یکی از مفاهیم اساسی مورد استفاده در فیزیک میدان مغناطیسی است. روی بارهای الکتریکی متحرک عمل می کند. نامحسوس است و توسط شخص احساس نمی شود، اما وجود آن را می توان با استفاده از آهنربا یا آهن تشخیص داد. همچنین بسیار آسان است که بفهمیم کدام میدان مغناطیسی همگن و ناهمگن نامیده می شود.
تعریف و روشهای تشخیص میدان مغناطیسی
وقتی با مفهوم میدان مغناطیسی مواجه می شویم، این سوال پیش می آید که میدان مغناطیسی از چه نوع است، همگن است یا ناهمگن. قبل از پاسخ به چنین سوالی، لازم است تعاریف اولیه از اصطلاحات ارائه شود.
میدان مغناطیسی نوعی ماده خاص در نظر گرفته می شود که در نزدیکی بارهای الکتریکی متحرک، به ویژه در نزدیکی هادی های دارای جریان وجود دارد. با استفاده از سوزن مغناطیسی یا براده های آهن قابل تشخیص است.
فیلد یکنواخت
در داخل باند رخ می دهدآهنربا و در شیر برقی، زمانی که طول آن بسیار بیشتر از قطر باشد. در این حالت، طبق قانون گیملت، خطوط میدان مغناطیسی در خلاف جهت عقربه‌های ساعت هدایت می‌شوند.
خطوط مغناطیسی موازی و مستقیم هستند، فضای خالی بین آنها همیشه یکسان است، نیروی تأثیر بر سوزن مغناطیسی در قدر و جهت آن در همه نقاط تفاوتی ندارد.
میدان ناهمگن
در مورد یک میدان ناهمگن، خطوط مغناطیسی خم می شوند، فضای خالی بین آنها از نظر اندازه متفاوت است، نیروی عمل روی سوزن مغناطیسی از نظر بزرگی و جهت در نقاط مختلف میدان متفاوت است. همچنین، نیروی وارد بر فلشی که در میدان آهنربای نواری قرار می گیرد، در نقاط مختلف با نیروهایی که از نظر بزرگی و جهت متفاوت هستند، عمل می کند. به این میدان ناهمگن می گویند. خطوط چنین میدانی منحنی هستند، فرکانس از نقطه به نقطه متفاوت است.
می توان این نوع میدان را در نزدیکی یک هادی مستقیم با جریان، آهنربای میله ای و شیر برقی تشخیص داد.
خطوط مغناطیسی چیست
ابتدا وقتی مشکلی پیش می آید باید مشخص کرد که چه نوع میدان مغناطیسی همگن یا ناهمگن تشکیل می شود، باید خطوط مغناطیسی را یاد گرفت که از شکل آنها مشخصه میدان مشخص می شود.
برای به تصویر کشیدن میدان مغناطیسی، شروع به استفاده از خطوط مغناطیسی کرد. آنها نوارهای خیالی در امتداد یک سوزن مغناطیسی هستند و در یک میدان مغناطیسی قرار می گیرند. کشیدن یک خط مغناطیسی از طریق هر یک امکان پذیر استنقطه میدان، جهت خواهد داشت و همیشه بسته است.
جهت
آنها قطب شمال آهنربا را ترک کرده و به سمت جنوب می روند. در داخل آهنربا، همه چیز کاملاً برعکس است. خطوط خود آغاز یا پایانی ندارند، بسته هستند یا از بی نهایت به بی نهایت می روند.
خارج از آهنربا، خطوط تا حد امکان متراکم در نزدیکی قطب ها قرار دارند. از اینجا مشخص می شود که تأثیر میدان در نزدیکی قطب ها قوی ترین است و با دور شدن از پایین، ضعیف می شود. با توجه به اینکه نوارهای مغناطیسی منحنی هستند، جهت نیرویی که بر سوزن مغناطیسی وارد می شود نیز تغییر می کند.
چگونه به تصویر بکشیم
برای درک تفاوت میدان های مغناطیسی همگن با میدان های مغناطیسی ناهمگن، باید یاد بگیرید که چگونه آنها را با استفاده از خطوط مغناطیسی به تصویر بکشید.
باید مثال بالا را در مورد وقوع میدان مغناطیسی یکنواخت در به اصطلاح شیر برقی که یک سیم پیچ سیم استوانه ای است که جریان از آن عبور می کند در نظر گرفت. در داخل آن، میدان مغناطیسی را می توان یکنواخت در نظر گرفت، مشروط بر اینکه طول آن بسیار بیشتر از قطر باشد (در خارج از سیم پیچ، میدان غیر یکنواخت خواهد بود، خطوط مغناطیسی به همان شکلی که در یک آهنربای میله ای قرار می گیرد).
