Är magneten nord eller syd

Magnetfält behandlas inom fysiken vilket vektorfält, vilka beskriver krafterna mellan magneter samt strömförande elektriska chef. Vektorfält förmå åskådliggöras tillsammans med hjälp från pilar från olika längd samt riktning alternativt tillsammans fältlinjer, var fältstyrkan existerar proportionell mot linjetätheten. Magnetiska fält förmå experimentellt synliggöras tillsammans med hjälp från järnfilspån, vilka ställer in sig inom fältlinjernas riktning.

Magnetiska fält produceras från rörliga elektriska laddningar samt inneboende magnetiska moment hos elementarpartiklar, var momenten existerar associerade tillsammans ett fundamental kvantmekanisk egenskap, deras spinn.^[1][2]

Inom den speciella relativitetsteorin, existerar förhållandet mellan associerade elektriska samt magnetiska fält beroende från den relativa hastigheten mellan observatör samt elektriska laddningar.

Inom kvantfysiken existerar detta elektromagnetiska fältet kvantiserat samt interaktion sker genom utbyten från fotoner.

Inledning

[redigera | redigera wikitext]

Det magnetiska fältet kunna definieras vid flera ekvivalenta sätt beroende vid hur detta påverkar sin omgivning.

Fältet existerar ofta definierat genom den kraft detta utövar vid enstaka rörlig laddad partikel. detta existerar känt ifrån elektrostatiska experiment (orörliga laddningar) för att ett partikel tillsammans laddningen q inom detta elektriska fältet E påverkas tillsammans ett kraft F = qE. beneath andra omständigheter, likt då enstaka laddad partikel rör sig inom närheten från ett strömförande chef, beror kraften även vid partikelns hastighet. Den hastighetsberoende delen förmå dock separeras ut sålunda för att kraften vid partikeln möter Lorentz kraftlag:

där v existerar partikelns hastighet samt × betecknar kryssprodukten. Vektorn B benämns detta magnetiska fältet samt existerar definierad vilket detta vektorfält vilket existerar nödvändigt på grund av för att Lorentz kraftlag precis skall förklara enstaka laddad partikels rörelse.

Alternativt, är kapabel detta magnetiska fältet beskrivas inom begrepp från detta vridmoment detta orsakar vid ett magnetisk dipol.

Förutom B-fältet, finns en annat fält, H-fältet, vilket även kallas magnetiskt fält. inom vakuum existerar B samt H proportionella var proportionalitetskonstanten endast beror vid för att olika enheter används. Inuti en ämne existerar dem dock olika.

B-fältet (magnetstyrka)

[redigera | redigera wikitext]

Benämningar till B[3]
Magnetisk flödestäthet Magnetisk induktion Magnetiskt fält

B-fältet, magnetstyrka, existerar en från numeriskt värde sätt för att betrakta magnetfält (det andra sättet existerar H-fältet). B-fältet mäts inom SI-enhetentesla (T = Wb/m²) alternativt inom cgs-enheten gauss (1 T = 10 000 Gauss). Tesla (T) existerar ett förhållandevis massiv avdelning. Elektromagneter tillsammans med järnkärna kunna bara åstadkomma fält vid någon tesla. Ofta använder man µT (mikrotesla, enstaka miljondels tesla). Jordens område runt en magnet där magnetiska krafter verkar besitter styrka 50 mot 100 µT (0,5 gauss mot 1 gauss).

Det magnetiska flödet (ofta betecknat tillsammans ett massiv grekisk tecken fi Φ) mäts inom Internationella måttenhetssystemet (SI) inom Weber = volt·sekund.

Rörliga laddningar samt B-fält (icke-relativistiska fallet)

[redigera | redigera wikitext]

Det möjligen enklaste exemplet vid förekomsten från en B-fält existerar detta magnetiska fältet inom omgivningen från ett linjär elektrisk chef. Den danske fysikern Hans Christian Ørsted upptäckte för att enstaka magnetnål ställde in sig vinkelrätt mot ett strömförande lednings riktning, vilket indikerade för att område runt en magnet där magnetiska krafter verkar skapas från laddningar inom rörelse.

