Medan magnet adalah medan fisik yang tidak terlihat yang dihasilkan dengan memindahkan muatan listrik, bahan magnetik, atau medan listrik yang berubah, yang dapat mengerahkan kekuatan pada bahan magnetik atau memindahkan muatan listrik. Ini adalah medan vektor dengan besarnya dan arah, dan sering diukur dalam hal induksi magnetik. Medan magnet di sekitar magnet menarik pengajuan besi, sedangkan medan magnet di sekitar kawat pembawa arus dapat membelokkan jarum kompas. Medan magnet terkait dengan medan listrik, dan medan listrik yang berubah dapat menghasilkan medan magnet (persamaan Maxwell) dan sebaliknya, yang merupakan salah satu fondasi inti dari fenomena elektromagnetik.
Asal medan magnet
Medan magnet adalah fenomena fisik yang disebabkan oleh pergerakan muatan listrik atau medan listrik yang berubah seiring waktu. Asal usul medan magnet selalu menjadi topik penting penelitian bagi para ilmuwan. Ini terkait dengan pemahaman kita tentang dunia fisik dan dapat dipahami pada tingkat mikroskopis dan makroskopik.
Level mikro
Medan magnet berasal dari gerakan partikel bermuatan dan sifat mekanik kuantum pada tingkat mikroskopis. Elektrodinamika kuantum menunjukkan bahwa putaran partikel bermuatan menghasilkan momen magnetik mikroskopis. Ketika momen -momen magnetik ini dipesan dalam suatu material, material menunjukkan magnetisme makroskopis. Selain itu, gerakan arah elektron bebas dalam konduktor menghasilkan medan magnet yang melingkari menurut undang-undang Biot-Savart. Pada tingkat yang lebih dalam, medan magnet adalah bagian dari medan elektromagnetik dan, bersama dengan medan listrik, ia membentuk deskripsi tensor medan elektromagnetik.
Level makro
Medan magnet adalah medan vektor dengan arah dan besarnya, dan distribusinya dapat dijelaskan oleh garis fluks magnet. Medan magnet Bumi adalah medan magnet makroskopik khas, yang berasal dari konveksi paduan besi-nikel cair di inti bumi. Dalam astrofisika, medan magnet yang kompleks dibentuk oleh pemisahan dan rotasi muatan plasma. Dalam rekayasa, medan magnet spesifik dapat dibangun dengan mengatur kumparan solenoid atau magnet permanen. Medan magnet makroskopis ini semuanya mengikuti hukum elektromagnetik klasik dari persamaan Maxwell.
Apa itu medan magnet?
Ada kekuatan yang tidak terlihat tetapi nyata yang tersembunyi di dunia di sekitar kita -itu dapat menjaga kompas tetap menunjuk ke utara, membuat motor listrik berputar cepat, dan bahkan melindungi kehidupan di bumi dari radiasi kosmik. Kekuatan magis ini berasal dari medan magnet.
Definisi medan magnet
Medan magnet adalah medan fisik khusus yang ada di sekitar magnet atau dihasilkan ketika arus listrik melewati konduktor. Ini dapat menggunakan kekuatan pada magnet lain atau memindahkan muatan listrik.
Sifat dasar medan magnet
1. Efek kuat pada magnet dan arus listrik
Fitur yang paling menonjol dari medan magnet adalah bahwa ia dapat menggunakan kekuatan. Dua magnet akan menarik atau mengusir satu sama lain ketika mereka berdekatan, kawat pembawa arus akan ditindaklanjuti oleh gaya ampere dalam medan magnet, dan motor listrik dan generator bekerja pada prinsip ini.
2. Directivity ofMagneticFIeld
Medan magnet bersifat terarah dan biasanya dijelaskan oleh garis fluks magnetik. Arah garis singgung dari garis fluks magnet menunjukkan arah medan magnet pada titik itu, sedangkan kepadatan garis fluks magnet mencerminkan kekuatan medan magnet. Garis fluks magnetik magnet bar mulai dari tiang N dan kembali ke tiang S.
3. SuperposisiMagneticFields
Jika ada beberapa sumber medan magnet di ruang angkasa, medan magnet yang mereka hasilkan akan menumpangkan satu sama lain untuk membentuk medan magnet gabungan. Properti ini memungkinkan kita untuk menghitung distribusi medan magnet dari sistem elektromagnetik yang kompleks.
Bagaimana medan magnet dihasilkan?
Generasi medan magnet adalah fenomena penting dalam fisika, yang terkait erat dengan pergerakan muatan listrik. Asal usul medan magnet dapat ditelusuri kembali ke pergerakan muatan listrik. Apakah itu pergerakan partikel mikroskopis atau aliran arus makroskopik, ia dapat merangsang medan magnet.
