Kas ir magnētiskā plūsma?

Gausa likums

Stieņa magnētam ir divi stabi, nosaukti par ziemeļiem un dienvidiem, jo ​​tie reaģē uz Zemes magnētisko lauku, kas ir orientēts aptuveni ziemeļu-dienvidu virzienā. Tā ir zinātniska konvencija, ka magnētiskā spēka līnijas plūst no ziemeļiem uz dienvidiem. Ja cilvēks ņem divdimensiju taisnstūra virsmu stieņa magnēta ziemeļu galā, tai ir magnētiskā plūsma, tāpat kā virsmai pie dienvidu pola. Tomēr magnētam kopumā nav plūsmas, jo ziemeļu un dienvidu gali ir vienādi pēc spēka un lauks no ziemeļpola “plūst” uz dienvidu polu, veidojot slēgtu cilpu.

Gausa magnētisma likums nosaka, ka slēgtai virsmai, piemēram, sfērai, kubam vai stieņa magnētam, magnētiskā plūsma vienmēr ir nulle. Tas ir vēl viens veids, kā teikt, ka objektam, neatkarīgi no tā, cik mazs, ar ziemeļpolu vienmēr jābūt vienāda stipruma dienvidu polam un otrādi. Viss, kam ir magnētiskais lauks, ir dipols, kas nozīmē, ka tam ir divi stabi. Daži zinātnieki ir izteikuši pieņēmumu, ka magnētiskie monopoli varētu pastāvēt, taču neviens nekad nav atklāts. Ja tie tiks atrasti, Gausa likums būtu jāmaina.

Faradeja likums

Faradeja likums nosaka, ka magnētiskās plūsmas izmaiņas stieples spolē radīs spriegumu jeb elektromotora spēku (EMF). Vienkārši pārvietojot magnētu stieples spoles tuvumā, tas tiks sasniegts, kā arī mainīsies magnētiskā lauka stiprums. Radušos spriegumu var noteikt pēc magnētiskās plūsmas izmaiņu ātruma un spoles apgriezienu skaita.

Tas ir elektroenerģijas ģeneratoru princips, kur kustību rada, piemēram, tekošs ūdens, vējš vai dzinējs, ko darbina fosilais kurināmais. Magnēti un stiepļu spoles pārvērš šo kustību elektroenerģijā saskaņā ar Faradeja likumu. Elektromotori demonstrē to pašu ideju apgrieztā veidā: maiņstrāva stieples spolēs mijiedarbojas ar magnētiem, radot kustību.

Magnētiskie materiāli

Materiālu reakcija uz magnētiskajiem laukiem ir atšķirīga. Feromagnētiskās vielas rada spēcīgāku magnētisko lauku, un šis lauks var saglabāties, kad ārējais lauks tiek noņemts, atstājot pastāvīgo magnētu. Dzelzs ir vispazīstamākais šāda veida elements, taču šo efektu demonstrē arī citi metāliski elementi, piemēram, kobalts, niķelis, gadolīnijs un disprozijs. Ļoti spēcīgus magnētus var izgatavot no retzemju metālu neodīma un samārija sakausējumiem.

Paramagnētiskie materiāli rada magnētisko lauku, reaģējot uz ārējo, radot salīdzinoši vāju pievilcību, kas nav noturīga. Piemēri ir varš un alumīnijs. Vēl viens piemērs ir skābeklis; šajā gadījumā efektu vislabāk var demonstrēt ar elementu šķidrā veidā.

Diamagnētiskās vielas rada magnētisko lauku, kas ir pretējs ārējam laukam, radot atgrūšanos. Visām vielām ir šāda ietekme, taču tā parasti ir ļoti vāja un vienmēr vājāka par feromagnētismu vai paramagnētismu. Dažos gadījumos, piemēram, oglekļa formā, ko sauc par pirolītisku grafītu, efekts ir pietiekami spēcīgs, lai ļautu nelielam šāda veida materiāla gabalam peldēt gaisā tieši virs spēcīgu magnētu izvietojuma.

Plūsmas aprēķināšana un mērīšana

Plūsmas aprēķināšana plakanai virsmai taisnā leņķī pret magnētiskā lauka virzienu ir vienkārša. Tomēr bieži vien ir nepieciešams aprēķināt daudzumu stieples spolei, ko sauc arī par solenoīdu. Pieņemot, ka lauks ir perpendikulārs vadam, kopējā plūsma ir magnētiskā lauka stiprums, kas reizināts ar laukumu, caur kuru tas iet, reizināts ar spoles apgriezienu skaitu. Ja lauks nav taisnā leņķī pret virsmu, jāņem vērā leņķis, ko magnētiskā lauka līnijas veido pret perpendikulu, un reizinājumu reizina ar šī leņķa kosinusu.

Lai mērītu lauka lielumu, tiek izmantots instruments, ko sauc par fluxmeter. Tas balstās uz faktu, ka magnētiskais lauks radīs elektrisko strāvu vadā, ja tie pārvietojas viens pret otru. Šo strāvu var izmērīt, lai noteiktu plūsmu.

Magnētiskā plūsma ģeoloģijā

Magnētiskās plūsmas mērīšana dažādos Zemes virsmas punktos ļauj zinātniekiem uzraudzīt planētas magnētisko lauku. Šis lauks, ko, domājams, rada elektriskās strāvas Zemes dzelzs kodolā, nav statisks, bet laika gaitā mainās. Magnētiskie stabi patiesībā ir mainījušies daudzas reizes pagātnē un, visticamāk, to darīs arī nākotnē. Pola maiņas sekas var būt nopietnas, jo izmaiņu laikā lauka stiprums tiks samazināts lielākajā daļā planētas. Zemes magnētiskais lauks aizsargā dzīvību uz planētas no saules vēja, elektriski lādētu daļiņu plūsmas no Saules, kas būtu kaitīga.

Mērvienības

Magnētiskā lauka stiprumu jeb magnētiskās plūsmas blīvumu mēra Teslas, vienībā, kas nosaukta elektroinženiera Nikola Teslas vārdā. Plūsmu mēra Vēberā, kas nosaukts fiziķa Vilhelma Eduarda Vēbera vārdā. Vēbers ir 1 Tesla, kas reizināts ar 1 kvadrātmetru, un Tesla ir 1 Weber uz kvadrātmetru.