สนามแม่เหล็กคืออะไร?

สนามแม่เหล็กเป็นสนามทางกายภาพที่มองไม่เห็นที่เกิดจากการเคลื่อนย้ายประจุไฟฟ้าวัสดุแม่เหล็กหรือการเปลี่ยนสนามไฟฟ้าซึ่งสามารถใช้แรงบนวัสดุแม่เหล็กหรือเคลื่อนที่ค่าไฟฟ้า มันเป็นสนามเวกเตอร์ที่มีขนาดและทิศทางและมักจะวัดในแง่ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กรอบ ๆ แม่เหล็กดึงดูดการยื่นเหล็กในขณะที่สนามแม่เหล็กรอบ ๆ สายไฟปัจจุบันสามารถเบี่ยงเบนเข็มเข็มทิศได้ สนามแม่เหล็กเกี่ยวข้องกับสนามไฟฟ้าและสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงสามารถสร้างสนามแม่เหล็ก (สมการของแมกซ์เวล) และในทางกลับกันซึ่งเป็นหนึ่งในรากฐานหลักของปรากฏการณ์แม่เหล็กไฟฟ้า

ต้นกำเนิดของสนามแม่เหล็ก

สนามแม่เหล็กเป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าหรือสนามไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ที่มาของสนามแม่เหล็กเป็นหัวข้อสำคัญของการวิจัยสำหรับนักวิทยาศาสตร์เสมอ มันเกี่ยวข้องกับความเข้าใจของเราเกี่ยวกับโลกทางกายภาพและสามารถเข้าใจได้ทั้งในระดับกล้องจุลทรรศน์และขนาดมหึมา

ระดับจุลภาค

สนามแม่เหล็กเกิดจากการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุและคุณสมบัติเชิงกลควอนตัมที่ระดับกล้องจุลทรรศน์ ควอนตัมอิเล็กโทรดนิกส์แสดงให้เห็นว่าการหมุนของอนุภาคที่มีประจุจะสร้างช่วงเวลาแม่เหล็กด้วยกล้องจุลทรรศน์ เมื่อช่วงเวลาแม่เหล็กเหล่านี้ได้รับคำสั่งในวัสดุวัสดุจะแสดงแม่เหล็กขนาดมหึมา นอกจากนี้การเคลื่อนที่ทิศทางของอิเล็กตรอนอิสระในตัวนำจะสร้างสนามแม่เหล็กที่ล้อมรอบตามกฎหมาย Biot-Savart ในระดับที่ลึกกว่าสนามแม่เหล็กเป็นส่วนหนึ่งของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและพร้อมกับสนามไฟฟ้ามันจะเป็นคำอธิบายเทนเซอร์ของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

ระดับมหภาค

สนามแม่เหล็กเป็นสนามเวกเตอร์ที่มีทิศทางและขนาดและการกระจายของมันสามารถอธิบายได้ด้วยเส้นฟลักซ์แม่เหล็ก สนามแม่เหล็กของโลกเป็นสนามแม่เหล็กขนาดมหึมาทั่วไปซึ่งมีต้นกำเนิดมาจากการพาความร้อนของโลหะผสมเหล็กกล้าเหล็กเหลวในแกนกลางของโลก ในฟิสิกส์ดาราศาสตร์สนามแม่เหล็กที่ซับซ้อนจะเกิดขึ้นจากการแยกและการหมุนของพลาสมาประจุ ในด้านวิศวกรรมสามารถสร้างสนามแม่เหล็กที่เฉพาะเจาะจงได้โดยการจัดเรียงคอยล์โซลินอยด์หรือแม่เหล็กถาวร สนามแม่เหล็กขนาดมหึมาเหล่านี้ล้วนเป็นไปตามกฎแม่เหล็กไฟฟ้าแบบคลาสสิกของสมการของแมกซ์เวล

สนามแม่เหล็กคืออะไร?

