A’ Tuigsinn Achaidhean Magnetic ann an Uèirichean a tha a’ Giùlan Sruth
Pendahuuan
’S e rud nàdarrach a th’ ann an raointean magnetach a tha air a bhith a’ tàladh dhaoine airson linntean. Is e aon dhòigh air raon magnetach a chruthachadh le bhith a’ cur sruth dealain tro uèir giùlain. Chaidh an rud seo fhaicinn an toiseach le Hans Christian Ørsted ann an 1820, a sheall gun urrainn do shruth dealain raon magnetach a chruthachadh. Nì an t-artaigil seo sgrùdadh nas doimhne air an raon magnetach a bhios uèir a’ giùlan sruth a’ dèanamh, na laghan aige, agus na cleachdaidhean aige ann am beatha làitheil.
A’ Tuigsinn Achaidhean Magnetic agus Bun-bheachdan
Is e raon magnetach an t-àite timcheall air magnet no sruth dealain a tha a’ sruthadh, a dh’ adhbharaicheas feachd magnetach a bhith air a cur an gnìomh air stuthan eile taobh a-staigh an raoin sin. Tha an raon seo air a riochdachadh le loidhnichean raoin magnetach a tha a’ sgaoileadh bho phòla a tuath magnet agus a’ dol a-steach do phòla a deas magnet. Mar as fhaisge a tha na loidhnichean raoin seo, ’s ann as làidire a bhios an raon magnetach.
Nuair a bhios sruth dealain a’ sruthadh tro sheoltóir, leithid uèir, cruthaichidh e raon magnetach cruinn timcheall air an uèir. Faodar stiùireadh an raoin a dhearbhadh le bhith a’ cleachdadh riaghailt na làimhe deise, far a bheil òrdag na làimhe deise a’ comharrachadh ann an stiùireadh an t-srutha dealain , agus na corragan eile, a tha lùbte suas, a’ comharrachadh stiùireadh an raoin magnetach.
Lagh Biot-Savart
Is e Lagh Biot-Savart aon de na laghan bunaiteach a tha a’ toirt cunntas air an raon magnetach a bhios sruth dealain a’ dèanamh. Tha an lagh seo air ainmeachadh às dèidh dithis fhiseagaiche Frangach, Jean-Baptiste Biot agus Félix Savart, a chuir an toiseach ri chèile e tràth san 19mh linn.
Tha co-aontar Biot-Savart ag ràdh gur e an raon magnetach (dB) aig puing sònraichte san fhànais a thèid a chruthachadh le eileamaid sruth neo-chrìochnach (Idl):
[dB = \frac{{\mu_0}}{{4\pi}} \frac{{Idl \times \hat{r}}}{{r^2}}]
Càite:
– Is e raon magnetach glè bheag a th’ ann an \(dB \).
– ’S e \( \mu_0 \) an cunbhalachd treòiteachd falamh, tha a luach mu \( 4\pi \times 10^{-7} \) Tm/A.
– Is e \(I \) an sruth dealain.
– ’S e \(dl \) an eileamaid fhada den uèir ghiùlain.
– ’S e \( \hat{r} \) an vectar aonadach den eileamaid làithreach a dh’ionnsaigh a’ phuing amhairc.
– ’S e \(r \) an t-astar eadar an eileamaid làithreach agus a’ phuing-amhairc.
Bho'n cho-aontar seo, chì sinn gu bheil an raon magnetach a thèid a chruthachadh le sruth dealain dìreach co-rèireach ri meud an t-srutha agus ann an co-rèir neo-dhìreach ri ceàrnag an astair bhon uèir.
Lagh Ampere
A bharrachd air Lagh Biot-Savart, tha Lagh Ampère cudromach cuideachd ann a bhith a’ tuigsinn an raoin magnetach timcheall air uèir a tha a’ giùlan sruth. Chaidh an lagh seo a chruthachadh an toiseach le André-Marie Ampère ann an 1826. Tha Lagh Ampère ag ràdh gu bheil an t-iomlan loidhneach den raoin magnetach (B) air slighe dùinte (lùb) co-rèireach ris an t-sruth iomlan a tha a’ sruthadh tron lùb. Gu matamataigeach, tha e air a chur an cèill mar:
[\puing B \cdot dl = \mu_0 I_{\text{iomlan}} \]
Càite:
– \(B \) 's e an raon magnetach a th' ann.
– ’S e \(dl \) eileamaid faid slighe dùinte.
– Is e \( I_{\text{total}} \) an sruth iomlan a tha a’ sruthadh tro shlighe dùinte.
Tha lagh Ampere glè fheumail ann a bhith a’ tomhas raointean magnetach airson geoimeatraidh co-chothromach leithid uèirichean dìreach, solenoids, agus toroids.
