zogenaamde solenoïde, een cilindrische draadspoel waardoor stroom wordt geleid. Daarbinnen kan het magnetische veld als uniform worden beschouwd, op voorwaarde dat de lengte veel groter is dan de diameter (buiten de spoel zal het veld niet-uniform zijn, de magnetische lijnen zullen zich op dezelfde manier bevinden als in een staafmagneet).
Het uniforme veld bevindt zich ook in het midden van de permanente staafmagneet. In elk beperkt gebied in de ruimte is het ook mogelijk om een uniform magnetisch veld te reproduceren, waarin de krachten die op de gemagnetiseerde naald werken in grootte en richting dezelfde zullen zijn.
Gebruik het volgende voorbeeld om een magnetisch veld weer te geven. Als de lijnen zich bevindenloodrecht op het tekenvlak en zijn gericht vanuit de kijker, dan worden ze afgebeeld met kruisen, indien op de kijker - met stippen. Net als bij de stroming is elk kruis als het ware de zichtbare staart van een pijl die van de toeschouwer vliegt, en de punt is scherper dan de pijl die naar ons toe vliegt.
Ook aan de eis "Teken een uniform en niet-uniform magnetisch veld" wordt gemakkelijk voldaan. Teken eenvoudig deze magnetische lijnen, rekening houdend met de eigenschappen van het veld (uniformiteit en inhomogeniteit).
Het bestaan van inhomogene velden bemoeilijkt de taak echter enorm. In dit geval is het onwaarschijnlijk dat er een fysiek resultaat wordt verkregen met behulp van de algemene vergelijking.
Verschillen
Het antwoord op de vraag hoe homogene magnetische velden verschillen van inhomogene, is vrij eenvoudig te geven. Allereerst hangt het af van de magnetische lijnen. In het geval van een uniform veld, zal de afstand tussen hen hetzelfde zijn en zullen ze gelijkmatig verdeeld zijn, met dezelfde kracht die op elk punt op de instrumenten inwerkt. Voor inhomogene velden is alles precies het tegenovergestelde. De lijnen zijn ongelijk geplaatst, op verschillende plaatsen werken ze met ongelijke kracht op apparaten.
In de praktijk komt een inhomogeen veld vrij vaak voor, wat ook moet worden onthouden, omdat uniforme velden alleen kunnen voorkomen in een object, zoals een magneet of een solenoïde. Buitenwaarnemingen zullen heterogeniteit oplossen.
Velddetectie
Begrepen wat uniforme en inhomogene magnetische velden zijn en ze definiërennadat ze zijn gedemonteerd, moet je uitzoeken hoe je ze kunt vinden.
De eenvoudigste hiervoor is het experiment van Oersted. Het bestaat uit het gebruik van een magnetische naald, die helpt om het bestaan van een elektrische stroom te bepalen. Zodra de stroom langs de geleider beweegt, zal de nabijgelegen pijl bewegen, vanwege het feit dat er uniforme en niet-uniforme magnetische velden zijn.
Interactie van geleiders met stroom
Elke geleider met stroom heeft zijn eigen magnetische veld, dat met een bepaalde kracht inwerkt op de dichtstbijzijnde. Afhankelijk van de richting van de stroom zullen de geleiders elkaar aantrekken of afstoten. Velden die uit verschillende bronnen komen, tellen op en vormen één enkel resulterend veld.
Hoe ze zijn gemaakt en waarom
Voorbeelden van uniforme en niet-uniforme magnetische velden die in kathodestraalapparaten worden gebruikt, worden gecreëerd door spoelen die stroom doorlaten. Om de vereiste vorm van het magnetische veld te verkrijgen, worden planktips en magnetische schermen gebruikt, gemaakt van materialen met een sterke magnetische permeabiliteit.
De invloed van inhomogene magnetische velden kan het verloop van onomkeerbare fysische en chemische verschijnselen veranderen, meestal een heterogeen proces. Het verschijnen van turbulente diffusie leidt tot een toename met verschillende grootteordes in de snelheid van gasbeweging van elke vloeistof naar het oppervlak in de vormmicrobellen. Het effect van lokale uitdroging van ionen en deeltjes is te wijten aan de intensivering van het microkristallisatieproces. In stromende media kunnen hoogenergetische reacties vrije radicalen, atomaire zuurstof, peroxiden en stikstofverbindingen creëren. Er treedt stolling op en er verschijnen producten die zijn veroorzaakt door erosieve vernietiging in de vloeistof.
