Մագնիսական ուժի բացատրությունը
Մագնիսական ուժը բնական ուժերից մեկն է, որը ամենամոտ է առօրյա կյանքին, սակայն այն հաճախ «խորհրդավոր» է թվում, քանի որ գործում է առանց անմիջական շփման: Մենք կարող ենք տեսնել այն, երբ մագնիսը ձգում է մեխը, կողմնացույցի ասեղը ցույց է տալիս հյուսիսը, կամ երբ էլեկտրական շարժիչը էլեկտրական էներգիան վերածում է շարժման: Այս երևույթների հետևում կանգնած է մագնիսական ուժը, որն ունի ուժեղ գիտական բացատրություն և կարևոր դեր է խաղում ժամանակակից տեխնոլոգիաների զարգացման գործում: Այս հոդվածում քննարկվում է մագնիսական ուժի սահմանումը, դրա աղբյուրները, դրա աշխատանքի եղանակը և դրա կիրառման օրինակները առօրյա կյանքում:
Ի՞նչ է մագնիսական ուժը։
Պարզ ասած, մագնիսական ուժը ուժ է, որն առաջանում է մագնիսական դաշտի ազդեցությունից՝ լինի դա մեկ այլ մագնիսի, որոշակի նյութերի (օրինակ՝ երկաթի) կամ շարժվող էլեկտրական լիցքի վրա։ Այս ուժը անհպում ուժ է (ուժ, որը կարող է գործել հեռավորության վրա), քանի որ մարմինները պարտավոր չեն դիպչել միմյանց ձգելու կամ վանելու համար։
Ֆիզիկայում մագնիսական ուժը սերտորեն կապված է էլեկտրամագնիսականության՝ էլեկտրականության և մագնիսականության միջև եղած կապի հետ։ Մագնիսականությունը պարզապես «որոշակի օբյեկտների հատկություն» չէ, այլ հիմնարար փոխազդեցության մի մաս, որը նաև բացատրում է, թե ինչպես են էլեկտրականությունը, էլեկտրական դաշտերը և մագնիսական դաշտերը դեր խաղում բազմաթիվ բնական և տեխնոլոգիական համակարգերում։
Մագնիսական դաշտ. մագնիսի «ազդեցության տարածքը»
Որպեսզի մագնիսական ուժերը գործեն, պետք է լինի մագնիսական դաշտ։ Մագնիսական դաշտը կարելի է հասկանալ որպես մագնիսի կամ հոսանքատար հաղորդչի շուրջը գտնվող տարածքը, որտեղ մագնիսական ուժերը կարող են զգացվել։ Մագնիսական դաշտը սովորաբար պատկերվում է մագնիսական դաշտի գծերով՝
– Դաշտի գծերը դուրս են գալիս հյուսիսային բևեռից (N) և մտնում հարավային բևեռ (S)՝ մագնիսի սահմաններից դուրս։
- Որքան մոտ են դաշտի գծերը, այնքան ուժեղ է մագնիսական դաշտը։
- Դաշտի գծերը երբեք չեն հատվում։
Մագնիսական դաշտի հասկացությունը օգնում է բացատրել, թե ինչու է մեխը ձգվում մագնիսին մոտենալիս. մեխը գտնվում է մագնիսական դաշտի ազդեցության տիրույթում և, հետևաբար, ենթարկվում է ուժի, որը այն քաշում է դեպի մագնիսը։
Մագնիսական բևեռներ և ձգողության-հակազդեցության փոխազդեցություններ
Յուրաքանչյուր մագնիս ունի երկու բևեռ՝ հյուսիսային (N) և հարավային (S): Բևեռների փոխազդեցությունը հետևում է պարզ կանոնի.
