Zinātne par magnētiskā lauka līnijām

Dzelzs vīles parāda magnētiskā lauka līnijas. Spensers Grants / Getty Images

A magnētiskais lauks ieskauj jebkurš elektriskais lādiņš kustībā . Magnētiskais lauks ir nepārtraukts un neredzams, bet tā stiprumu un orientāciju var attēlot ar magnētiskā lauka līnijām. Ideālā gadījumā magnētiskā lauka līnijas vai magnētiskās plūsmas līnijas parāda magnētiskā lauka stiprumu un orientāciju. Attēlojums ir noderīgs, jo tas dod cilvēkiem iespēju aplūkot neredzamu spēku un tāpēc, ka matemātiskie fizikas likumi viegli pielāgojas lauka līniju 'skaitam' vai blīvumam.

• Magnētiskā lauka līnijas ir magnētiskā lauka neredzamo spēka līniju vizuāls attēlojums.
• Pēc vienošanās līnijas izseko spēku no magnēta ziemeļu uz dienvidu polu.
• Attālums starp līnijām norāda magnētiskā lauka relatīvo stiprumu. Jo tuvāk ir līnijas, jo spēcīgāks ir magnētiskais lauks.
• Dzelzs vīles un kompasu var izmantot, lai izsekotu magnētiskā lauka līniju formai, stiprumam un virzienam.

Magnētiskais lauks ir a vektors , kas nozīmē, ka tam ir lielums un virziens. Ja elektriskā strāva plūst taisnā līnijā, labās rokas noteikums parāda virzienu, kādā neredzamas magnētiskā lauka līnijas plūst ap vadu. Ja iedomājaties, ka ar labo roku satverat vadu ar īkšķi, kas vērsts strāvas virzienā, magnētiskais lauks virzās pirkstu virzienā ap vadu. Bet ko darīt, ja nezināt strāvas virzienu vai vienkārši vēlaties vizualizēt magnētisko lauku?

Kā redzēt magnētisko lauku

Tāpat kā gaiss, magnētiskais lauks ir neredzams. Vēju var vērot netieši, izmetot gaisā mazus papīra gabaliņus. Līdzīgi, ievietojot magnētiskā materiāla gabalus magnētiskajā laukā, varat izsekot tā ceļam. Vienkāršās metodes ietver:

Izmantojiet kompasu

Kompasu grupa var parādīt magnētiskā lauka līniju virzienus. Macejs Frolovs / Getty Images

Pamāj ar singlu kompass ap magnētisko lauku parāda lauka līniju virzienu. Lai faktiski kartētu magnētisko lauku, daudzu kompasu novietošana norāda magnētiskā lauka virzienu jebkurā punktā. Lai zīmētu magnētiskā lauka līnijas, savienojiet kompasa 'punktus'. Šīs metodes priekšrocība ir tā, ka tā parāda magnētiskā lauka līniju virzienu. Trūkums ir tāds, ka tas nenorāda magnētiskā lauka stiprumu.

Izmantojiet dzelzs vīles vai magnētiskās smiltis

Dzelzs ir feromagnētisks. Tas nozīmē, ka tas izlīdzinās pa magnētiskā lauka līnijām, veidojot mazus magnētus ar ziemeļu un dienvidu polu. Sīki dzelzs gabaliņi, piemēram, dzelzs vīles, izlīdzinās, veidojot detalizētu lauka līniju karti, jo viena gabala ziemeļpols orientējas, lai atvairītu cita gabala ziemeļpolu un piesaistītu tā dienvidu polu. Taču jūs nevarat vienkārši uzkaisīt vīles uz magnēta, jo tās pievelk un pielīps pie tā, nevis izsekos magnētiskajam laukam.

Lai atrisinātu šo problēmu, uz papīra vai plastmasas virs magnētiskā lauka uzkaisa dzelzs vīles. Viens no paņēmieniem, ko izmanto, lai izkliedētu vīles, ir to apkaisīšana uz virsmas no dažu collu augstuma. Var pievienot vairāk failu, lai padarītu lauka līnijas skaidrākas, taču tikai līdz noteiktam punktam.

