המדע של קווי שדה מגנטיים

א שדה מגנטי מקיף כל מטען חשמלי בתנועה. השדה המגנטי הוא רציף ובלתי נראה, אך חוזקו וההתמצאות שלו עשויים להיות מיוצגים על ידי קווי שדה מגנטי. באופן אידיאלי, קווי שדה מגנטי או קווי שטף מגנטיים מראים את חוזק האוריינטציה של שדה מגנטי. הייצוג שימושי מכיוון שהוא נותן לאנשים דרך לראות כוח בלתי נראה ומכיוון שחוקי הפיזיקה המתמטיים מתאימים בקלות ל"מספר "או לצפיפות קווי השדה.

שדה מגנטי הוא א וקטורמה שאומר שיש לו גודל וכיוון. אם זרם חשמלי זורם בקו ישר, הכלל הימני מראה את הכיוון שקווי שדה מגנטיים בלתי נראים זורמים סביב חוט. אם אתה מדמיין לתפוס את החוט בידך הימנית כאשר האגודל שלך מכוון לכיוון הזרם, השדה המגנטי נע בכיוון האצבעות סביב החוט. אבל מה אם אתה לא יודע את כיוון הזרם או פשוט רוצה לדמיין שדה מגנטי?

כמו אוויר, שדה מגנטי אינו נראה. ניתן לצפות ברוח בעקיפין על ידי השלכת פיסות נייר קטנות לאוויר. באופן דומה, הצבת פיסות של חומר מגנטי בשדה מגנטי מאפשרת לך להתחקות אחר נתיבו. שיטות קלות כוללות:

השתמש במצפן

מנופף בסינגל מצפן סביב שדה מגנטי מראה את כיוון קווי השדה. למיפוי בפועל של השדה המגנטי, הצבת מצפנים רבים מציינת את כיוון השדה המגנטי בכל נקודה. כדי לצייר קווי שדה מגנטי, חבר את המצפן "נקודות". היתרון בשיטה זו הוא בכך שהיא מראה את כיוון קווי השדה המגנטי. החיסרון הוא שזה לא מעיד על חוזק שדה מגנטי.

השתמש בסיגי ברזל או בחול מגנטיט

ברזל הוא פרומגנטי. המשמעות היא שהיא מיישרת את עצמה לאורך קווי שדה מגנטי ויוצרת מגנטים זעירים עם הקטבים הצפוניים והדרומיים. פיסות ברזל קטנטנות, כמו סדיני ברזל, מתיישרים ויוצרים מפה מפורטת של קווי שדה מכיוון שהקוטב הצפוני של חתיכה אחת מכוון כדי להדוף את הקוטב הצפוני של חתיכה אחרת ולמשוך את הקוטב הדרומי שלה. אבל, אתה לא יכול פשוט לפזר את הסתימות על מגנט מכיוון שהם נמשכים אליו וייצמדו אליו ולא להתחקות אחר השדה המגנטי.

כדי לפתור בעיה זו, תלושי ברזל מונחים על נייר או פלסטיק מעל שדה מגנטי. טכניקה אחת המשמשת לפיזור הסתימות היא לפזר אותם על פני השטח מגובה של כמה סנטימטרים. ניתן להוסיף עוד תיוק כדי להבהיר את קווי השדה, אך רק עד לנקודה מסוימת.

אלטרנטיבות לסיפולי ברזל כוללות כדורי BB מפלדה, סריג ברזל מצופה פח (שלא יחליד), מהדקי נייר קטנים, סיכות, או חול מגנטיט. היתרון בשימוש בחלקיקים מברזל, פלדה או מגנטיט הוא שהחלקיקים יוצרים מפה מפורטת של קווי שדה מגנטי. המפה נותנת אינדיקציה גסה לעוצמת השדה המגנטי. קווים צפופים ומרווחים מקרוב מתרחשים במקום בו השדה הוא החזק ביותר, ואילו קווים דלילים ומופרדים באופן נרחב מראים היכן הוא חלש יותר. החיסרון בשימוש בסדלי ברזל הוא שאין שום אינדיקציה לכיוון השדה המגנטי. הדרך הקלה ביותר להתגבר על זה היא להשתמש במצפן יחד עם סיגי ברזל כדי למפות כיוון וכיוון כאחד.

נסה סרט צפייה מגנטי

סרט צפייה מגנטי הוא גמיש פלסטיק מכיל בועות נוזלים שרוכים במוטות מגנטיים זעירים. הסרטים נראים כהים או בהירים יותר בהתאם לכיוון המוטות בשדה מגנטי. סרט צפייה מגנטי עובד במיפוי הטוב ביותר של גיאומטריה מגנטית מורכבת, כמו זו המיוצרת על ידי מגנט מקרר שטוח.

קווי שדה מגנטיים מופיעים גם הם בטבע. במהלך א ליקוי חמה מלא, הקווים בקורונה מתחקים אחר השדה המגנטי של השמש. בחזרה לכדור הארץ, קווים בהילה מציינים את מסלול השדה המגנטי של כוכב הלכת. בשני המקרים, הקווים הגלויים הם נחלים זוהרים של חלקיקים טעונים.

בעזרת קווי שדה מגנטי לבניית מפה מתגלים כמה כללים:

1. קווי שדה מגנטיים לעולם אינם חוצים.
2. קווי שדה מגנטיים הם רציפים. הם יוצרים לולאות סגורות שממשיכות כל הדרך דרך חומר מגנטי.
3. קווי שדה מגנטי מתלכדים זה לזה במקום בו השדה המגנטי הוא החזק ביותר. במילים אחרות, צפיפות קווי השדה מעידה על חוזק שדה מגנטי. אם מיפוי קווי השדה סביב מגנט, זה שדה מגנטי חזק ביותר נמצא בשני הקוטבים.
4. אלא אם כן מיפוי השדה המגנטי באמצעות מצפן, כיוון השדה המגנטי עשוי להיות לא ידוע. על פי האמנה, הכיוון מצוין על ידי ציור ראשי חץ לאורך קווי שדה מגנטי. בכל שדה מגנטי הקווים תמיד זורמים מהקוטב הצפוני לקוטב הדרומי. השמות "צפון" ו"דרום "הם היסטוריים ואולי אין להם שום השפעה על האוריינטציה הגאוגרפית של השדה המגנטי

• דורני, קרל ה. וקורטיס סי. ג'ונסון (1969). מבוא לאלקטרומגנטיקה מודרנית. מקגרו-היל. ISBN 978-0-07-018388-9.
• גריפית'ס, דייוויד ג'יי. (2017). מבוא לאלקטרודינמיקה (מהדורה רביעית). הוצאת אוניברסיטת קיימברידג '. ISBN 9781108357142.
• ניוטון, הנרי בלאק והארווי נ. דייויס (1913). פיזיקה מעשית. מקמילן ושות ', ארה"ב.
• טיפלר, פול (2004). פיסיקה למדענים ומהנדסים: חשמל, מגנטיות, אור ופיזיקה מודרנית יסודית (מהדורה חמישית). וו. ח. פרימן. ISBN 978-0-7167-0810-0.