Om enstaka elektrisk laddning existerar inom vila relativt enstaka observatör, registrerar observatören endast en elektriskt fält (elektrostatiska fallet). angående laddningen besitter enstaka hastighet relativt observatören registrerar denne både en elektriskt samt en magnetiskt fält. till enstaka rörlig laddning förekommer B-fältet inom riktningar skilda ifrån partikelns rörelseriktning samt existerar var riktat vinkelrätt mot E-fältet liksom existerar radiellt riktat ifrån laddningen:

För punkten A förmå detta magnetiska fältet beräknas såsom

där v existerar partikelns hastighetsvektor, u_r existerar riktningsvektorn mot A samt r existerar avståndet ifrån laddningen mot punkten A. ifall vinkeln θ existerar noll existerar även B-fältet noll.

H-fältet (magnetiseringsstyrka)

[redigera | redigera wikitext]

Benämningar på grund av H[3][4]
Magnetisk fältintensitet Magnetisk fältstyrka Magnetiskt fält Magnetiserande fält

H-fältet, magnetiseringsstyrka, existerar detta andra sättet för att betrakta magnetfält. H-fältet mäts inom A/m samt ses såsom orsakad från fria strömmar, medan B existerar orsakad från både elektriska strömmar samt magnetiska ämnens magnetism. inom vakuum finns ingen magnetisering samt därför gäller inom SI

Värdet från den magnetiska konstanten μ₀ (i vakuum lika tillsammans permeabiliteten μ) existerar genom Ampères team enstaka resultat från enheten amperes definition.

Fältstyrkor

[redigera | redigera wikitext]

Den noggrannhet liksom förmå uppnås tillsammans med Gravity Probe B-experiment existerar 5 attotesla (5 10^-18 T). ^[5]

Det starkaste magnetfältet producerat inom en laboratorium existerar 2.8 kT (VNIIEF, Sarov, Ryssland, 1998).^[6] Den magnetiseringsstyrkan till vissa astronomiska objekt liknande vilket magnetarer existerar många högre; magnetarer varierar mellan 0.1 samt 100 GT (10⁸-10¹¹ T).^[7]

Magnetiska fältmodeller

[redigera | redigera wikitext]

Magnetfält är kapabel beräknas enbart tillsammans hjälp från B-fält (vissa läroböcker behandlar ej H-fältet överhuvudtaget), vilket vid en jämförelsevis enkelt sätt låter sig göras inom frånvaro från magnetiserbara ämne. angående magnetiska/magnetiserbara kroppar existerar närvarande uppstår från praktiska skäl en behov från modeller till för att inom makroskopisk skal behandla dessa kroppar. för att enbart begagna sig från B-fältet innebär mot modell svårigheter för att ställa upp ekvationer på grund av för att avgöra området vilket bildar övergången mellan den magnetiska kroppen samt resten från fältet. ifall den magnetiska/magnetiserbara kroppen inom sin tur existerar sammansatt från magnetiska domäner från olika former samt storlekar kunna fältberäkningar bli praktiskt taget omöjliga för att genomföra.

H-fältet samt gilbertmodellen

[redigera | redigera wikitext]

Det existerar ibland användbart för att modellera kraften samt vridmomentet mellan numeriskt värde magneter vilket vid bas från magnetiska poler repellera alternativt attrahera varandra, vid identisk sätt såsom coulombkraften mellan elektriska laddningar. Detta kallas gilbertmodellen på grund av magnetism, efter William Gilbert. inom denna modell produceras en magnetiskt H-fält från magnetiska laddningar såsom existerar "utsmetade" runt varenda pol. H-fältet existerar således motsvarande mot detta elektriska fältet E, liksom börjar nära ett positiv elektrisk laddning samt slutar vid enstaka negativ elektrisk laddning. Nära nordpolen pekar därför samtliga H-fältlinjer försvunnen ifrån nordpolen (vare sig inne inom magneten alternativt utanför), medan nära sydpolen (vare sig inne inom magneten alternativt utanför) pekar varenda H-fältlinjer mot sydpolen. enstaka nordpol, känner ett kraft inom riktningen på grund av H-fältet medan kraften vid ett sydpol existerar motsatt H-fältets riktning.

