Nauka o liniach pola magnetycznego

ZA pole magnetyczne otacza każdy ładunek elektryczny w ruchu. Pole magnetyczne jest ciągłe i niewidoczne, ale jego siła i orientacja mogą być reprezentowane przez linie pola magnetycznego. Idealnie linie pola magnetycznego lub linie strumienia magnetycznego pokazują siłę i orientację pola magnetycznego. Reprezentacja jest przydatna, ponieważ pozwala ludziom zobaczyć niewidzialną siłę oraz ponieważ matematyczne prawa fizyki łatwo uwzględniają „liczbę” lub gęstość linii pola.

Pole magnetyczne to wektor, co oznacza, że ​​ma wielkość i kierunek. Gdyby prąd elektryczny przepływa w linii prostej, reguła po prawej stronie pokazuje kierunek linii niewidzialnego pola magnetycznego wokół drutu. Jeśli wyobrażasz sobie chwytanie drutu prawą ręką z kciukiem skierowanym w kierunku prądu, pole magnetyczne przemieszcza się w kierunku palców wokół drutu. Ale co, jeśli nie znasz kierunku prądu lub po prostu chcesz wizualizować pole magnetyczne?

Podobnie jak powietrze, pole magnetyczne jest niewidoczne. Możesz patrzeć na wiatr pośrednio, wyrzucając małe kawałki papieru w powietrze. Podobnie umieszczenie kawałków materiału magnetycznego w polu magnetycznym pozwala prześledzić jego ścieżkę. Proste metody obejmują:

Użyj kompasu

Macha singlem kompas wokół pola magnetycznego pokazuje kierunek linii pola. Aby faktycznie odwzorować pole magnetyczne, umieszczenie wielu kompasów wskazuje kierunek pola magnetycznego w dowolnym punkcie. Aby narysować linie pola magnetycznego, połącz „kropki” kompasu. Zaletą tej metody jest to, że pokazuje kierunek linii pola magnetycznego. Wadą jest to, że nie wskazuje siły pola magnetycznego.

Użyj opiłek żelaza lub piasku magnetytowego

Żelazo jest ferromagnetyczny. Oznacza to, że ustawia się wzdłuż linii pola magnetycznego, tworząc maleńkie magnesy z biegunami północnym i południowym. Małe fragmenty żelaza, takie jak opiłki żelaza, wyrównują się, tworząc szczegółową mapę linii pola, ponieważ biegun północny jednego elementu orientuje się w celu odparcia bieguna północnego innego elementu i przyciągnięcia jego bieguna południowego. Ale nie można po prostu posypać opiłkami magnesu, ponieważ są do niego przyciągane i będą się do niego przyczepiać, a nie śledzić pole magnetyczne.

Aby rozwiązać ten problem, opiłki żelaza są zraszane na papier lub plastik nad polem magnetycznym. Jedną techniką stosowaną do rozproszenia opiłków jest posypanie ich na powierzchnię z wysokości kilku cali. Można dodać więcej opiłków, aby linie pola były wyraźniejsze, ale tylko do pewnego momentu.

Alternatywą dla opiłek żelaznych są stalowe kulki BB, ocynowane opiłki żelazne (które nie rdzewieją), małe spinacze, zszywki lub piasek magnetytowy. Zaletą stosowania cząstek żelaza, stali lub magnetytu jest to, że cząstki tworzą szczegółową mapę linii pola magnetycznego. Mapa podaje również przybliżone natężenie pola magnetycznego. Gęste linie pojawiają się blisko siebie, tam gdzie pole jest najsilniejsze, natomiast szeroko rozdzielone, rzadkie linie pokazują, gdzie jest ono słabsze. Wadą stosowania opiłków żelaza jest brak wskazania orientacji pola magnetycznego. Najłatwiejszym sposobem na pokonanie tego jest użycie kompasu wraz z opiłkami żelaza, aby zmapować orientację i kierunek.

Wypróbuj magnetyczny film do oglądania

Magnetyczny film do oglądania jest elastyczny Plastikowy zawierające bąbelki płynu splecione drobnymi prętami magnetycznymi. Filmy wydają się ciemniejsze lub jaśniejsze w zależności od orientacji prętów w polu magnetycznym. Magnetyczny film do oglądania najlepiej odwzorowuje złożoną geometrię magnetyczną, taką jak ta wytwarzana przez płaski magnes do lodówki.

Linie pola magnetycznego pojawiają się również w naturze. Podczas całkowite zaćmienie Słońca, linie w koronie śledzą pole magnetyczne Słońca. Z powrotem na Ziemi linie w zorzy polarnej wskazują ścieżkę pola magnetycznego planety. W obu przypadkach widoczne linie to świecące strumienie naładowanych cząstek.

Używając linii pola magnetycznego do skonstruowania mapy, ujawniają się pewne zasady:

1. Linie pola magnetycznego nigdy się nie krzyżują.
2. Linie pola magnetycznego są ciągłe. Tworzą zamknięte pętle, które biegną przez cały materiał magnetyczny.
3. Linie pola magnetycznego łączą się w miejscach, w których pole magnetyczne jest najsilniejsze. Innymi słowy, gęstość linii pola wskazuje siłę pola magnetycznego. Jeśli linie pola wokół magnesu są odwzorowane, jego najsilniejsze pole magnetyczne jest na którymkolwiek biegunie.
4. O ile pole magnetyczne nie jest odwzorowane za pomocą kompasu, kierunek pola magnetycznego może być nieznany. Zgodnie z konwencją kierunek jest wskazywany przez rysowanie grotów strzałek wzdłuż linii pola magnetycznego. W każdym polu magnetycznym linie zawsze przepływają od bieguna północnego do bieguna południowego. Nazwy „północ” i „południe” są historyczne i mogą nie mieć wpływu na orientację geograficzną pola magnetycznego

• Durney, Carl H. i Curtis C. Johnson (1969). Wprowadzenie do współczesnej elektromagnetyki. McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-018388-9.
• Griffiths, David J. (2017). Wprowadzenie do elektrodynamiki (Wydanie 4). Cambridge University Press. ISBN 9781108357142.
• Newton, Henry Black i Harvey N. Davis (1913). Fizyka praktyczna. The MacMillan Co., USA.
• Tipler, Paul (2004). Fizyka dla naukowców i inżynierów: elektryczność, magnetyzm, światło i elementarna współczesna fizyka (Wydanie 5). W. H. Obywatel. ISBN 978-0-7167-0810-0.