میدان یکنواخت نیز در مرکز آهنربای میله ای دائمی قرار دارد. در هر ناحیه محدودی در فضا، امکان بازتولید یک میدان مغناطیسی یکنواخت نیز وجود دارد که در آن نیروهای وارد بر سوزن مغناطیسی شده از نظر بزرگی و جهت یکسان خواهند بود.
برای به تصویر کشیدن یک میدان مغناطیسی، از مثال زیر استفاده کنید. اگر خطوط قرار دارندعمود بر صفحه طراحی و از بیننده هدایت می شوند ، سپس با صلیب ها به تصویر کشیده می شوند ، اگر روی بیننده - با نقطه. مانند جریان، هر صلیب، همان طور که بود، دم قابل مشاهده یک تیر است که از بیننده پرواز می کند، و نقطه تیزتر از تیری است که به سمت ما پرواز می کند.
همچنین، شرط "رسم میدان مغناطیسی یکنواخت و غیر یکنواخت" به راحتی انجام می شود. به سادگی این خطوط مغناطیسی را با در نظر گرفتن ویژگی های میدان (یکنواختی و ناهمگنی) رسم کنید.
با این حال، وجود میدان های ناهمگن کار را بسیار پیچیده می کند. در این مورد، به دست آوردن هر گونه نتیجه فیزیکی با استفاده از معادله عمومی بعید است.
تفاوت
پاسخ به این سوال که چگونه میدان های مغناطیسی همگن با میدان های مغناطیسی ناهمگن تفاوت دارند، بسیار آسان است. اول از همه، بستگی به خطوط مغناطیسی دارد. در مورد یک میدان یکنواخت، فاصله بین آنها یکسان خواهد بود و فاصله آنها به طور مساوی خواهد بود و نیرویی یکسان بر ابزارها در هر نقطه وارد می شود. برای میدان های ناهمگن، همه چیز کاملاً برعکس است. خطوط به طور ناهموار قرار دارند، در مکان های مختلف با نیروی نابرابر روی دستگاه ها عمل می کنند.
در عمل، یک میدان ناهمگن کاملاً رایج است، که باید آن را نیز به خاطر بسپارید، زیرا میدان های یکنواخت فقط می توانند در داخل یک جسم مانند آهنربا یا سلونوئید رخ دهند. مشاهدات در فضای باز ناهمگونی را برطرف می کند.
تشخیص میدان
فهمیدن میدانهای مغناطیسی یکنواخت و ناهمگن و تعریف آنهاپس از جداسازی، باید دریابید که چگونه می توانید آنها را پیدا کنید.
ساده ترین برای این آزمایش انجام شده توسط Oersted است. این شامل استفاده از یک سوزن مغناطیسی است که به تعیین وجود جریان الکتریکی کمک می کند. به محض اینکه جریان در امتداد رسانا حرکت کند، به دلیل وجود میدان های مغناطیسی یکنواخت و غیر یکنواخت، فلش واقع در نزدیکی آن حرکت می کند.
برهم کنش هادی ها با جریان
هر هادی با جریان دارای میدان مغناطیسی خاص خود است که با نیروی معینی بر نزدیکترین هادی عمل می کند. بسته به جهت جریان، هادی ها یکدیگر را جذب یا دفع می کنند. فیلدهایی که از منابع مختلف نشات می‌گیرند جمع می‌شوند و یک فیلد منفرد را تشکیل می‌دهند.
چگونه ایجاد می شوند و چرا
نمونه‌هایی از میدانهای مغناطیسی یکنواخت و غیریکنواخت مورد استفاده در دستگاه‌های پرتو کاتدی توسط سیم‌پیچ‌هایی که جریان را عبور می‌دهند ایجاد می‌شوند. برای به دست آوردن شکل مورد نیاز میدان مغناطیسی، از نوک قفسه ها و صفحه های مغناطیسی استفاده می شود که از موادی با نفوذپذیری مغناطیسی قوی ساخته شده اند.
تأثیر میدانهای مغناطیسی ناهمگن می‌تواند روند پدیده‌های فیزیکی و شیمیایی برگشت‌ناپذیر را تغییر دهد، که عمدتاً یک فرآیند ناهمگن است. ظهور انتشار آشفته منجر به افزایش چندین مرتبه بزرگی در سرعت حرکت گاز از هر مایع به سطح در شکل می شود.میکرو حباب ها اثر کم آبی موضعی یون ها و ذرات به دلیل تشدید فرآیند میکروکریستالیزاسیون است. در محیط‌های جاری، واکنش‌های پرانرژی می‌توانند رادیکال‌های آزاد، اکسیژن اتمی، پراکسیدها و ترکیبات نیتروژنی ایجاد کنند. انعقاد اتفاق می افتد و محصولات ناشی از تخریب فرسایشی در مایع ظاهر می شوند.