Arus listrik menghasilkan medan magnet
Magnet Bidang arus linier: Medan magnet dihasilkan di sekitar konduktor pembawa saat ini. Arahnya mengikuti aturan sekrup kanan. Garis gaya magnetik adalah lingkaran konsentris. Semakin dekat ke konduktor, semakin kuat medan magnet. Rumus intensitas adalah b =2 πrμ 0 i.
MagnetisBidang arus melingkar: Mirip dengan amagnet bar, medan magnet sumbu pusat berada di sepanjang arah sumbu, dan intensitas dapat diselesaikan dengan mengintegrasikan hukum biot-savart, yang sering digunakan untuk fokus berkas elektron.
Medan magnet arus solenoid: Ketika solenoid diberi energi, medan magnet internal kuat dan seragam, dan arahnya sepanjang sumbu. Rumus kekuatan adalah b {{0}} μ0ni. Ini banyak digunakan dalam elektromagnet dan peralatan lain untuk menarik bahan feromagnetik untuk mengontrol perangkat mekanis.
Bahan magnetik menghasilkan medan magnet
AlamimagneticmATerial:Bumi adalah magnet besar, dan medan magnetnya terutama dihasilkan oleh arus inti luar cair, yang memainkan peran penting dalam migrasi biologis dan perlindungan terhadap sinar kosmik. Magnetit adalah bahan magnetik alami dengan fenomena magnetisasi spontan, yang digunakan untuk navigasi kompas pada zaman kuno.
PalsumagneticmATerial: Magnet permanen sepertimagnet boron besi neodymium, yang dibuat oleh sintering suhu tinggi dan proses lain untuk menyelaraskan momen magnetik dan menghasilkan medan magnet yang stabil.
Mengubah medan listrik menghasilkan medan magnet
Maxwell-Faraday'slAW:Perubahan fluks magnetik dalam sirkuit tertutup menghasilkan gaya dan arus elektromotif yang diinduksi. Transformer menggunakan arus bolak -balik dari koil primer untuk menghasilkan medan magnet yang berubah, dan kumparan sekunder menginduksi gaya elektromotif dan arus untuk mencapai konversi tegangan.
PropagasieLectromagneticwAVES: Gelombang elektromagnetik merambat di ruang dengan interaksi medan listrik dan magnet yang bervariasi waktu, dan merambat dalam ruang hampa dengan kecepatan cahaya. Gelombang radio dihasilkan oleh arus yang berubah dengan cepat dalam antena transmisi, membentuk medan listrik dan magnet yang berubah, yang berinteraksi dan merambat ke tempat -tempat yang jauh.
Bagaimana kita mengukur medan magnet?
Ada banyak cara untuk mengukur medan magnet. Berikut ini adalah teknik pengukuran medan magnet yang umum.
Menggunakan magnetometer
Magnetometer adalah instrumen yang secara khusus digunakan untuk mengukur kekuatan medan magnet. Ini mendeteksi efek medan magnet pada pembawa muatan dalam konduktor pembawa arus atau semikonduktor, menghasilkan tegangan aula sebanding dengan kekuatan medan magnet, dan dengan demikian menghitung kekuatan medan magnet. Instrumen ini mudah dioperasikan dan memiliki akurasi pengukuran yang tinggi.
Menggunakan fluks meter
Fluxmeter didasarkan pada hukum induksi elektromagnetik Faraday. Ini secara tidak langsung mengukur fluks magnetik dengan mendeteksi gaya elektromotif yang diinduksi dari koil, dan kemudian menentukan distribusi medan magnet. Ini sering digunakan untuk mengukur keseragaman medan magnet, mendeteksi distribusi medan magnet, dan mempelajari karakteristik bahan magnetik.
ElektronBEamDEfleksiMEtod (SUNabitable untukSKECIFIKASIEnabironmentsSuch asLaboratori)
Defleksi sinar elektron adalah metode pengukuran medan magnet presisi tinggi di laboratorium. Prinsipnya adalah menggunakan gaya Lorentz dari medan magnet pada elektron untuk membelokkan balok elektron. Kekuatan medan magnet dihitung dengan mengukur sudut defleksi dan parameter yang diketahui seperti kecepatan elektron.
ApaAdalahFaktor -faktor yang mempengaruhi medan magnet?
Faktor -faktor yang mempengaruhi medan magnet terutama mencakup yang berikut:
Faktor saat ini
Besarnya arus sebanding dengan kekuatan medan magnet. Ketika arus dalam solenoid meningkat, medan magnet dan kapasitas adsorpsi meningkat. Ketika arah saat ini berubah, arah medan magnet juga berubah, yang dapat mengubah arah kutub magnetik elektromagnet. Jalur saat ini mempengaruhi distribusi medan magnet. Arus lurus menghasilkan medan magnet konsentris, dan arus melingkar menghasilkan medan magnet di sepanjang sumbu pada sumbu. Kekuatannya terkait dengan arus dan jari -jari.