มีพลังที่มองไม่เห็น แต่ถูกซ่อนอยู่ในโลกรอบตัวเรา -มันสามารถทำให้เข็มทิศชี้ไปทางทิศเหนือทำให้มอเตอร์ไฟฟ้าหมุนอย่างรวดเร็วและปกป้องชีวิตบนโลกจากการแผ่รังสีจักรวาล พลังเวทย์มนตร์นี้มาจากสนามแม่เหล็ก

ความหมายของสนามแม่เหล็ก

สนามแม่เหล็กเป็นสนามกายภาพพิเศษที่มีอยู่รอบ ๆ แม่เหล็กหรือถูกสร้างขึ้นเมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านตัวนำ มันสามารถใช้แรงบนแม่เหล็กอื่น ๆ หรือเคลื่อนที่ค่าไฟฟ้า

คุณสมบัติพื้นฐานของสนามแม่เหล็ก

1. ผลกระทบที่แข็งแกร่งต่อแม่เหล็กและกระแสไฟฟ้า

คุณลักษณะที่โดดเด่นที่สุดของสนามแม่เหล็กคือมันสามารถใช้แรง แม่เหล็กสองตัวจะดึงดูดหรือขับไล่ซึ่งกันและกันเมื่ออยู่ใกล้กันลวดที่พกพาในปัจจุบันจะดำเนินการโดยแรงแอมป์ในสนามแม่เหล็กและมอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำงานบนหลักการนี้

2. ทิศทางของMเกี่ยวกับการดื่มสุราField

สนามแม่เหล็กเป็นทิศทางและมักจะอธิบายโดยเส้นฟลักซ์แม่เหล็ก ทิศทางแทนเจนต์ของเส้นฟลักซ์แม่เหล็กบ่งบอกถึงทิศทางของสนามแม่เหล็ก ณ จุดนั้นในขณะที่ความหนาแน่นของเส้นฟลักซ์แม่เหล็กสะท้อนความแข็งแรงของสนามแม่เหล็ก เส้นฟลักซ์แม่เหล็กของแม่เหล็กแท่งเริ่มต้นจากขั้ว N และกลับไปที่ขั้ว S

3. การซบเซาMเกี่ยวกับการดื่มสุราFields

หากมีแหล่งที่มาของสนามแม่เหล็กหลายแห่งในอวกาศสนามแม่เหล็กที่พวกเขาสร้างขึ้นจะซ้อนทับกันเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กรวมกัน คุณสมบัตินี้ช่วยให้เราสามารถคำนวณการกระจายสนามแม่เหล็กของระบบแม่เหล็กไฟฟ้าที่ซับซ้อน

สนามแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นอย่างไร?

การสร้างสนามแม่เหล็กเป็นปรากฏการณ์ที่สำคัญในฟิสิกส์ซึ่งเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับการเคลื่อนไหวของค่าไฟฟ้า ต้นกำเนิดของสนามแม่เหล็กสามารถย้อนกลับไปที่การเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้า ไม่ว่าจะเป็นการเคลื่อนที่ของอนุภาคกล้องจุลทรรศน์หรือการไหลของกระแสไฟฟ้าขนาดมหึมาก็สามารถกระตุ้นสนามแม่เหล็ก

กระแสไฟฟ้าสร้างสนามแม่เหล็ก

เกี่ยวกับแม่เหล็ก ฟิลด์ของกระแสเชิงเส้น:  สนามแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นรอบตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้า ทิศทางของมันเป็นไปตามกฎสกรูมือขวา สายแม่เหล็กของแรงเป็นวงกลมศูนย์กลาง ยิ่งเข้าใกล้ตัวนำยิ่งสนามแม่เหล็กแข็งแกร่งขึ้นเท่านั้น สูตรความเข้มคือ b =2 πrμ 0 i

แม่เหล็กเขตข้อมูลวงกลมกระแส:  คล้ายกับแม่เหล็กบาร์สนามแม่เหล็กแกนกลางอยู่ตามทิศทางแกนและความเข้มสามารถแก้ไขได้โดยการรวมกฎของ Biot-Savart ซึ่งมักใช้สำหรับการโฟกัสลำแสงอิเล็กตรอน

สนามแม่เหล็กของกระแสโซลินอยด์:  เมื่อโซลินอยด์ได้รับพลังงานสนามแม่เหล็กภายในนั้นแข็งแกร่งและสม่ำเสมอและทิศทางอยู่ตามแกน สูตรความแข็งแรงคือ b {{0}} μ0ni มันถูกใช้อย่างกว้างขวางในแม่เหล็กไฟฟ้าและอุปกรณ์อื่น ๆ เพื่อดึงดูดวัสดุ ferromagnetic เพื่อควบคุมอุปกรณ์เครื่องจักรกล

