השדה המגנטי הוא המחשה שמטרתה לתאר ולהמחיש כיצד הכוח המגנטי מתפזר בין אובייקט מגנטי או סביב אובייקט מגנטי עצמו.
כפי שאנו כבר יודעים שלמגנטים יש שני קטבים הנקראים קוטב צפון וקוטב דרום.
אם מגנט מתקרב למגנט אחר שקטביו מאותו הסוג, שני המגנטים יחוו דחייה.
זה שונה אם שני המגנטים מתקרבים לסוג אחר של מוט, התוצאות יחוו משיכה הדדית.
ויזואליזציה של שדה מגנטי
ניתן לדמיין את השדה המגנטי בשתי דרכים, כלומר:
- מתואר מתמטית כווקטור. לכל וקטור בכל נקודה בצורת חץ יש כיוון ועוצמה בהתאם לגודל הכוח המגנטי באותה נקודה.
- מאייר באמצעות קווים. כל וקטור מחובר בקו רציף ומספר השורות יכול להיעשות כמה שיותר. לרוב משתמשים בשיטה זו לתיאור שדה מגנטי.
מאפייני קווי שדה מגנטיים
לקווי שדה מגנטיים יש מאפיינים שימושיים לניתוח, כלומר:
- כל שורה אף פעם לא מצטלבת
- הקווים יתחזקו יותר ויותר באזור בו השדה המגנטי הולך וגדל. זה מצביע על כך שככל שקווי השדה המגנטי קרובים יותר, כך הכוח המגנטי באזור גדול יותר.
- קווים אלה אינם מתחילים או נעצרים משום מקום, אך הם יוצרים מעגל סגור ונשארים מחוברים בחומר המגנטי.
- כיוון השדה המגנטי מיוצג על ידי חצים על הקווים. לעיתים, החצים אינם נמשכים על קווי שדה מגנטיים, אך לשדה המגנטי תמיד יהיה כיוון מהקוטב הצפוני (הצפוני) לקוטב הדרומי (הדרומי).
- ניתן לדמיין קווים אלה במונחים אמיתיים. השיטה הפשוטה ביותר היא להפיץ אבקת חצץ ברזל סביב המגנט והיא תייצר את אותם מאפיינים כמו קווי השדה המגנטי.
נוסחאות מדידה ושדה מגנטי
שדה מגנטי הוא כמות וקטורית, ולכן ישנם שני היבטים למדידת השדה המגנטי, כלומר הגודל והכיוון שלו.
כדי למדוד את הכיוון, נוכל להשתמש במצפן מגנטי. אם מצפן מגנטי ממוקם סביב שדה מגנטי, מחט המצפן תעקוב אחר כיוון השדה המגנטי גם באותה נקודה.
קרא גם: הגדרה והבדל של הומונים, הומופונים והומוגרפיותבנוסחת השדה המגנטי, גודל השדה המגנטי נכתב עם הסמל B. בהתאם למערכת הבינלאומית, לכמות יש יחידות בטסלה (T) שנלקחת מהשם ניקולה טסלה.
טסלה מוגדרת כמה כוח השדה המגנטי הוא. לדוגמא, מקרר קטן מייצר שדה מגנטי של 0.001 T.
יש דרך אחת ליצור שדה מגנטי ללא שימוש במגנט, כלומר על ידי הזרמת זרם חשמלי.
כאשר אנו מעבירים זרם חשמלי דרך כבל (למשל על ידי חיבורו לסוללה), יהיו לנו שתי תופעות. ככל שהזרם הזורם בכבל גדול יותר, כך גדל השדה המגנטי. כמו כן ההיפך.
בהתאם לחוק אמפר, שדות מגנטיים מיושמים בדרכים רבות כך שחלק מהמשוואות הן כדלקמן:
הנוסחה לגודל השדה המגנטי
B = μ אני / 2 π ר
מֵידָע:
- B = גודל השדה המגנטי (T)
- μ = קבוע חדירות (4π 10-7 Tm / A)
- אני = זרם חשמלי (A)
- r = מרחק מהכבל (m)
הנוסחה לכמות הזרם החשמלי
אני = B 2πr / μ
מֵידָע:
- B = גודל השדה המגנטי (T)
- μ = קבוע חדירות (4π 10-7 Tm / A)
- אני = זרם חשמלי (A)
- r = מרחק מהכבל (m)
קביעת הקוטב המגנטי ביד ימין
כדי לגלות את הכיוון, נוכל להשתמש בעקרון יד ימין. האגודל הוא כיוון זרימת החשמל והאצבעות האחרות מראות את כיוון השדה המגנטי סביב החוט.