I den magnetiska polmodellen existerar den elementära magnetiska dipolen m bildad från numeriskt värde motsatta magnetiska poler från styrka q_m samt separerade från ett många små avståndsvektor d, sålunda för att m = q_md.

Eftersom modellen existerar baserad vid den fiktiva idén angående enstaka "magnetisk laddningsdensitet", besitter gilbertmodellen begränsningar. dem magnetiska polerna är kapabel ej existera åtskilda ifrån varandra vilket elektriska laddningar är kapabel samt måste ständigt anlända inom nord/syd par. angående en magnetiserat objekt delas upp inom numeriskt värde halvor, kommer enstaka färsk pol för att uppträda vid ytan från varenda sektion, således fanns samt ett kommer för att äga en par från komplementära poler. Den magnetiska polmodellen tar ej hänsyn mot magnetism vilket produceras från elektriska strömmar samt ger endast korrekt område runt en magnet där magnetiska krafter verkar utanför magnetiska ämne.

Amperska kretsmodellen samt B-fältet

[redigera | redigera wikitext]

Efter Örsteds upptäckt för att enstaka elektrisk ström skapar en område runt en magnet där magnetiska krafter verkar samt Amperes upptäckt för att elektriska strömmar attraherar samt repellerar varandra likt magneter, plats detta naturligt för att anta för att varenda magnetiska fält beror vid elektriska strömslingor. inom denna modell likt utvecklats från Ampere existerar den elementära magnetiska dipol liksom orsakar magneterna ett tillräckligt små ampersk slinga tillsammans strömstyrkan I. Dipolmomentet på grund av denna krets existerar m = IA var A existerar en enhet från slingan.

Dessa magnetiska dipoler producerar en magnetiskt B-fält. ett betydande egenskap hos B-fältet såsom produceras vid detta sätt existerar för att magnetiska B-fältlinjer varken besitter start- alternativt slutpunkt (B existerar en solenoidalt fält); enstaka fältlinje antingen sträcker sig mot oändligheten alternativt sveper runt på grund av för att forma ett sluten kurva.

Magnetiska fältlinjer är kapabel även lindas runt, runt utan för att slutas, dock även utan för att upphöra. Dessa mer komplicerade icke-slutna icke-ändliga magnetiska fältlinjer existerar omtvistade, trots för att detta magnetiska fältet från objekt likt producerar dem, beräknas genom för att addera dem magnetiska områdenas "elementära delar" vars magnetiska fältlinjer verkligen besitter formen från slutna kurvor alternativt existerar förlängda mot oändligheten. Hittills besitter inget undantag ifrån denna regel hittats. Magnetiska fältlinjer lämnar enstaka magnet nära dess nordpol samt tränger in nära dess sydpol, dock inne inom magneten fortsätter B-fältlinjerna genom magneten ifrån sydpolen mot nordpolen. på grund av för att inse för att detta måste existera sant kunna man föreställa sig för att placera enstaka kompass inuti enstaka magnet. angående kompassen existerar nära enstaka B-nordpol pekar den mot denna nordpol eftersom magneter staplade vid varandra pekar inom identisk riktning - fältlinjen likt går in inom ett magnet någonstans måste lämna magneten någon annanstans; detta existerar ej tillåtet för att äga ett ändpunkt. Magnetiska poler måste därför ständigt komma inom par från N samt S.

Mera formellt, samtliga magnetiska fältlinjer vilket kommer in inom enstaka distrikt måste även lämna region. dem magnetiska fältlinjerna existerar inom inledande grabb en konceptuellt verktyg likt används till för att företräda matematiken på baksidan beräkningar från område runt en magnet där magnetiska krafter verkar. detta totala "antalet" fältlinjer existerar beroende från hur fältlinjerna dras. inom praktiken existerar detta integralekvationer vilket den nedan, likt används. Antalet fältlinjer liksom kommer in inom region minus detta antal likt lämnar existerar noll. Matematiskt motsvarar detta:

där integralen existerar enstaka ytintegral ovan den slutna ytan S (en sluten yta omger en sektor helt). eftersom dA pekar utåt, existerar skalärprodukten inom integranden positiv då B-fältet pekar ut ifrån ytan samt negativ då B-fältet pekar in.

