Eines der grundlegenden Konzepte der Physik ist das Magnetfeld. Es wirkt auf bewegte elektrische Ladungen. Es ist nicht wahrnehmbar und wird von einer Person nicht gefühlt, aber seine Anwesenheit kann mit einem Magneten oder Eisen festgestellt werden. Es ist auch recht einfach zu verstehen, welches Magnetfeld als homogen und inhomogen bezeichnet wird.
Definition und Methoden zur Detektion eines Magnetfeldes
Wenn wir auf das Konzept eines Magnetfelds stoßen, stellen wir uns die Frage, um welche Art von Magnetfeld es sich handelt, ob es homogen oder inhomogen ist. Vor der Beantwortung einer solchen Frage ist eine erste Begriffsdefinition erforderlich.
Das Magnetfeld soll als eine besondere Art von Materie angesehen werden, die in der Nähe von bewegten elektrischen Ladungen existiert, insbesondere in der Nähe von Leitern mit Strom. Kann mit einer Magnetnadel oder Eisenspänen nachgewiesen werden.
Einheitliches Feld
Kommt innerhalb des Bandes vorMagnet und im Solenoid, wenn seine Länge viel größer ist als der Durchmesser. In diesem Fall sind gemäß der Gimlet-Regel die Konturen des Magnetfelds gegen den Uhrzeigersinn gerichtet.
Magnetische Linien sind parallel und gerade, der Hohlraum zwischen ihnen ist immer gleich, die Einwirkungskraft auf die Magnetnadel unterscheidet sich in ihrer Größe und Richtung nicht an allen Stellen.
Heterogenes Feld
Im Falle eines inhomogenen Feldes werden die magnetischen Linien geknickt, der Hohlraum zwischen ihnen wird unterschiedlich groß, die Wirkungskraft auf die Magnetnadel wird an verschiedenen Stellen des Feldes in Größe und Richtung unterschiedlich sein. Auch die Kraft, die auf einen im Feld eines Streifenmagneten platzierten Pfeil wirkt, wirkt an verschiedenen Stellen mit Kräften unterschiedlicher Größe und Richtung. Dies wird als inhomogenes Feld bezeichnet. Die Linien eines solchen Feldes sind gekrümmt, die Frequenz variiert von Punkt zu Punkt.
Es ist möglich, diese Art von Feld in der Nähe eines geraden Leiters mit Strom, eines Stabmagneten und einer Magnetspule zu erkennen.
Was sind magnetische Linien
Zunächst einmal, wenn ein Problem auftritt, sollte man feststellen, was für ein Magnetfeld, homogen oder inhomogen, sich ausbildet, man sollte sich über magnetische Linien informieren, aus deren Form der Feldverlauf deutlich wird.
Um das Magnetfeld darzustellen, fing man an, magnetische Linien zu verwenden. Sie sind imaginäre Streifen entlang einer Magnetnadel und werden in ein Magnetfeld gebracht. Es ist möglich, eine magnetische Linie durch jeden zu ziehenFeldpunkt, es wird eine Richtung haben und immer in der Nähe sein.
Richtung
Sie verlassen den Nordpol des Magneten und gehen nach Süden. Im Inneren des Magneten selbst ist alles genau umgekehrt. Die Linien selbst haben keinen Anfang oder Ende, sind geschlossen oder gehen von Unendlich zu Unendlich.
Außerhalb des Magneten liegen die Linien möglichst dicht an den Polen. Daraus wird deutlich, dass die Wirkung des Feldes in der Nähe der Pole am stärksten ist und von unten weg schwächer wird. Da die Magnetstreifen gekrümmt sind, ändert sich auch die Richtung der auf die Magnetnadel wirkenden Kraft.
Darstellen
Um zu verstehen, wie sich homogene Magnetfelder von inhomogenen unterscheiden, müssen Sie lernen, wie man sie mit magnetischen Linien darstellt.
Man betrachte das obige Beispiel des Auftretens eines homogenen Magnetfeldes im sogenannten Solenoid, das ist eine zylindrische Drahtspule, durch die Strom geleitet wird. Darin kann das Magnetfeld als gleichmäßig betrachtet werden, vorausgesetzt, die Länge ist viel größer als der Durchmesser (außerhalb der Spule ist das Feld ungleichmäßig, die Magnetlinien befinden sich auf die gleiche Weise wie in einem Stabmagneten)..