כיוון האגודל המצביע כלפי מעלה מציין את כיוון הזרימה החשמלית עם הסמל i. בעוד שכיוון ארבעת הרדיוסים האחרים מייצג את כיוון שדה המגנט עם סמל B. התמונה לעיל נמצאת במצב אופקי ואנכי.
דוגמאות לבעיות בשדה מגנטי והסברים שלהן
בעיה 1
חוט מחשמל i = 4 A כמוצג להלן!
לפרט:
- חוזק שדה מגנטי בנקודה A.
- חוזק שדה מגנטי בנקודה B
- כיוון השדה המגנטי בנקודה A.
- כיוון השדה המגנטי בנקודה B
דִיוּן:
ידוע
- אני = 4 א.
- רא = 2 מטר
- רב = 1 מטר
ההתיישבות
- B = μ אני / 2 π רא
- = 4 π 10 - 7 4/2 π 2
- = 4 10-7 ט
אז השדה המגנטי בנקודה A הוא 4 10-7 T
- B = μ אני / 2 π רב
- B = 4 π 10 - 7 4/2 π 1
- B = 8 10-7 T
אז השדה המגנטי בנקודה B הוא 8 10-7 T
בבעיה שמבקשת כיוון נוכל להשתמש בכלל הימני, כאשר ההנחה היא כי האגודל הוא זרם וארבע האצבעות האחרות הן שדה מגנטי תוך כדי אחיזה בחוט בנקודה A.
קרא גם: 24+ סגנונות שפה (מיני מאג'ות) יחד עם הבנה מלאה ודוגמאותכך שכיוון השדה המגנטי בנקודה A כלפי חוץ או כלפי הקורא.
בבעיה שמבקשת כיוון נוכל להשתמש בכלל יד ימין, כאשר ההנחה היא כי האגודל הוא זרם וארבע האצבעות האחרות הן שדה מגנטי תוך כדי אחיזה בחוט בנקודה B.
כך שכיוון השדה המגנטי בנקודה B יהיה מהקורא או ממנו
בעיה 2
הביטו בתמונה הבאה!
קבע את גודל וכיוון השדה המגנטי בנקודה P!
דִיוּן
זרם A יפיק שדה מגנטי בנקודה P עם כיוון הכניסה לשדה, ואילו זרם B מייצר שדה מגנטי עם הכיוון מחוץ לשדה.
כיוון לפי בא כלומר להיכנס לשדה.
בעיה 3
תסתכל על התמונה למעלה, חוט עם זרם חשמלי ממוקם ליד המצפן המגנטי. כמה זרם (וכיוון) חשמלי נדרש כדי לבטל את השדה המגנטי של כדור הארץ כנגד המצפן כדי שהמצפן יתפקד כלא תקין?
ההנחה היא כי השדה המגנטי של כדור הארץ הוא
דִיוּן
באמצעות נוסחת השדה המגנטי:
אתה יכול למצוא את כמות הזרם החשמלי, כלומר:
אתה יודע שהמרחק r מהמצפן לכבל הוא 0.05 מ '. ואז הושג:
באמצעות כלל יד ימין עלינו להניח את האגודלים כלפי מטה כך שהאצבעות האחרות יהיו בכיוון ההפוך לשדה המגנטי של המצפן. כך שכיוון הזרם חייב לחדור לעבר הנייר / המסך, הרחק מאיתנו.
בעיה 4
חוט A ו- B מפרידים 1 מ 'ומופעלים באמצעות 1 A ו- 2 A בהתאמה בכיוון שמוצג באיור למטה.
קבע את המיקום של נקודה C בה חוזק השדה המגנטי הוא אפס!
דִיוּן
על מנת שעוצמת השדה תהיה אפס, עוצמות השדה המיוצרות על ידי חוט A וחוט B חייבות להיות מנוגדות ושוות. מיקומים אפשריים הם משמאל לחוט A או מימין לחוט B. איזה מהם לקחת, קח את הנקודה הקרובה יותר לחוזק הזרם הקטן יותר. כך שהמיקום נמצא משמאל לחוט A, פשוט שם את המרחק כ- x.
זה ההסבר לחומר השדה המגנטי והדוגמה לבעיה. עשוי להיות שימושי.
התייחסות:
- עניין שדה מגנטי
- הבנת שדה מגנטי
- שדה מגנטי - פורמולה, הגדרה, עניין שלם, דוגמא לבעיה
- שדה מגנטי: הגדרה, סוגים, נוסחאות, בעיות דוגמה