วัสดุแม่เหล็กสร้างสนามแม่เหล็ก

เป็นธรรมชาติmเกี่ยวกับการดื่มสุราmAterials:โลกเป็นแม่เหล็กขนาดใหญ่และสนามแม่เหล็กส่วนใหญ่เกิดจากกระแสแกนนอกของเหลวซึ่งมีบทบาทสำคัญในการอพยพทางชีวภาพและการป้องกันรังสีจักรวาล Magnetite เป็นวัสดุแม่เหล็กธรรมชาติที่มีปรากฏการณ์การสะกดจิตที่เกิดขึ้นเองซึ่งใช้สำหรับการนำทางเข็มทิศในสมัยโบราณ

เทียมmเกี่ยวกับการดื่มสุราmAterials:  แม่เหล็กถาวรเช่นNeodymium Iron Boron Magnetsซึ่งทำโดยการเผาที่อุณหภูมิสูงและกระบวนการอื่น ๆ เพื่อจัดตำแหน่งช่วงเวลาแม่เหล็กและสร้างสนามแม่เหล็กที่เสถียร

การเปลี่ยนสนามไฟฟ้าสร้างสนามแม่เหล็ก

Maxwell-FaradaylAW:การเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กในวงจรปิดสร้างแรงไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้น หม้อแปลงใช้กระแสสลับของขดลวดหลักเพื่อสร้างสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงและขดลวดทุติยภูมิทำให้เกิดแรงไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าเพื่อให้ได้การแปลงแรงดันไฟฟ้า

การแพร่กระจายของeแม่เหล็กwAves:  คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแพร่กระจายในอวกาศโดยการทำงานร่วมกันของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่แปรผันตามเวลาและแพร่กระจายในสุญญากาศที่ความเร็วแสง คลื่นวิทยุถูกสร้างขึ้นโดยกระแสที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วในเสาอากาศส่งสัญญาณทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กซึ่งมีปฏิสัมพันธ์และแพร่กระจายไปยังสถานที่ห่างไกล

เราจะวัดสนามแม่เหล็กได้อย่างไร?

มีหลายวิธีในการวัดสนามแม่เหล็ก ต่อไปนี้เป็นเทคนิคการวัดสนามแม่เหล็กทั่วไป

ใช้เครื่องวัด magnetometer

Magnetometer เป็นเครื่องมือที่ใช้โดยเฉพาะในการวัดความแรงของสนามแม่เหล็ก มันตรวจพบผลกระทบของสนามแม่เหล็กที่มีต่อตัวพาประจุในตัวนำกระแสไฟฟ้าหรือเซมิคอนดักเตอร์สร้างแรงดันฮอลล์สัดส่วนกับความแรงของสนามแม่เหล็กและคำนวณความแรงของสนามแม่เหล็ก เครื่องมือนี้ใช้งานง่ายและมีความแม่นยำในการวัดสูง

ใช้เครื่องวัดฟลักซ์

ฟลักซ์มิเตอร์ขึ้นอยู่กับกฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของฟาราเดย์ มันวัดการไหลของแม่เหล็กทางอ้อมโดยการตรวจจับแรงไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำให้เกิดของขดลวดแล้วกำหนดการกระจายสนามแม่เหล็ก มันมักจะใช้ในการวัดความสม่ำเสมอของสนามแม่เหล็กตรวจจับการกระจายสนามแม่เหล็กและศึกษาลักษณะของวัสดุแม่เหล็ก

อิเล็กตรอนBเสียงดังDการออกเสียงMethod (Suitable สำหรับSเฉพาะEสภาพแวดล้อมSuch เป็นLชาวอะบอเรตส์)

การโก่งตัวของลำแสงอิเล็กตรอนเป็นวิธีการวัดสนามแม่เหล็กที่มีความแม่นยำสูงในห้องปฏิบัติการ หลักการของมันคือการใช้แรง Lorentz ของสนามแม่เหล็กบนอิเล็กตรอนเพื่อเบี่ยงเบนลำแสงอิเล็กตรอน ความแรงของสนามแม่เหล็กถูกคำนวณโดยการวัดมุมการโก่งตัวและพารามิเตอร์ที่รู้จักเช่นความเร็วอิเล็กตรอน

อะไรเป็นปัจจัยที่มีผลต่อสนามแม่เหล็ก?