Das homogene Feld befindet sich ebenfalls im Zentrum des permanenten Stabmagneten. In jedem begrenzten Raumbereich ist es auch möglich, ein gleichmäßiges Magnetfeld zu reproduzieren, in dem die auf die magnetisierte Nadel wirkenden Kräfte in Größe und Richtung gleich sind.
Um ein Magnetfeld darzustellen, verwenden Sie das folgende Beispiel. Wenn die Linien lokalisiert sindsenkrecht zur Zeichenebene und sind vom Betrachter gerichtet, dann werden sie mit Kreuzen dargestellt, wenn auf dem Betrachter - mit Punkten. Wie bei der Strömung ist jedes Kreuz sozusagen das sichtbare Ende eines Pfeils, der vom Betrachter wegfliegt, und die Spitze ist schärfer als der Pfeil, der auf uns zufliegt.
Auch die Anforderung "Ziehe ein gleichmäßiges und ungleichmäßiges Magnetfeld" ist leicht zu erfüllen. Zeichnen Sie einfach diese magnetischen Linien unter Berücksichtigung der Eigenschaften des Feldes (Gleichförmigkeit und Inhomogenität).
Die Existenz inhomogener Felder erschwert die Aufgabe jedoch erheblich. In diesem Fall ist es unwahrscheinlich, mit der allgemeinen Gleichung ein physikalisches Ergebnis zu erh alten.
Unterschiede
Die Antwort auf die Frage, wie sich homogene Magnetfelder von inhomogenen unterscheiden, ist recht einfach zu beantworten. Zunächst einmal hängt es von den magnetischen Linien ab. Im Falle eines gleichförmigen Feldes ist der Abstand zwischen ihnen gleich und sie sind gleichmäßig beabstandet, wobei an jedem Punkt die gleiche Kraft auf die Instrumente einwirkt. Bei inhomogenen Feldern ist alles genau umgekehrt. Die Leitungen sind ungleichmäßig angeordnet, an verschiedenen Stellen wirken sie mit ungleicher Kraft auf Geräte.
In der Praxis ist ein inhomogenes Feld durchaus üblich, was ebenfalls zu beachten ist, da homogene Felder nur innerhalb eines Objekts, wie etwa eines Magneten oder einer Spule, auftreten können. Beobachtungen im Freien werden die Heterogenität beheben.
Felderkennung
Verstanden haben, was gleichförmige und inhomogene Magnetfelder sind, und sie definierenNachdem Sie sie zerlegt haben, sollten Sie herausfinden, wie Sie sie finden können.
Am einfachsten ist das Experiment von Oersted. Es besteht darin, eine Magnetnadel zu verwenden, die hilft, das Vorhandensein eines elektrischen Stroms zu bestimmen. Sobald sich der Strom entlang des Leiters bewegt, bewegt sich der daneben befindliche Pfeil, da es gleichförmige und ungleichförmige Magnetfelder gibt.
Wechselwirkung von Leitern mit Strom
Jeder stromdurchflossene Leiter hat sein eigenes Magnetfeld, das mit einer bestimmten Kraft auf den nächsten einwirkt. Je nach Stromrichtung ziehen sich die Leiter an oder stoßen sich ab. Felder, die aus unterschiedlichen Quellen stammen, werden addiert und bilden ein einziges Ergebnisfeld.
Wie sie entstehen und warum
Beispiele für gleichförmige und ungleichförmige Magnetfelder, die in Kathodenstrahlgeräten verwendet werden, werden durch Spulen erzeugt, die Strom durchlassen. Um die erforderliche Form des Magnetfelds zu erh alten, werden Regalspitzen und Magnetsiebe verwendet, die aus Materialien mit starker magnetischer Permeabilität hergestellt sind.
Der Einfluss inhomogener Magnetfelder kann den Verlauf irreversibler physikalischer und chemischer Phänomene verändern, meist eines heterogenen Prozesses. Das Auftreten einer turbulenten Diffusion führt zu einer Erhöhung der Geschwindigkeit der Gasbewegung von jeder Flüssigkeit zur Oberfläche in der Form um mehrere GrößenordnungenMikrobläschen. Der Effekt der lokalen Dehydratisierung von Ionen und Partikeln beruht auf der Intensivierung des Mikrokristallisationsprozesses. In fließenden Medien können durch hochenergetische Reaktionen freie Radikale, atomaren Sauerstoff, Peroxide und stickstoffh altige Verbindungen entstehen. Es kommt zur Koagulation, und in der Flüssigkeit erscheinen Produkte, die durch erosive Zerstörung verursacht wurden.
