Διαστατικός τύπος μαγνητικού πεδίου

Ένας τύπος διαστάσεων είναι ένας μαθηματικός τύπος που αντιπροσωπεύει ένα φυσικό μέγεθος με όρους θεμελιωδών μεγεθών, όπως η μάζα, το μήκος και ο χρόνος. Χρησιμοποιώντας τύπους διαστάσεων, μπορούμε να δούμε πώς τα θεμελιώδη μεγέθη αυξάνονται σε διαφορετικές δυνάμεις για να δημιουργηθεί ένα νέο φυσικό μέγεθος. Οι δυνάμεις των θεμελιωδών φυσικών μεγεθών αναφέρονται ως διαστάσεις.

Τι είναι το μαγνητικό πεδίο;

Ένα μαγνητικό πεδίο οδηγεί στη στοργή άλλων γειτονικών μαγνητικών υλικών, προκαλώντας μια δύναμη πάνω τους. Η περιοχή κοντά στον μαγνήτη όπου η κρούση υφίσταται ο άλλος μαγνήτης ονομάζεται μαγνητικό πεδίο. Το μαγνητικό πεδίο είναι το διανυσματικό μέγεθος που έχει και μέγεθος και κατεύθυνση. Όλα τα ηλεκτρόνια έχουν μια ιδιότητα γωνιακής ορμής που ονομάζεται σπιν. Τα περισσότερα από τα ηλεκτρόνια σχηματίζουν ένα ζεύγος στο οποίο ένα από τα ηλεκτρόνια περιστρέφεται προς τα πάνω και το άλλο προς τα κάτω. Σε αυτήν την περίπτωση, τα σπιν των ηλεκτρονίων είναι αντίθετα μεταξύ τους και ακυρώνουν το ένα το αποτέλεσμα του άλλου.

Ωστόσο, υπάρχουν ορισμένα άτομα που αποτελούνται από ασύζευκτα ηλεκτρόνια τα οποία έχουν ως αποτέλεσμα τη δημιουργία μαγνητικών πεδίων. Η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου καθορίζεται από την κατεύθυνση του σπιν του ηλεκτρονίου. Συμβολίζεται με B. Για τα μαγνητικά πεδία, η μονάδα SI είναι Tesla.

Ιδιότητες των γραμμών μαγνητικού πεδίου:

1. Οι γραμμές του μαγνητικού πεδίου δεν τέμνονται μεταξύ τους (εάν κόβονται μεταξύ τους, τότε στο σημείο τομής θα υπάρχουν δύο κατευθύνσεις που δεν είναι δυνατές).
2. Γύρω από τον μαγνήτη, οι γραμμές μαγνητικού πεδίου σχηματίζουν έναν στενό βρόχο.
3. Η κατεύθυνση των γραμμών του μαγνητικού πεδίου είναι σταθερή.
4. Μεγαλύτερη πυκνότητα των γραμμών του μαγνητικού πεδίου υποδηλώνει μεγαλύτερη ισχύ του μαγνητικού πεδίου.

Η δύναμη σε ένα κινούμενο φορτισμένο σωματίδιο σε ομοιόμορφο μαγνητικό πεδίο:

Εάν ένα φορτισμένο σωματίδιο με φορτίο q κινούμενος με ταχύτητα v εισέρχεται σε ένα μαγνητικό πεδίο Β, τότε θα βιώσει μια δύναμη που δίνεται από 

F =q( v B )

Κατά την επίλυση αυτού, το μέγεθος της δύναμης δίνεται από:

F =qvB

Η τιμή της δύναμης θα είναι μέγιστη όταν η γωνία μεταξύ της ταχύτητας και του μαγνητικού πεδίου θα είναι 90o.

Άρα η μέγιστη τιμή της δύναμης δίνεται από το 

F =qvB

Εδώ  (90o =1)

Η κατεύθυνση αυτής της δύναμης θα είναι κανονική τόσο στην ταχύτητα όσο και στο μαγνητικό πεδίο.