Alternatīvas dzelzs vīlēm ietver tērauda BB granulas, alvas dzelzs vīles (kas nerūsēs), mazas papīra saspraudes, skavas vai magnetīta smiltis . Dzelzs, tērauda vai magnetīta daļiņu izmantošanas priekšrocība ir tā, ka daļiņas veido detalizētu magnētiskā lauka līniju karti. Karte sniedz arī aptuvenu norādi par magnētiskā lauka stiprumu. Cieši izvietotas, blīvas līnijas rodas tur, kur lauks ir spēcīgākais, savukārt plaši atdalītas, retas līnijas parāda, kur tas ir vājāks. Dzelzs vīļu izmantošanas trūkums ir tas, ka nav norādes par magnētiskā lauka orientāciju. Vienkāršākais veids, kā to pārvarēt, ir izmantot kompasu kopā ar dzelzs vīlēm, lai kartētu gan orientāciju, gan virzienu.

Izmēģiniet magnētisko skatīšanās filmu

Magnētiskā skatīšanās plēve ir elastīga plastmasas satur šķidruma burbuļus, kas sašūti ar sīkiem magnētiskiem stieņiem. Plēves šķiet tumšākas vai gaišākas atkarībā no stieņu orientācijas magnētiskajā laukā. Magnētiskā skatīšanās filma vislabāk darbojas, kartējot sarežģītu magnētisko ģeometriju, piemēram, to, ko rada plakans ledusskapja magnēts.

Dabiskā magnētiskā lauka līnijas

Līnijas polārblāzmā seko Zemes magnētiskā lauka līnijām. Oskars Bjarnasons / Getty Images

Magnētiskā lauka līnijas parādās arī dabā. Laikā a pilnīgs saules aptumsums , līnijas koronā izseko Saules magnētiskajam laukam. Atgriežoties uz Zemes, līnijas aurorā norāda planētas magnētiskā lauka ceļu. Abos gadījumos redzamās līnijas ir mirdzošas uzlādētu daļiņu plūsmas.

Magnētiskā lauka līnijas noteikumi

Izmantojot magnētiskā lauka līnijas, lai izveidotu karti, kļūst acīmredzami daži noteikumi:

1. Magnētiskā lauka līnijas nekad nešķērsojas.
2. Magnētiskā lauka līnijas ir nepārtrauktas. Tie veido slēgtas cilpas, kas turpinās visu ceļu cauri magnētiskam materiālam.
3. Magnētiskā lauka līnijas saplūst kopā tur, kur magnētiskais lauks ir spēcīgākais. Citiem vārdiem sakot, lauka līniju blīvums norāda uz magnētiskā lauka stiprumu. Ja lauka līnijas ap magnētu ir kartētas, tā spēcīgākais magnētiskais lauks atrodas abos polos.
4. Ja vien magnētiskais lauks nav kartēts, izmantojot kompasu, magnētiskā lauka virziens var nebūt zināms. Pēc vienošanās virzienu norāda, zīmējot bultiņas pa magnētiskā lauka līnijām. Jebkurā magnētiskajā laukā līnijas vienmēr plūst no ziemeļpola uz dienvidu polu. Nosaukumi 'ziemeļi' un 'dienvidi' ir vēsturiski, un tiem var nebūt nekādas ietekmes uz magnētiskā lauka ģeogrāfisko orientāciju.

Avots

• Dērnijs, Kārlis H. un Kērtiss Džonsons (1969). Ievads mūsdienu elektromagnētikā . Makgreva-Hils. ISBN 978-0-07-018388-9.
• Grifits, Deivids Dž. (2017). Ievads elektrodinamikā (4. izdevums). Cambridge University Press. ISBN 9781108357142.
• Ņūtons, Henrijs Bleks un Hārvijs N. Deiviss (1913). Praktiskā fizika . Uzņēmums MacMillan Co., ASV.
• Tiplers, Pols (2004). Fizika zinātniekiem un inženieriem: elektrība, magnētisms, gaisma un mūsdienu fizikas elementi (5. izdevums). V. H. Frīmens. ISBN 978-0-7167-0810-0.