Magneettikenttälinjojen tiede

magneettikenttä ympäröi kaikki sähkölataukset liikkeessä. Magneettikenttä on jatkuva ja näkymätön, mutta sen voimakkuutta ja suuntausta voivat edustaa magneettikenttäviivat. Ihannetapauksessa magneettikenttäviivat tai magneettivuon viivat osoittavat magneettikentän voimakkuuden ja suunnan. Esitys on hyödyllinen, koska se antaa ihmisille tavan nähdä näkymätön voima ja koska fysiikan matemaattiset lait soveltuvat helposti kenttäviivojen "lukumäärään" tai tiheyteen.

Magneettikenttä on vektori, mikä tarkoittaa, että sillä on suuruus ja suunta. Jos sähkövirta virtaa suorassa linjassa, oikeanpuoleinen sääntö osoittaa näkymättömien magneettikenttäviivojen virtauksen viiran ympäri. Jos kuvittelet tarttuneen lankaan oikealla kädellä peukalolla osoittaen virran suuntaan, magneettikenttä kulkee sormien ympäri langan ympärillä. Mutta entä jos et tiedä virran suuntaa tai haluat vain visualisoida magneettikentän?

Kuten ilma, magneettikenttä on näkymätön. Voit katsella tuulta epäsuorasti heittämällä pieniä papereita ilmaan. Samoin asettamalla bittiä magneettista materiaalia magneettikenttään voit seurata sen reittiä. Helppoja menetelmiä ovat:

Käytä kompassia

Heiluttaen sinkkua kompassi magneettikentän ympärillä näyttää kenttäviivojen suunnan. Magneettikentän tosiasialliseksi kartoittamiseksi monien kompassien sijoittaminen osoittaa magneettikentän suunnan missä tahansa pisteessä. Piirrä magneettikenttäviivat kytkemällä kompassi "pisteet". Tämän menetelmän etuna on, että se osoittaa magneettikenttäviivojen suunnan. Haittana on, että se ei osoita magneettikentän voimakkuutta.

Käytä silitysrautaa tai magnetiittihiekkaa

Rauta on ferromagneettinen. Tämä tarkoittaa, että se kohdistuu magneettikenttäviivojen mukaan muodostaen pieniä magneetteja pohjoisen ja etelän napojen kanssa. Pienet rautaosat, kuten rautaviilut, kohdistuvat yksityiskohtaisen kartan kentälinjoihin, koska yhden kappaleen pohjoisnapa suuntautuu torjumaan toisen kappaleen pohjoisnavan ja houkuttelemaan sen etelänavan. Mutta et voi vain sirotella viiltoja magneetille, koska ne ovat vetovoiman siihen ja tarttuvat siihen pikemminkin kuin jäljittävät magneettikenttää.

Tämän ongelman ratkaisemiseksi rautaleikkeet sirotellaan paperille tai muoville magneettikentän yli. Yksi tekniikka, jota käytetään viiltojen hajauttamiseen, on sirotella niitä pinnalle muutaman tuuman korkeudesta. Lisää viiltoja voidaan lisätä, jotta kenttäviivat olisivat selkeämpiä, mutta vain pisteeseen saakka.

Vaihtoehtoja rautalevyille ovat teräs BB-pelletit, tinatut rautaleikkeet (jotka eivät ruostu), pienet paperiliittimet, niitit tai magnetiittihiekka. Raudan, teräksen tai magnetiitin hiukkasten käytön etuna on, että hiukkaset muodostavat yksityiskohtaisen kartan magneettikenttäviivoista. Kartta antaa myös karkean kuvan magneettikentän voimakkuudesta. Tiheästi sijaitsevia, tiheitä viivoja esiintyy siellä, missä kenttä on vahvin, kun taas leveästi erotetut, harvat viivat osoittavat, missä se on heikompi. Rautalevityksen käytön haittana on, että magneettikentän suunnasta ei ole mitään viitteitä. Helpoin tapa päästä tästä on käyttää kompassia yhdessä rautaviiltojen kanssa sekä suunnan että suunnan kartoittamiseksi.

Kokeile magneettisen katselun elokuvaa

Magneettinen katseluelokuva on joustava muovi- jotka sisältävät nestekuplia, jotka on nauhoitettu pienillä magneettisilla sauvoilla. Kalvot näyttävät tummemmilta tai vaaleammilta sauvojen suunnasta riippuen magneettikentässä. Magneettinen katselukalvo toimii parhaiten kartoittamalla monimutkaista magneettigeometriaa, kuten esimerkiksi litteän jääkaapimagneetin tuottamaa.

Magneettikenttäviivat ilmestyvät myös luonnossa. Aikana täydellinen auringonpimennys, koronan viivat jäljittävät Auringon magneettikentän. Takaisin maan päälle linjat aurorassa osoittavat planeetan magneettikentän polun. Molemmissa tapauksissa näkyvät viivat ovat hehkuvavirtaisia ​​varautuneita hiukkasia.

Käyttämällä magneettikenttäviivoja kartan rakentamiseen, ilmenee joitain sääntöjä:

1. Magneettikenttäviivat eivät koskaan ylitä.
2. Magneettikenttäviivat ovat jatkuvia. Ne muodostavat suljetut silmukat, jotka jatkavat koko ajan magneettisen materiaalin läpi.
3. Magneettikenttäviivat niputetaan yhteen missä magneettikenttä on vahvin. Toisin sanoen kenttäviivojen tiheys osoittaa magneettikentän voimakkuuden. Jos magneetin ympärillä olevat kenttäviivat on kartoitettu, sen voimakkain magneettikenttä on kummallakin navalla.
4. Ellei magneettikenttä ole kartoitettu kompassilla, magneettikentän suunta saattaa olla tuntematon. Tavanomaisesti suunta osoitetaan piirtämällä nuolenpäitä magneettikenttäviivoja pitkin. Missä tahansa magneettikentässä viivat virtaavat aina pohjoisnavasta etelänapaan. Nimet "pohjoinen" ja "etelä" ovat historiallisia, eikä niillä voi olla mitään vaikutusta magneettikentän maantieteelliseen suuntaan

• Durney, Carl H. ja Curtis C. Johnson (1969). Johdatus nykyaikaiseen sähkömagnetiikkaan. McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-018388-9.
• Griffiths, David J. (2017). Johdanto sähköodynamiikkaan (4. painos). Cambridge University Press. ISBN 9781108357142.
• Newton, Henry Black ja Harvey N. Davis (1913). Käytännön fysiikka. MacMillan Co., Yhdysvallat.
• Tipler, Paul (2004). Fysiikka tutkijoille ja insinöörille: sähkö, magnetismi, valo ja nykyajan fysiikka (5. painos). W. H. Freeman. ISBN 978-0-7167-0810-0.