MEDAN MAGNET: INTENSITI, CIRI, SUMBER, CONTOH - FIZIKAL - 2026

The medan magnet adalah pengaruh yang bergerak caj elektrik ada di ruang yang mengelilingi mereka. Cas selalu mempunyai medan elektrik, tetapi hanya yang bergerak dapat menghasilkan kesan magnet.

Kewujudan daya tarikan telah diketahui sejak sekian lama. Orang Yunani kuno menggambarkan mineral yang mampu menarik kepingan besi kecil: itu adalah batu kapur atau magnetit.

Rajah 1. Sampel magnet. Sumber: Wikimedia Commons. Rojinegro81.

Orang bijak Thales of Miletus dan Plato sibuk merakam kesan magnet dalam tulisan mereka; by the way, mereka juga tahu elektrik statik.

Tetapi daya tarikan tidak berkaitan dengan elektrik sehingga abad ke-19, ketika Hans Christian Oersted memperhatikan bahawa kompas menyimpang di sekitar wayar konduktif yang membawa arus.

Hari ini kita tahu bahawa elektrik dan daya tarikan adalah, dua sisi, duit syiling yang sama.

Medan magnet dalam fizik

Dalam fizik, istilah medan magnet adalah kuantiti vektor, dengan modulus (nilai berangka), arah dalam ruang dan akal. Ia juga mempunyai dua makna. Yang pertama adalah vektor kadang-kadang dipanggil induksi magnet dan ditandakan dengan B .

Unit B dalam Sistem Unit Antarabangsa adalah tesla, disingkat T. Kuantiti lain yang juga disebut medan magnet adalah H , juga dikenali sebagai intensiti medan magnet dan unitnya adalah ampere / meter.

Kedua-dua kuantiti berkadar, tetapi ditentukan dengan cara ini untuk mengambil kira kesan bahan magnet pada medan yang melaluinya.

Sekiranya bahan diletakkan di tengah medan magnet luaran, medan yang dihasilkan akan bergantung pada ini dan juga pada tindak balas magnet bahan itu sendiri. Itulah sebabnya mengapa B dan H berkaitan dengan:

B = μ _m H

Di sini μ _m ialah pemalar yang bergantung pada bahan dan mempunyai unit yang sesuai sehingga apabila mengalikan H hasilnya adalah tesla.

C

Medan magnet adalah magnitud vektor, oleh itu ia mempunyai magnitud, arah dan akal.

-Unit medan magnet B dalam Sistem Antarabangsa adalah tesla, disingkat sebagai T, sementara H adalah ampere / meter. Unit-unit lain yang sering muncul dalam literatur adalah gauss (G) dan osteded.

-Garis medan magnet selalu gelung tertutup, meninggalkan kutub utara dan memasuki kutub selatan. Padang selalu bersinggungan dengan garisan.

-Kutub magnet selalu ditunjukkan dalam pasangan Utara-Selatan. Tidak mungkin mempunyai tiang magnet terpencil.

-Ini selalu berpunca dari pergerakan cas elektrik.

-Keamatannya berkadar dengan besarnya beban atau arus yang menghasilkannya.

-Ketinggian medan magnet berkurang dengan pembalikan segiempat jarak.

-Magnetik medan boleh tetap atau berubah-ubah, baik dalam masa dan di ruang.

- Medan magnet mampu memberikan daya magnet pada cas bergerak atau pada wayar yang membawa arus.

Tiang magnet

Magnet bar selalu mempunyai dua kutub magnet: kutub utara dan kutub selatan. Sangat mudah untuk mengesahkan bahawa tiang tanda yang sama menghalau, sementara tiang dengan pelbagai jenis menarik.

Ini hampir sama dengan apa yang berlaku dengan cas elektrik. Juga dapat diperhatikan bahawa semakin dekat mereka, semakin besar kekuatan yang menarik atau saling menghalau satu sama lain.

Magnet bar mempunyai corak garis medan yang tersendiri. Mereka melengkung tajam, meninggalkan kutub utara dan memasuki kutub selatan.

Rajah 2. Garisan medan magnet magnet bar. Sumber: Wikimedia Commons.

Satu eksperimen sederhana untuk melihat garis-garis ini adalah dengan menyebarkan lapisan besi di atas selembar kertas dan letakkan magnet bar di bawahnya.

Keamatan medan magnet diberikan sebagai fungsi kepadatan garis medan. Ini selalu paling padat di dekat kutub, dan ia menyebar ketika kita menjauh dari magnet.

Magnet juga dikenali sebagai dipol magnetik, di mana dua kutub tepatnya kutub magnet utara dan selatan.

Tetapi mereka tidak pernah dapat dipisahkan. Sekiranya anda memotong magnet menjadi dua, anda akan mendapat dua magnet, masing-masing dengan kutub utara dan selatan masing-masing. Tiang terpencil disebut monopol magnetik, tetapi hingga kini tidak ada yang terpencil.