Magnetisering

[redigera | redigera wikitext]

Det finns inom SI numeriskt värde sätt för att hantera magnetiska fält orsakade från ämne. i enlighet med detta en sättet betraktas temat magnetisering vilket orsakad från hypotetiska amperska strömmar (i motsats mot fria strömmar). Då får man

där

^[3]

Magnetiseringens vektorfält M anger hur starkt ett område från en ämne magnetiseras. detta definieras liksom nettot från magnetiska dipolmoment per volymenhet på grund av denna område. Magnetiseringen från ett likformig magnet, existerar därför ett konstant till materialet såsom existerar lika tillsammans dess magnetiska moment, m, dividerat tillsammans med dess volym. eftersom SI-enheten till magnetiska moment existerar A m² existerar SI-enheten på grund av magnetiseringen M A/m, identisk tillsammans med den på grund av H-fältet.

När magnetiseringen betraktas vilket proportionell mot dem fria strömmarnas fält, förmå man notera

,

där μ_r existerar temat relativa magnetiska permeabilitet. inom mjuka ferromagnetiska ämne kunna μ_r existera från storleksordningen 10³ alternativt större. inom paramagnetiska samt diamagnetiska ämne existerar magnetiseringen små. var brukar man räkna tillsammans med magnetisk susceptibilitet χ var M = χ H, således för att μ_r = 1 + χ. Diamagnetiska ämnens susceptibilitet existerar negativ, från storleksordningen -10^-6. Även inom paramagnetiska ämne existerar χ små, dock positiv.

Det andra sättet beräknar tillsammans med storheten intensitet från magnetisering, betecknad tillsammans vektorfältet I. denna plats gäller

Man ser för att I besitter enheten tesla. detta på denna plats sättet existerar vanligt då man beskriver ferromagnetiska ämne, var mättnadsmagnetisering ofta ges inom tesla ^[8]. mot modell besitter järn ett maximal magnetiseringsintensitet vid 2,1 T.

Materialegenskaper

[redigera | redigera wikitext]

De flesta ämne reagerar vid en pålagt B-fält genom för att producera ett personlig magnetism M samt därmed en eget B-fält. Vanligtvis existerar reaktionen många svag samt existerar bara sålunda länge detta finns en yttre område runt en magnet där magnetiska krafter verkar. Termen magnetism syftar vid ett detaljer från hur ämne reagerar vid mikroskopisk nivå vid en yttre magnetiskt fält samt termen används på grund av för att kategorisera en materials magnetiska tillåtelse. ämne indelas inom grupper grundade vid deras magnetiska egenskaper:

I fallet paramagnetism samt diamagnetism, existerar magnetiseringen M ofta proportionell mot detta pålagda magnetiska fältet:

där μ existerar den materialberoende permeabiliteten.

Magnetiska vridmoment

[redigera | redigera wikitext]

Om numeriskt värde lika poler från numeriskt värde separata magneter existerar nära varandra samt ett från magneterna existerar vridbar, roterar den till för att justera sig mot den inledande. inom detta modell, skapar detta magnetiska fältet hos den stationära magneten en magnetiskt moment vid magneten likt existerar fri för att snurra. Detta magnetiska moment τ tenderar för att inrikta enstaka magnets poler inom linje tillsammans med den magnetiska fältriktningen. ett kompassnål roterar till för att ett fåtal identisk riktning vilket jordens område runt en magnet där magnetiska krafter verkar.

Magnetiska vridmoment används till för att driva elektriska motorer. inom ett lätt motorkonstruktion, existerar ett magnet fastsatt vid enstaka fritt roterande axel samt utsätts på grund av en magnetiskt fält ifrån en antal elektromagneter. Genom för att inom ett viss takt kasta ifall den elektriska strömmens riktning genom fanns samt ett från elektromagneterna samt därmed vända polariteten till deras magnetiska fält, bildas en roterande magnetiskt fält sett ifrån rotorn (den roterande delen). en vridmoment uppstår vars storlek beror från skillnaden inom varvtal mellan område runt en magnet där magnetiska krafter verkar samt rotor (rotorn strävar för att anta identisk varvtal likt fältet).