– Նման բևեռները վանում են միմյանց (N-ը՝ N-ի հետ, S-ը՝ S-ի հետ):
– Տարբեր բևեռները ձգվում են (Հյուսիսը՝ Հվ-ով):
Այս երևույթը կարելի է դիտարկել երկու ձողաձև մագնիսների դեպքում։ Եթե մեկ մագնիսի հյուսիսային ծայրը մոտեցվի մեկ այլ մագնիսի հյուսիսային ծայրին, դրանք կհեռանան միմյանցից։ Սակայն, եթե հյուսիսային ծայրը մոտեցվի հարավային ծայրին, դրանք կմոտենան միմյանց և կկպչեն միմյանց։
Հետաքրքիր է, որ մագնիսները չունեն մեկ բևեռ։ Եթե մագնիսը կիսով չափ կտրենք, յուրաքանչյուր կտոր դեռ կունենա հյուսիսային և հարավային բևեռներ։ Սա ցույց է տալիս, որ մագնիսական հատկությունները չեն կարող բաժանվել «միայն մեկ բևեռի» սովորական պայմաններում։
Որտեղի՞ց են գալիս մագնիսները։
Մեզ հայտնի մագնիսները կարող են գալ մի քանի աղբյուրներից՝
1. Մշտական մագնիսներ, ինչպիսիք են ձողային մագնիսները կամ նեոդիմիումային մագնիսները: Այս մագնիսները երկար ժամանակ պահպանում են իրենց մագնիսականությունը:
2. Էլեկտրամագնիսներ, որոնք մագնիսներ են, որոնք ստեղծվում են էլեկտրական հոսանքի հոսքով մետաղալարի կծիկի (սոլենոիդի) միջով, որը սովորաբար ունի երկաթե միջուկ: Էլեկտրամագնիսները կարող են միացվել և անջատվել, և դրանց ուժգնությունը կարող է կարգավորվել՝ փոխելով հոսանքը կամ պտույտների քանակը:
3. Բնական մագնիսներ, ինչպիսին է լոդեստոնը, որը պարունակում է մագնետիտ հանքանյութը և կարող է բնականաբար ձգել երկաթը։
Մանրադիտակային մակարդակում մագնիսականությունը առաջանում է էլեկտրոնների շարժումից և էլեկտրոնների ներքին հատկությունից, որը կոչվում է «պտույտ»։ Ֆերոմագնիսական նյութերում, ինչպիսիք են երկաթը, կոբալտը և նիկելը, շատ ատոմային մագնիսական մոմենտներ կարող են համընկնել մեկ ուղղությամբ՝ առաջացնելով ուժեղ մագնիսական դաշտ։
Շարժվող լիցքի վրա ազդող մագնիսական ուժը
Բացի մագնիսների և ֆերոմագնիսական նյութերի վրա ազդելուց, մագնիսական ուժերը ազդում են նաև շարժվող էլեկտրական լիցքերի վրա: Սա հիմք է հանդիսանում բազմաթիվ տեխնոլոգիաների, ինչպիսիք են էլեկտրական շարժիչները և գեներատորները:
Հայեցակարգային առումով, եթե լիցքավորված մասնիկը (օրինակ՝ էլեկտրոնը) շարժվում է մագնիսական դաշտում, այն կենթարկվի ուժի, որը ուղղահայաց է ինչպես շարժման ուղղությանը, այնպես էլ մագնիսական դաշտի ուղղությանը։ Արդյունքում, մասնիկի հետագիծը կարող է շեղվել կամ շրջանաձև դառնալ։ Այս սկզբունքը կիրառվում է հետևյալում.
– Կաթոդային ճառագայթային խողովակ (հին էկրանային տեխնոլոգիա),
- մասնիկների արագացուցիչ,
– Մասնիկների բաժանիչ՝ հիմնված լիցքի և զանգվածի վրա։
Չնայած ֆիզիկական բանաձևերը, ինչպիսին է Լորենցի ուժը, հաճախ ուսումնասիրվում են դպրոցներում կամ համալսարաններում, հիմնական գաղափարը բավականին պարզ է. մագնիսները կարող են «շեղել» շարժվող լիցքերի հոսքը։
Մագնիսական ուժի մեծության վրա ազդող գործոններ
Մագնիսական ուժի ուժը կախված է մի շարք գործոններից, այդ թվում՝
1. Մագնիսական դաշտի ուժգնություն. ավելի ուժեղ մագնիսն ավելի մեծ ուժ է առաջացնում։
2. Հեռավորություն. որքան մոտ է առարկան մագնիսին, այնքան մեծ է ձգողական ուժը։
3. Նյութի տեսակը՝ երկաթը և պողպատը շատ հեշտությամբ են ձգվում մագնիսներից, մինչդեռ ալյումինը և պղինձը շատ ավելի թույլ արձագանք ունեն: Փայտը և պլաստմասը, որպես կանոն, չեն ձգվում մագնիսներից:
4. Մագնիսի կամ էլեկտրական հոսանքի վիճակը. էլեկտրամագնիսում որքան մեծ է հոսանքը և որքան շատ են պտույտները, այնքան մեծ է մագնիսական դաշտը։