Sumber

Seseorang boleh bercakap mengenai pelbagai sumber medan magnet. Mereka berkisar dari mineral magnet, melalui Bumi itu sendiri, yang berkelakuan seperti magnet besar, hingga elektromagnet.

Tetapi kebenarannya adalah bahawa setiap medan magnet berasal dari pergerakan zarah-zarah bermuatan.

Kemudian kita akan melihat bahawa sumber utama magnetisme berada dalam arus kecil di dalam atom, terutamanya yang dihasilkan disebabkan oleh pergerakan elektron di sekitar nukleus dan kesan kuantum yang terdapat di dalam atom.

Walau bagaimanapun, mengenai asal makroskopiknya, seseorang dapat memikirkan sumber semula jadi dan sumber buatan.

Sumber semula jadi pada asasnya tidak "mematikan", ia adalah magnet kekal, namun harus diambil kira bahawa haba merosakkan daya tarikan zat.

Bagi sumber buatan, kesan magnet dapat ditekan dan dikawal. Oleh itu kami mempunyai:

-Magnet asal semula jadi, diperbuat daripada mineral magnetik seperti magnetit dan maghemite, kedua-dua oksida besi, misalnya.

- Arus elektrik dan elektromagnet.

Mineral dan elektromagnet magnet

Secara semula jadi terdapat pelbagai sebatian yang menunjukkan sifat magnet yang luar biasa. Mereka mampu menarik kepingan besi dan nikel, misalnya, serta magnet lain.

Oksida besi yang disebutkan, seperti magnetit dan maghemite, adalah contoh kelas bahan ini.

Kerentanan magnetik adalah parameter yang digunakan untuk mengukur sifat magnet batuan. Batuan igneus asas adalah yang mempunyai kerentanan tertinggi, kerana kandungan magnetitnya yang tinggi.

Sebaliknya, selagi anda mempunyai wayar yang membawa arus, akan ada medan magnet yang berkaitan. Di sini kita mempunyai cara lain untuk menghasilkan medan, yang dalam hal ini, berbentuk bulatan sepusat dengan wayar.

Arah pergerakan padang diberikan oleh peraturan ibu jari kanan. Apabila ibu jari tangan kanan menunjuk ke arah arus, empat jari yang tersisa akan menunjukkan arah di mana garis medan dibengkokkan.

Rajah 3. Peraturan ibu jari kanan untuk mendapatkan arah dan deria medan magnet. Sumber: Wikimedia Commons.

Elektromagnet adalah alat yang menghasilkan daya tarikan dari arus elektrik. Ia mempunyai kelebihan kerana dapat menghidupkan dan mematikan sesuka hati. Apabila arus berhenti, medan magnet hilang. Selain itu intensiti medan juga dapat dikawal.

Elektromagnet adalah sebahagian daripada pelbagai peranti, termasuk pembesar suara, cakera keras, motor, dan relay, antara lain.

Daya magnet pada cas bergerak

Kewujudan medan magnet B dapat disahkan dengan menggunakan cas elektrik uji - dipanggil q- dan yang bergerak dengan laju v . Untuk ini, kehadiran medan elektrik dan graviti dikesampingkan, sekurang-kurangnya buat masa ini.

Dalam kes sedemikian, daya yang dialami oleh muatan q, yang dilambangkan sebagai F _B , sepenuhnya disebabkan oleh pengaruh medan. Secara kualitatif, perkara berikut diperhatikan:

-Kadaran F _B berkadar dengan q dan kelajuan v.

-Jika v selari dengan vektor medan magnet, magnitud F _B adalah sifar.

-Tekanan magnet berserenjang dengan kedua-dua v dan B.

-Akhirnya, magnitud daya magnet berkadar dengan sin θ, di mana θ adalah sudut antara vektor halaju dan vektor medan magnet.

Semua perkara di atas adalah sah untuk caj positif dan negatif. Satu-satunya perbezaan ialah arah daya magnet terbalik.

Pemerhatian ini sepakat dengan produk vektor antara dua vektor, sehingga daya magnet yang dialami oleh cas titik q, bergerak dengan halaju v di tengah medan magnet adalah:

F _B = q v x B

Modul yang:

Rajah 4. Peraturan sebelah kanan untuk daya magnet pada cas titik positif. Sumber: Wikimedia Commons.

Bagaimana medan magnet dihasilkan?

Terdapat beberapa cara, seperti:

-Memagnetkan bahan yang sesuai.

- Mengalirkan arus elektrik melalui wayar konduktif.

Tetapi asal-usul kemagnetan jirim dijelaskan dengan mengingat bahawa ia mesti dikaitkan dengan pergerakan cas.

Elektron yang mengorbit nukleus pada asasnya adalah litar arus tertutup kecil, tetapi satu elektron mampu memberikan sumbangan besar kepada daya tarikan atom. Terdapat banyak elektron dalam sekeping bahan magnet.

Sumbangan ini untuk daya tarikan atom disebut momen magnetik orbit. Tetapi ada lebih banyak lagi, kerana terjemahannya bukan satu-satunya pergerakan elektron. Ia juga mempunyai momen putaran magnetik, kesan kuantum yang analogi adalah putaran elektron pada paksinya.