ปัจจัยที่มีผลต่อสนามแม่เหล็กส่วนใหญ่รวมถึงสิ่งต่อไปนี้:

ปัจจัยปัจจุบัน

ขนาดของกระแสเป็นสัดส่วนกับความแข็งแรงของสนามแม่เหล็ก เมื่อกระแสในโซลินอยด์เพิ่มขึ้นสนามแม่เหล็กและความสามารถในการดูดซับจะเพิ่มขึ้น เมื่อทิศทางของกระแสเปลี่ยนทิศทางของสนามแม่เหล็กก็เปลี่ยนไปซึ่งสามารถเปลี่ยนทิศทางของขั้วแม่เหล็กของแม่เหล็กไฟฟ้าได้ เส้นทางปัจจุบันมีผลต่อการกระจายของสนามแม่เหล็ก กระแสตรงสร้างสนามแม่เหล็กศูนย์กลางและกระแสวงกลมจะสร้างสนามแม่เหล็กตามแนวแกนบนแกน ความแข็งแรงของมันเกี่ยวข้องกับกระแสและรัศมี

วัสดุแม่เหล็ก

ประเภทรูปร่างและระดับของการดึงดูดของวัสดุแม่เหล็กจะส่งผลต่อลักษณะสนามแม่เหล็ก วัสดุแม่เหล็กอ่อนนั้นง่ายต่อการดึงดูดและกำจัดแม่เหล็กและมักจะใช้ในหม้อแปลง วัสดุแม่เหล็กแข็งมีการบีบบังคับสูงและยากที่จะกำจัดแม่เหล็กและส่วนใหญ่จะใช้ในแม่เหล็กถาวร รูปร่างของวัสดุจะส่งผลต่อการกระจายตัวของสนามแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กของแม่เหล็กแท่งมีความเข้มข้นที่ปลายทั้งสองข้างในขณะที่สนามแม่เหล็กของแม่เหล็กวงแหวนจะถูกกระจายทั้งภายในและภายนอก ยิ่งระดับของการสะกดจิตสูงเท่าใดก็ยิ่งมีความแรงสนามแม่เหล็กมากขึ้นเท่านั้น ความแรงของสนามแม่เหล็กสามารถปรับได้โดยการเปลี่ยนจำนวนการหมุนและกระแสของขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อตอบสนองความต้องการที่แตกต่างกัน

ปัจจัยภายนอก

การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิจะทำให้วัสดุแม่เหล็กอ่อนแอลงและแม่เหล็กถาวรจะสูญเสียแม่เหล็กที่อุณหภูมิสูง สนามแม่เหล็กภายนอกจะรบกวนสนามแม่เหล็กดั้งเดิมเพิ่มขึ้นในทิศทางเดียวกันและลดลงในทิศทางตรงกันข้าม เทคโนโลยีการป้องกันแม่เหล็กไฟฟ้าใช้หลักการนี้ ความเครียดเชิงกลยังสามารถเปลี่ยนลักษณะสนามแม่เหล็กของวัสดุแม่เหล็ก

เราจะเห็นพลังในสนามแม่เหล็กได้อย่างไร?

สนามแม่เหล็กเป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพที่มองไม่เห็นซึ่งมีอยู่รอบ ๆ แม่เหล็กและตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้า แม้ว่าเราจะไม่สามารถมองเห็นสนามแม่เหล็กโดยตรงด้วยดวงตาที่เปลือยเปล่าของเราด้วยวิธีการทดลองที่ชาญฉลาด แต่เราสามารถ "เห็น" กองกำลังในสนามแม่เหล็กทางอ้อมและสำรวจกฎของมัน

การใช้การยื่นแม่เหล็กและเหล็ก (การแสดงภาพเส้นสนามแม่เหล็ก)