Tijdens hydrodynamische cavitatie bemoeilijkt de grote omvang van de opkomende bellen en cavernes hun meesleuren door vloeistof uit het gebied met lage druk naar het gebied met hogere druk, waar de bellen instorten. Tijdens het instorten van een kleine bel is er een laag luchtgeh alte en treedt er een sterke chemische reactie op, vergelijkbaar met een plasmaontlading. De aanwezigheid van inhomogene magnetische velden leidt tot de instabiliteit van holtes, hun desintegratie en het verschijnen van kleinschalige wervelingen en bellen. Aangezien de druk in het midden van zo'n vortex wordt verlaagd, worden kleine gasbelletjes omgezet.
Houd er bij het meten van inductie in een niet-uniform magnetisch veld rekening mee dat de Hall-spanning evenredig is met de gemiddelde waarde van de veldinductie binnen het gebied dat wordt begrensd door het oppervlak van de transducer.
Om paraxiale bundels te focusseren, worden ook niet-uniforme magnetische velden gebruikt, gevormd door korte spoelen, die meerlagige solenoïdes zijn, waarvan de lengte evenredig is met hun diameter. Een elektron dat zo'n veld binnenkomt, is onderhevig aan krachten die van richting veranderen. Een elektron onder invloed van zo'n kracht nadert de as van de lens, terwijl het vlak waarin zijn baan zich bevindtbuigt. Het elektron beweegt langs een spiraalsegment dat de as van de lens op een bepaald punt snijdt.
De ruimtelijke toenamefactor wordt veroorzaakt door de ruimtelijke verspreiding van inhomogene velden op het grondgebied van een heterogeen systeem dat met vloeistof wordt weggespoeld. Om de populatie-inversie van de niveaus door de scheidingsmethode te verkrijgen, worden niet-uniforme velden gebruikt die door een multibandmagneet worden gecreëerd. De vorm van de polen is vergelijkbaar met de staven in de vierpolige condensator van een op ammoniak gebaseerde moleculaire generator.
Gebruikt
De magnetische-volgordemethode voor foutdetectie is gebaseerd op de tractie van magnetische deeltjes door de krachten van inhomogene velden die boven de defecten verschijnen. De ophoping van een dergelijk poeder bepa alt de aanwezigheid van een defect, de grootte en de positie op het te controleren onderdeel.
Een klein splitsingseffect wordt beschouwd als een belangrijk nadeel van de moleculaire bundelmethode waarbij sterke inhomogene magnetische velden worden gebruikt. Er is een eenvoudige en schijnbaar onwaarschijnlijke methode om dit effect te vergroten. Het bestaat uit het aanleggen van een licht extern magnetisch veld. Dit laatste zal het mogelijk maken om het toepassingsgebied van nucleaire precessie-magnetometers te vergroten naar niet-uniforme magnetische velden.
Het voordeel van deze methode is de hoge resolutie, die het mogelijk maakt om niet-uniforme magnetische velden te detecteren die evenredig zijn met de grootte van de deeltjes van de magnetische laag van de band, evenals de mogelijkheid om schade op te sporen op complexe oppervlakken en in nauwe openingen.
De nadelen zijnde behoefte aan secundaire verwerking van informatie, alleen deeltjes van magnetische velden langs de band zijn gefixeerd, de complexiteit van demagnetisatie en behoud van de band, en het is noodzakelijk om de invloed van externe magnetische velden te voorkomen.
Uniforme en inhomogene magnetische velden komen vrij veel voor, ondanks het feit dat ze onzichtbaar zijn voor de gemiddelde leek. Voorbeelden van uniforme en niet-uniforme magnetische velden zijn te vinden in staafmagneten en solenoïdes. Tegelijkertijd kun je ze opmerken met een simpele magnetische naald of ijzervijlsel.