Liksom existerar fallet på grund av kraften mellan magneterna, leder den magnetiska polmodellen mot riktig ekvation. Antag för att numeriskt värde lika samt motsatta magnetiska laddningar påverkas från identisk H-fält tillsammans lika samt motsatta krafter, vilka ger en vridmoment jämnt fördelat mot avståndet (räknat vinkelrätt mot H-linjerna) mellan polerna (se bild). ifall förbindningslinjen mellan polerna bildar vinkeln θ tillsammans H-linjerna samt avståndet mellan polerna existerar d, existerar detta momentana vridmomentet

där μ₀ existerar permeabiliteten på grund av vakuum, 4π × 10^-7 Vs/(Am).

Den amperska modellen tillsammans cirklande strömmar förutsäger identisk magnetiska moment. på denna plats existerar detta B-fältet likt växelverkar tillsammans med den amperska strömslingan genom enstaka lorentzkraft. Resultaten existerar desamma även ifall modellerna existerar helt annorlunda.

Vridmomentet τ vid enstaka små magnet existerar jämnt fördelat både mot den magnetstyrkan samt detta magnetiska momentet m:

där × representerar kryssprodukten.

Energi lagrad inom magnetiska fält

[redigera | redigera wikitext]

Energi behövs på grund av för att alstra en område runt en magnet där magnetiska krafter verkar både på grund av för att jobba mot detta elektriska fält en föränderligt område runt en magnet där magnetiska krafter verkar skapar samt för att ändra magnetiseringen från vilket ämne likt helst inom detta magnetiska fältet. till dispersiva ämne frigörs denna energi då magnetfältet avlägsnas samt denna energi förmå därför modelleras likt lagrad inom magnetfältet.

För raka, icke-dispersiva ämne (sådana för att B = μH var μ existerar frekvensoberoende), existerar energidensiteten

Saknas omgivande magnetiska ämne är kapabel μ ersättas tillsammans μ₀. Ekvationen kunna ej användas på grund av icke-linjära ämne, utan enstaka mer generell beskrivning i enlighet med nedan, måste användas.

I allmänhet är kapabel den inkrementella kvantiteten jobb per enhetsvolym vilket existerar essentiell till för att orsaka enstaka små förändring inom detta magnetiska fältet tecknas

När relationen mellan H samt B existerar känd, kunna denna ekvation användas till för att besluta detta sysselsättning vilket existerar nödvändigt till för att nå en visst magnetiseringstillstånd. ifall hysteresis, vilket till ferromagneter samt supraledare, förekommer beror arbetet även vid hur detta magnetiska fältet skapas.

Förening tillsammans elektriskt fält

[redigera | redigera wikitext]

Ørsted, Faraday samt Maxwell visade experimentellt samt teoretiskt för att magnetiska samt elektriska fält betingar varandra samt är kapabel beskrivas från detta elektromagnetiska fältet liksom existerar ett förening från dem magnetiska samt elektriska fälten. Elektromagnetisk strålning förmå behandlas inom ramen på grund av detta elektromagnetiska fält.

Albert Einsteins jobb inom struktur från den speciella relativitetsteorin ledde mot för att dem magnetiska samt elektriska fälten kunde beskrivas från en elektromagnetiskttensorfält likt existerar invariant beneath Lorentztransformationen. Detta innebär bland annat för att medan dem elektriska samt magnetiska fältkomponenterna kunna variera mellan olika inertialsystem existerar den totala Lorentzkraften såsom verkar vid enstaka viss laddning invariant beneath dessa transformationer. Detta kunna anses existera detta andra steget inom föreningen från dem magnetiska samt elektriska fälten.

Referenser

[redigera | redigera wikitext]

Noter

[redigera | redigera wikitext]

Allmänna källor

[redigera | redigera wikitext]

• Jackson 1975, chapter 5
• Nayfeh & Brussel 1985, chapter 9
• "Units for Magnetic Properties". Lake Shore Cryotronics, Inc. Retrieved 2009-10-24.

Vidare läsning

[redigera | redigera wikitext]

• Jackson, John David (1975). Classical Electrodynamics (Second ed.). John Wiley & Sons. ISBN 0-471-43132-X.
• Nayfeh, Munir H.; Brussel, efternamn K. (1985). Electricity and Magnetism. John Wiley & Sons. ISBN 0-471-87681-X.

Externa länkar

[redigera | redigera wikitext]