Διαστατικός τύπος ενός μαγνητικού πεδίου

Εφόσον ανακαλύψαμε την έννοια του μαγνητικού πεδίου, ας προχωρήσουμε τώρα στον τύπο των διαστάσεων του. Για οποιαδήποτε ποσότητα, ο τύπος διαστάσεων είναι η έκφραση που δείχνει τους εκθέτες στους οποίους μπορούν να αυξηθούν οι θεμελιώδεις μονάδες για να λάβουν τη μοναδική μονάδα της παραγόμενης ποσότητας.

Όπως γνωρίζουμε, η δύναμη σε ένα φορτισμένο σωματίδιο που κινείται στο μαγνητικό πεδίο δίνεται από το

F =qvB …(1)

Από την εξίσωση (1) παίρνουμε 

B =Fqv …(2)

Η διάσταση της δύναμης (F) είναι ίση με [MLT-2].

Η διάσταση της ταχύτητας (v) είναι ίση με [LT-1].

Η διάσταση του φορτίου (q) είναι ίση με [AT].

Χρησιμοποιώντας τις παραπάνω τιμές στην εξίσωση (2), παίρνουμε,

B=MLT-2[LT-1][AT] 

Κατά την επίλυση αυτού, παίρνουμε 

[M1L0T-2A-1]

όπου,

M =Μάζα

L =Μήκος

T =Χρόνος

A =Ampere (ρεύμα)

Μαγνητική ροή

Η ισχύς ή το μέγεθος του μαγνητικού πεδίου είναι περισσότερο στην περιοχή των πόλων (άκρο του μαγνήτη). Η μαγνητική ροή μπορεί να οριστεί ως το πλήθος των γραμμών μαγνητικού πεδίου που διέρχονται από μια δεδομένη περιοχή διατομής. Συμβολίζεται με . Μαθηματικά, υπολογίζεται από το γινόμενο κουκίδων ενός ομοιόμορφου μαγνητικού πεδίου Β και του εμβαδού διατομής Α. Για τη μαγνητική ροή, η μονάδα SI είναι weber (Wb).

Η ποσότητα της μαγνητικής ροής δίνεται από το

=Β . S

=BS

Πού

B είναι το μαγνητικό πεδίο.

S είναι το διάνυσμα εμβαδού.

είναι η γωνία στο μέσο του μαγνητικού πεδίου και η περιοχή.

Για να είναι η μέγιστη μαγνητική ροή, =00

=BS

Για τη μαγνητική ροή να είναι μηδέν, =900

Εφαρμογές του Μαγνητισμού

1. Φασματομετρία μάζας 
2. Σωλήνας καθοδικών ακτίνων (CRT)
3. Απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού (MRI)
4. Μαγνητοκαρδιογράφημα (MCG)

Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή

Η ηλεκτρομαγνητική επαγωγή είναι ένα φαινόμενο επαγωγής ρεύματος σε ένα πηνίο μετακινώντας το πηνίο εμπρός και πίσω μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο ενός σταθερού μαγνήτη ράβδου. Αυτός ο νόμος ανακαλύφθηκε από τον Michael Faraday. Η αρχή της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής χρησιμοποιείται σε κινητήρες, γεννήτριες και μετασχηματιστές. Αυτός ο νόμος δημιούργησε έναν τρόπο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας σε ένα κύκλωμα χωρίς τη χρήση της μπαταρίας και μέσω της δύναμης των μαγνητικών πεδίων.

Συμπέρασμα

Μαγνητικό πεδίο είναι η ποσότητα που σχετίζεται με κάθε σημείο του χώρου όπου υπάρχει ο μαγνήτης. Μια γραμμή που εφάπτεται στο μαγνητικό πεδίο αντιπροσωπεύει την κατεύθυνσή του. Το μαγνητικό πεδίο μπορεί να θεωρηθεί παρόμοιο με το βαρυτικό πεδίο, καθώς και τα δύο περιλαμβάνουν δύναμη δράσης σε απόσταση. Διαδραματίζει σημαντικό ρόλο σε πολλούς τομείς της φυσικής. Όταν οι γραμμές μαγνητικού πεδίου και οι γραμμές ηλεκτρικού πεδίου συνδυάζονται, καταλήγουν στο σχηματισμό ηλεκτρομαγνητικών πεδίων.