Während der hydrodynamischen Kavitation erschwert die Größe der entstehenden Blasen und Kavernen deren Mitnahme durch Flüssigkeit aus dem Bereich mit niedrigem Druck in den Bereich mit höherem Druck, wo die Blasen kollabieren. Beim Zusammenbruch einer kleinen Blase ist der Luftgeh alt gering und es kommt zu einer starken chemischen Reaktion, ähnlich einer Plasmaentladung. Das Vorhandensein inhomogener Magnetfelder führt zur Instabilität von Hohlräumen, deren Auflösung und dem Auftreten von kleinen Wirbeln und Blasen. Da der Druck im Zentrum eines solchen Wirbels verringert wird, wandelt er kleine Gasbläschen um.
Beachten Sie bei der Induktionsmessung in einem ungleichförmigen Magnetfeld, dass die Hall-Spannung proportional zum Mittelwert der Feldinduktion innerhalb der von der Wandleroberfläche begrenzten Fläche ist.
Um paraxiale Strahlen zu fokussieren, werden auch ungleichförmige Magnetfelder verwendet, die durch kurze Spulen gebildet werden, bei denen es sich um mehrschichtige Solenoide handelt, deren Länge ihrem Durchmesser entspricht. Ein Elektron, das in ein solches Feld eintritt, ist Kräften ausgesetzt, die seine Richtung ändern. Ein Elektron unter dem Einfluss einer solchen Kraft nähert sich der Linsenachse, während sich die Ebene, in der sich seine Flugbahn befindet, befindetbiegt. Das Elektron bewegt sich entlang eines Spiralsegments, das die Linsenachse an einem bestimmten Punkt schneidet.
Der räumliche Erhöhungsfaktor entsteht durch die räumliche Ausbreitung inhomogener Felder im Territorium eines mit Flüssigkeit umspülten heterogenen Systems. Um die Besetzungsinversion der Pegel durch das Trennverfahren zu erh alten, werden ungleichmäßige Felder verwendet, die durch einen Mehrbandmagneten erzeugt werden. Die Form der Pole ähnelt den Stäben im Quadrupolkondensator eines Molekulargenerators auf Ammoniakbasis.
Verwendet
Die Magnetordnungsmethode zur Fehlererkennung basiert auf der Anziehung magnetischer Partikel durch die Kräfte inhomogener Felder, die über den Fehlern auftreten. Die Ansammlung eines solchen Pulvers bestimmt das Vorhandensein eines Fehlers, seine Größe und Position auf dem zu prüfenden Teil.
Als wesentlicher Nachteil des Molekularstrahlverfahrens mit starken inhomogenen Magnetfeldern wird ein geringer Aufsp altungseffekt angesehen. Es gibt eine einfache und scheinbar unglaubwürdige Methode, um diesen Effekt zu verstärken. Es besteht in der Anwendung eines leichten äußeren Magnetfeldes. Letzteres wird es ermöglichen, den Einsatzbereich von Kernpräzessionsmagnetometern in Richtung inhomogener Magnetfelder zu erweitern.
Der Vorteil dieser Methode ist ihre hohe Auflösung, die es ermöglicht, ungleichmäßige Magnetfelder entsprechend der Größe der Partikel der Magnetschicht des Bandes zu erkennen, sowie Schäden zu finden komplexen Oberflächen und in engen Öffnungen.
Die Nachteile sinddie Notwendigkeit einer sekundären Verarbeitung von Informationen, nur Partikel von Magnetfeldern entlang des Bandes werden fixiert, die Komplexität der Entmagnetisierung und Konservierung des Bandes und es ist notwendig, den Einfluss externer Magnetfelder zu verhindern.
Gleichmäßige und inhomogene Magnetfelder sind weit verbreitet, obwohl sie für den durchschnittlichen Laien unsichtbar sind. Beispiele für gleichförmige und ungleichförmige Magnetfelder finden sich in Stabmagneten und Solenoiden. Gleichzeitig können Sie sie mit einer einfachen Magnetnadel oder Eisenspänen feststellen.