در حین کاویتاسیون هیدرودینامیکی، اندازه بزرگ حباب ها و غارهای در حال ظهور، حباب آنها توسط مایع را از ناحیه فشار کم به ناحیه فشار بیشتر، جایی که حباب ها فرو می ریزند، پیچیده می کند. در هنگام فروپاشی یک حباب کوچک، مقدار هوای کمی وجود دارد و یک واکنش شیمیایی قوی شبیه به تخلیه پلاسما رخ می دهد. وجود میدان های مغناطیسی ناهمگن منجر به ناپایداری حفره ها، متلاشی شدن آنها و پیدایش گرداب ها و حباب های کوچک مقیاس می شود. با توجه به اینکه فشار در مرکز چنین گردابی کاهش می یابد، حباب های کوچک گاز را تبدیل می کند.
هنگام اندازه گیری القاء در یک میدان مغناطیسی غیریکنواخت، به یاد داشته باشید که ولتاژ هال متناسب با مقدار متوسط القای میدان در ناحیه محدود شده توسط سطح مبدل است.
برای متمرکز کردن پرتوهای پاراکسیال، از میدانهای مغناطیسی غیریکنواخت نیز استفاده می‌شود که توسط سیم‌پیچ‌های کوتاه، که سلونوئیدهای چندلایه هستند، تشکیل می‌شوند که طول آنها متناسب با قطر آنها است. الکترونی که وارد چنین میدانی می شود تحت تأثیر نیروهایی است که جهت آن را تغییر می دهند. یک الکترون تحت تأثیر چنین نیرویی به محور عدسی نزدیک می شود، در حالی که صفحه ای که مسیر حرکت آن در آن قرار دارد.خم می شود. الکترون در امتداد یک قطعه مارپیچی حرکت می کند که محور عدسی را در یک نقطه معین قطع می کند.
فاکتور افزایش فضایی ناشی از پراکندگی فضایی میدان های ناهمگن در قلمرو یک سیستم ناهمگن شسته شده با مایع است. برای به دست آوردن وارونگی جمعیت سطوح با روش جداسازی، از میدان های غیر یکنواخت ایجاد شده توسط یک آهنربای چند باند استفاده می شود. شکل قطب ها شبیه میله های خازن چهار قطبی یک ژنراتور مولکولی مبتنی بر آمونیاک است.
کاربرد
روش تشخیص عیب با مرتبه مغناطیسی مبتنی بر کشش ذرات مغناطیسی توسط نیروهای میدان های ناهمگن است که در بالای عیوب ظاهر می شوند. تجمع چنین پودری وجود یک عیب، اندازه و موقعیت آن را در قطعه مورد بررسی تعیین می کند.
یک اثر شکاف کوچک به عنوان یک نقطه ضعف قابل توجه روش پرتو مولکولی با استفاده از میدان های مغناطیسی ناهمگن قوی در نظر گرفته می شود. یک روش ساده و به ظاهر غیرقابل قبول برای افزایش این اثر وجود دارد. این شامل اعمال یک میدان مغناطیسی خارجی سبک است. دومی افزایش وسعت استفاده از مغناطیس‌سنج‌های تقلیدی هسته‌ای را به سمت میدانهای مغناطیسی غیریکنواخت ممکن می‌سازد.
مزیت این روش وضوح بالای آن است که امکان تشخیص میدان های مغناطیسی غیریکنواخت متناسب با اندازه ذرات لایه مغناطیسی نوار و همچنین امکان یافتن آسیب بر روی آن را فراهم می کند. سطوح پیچیده و در دهانه های تنگ.
معایب آن هستندنیاز به پردازش ثانویه اطلاعات، تنها ذرات میدان های مغناطیسی در امتداد نوار ثابت هستند، پیچیدگی مغناطیس زدایی و حفظ نوار، و جلوگیری از نفوذ میدان های مغناطیسی خارجی ضروری است.
میدان های مغناطیسی یکنواخت و ناهمگن علیرغم این واقعیت که برای افراد عادی نامرئی هستند کاملاً رایج هستند. نمونه هایی از میدان های مغناطیسی یکنواخت و غیریکنواخت را می توان در آهنرباهای میله ای و سلونوئیدها یافت. در عین حال، می توانید با استفاده از یک سوزن مغناطیسی ساده یا براده های آهن متوجه آنها شوید.