Bahan Magnetik
Jenis, bentuk, dan tingkat magnetisasi bahan magnetik akan mempengaruhi karakteristik medan magnetnya. Bahan magnetik yang lembut mudah untuk magnetisasi dan demagnetisasi, dan sering digunakan dalam transformer; Bahan magnetik keras memiliki koersivitas tinggi dan sulit didemagnetisasi, dan sebagian besar digunakan dalam magnet permanen. Bentuk material juga akan mempengaruhi distribusi medan magnet. Medan magnet magnet batang terkonsentrasi di kedua ujungnya, sedangkan medan magnet magnet cincin didistribusikan di dalam dan di luar. Semakin tinggi tingkat magnetisasi, semakin besar kekuatan medan magnet. Kekuatan medan magnet dapat disesuaikan dengan mengubah jumlah belokan dan arus koil elektromagnet untuk memenuhi kebutuhan yang berbeda.
Faktor eksternal
Kenaikan suhu akan melemahkan bahan magnetik, dan magnet permanen akan kehilangan magnet pada suhu tinggi. Medan magnet eksternal akan mengganggu medan magnet asli, meningkatkannya ke arah yang sama dan menguranginya ke arah yang berlawanan. Teknologi pelindung elektromagnetik menggunakan prinsip ini. Tegangan mekanis juga dapat mengubah karakteristik medan magnet dari bahan magnetik.
Bagaimana kita melihat kekuatan di medan magnet?
Medan magnet adalah fenomena fisik yang tidak terlihat yang ada di sekitar magnet dan konduktor yang membawa listrik. Meskipun kita tidak dapat melihat medan magnet secara langsung dengan mata telanjang kita, melalui beberapa metode eksperimental yang cerdas, kita dapat secara tidak langsung "melihat" kekuatan di medan magnet dan mengeksplorasi hukumnya.
Menggunakan pengarsipan magnet dan besi (memvisualisasikan garis medan magnet)
Garis medan magnet adalah alat untuk menggambarkan distribusi medan magnet dan secara intuitif dapat menunjukkan arah dan kekuatan medan magnet. Ketika pengajuan besi tersebar di sekitar magnet batang, mereka akan diatur di sepanjang garis medan magnet, menunjuk dari tiang N ke tiang S di luar dan dari tiang S kembali ke tiang N di bagian dalam, membentuk loop tertutup. Pengajuan besi padat di dekat tiang magnet, dan medan magnetnya kuat, sedangkan pengajuan besi jarang di area tengah, dan medan magnetnya lemah. Fenomena ini dengan jelas menunjukkan hukum distribusi medan magnet.
Amati interaksi antara magnet
Gaya antara magnet dimanifestasikan seperti kutub yang saling berbelok -belok dan tidak seperti kutub yang saling menarik, dan besarnya gaya meningkat seiring jaraknya jarak. Melalui dinamometer pegas, dapat diamati bahwa pembacaan meningkat ketika seperti kutub berdekatan, dan pembacaan berkurang ketika tidak seperti kutub berdekatan. Gaya medan magnet adalah vektor, dan arahnya di sepanjang garis yang menghubungkan kutub. Besarnya tergantung pada kekuatan magnet dan jarak.
Menggunakan pergerakan arus listrik dalam medan magnet
Ketika arus listrik berada di medan magnet, ia ditindaklanjuti oleh gaya ampere, yang tegak lurus terhadap arah arus dan medan magnet dan dapat ditentukan oleh aturan kanan. Besarnya gaya ampere sebanding dengan arus, kekuatan medan magnet, dan panjang kawat. Dengan menggunakan prinsip ini, perangkat seperti motor dapat diproduksi untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik.
Aplikasi praktis medan magnet
Di industri tenaga listrik:Generator dan transformer menggunakan prinsip induksi elektromagnetik untuk mencapai konversi saling energi listrik dan energi mekanik.
MedisfIeld:Magnetic Resonance Imaging (MRI) menggunakan medan magnet yang kuat untuk mendapatkan gambar definisi tinggi dari interior tubuh manusia, menjadikannya alat penting untuk diagnosis penyakit.
Di dalamterms daritRansportation:Kereta Maglev mengandalkan gaya menjijikkan yang dihasilkan oleh medan magnet untuk mencapai operasi berkecepatan tinggi tanpa kontak, sangat mengurangi kerugian gesekan.
Meringkaskan
Sebagai salah satu kekuatan fundamental alam, medan magnet memainkan peran penting dari partikel mikroskopis ke skala kosmik. Memahami bidang magnet tidak hanya membantu kita menguasai prinsip -prinsip sains dan teknologi modern tetapi juga membantu kita lebih memahami dunia fisik tempat kita hidup. Dengan pengembangan ilmu material dan teknologi kuantum, prospek aplikasi medan magnet dalam energi, kedokteran, teknologi informasi, dan bidang lainnya akan lebih luas.