เส้นสนามแม่เหล็กเป็นเครื่องมือในการอธิบายการกระจายของสนามแม่เหล็กและสามารถแสดงทิศทางและความแข็งแรงของสนามแม่เหล็กได้อย่างสังหรณ์ใจ เมื่อการยื่นเหล็กกระจัดกระจายไปรอบ ๆ แม่เหล็กแท่งพวกมันจะถูกจัดเรียงตามแนวสนามแม่เหล็กชี้จากขั้ว N ไปยังขั้ว S ด้านนอกและจากขั้ว S กลับไปที่เสา N ด้านในทำให้เกิดวงปิด การยื่นเหล็กมีความหนาแน่นใกล้กับเสาแม่เหล็กและสนามแม่เหล็กมีความแข็งแรงในขณะที่การยื่นเหล็กนั้นกระจัดกระจายในพื้นที่กลางและสนามแม่เหล็กอ่อนแอ ปรากฏการณ์นี้แสดงให้เห็นถึงกฎการกระจายของสนามแม่เหล็กอย่างชัดเจน

สังเกตการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างแม่เหล็ก

แรงระหว่างแม่เหล็กนั้นแสดงออกมาเหมือนเสาที่ขับไล่ซึ่งกันและกันและไม่เหมือนเสาที่ดึงดูดซึ่งกันและกันและขนาดของแรงเพิ่มขึ้นเมื่อระยะทางลดลง ผ่านเครื่องวัดกระแสสลับของสปริงสามารถสังเกตได้ว่าการอ่านจะเพิ่มขึ้นเมื่อเหมือนเสาอยู่ใกล้กันและการอ่านจะลดลงเมื่อไม่เหมือนเสาที่อยู่ใกล้กัน แรงสนามแม่เหล็กเป็นเวกเตอร์และทิศทางของมันอยู่ตามเส้นที่เชื่อมต่อเสา ขนาดขึ้นอยู่กับความแข็งแรงของแม่เหล็กและระยะทาง

ใช้การเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้าในสนามแม่เหล็ก

เมื่อกระแสไฟฟ้าอยู่ในสนามแม่เหล็กมันจะถูกดำเนินการโดยแรงแอมป์ซึ่งตั้งฉากกับทิศทางของกระแสและสนามแม่เหล็กและสามารถกำหนดได้โดยกฎทางขวามือ ขนาดของแรงแอมป์เป็นสัดส่วนกับกระแสความแข็งแรงของสนามแม่เหล็กและความยาวของลวด การใช้หลักการนี้อุปกรณ์เช่นมอเตอร์สามารถผลิตเพื่อแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานเชิงกล

การใช้งานจริงของสนามแม่เหล็ก

ในอุตสาหกรรมพลังงานไฟฟ้า:เครื่องกำเนิดไฟฟ้าและหม้อแปลงใช้หลักการของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อให้ได้การแปลงพลังงานไฟฟ้าและพลังงานกลไกร่วมกัน

ทางการแพทย์field:การถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็ก (MRI) ใช้สนามแม่เหล็กที่แข็งแกร่งเพื่อให้ได้ภาพความละเอียดสูงของการตกแต่งภายในของร่างกายมนุษย์ทำให้เป็นเครื่องมือสำคัญสำหรับการวินิจฉัยโรค

ในterms ของtRansportation:รถไฟ Maglev ขึ้นอยู่กับแรงที่น่ารังเกียจที่เกิดจากสนามแม่เหล็กเพื่อให้บรรลุการทำงานความเร็วสูงที่ไม่มีการสัมผัสลดการสูญเสียแรงเสียดทานอย่างมาก

สรุป

ในฐานะที่เป็นหนึ่งในกองกำลังพื้นฐานของธรรมชาติสนามแม่เหล็กมีบทบาทสำคัญจากอนุภาคกล้องจุลทรรศน์ไปจนถึงระดับจักรวาล การทำความเข้าใจกับสนามแม่เหล็กไม่เพียง แต่ช่วยให้เราเชี่ยวชาญหลักการของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสมัยใหม่ แต่ยังช่วยให้เราเข้าใจโลกทางกายภาพที่เราอาศัยอยู่ได้ดีขึ้นด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีวัสดุและเทคโนโลยีควอนตัม