Sebenarnya, momen putaran magnetik adalah penyebab utama kemagnetan atom.

Jenis-Jenis

Medan magnet mampu mengambil banyak bentuk, bergantung kepada pengedaran arus yang berasal daripadanya. Pada gilirannya, ia boleh berbeza-beza bukan hanya dalam ruang, tetapi juga pada waktu, atau keduanya pada waktu yang sama.

-Di sekitar kutub elektromagnet terdapat medan yang hampir tetap.

-Juga di dalam solenoid medan intensiti tinggi dan seragam diperoleh, dengan garis medan diarahkan pada paksi paksi.

- Medan magnet Bumi menghampiri medan magnet bar, terutamanya di sekitar permukaan. Lebih jauh, angin suria mengubah arus elektrik dan merusaknya.

-Kawat yang membawa arus mempunyai medan dalam bentuk bulatan sepusat dengan wayar.

Mengenai sama ada bidang boleh berubah dari masa ke masa, kami mempunyai:

Medan magnet statik, apabila magnitud dan arahnya tidak berubah dari masa ke masa. Medan magnet bar adalah contoh yang baik dari jenis medan ini. Juga yang berasal dari wayar yang membawa arus pegun.

-Bidang berubah dari masa ke masa, jika ada ciri-cirinya berbeza dari masa ke masa. Salah satu cara untuk mendapatkannya adalah dengan generator arus ulang-alik, yang menggunakan fenomena aruhan magnet. Mereka terdapat di banyak peranti yang biasa digunakan, misalnya telefon bimbit.

Undang-undang Biot-Savart

Apabila diperlukan untuk menghitung bentuk medan magnet yang dihasilkan oleh pengedaran arus, penggunaan undang-undang Biot-Savart, dapat ditemukan pada tahun 1820 oleh ahli fizik Perancis Jean Marie Biot (1774-1862) dan Felix Savart (1791-1841). ).

Untuk sebilangan pengedaran semasa dengan geometri sederhana, ungkapan matematik untuk vektor medan magnet dapat diperoleh secara langsung.

Katakan kita mempunyai segmen dawai dengan panjang pembezaan dl yang membawa arus elektrik I. Kawat juga akan dianggap berada dalam keadaan hampa. Medan magnet yang menghasilkan taburan ini:

-Kurang dengan pembalikan segiempat jarak ke wayar.

-Kadar sebanding dengan intensiti arus I yang melalui wayar.

-Karenya bersinggungan dengan lilitan jari-jari r yang berpusat pada wayar dan arahnya diberikan oleh peraturan ibu jari kanan.

- μ _o = 4π. 10 ^-7 Tm / A

- d B adalah pembezaan medan magnet.

- Saya adalah intensiti arus yang mengalir melalui wayar.

- r adalah jarak antara pusat wayar dan titik di mana anda ingin mencari medan.

-r adalah vektor yang bergerak dari wayar ke titik di mana anda mahu mengira medan.

Contoh

Berikut adalah dua contoh medan magnet dan ungkapan analitiknya.

Medan magnet yang dihasilkan oleh wayar segiempat yang sangat panjang

Melalui undang-undang Biot-Savart, medan yang dihasilkan oleh wayar konduktor terhingga nipis yang membawa arus I dapat diperoleh. Dengan mengintegrasikan sepanjang konduktor dan mengambil kes pembatas di mana ia sangat panjang, besarnya medan hasil:

Medan yang dibuat oleh gegelung Helmholtz

Gelung Helmholtz terdiri daripada dua gegelung bulat yang sama dan sepusat, yang mana arus yang sama dilalui. Mereka berfungsi untuk menghasilkan medan magnet yang hampir sama di dalamnya.

Rajah 5. Skematik gegelung Helmholtz. Sumber: Wikimedia Commons.

Besarnya di tengah gegelung adalah:

Y diarahkan pada paksi paksi. Faktor persamaan tersebut adalah:

- N mewakili bilangan putaran gegelung

- Saya adalah besarnya arus

- μ _o adalah kebolehtelapan magnetik vakum

- R adalah jejari gegelung.

Rujukan

1. Figueroa, D. (2005). Siri: Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan. Jilid 1. Kinematik. Disunting oleh Douglas Figueroa (USB).
2. Medan magnet kekuatan H . Dipulihkan dari: 230nsc1.phy-astr.gsu.edu.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Fizik: Pandangan Dunia. Edisi ringkasan ke-6. Pembelajaran Cengage.
4. Medan Magnetik dan Angkatan Magnetik. Dipulihkan dari: physics.ucf.edu.
5. Rex, A. 2011. Asas Fizik. Pearson.
6. Serway, R., Jewett, J. (2008). Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan. Jilid 2. 7hb. Pembelajaran Ed. Cengage.
7. Universiti Vigo. Contoh kemagnetan. Dipulihkan dari: quintans.webs.uvigo.es