- Mikä on magneettikenttä?
- Magneettikentän alkuperä
- Magneettikentän tyypit
- Magneettikentän suunta
- Maan magneettikenttä
Selitämme mitä magneettikenttä on, miten se syntyy ja mitkä ovat sen ominaisuudet. Kerromme sinulle myös Maan magneettikentästä.
Mikä on magneettikenttä?
Magneettikenttä on matemaattinen esitys tavasta, jolla magneettiset voimat jakautuvat tilaa joka ympäröi magneettista lähdettä. Tämä lähde voi olla a magneetti, kuorma päällä liikettä tai yksi sähkövirta (Monet kuormat liikkeessä). Aina kun jokin näistä elementeistä on olemassa, sen ympärillä on magneettikenttä, toisin sanoen magneettisten voimien kenttä. Tämän kentän ulkopuolella ei ole magneettisia vaikutuksia.
Magneettikenttien perusominaisuus on, että ne ovat dipoleja: niillä on pohjoisnapa ja etelänapa, joita kutsutaan myös positiiviseksi ja negatiiviseksi napaksi. toisin kuin sähkökentät joita sähkövaraukset voivat synnyttää (kuten a elektroni), ei ole "magneettisia varauksia", jotka synnyttävät magneettikenttiä. Magneettikentillä on aina kaksi napaa. Tämän seurauksena magneettikenttäviivat ovat aina kiinni, kuten magneetin tapauksessa: ne lähtevät pohjoisnavalta ja saapuvat etelänavalle.
Magneettikentän alkuperä
Magneettikentän olemassaolo edellyttää magneettisen energian lähdettä (kuten magneetti), liikkuvaa varausta tai sähkövirtaa.Nämä elementit ovat ainoita, jotka pystyvät luomaan magneettikentän, ja ainoat, joihin se voi vaikuttaa.
Sähkövaraus (kuten avaruudessa liikkuva elektroni) synnyttää ympärilleen magneettikentän, joka kohdistaa voiman toiseen liikkuvaan varaukseen. Sama tapahtuu sähkövirtojen kanssa.
Magneettien tapaus on erityinen, koska niissä ei ole liikkuvia varauksia, vaan nämä materiaalit synnyttävät magneettikentän tiettyjen monimutkaisten mikroskooppisten ilmiöiden vuoksi.
Kuten Ampèren laki ja Maxwellin yhtälöt kuvaavat, magneettikentät ja sähkökentät esiintyvät usein yhdessä luonto. Tietyt muutokset magneettikentän ajassa aiheuttavat sähkökenttiä. Hyvä esimerkki näiden kahden kentän rinnakkaiselosta on sähkömagneettinen säteily, kuten valoa.
Magneettikenttien olemassaolo voidaan tarkistaa magnetometriksi tunnetulla laitteella.
Magneettikentän tyypit
Magneettikentät voidaan luokitella niiden luomislähteen mukaan:
- Magneetista tulevat magneettikentät. Magneetit ovat materiaaleja, joiden erityispiirteenä on pysyvä magneettikenttä, jonka luo mikä tahansa fyysistä tunnetaan nimellä pyöritä elektroneja (voidaan ymmärtää ajattelemalla sitä spiniksi itsestään). Toisaalta on olemassa metallit jotka voivat "tulea" magneeteiksi, kun niitä magnetoi ulkoinen magneettikenttä.
- Magneettikentät virrasta. Jokainen liikkeessä oleva varaus tuottaa magneettikentän. Siksi sähkövirta tuottaa myös magneettikentän. Esimerkiksi: sähkömagneetit (kuten yllä olevassa kuvassa) ovat laitteita, joissa a akku virtaa kierrätetään metalliin kierretyn langan läpi. Tämä virta synnyttää ympärilleen magneettikentän, joka magnetoi metallin ja synnyttää toisen magneettikentän. Siten sähkömagneetteja käytetään tuottamaan muuttuvia magneettikenttiä, koska virtaa muuttamalla magneettikenttä muuttuu.
Magneettikentän suunta
Magneettikenttäviivat kertovat meille sen suunnan.
Theosoite magneettikenttää voidaan kuvata viivoilla tai vektori, joka osoittaa suunnan, johon magneettiset voimat osoittavat. Yllä olevasta kuvasta näet selvästi magneetin synnyttämän magneettikentän viivat, jotka osoittavat sen voiman suunnan, jolla magneetti on vuorovaikutuksessa metallihiukkasten kanssa.
Se, että magneettikentällä on suunta, tarkoittaa, että se on vektori. Minkä tahansa pakottaa on vektorisuure, eli se edustaa määrää, jolla on suunta ja merkitys, kuten nopeus. Koska magneettikenttä on verrannollinen magneettiseen voimaan, se on myös vektorisuure. Itse asiassa on mielenkiintoista huomata, että magneettikenttään upotetun liikkuvan hiukkasen tuntema magneettinen voima on aina kohtisuorassa kentän suuntaan ja sen omaan nopeuteen nähden.
Maan magneettikenttä
Planeetallamme on luonnollinen magneettikenttä, jota kutsutaan myös geomagneettiseksi kentällä. Keskellä Maapallo on valurautaa (korkeaa varten lämpötilat). Maan pyörimisen vuoksi tämä metallinen neste on jatkuvassa liikkeessä muodostaen sähkövirran (metallin liikkuessa sen muodostavat elektronit liikkuvat). Tämä virta tuottaa Maan magneettikentän, joka on niin voimakas, että se karkaa maan pinnalta.
Maan magneettikentällä on erittäin tärkeä rooli, koska se ohjaa eläville olennoille erittäin vaarallisen säteilyn pois maapallolta. Aurinko. Ilman Maan magneettikenttää tunnelmaa kosmiset säteet tuhosivat sen. Navigointiin käyttämämme kompassit ovat vuorovaikutuksessa tämän kentän kanssa: sen magnetoitu neula on aina linjassa maan magneettikentän kanssa, mikä osoittaa pohjoista. Lisäksi monet muuttavat eläimet käyttävät planeetan magneettikenttää aina suuntautumiseen ja liikkumiseen samoihin suuntiin tiettyinä vuodenaikoina.