Քանի որ ներգրավված են բազմաթիվ գործոններ, մագնիսական ուժը գործնականում հաճախ ստուգվում է պարզ փորձով. մագնիսը տարբեր նյութերի մոտեցնելով կամ հեռավորությունը կարգավորելով և ուժի փոփոխությունը դիտարկելով։
Մագնիսական ուժի օրինակներ առօրյա կյանքում
Մագնիսական ուժը միայն դասագրքի թեմա չէ։ Այն գործում է մեր կողմից օգտագործվող բազմազան սարքերում և համակարգերում։
1. Կողմնացույց
Կողմնացույցի ասեղը փոքր մագնիս է, որը համընկնում է մագնիսական դաշտի հետ։ երկրի մագնիսԱհա թե ինչու է կողմնացույցը ցույց տալիս հյուսիս-հարավ ուղղությունը։
2. Սառնարանի դուռ և մագնիսական կողպեք
Սառնարանի դռան վրա մագնիսական ժապավենը օգտագործում է գայա թարիկ մագնիս՝ դուռը սերտորեն փակելու համար։
3. Բարձրախոսներ և ականջակալներ
Բարձրախոսները օգտագործում են կծիկում էլեկտրական հոսանքի և մշտական մագնիսական դաշտի փոխազդեցությունը՝ թաղանթը տատանելու համար, որն էլ իր հերթին ձայն է առաջացնում։
4. Էլեկտրական շարժիչ
Շարժիչները աշխատում են, քանի որ մագնիսական ուժը պտտող մոմենտ է առաջացնում հոսանքատար կծիկում, ինչը ստիպում է ռոտորին պտտվել: Գրեթե բոլոր ժամանակակից կենցաղային տեխնիկաները՝ օդափոխիչները, բլենդերները, ջրային պոմպերը և նույնիսկ լվացքի մեքենաները, ունեն շարժիչներ:
5. Գեներատորներ և էլեկտրակայաններ
Գեներատորը շարժիչի «հակառակը» է. մեխանիկական շարժումը պտտեցնում է կծիկը մագնիսական դաշտում՝ առաջացնելով էլեկտրական հոսանք։ հիմնական սկզբունքներ էլեկտրակայաններ։
6. Մագնիսական լևիտացիա (մագնիսական լևիտացիա)
Մագնիսական հետ մղման և էլեկտրամագնիսական կառավարման շնորհիվ Մագնիսական գնացքները լևիտացվում են ռելսերի վերևում՝ նվազեցնելով շփումը և թույլ տալով բարձր արագություններ։
7. MRI (մագնիսական ռեզոնանսային տոմոգրաֆիա)
Բժշկական աշխարհում ՄՌՏ-ն օգտագործում է շատ ուժեղ մագնիսական դաշտեր՝ առանց ռենտգենյան ճառագայթման մարմնի օրգանների բարձր մանրամասն պատկերներ ստանալու համար։
Երկրի մագնիսական դաշտի դերը
Երկիրն ինքնին ունի մեծ մագնիսական դաշտ, որը հաճախ անվանում են գեոմագնիսական։ Այս մագնիսական դաշտը ոչ միայն օգնում է կողմնացույցին, այլև դեր է խաղում հետևյալում.
– Պաշտպանում է Երկիրը արևի լիցքավորված մասնիկներից (արևային քամի),
– Նպաստում է բևեռային շրջաններում բևեռափայլի երևույթի ձևավորմանը,
– Օգնում է որոշ կենդանիների (օրինակ՝ թռչունների և կրիաների) միգրացիային, որոնք, ենթադրվում է, օգտագործում են Երկրի մագնիսական դաշտը որպես «բնական քարտեզ»։
Եզրակացություն
Մագնիսական ուժը ուժ է, որը առաջանում է մագնիսական դաշտից և կարող է գործել առանց անմիջական շփման: Այն առաջանում է մագնիսական բևեռների փոխազդեցության, որոշակի նյութերի մագնիսական դաշտերին արձագանքի և մագնիսական դաշտերի ազդեցության պատճառով շարժվող էլեկտրական լիցքերի վրա: Մագնիսական ուժի հասկացությունը բացատրում է բազմաթիվ պարզ երևույթներ, ինչպիսիք են մագնիսների կողմից երկաթի ձգումը, ինչպես նաև ընկած է հիմնական տեխնոլոգիաների հիմքում, ինչպիսիք են էլեկտրական շարժիչները, գեներատորները, բարձրախոսները, ՄՌՏ-ները և նույնիսկ մագնիսական լարման տոմոգրաֆիան: Մագնիսական ուժի հասկացողությունը նշանակում է հասկանալ ժամանակակից գիտության էական հիմքերից մեկը և տեսնել, թե ինչպես կարող են ֆիզիկայի սկզբունքները փոխակերպել մարդկանց ապրելակերպը և տեխնոլոգիաներ կառուցելը:
Եթե ցանկանում եք, կարող եմ ավելացնել ավելի «գիտական» տարբերակ՝ բանաձևերով (Լորենցի ուժ, մագնիսական դաշտի ինտենսիվություն B և օրինակելի խնդիրներ) կամ ավելի պարզ տարբերակ՝ տարրական/միջնակարգ դպրոցի մակարդակի համար։