Achadh Magnetic Timcheall Uèir Dhìreach a Ghiùlaineas Sruth
Ann an uèir fhada dhìreach le sruth \(I \), faodar an raon magnetach timcheall oirre obrachadh a-mach le bhith a’ cleachdadh Lagh Ampere. Ma thaghas sinn slighe chruinn le radius \(r \) sa mheadhan air an uèir, bidh an raon magnetach \(B \) aig astar \(r \) bhon uèir seasmhach air an t-slighe sin. Le bhith a’ cur Lagh Ampere na àite, gheibh sinn:
[B 2πr = μ₀I]
Mar sin, is e an raon magnetach timcheall uèir dhìreach:
[B = \frac{{\mu_0I}}{{2\pi r}}]
Tha seo a’ sealltainn gu bheil an raon magnetach co-rèireach ris an t-sruth a tha a’ sruthadh tron uèir agus ann an co-rèir neo-dhìreach ris an astar bhon uèir.
Achadh Magnetic Timcheall Solenoid
Is e coil fhada uèir a th’ ann an solenoid, mar as trice siolandair, a bhios a’ gineadh raon magnetach làidir nuair a bhios sruth dealain a’ sruthadh troimhe. Tha an raon magnetach taobh a-staigh solenoid cha mhòr co-ionnan agus faodar a thomhas a’ cleachdadh Lagh Ampere. Ma tha \(n\) tionndadh aig an t-solenoid gach aonad faid agus ma tha sruth \(I\) a’ sruthadh tron uèir, is e an raon magnetach taobh a-staigh an t-solenoid:
[B = \mu_0 n I \]
Faodar dearmad a dhèanamh air an raon magnetach taobh a-muigh an t-solanoid oir tha e glè lag an taca ris an raon a-staigh.
Cleachdadh Achaidh Magnetic bho Uèir a Ghiùlaineas Sruth
Tha tuigse air na raointean magnetach a bhios sruthan dealain a’ dèanamh deatamach airson mòran theicneòlasan an latha an-diugh:
1. Claochladair
’S e innealan a th’ ann an claochladairean a thathas a’ cleachdadh gus bholtaids dealain atharrachadh . Bidh iad ag obair air prionnsapal ionduchtachadh electromagnetic , far a bheil raon magnetach ag atharrachadh a’ brosnachadh bholtaids ann an uèir. Tha claochladair air a dhèanamh suas de dhà choilich uèir, prìomh choilich agus dàrna coilich, air an ceangal timcheall air cridhe iarainn. Nuair a bhios sruth dealain a’ sruthadh tron phrìomh choilich, bidh an raon magnetach a thig às a sin ag adhbhrachadh bholtaids anns a’ choilich àrd-sgoile.
2. Motairean Dealain agus Gineadairean
Bidh motaran dealain ag atharrachadh lùth dealain gu lùth meacanaigeach a’ cleachdadh prionnsapal raointean magnetach. Nuair a bhios sruth a’ sruthadh tro choil uèir taobh a-staigh a’ motair, bidh an raon magnetach a thig às ag eadar-obrachadh le raon magnetach magnet stèidhichte, a’ gineadh feachd a bhios a’ tionndadh an rotor. Air an làimh eile, bidh gineadair ag atharrachadh lùth meacanaigeach gu lùth dealain le bhith a’ tionndadh coil uèir ann an raon magnetach.
3. Solenoids agus Electromagnets
Bithear a’ cleachdadh solenoidan ann an iomadh cleachdadh, leithid ath-chraolaidhean, bhalbhaichean solenoid, agus gnìomhaichean. Nuair a bhios sruth dealain a’ sruthadh tro solenoid, bidh raon magnetach làidir air a chruthachadh na bhroinn, agus faodar an uairsin a chleachdadh gus plugair no inneal eile a ghluasad. Faodar electromagnets a chleachdadh ann an uidheamachd togail, breiceadh electromagnetic, agus uidheamachd MRI anns an raon meidigeach.
4. Uèir Superconducting
Is e stuthan a th’ ann an superconductors aig nach eil strì an aghaidh sam bith aig teòthachd glè ìosal. Nuair a bhios sruth dealain a’ sruthadh tro uèir superconductor, faodaidh e raon magnetach glè làidir a chruthachadh gun lùth a chall. Tha seo glè fheumail ann an teicneòlas MRI, luathaichean mìrean, agus leasachadh reactaran co-aonadh niùclasach.
Co-dhùnadh
Tha tuigse air na raointean magnetach a chruthaicheas uèirichean a bhios a’ giùlan sruth na bhunait airson mòran de nithean agus thagraidhean fiosaig an latha an-diugh. Bho laghan bunaiteach mar laghan Biot-Savart agus Ampère gu bhith ag obrachadh a-mach raointean magnetach ann an rèiteachaidhean nas iom-fhillte, tha na prionnsapalan seo gar cuideachadh le bhith a’ leasachadh measgachadh de theicneòlasan a dh’atharraicheas an saoghal. Tro rannsachadh agus ùr-ghnàthachadh leantainneach san raon seo, faodaidh sinn a bhith an dùil ri barrachd thagraidhean teicneòlais a bhios an urra ri raointean magnetach ann am beatha làitheil.
