μαγνητικό πεδίο

Εξηγούμε τι είναι το μαγνητικό πεδίο, πώς παράγεται και ποια είναι τα χαρακτηριστικά του. Σας λέμε επίσης για το μαγνητικό πεδίο της Γης.

Τα μαγνητικά πεδία είναι δίπολα, έχουν έναν βόρειο και έναν νότιο πόλο.

Τι είναι το μαγνητικό πεδίο;

Το μαγνητικό πεδίο είναι η μαθηματική αναπαράσταση του τρόπου με τον οποίο οι μαγνητικές δυνάμεις κατανέμονται στο χώρος που περιβάλλει μια μαγνητική πηγή. Αυτή η πηγή μπορεί να είναι α μαγνήτης, ένα φορτίο σε κίνηση ή ένα ηλεκτρικό ρεύμα (πολλά φορτία σε κίνηση). Όποτε υπάρχει κάποιο από αυτά τα στοιχεία, θα υπάρχει ένα μαγνητικό πεδίο γύρω του, δηλαδή ένα πεδίο μαγνητικών δυνάμεων. Έξω από αυτό το πεδίο δεν υπάρχουν μαγνητικά φαινόμενα.

Ένα θεμελιώδες χαρακτηριστικό των μαγνητικών πεδίων είναι ότι είναι δίπολα: έχουν έναν Βόρειο και έναν Νότιο πόλο, οι οποίοι ονομάζονται επίσης θετικός και αρνητικός πόλος. σε αντίθεση με το ηλεκτρικά πεδία που μπορεί να δημιουργηθούν από ηλεκτρικά φορτία (όπως α ηλεκτρόνιο), δεν υπάρχουν «μαγνητικά φορτία» που δημιουργούν μαγνητικά πεδία. Τα μαγνητικά πεδία συνδέονται πάντα με δύο πόλους. Κατά συνέπεια, οι γραμμές του μαγνητικού πεδίου είναι πάντα κλειστές, όπως στην περίπτωση του μαγνήτη: αφήνουν τον βόρειο πόλο και φτάνουν στον νότιο πόλο.

Προέλευση μαγνητικού πεδίου

Για να υπάρχει ένα μαγνητικό πεδίο, πρέπει να υπάρχει μια πηγή μαγνητικής ενέργειας (όπως ένας μαγνήτης), ένα κινούμενο φορτίο ή ένα ηλεκτρικό ρεύμα.Αυτά τα στοιχεία είναι τα μόνα ικανά να δημιουργήσουν μαγνητικό πεδίο και τα μόνα που μπορούν να επηρεαστούν από αυτό.

Ένα ηλεκτρικό φορτίο (όπως ένα ηλεκτρόνιο που κινείται στο διάστημα) δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο γύρω του που θα ασκήσει δύναμη σε ένα άλλο κινούμενο φορτίο. Το ίδιο συμβαίνει και με τα ηλεκτρικά ρεύματα.

Η περίπτωση των μαγνητών είναι ιδιαίτερη επειδή δεν εμπλέκονται κινούμενα φορτία, αλλά μάλλον αυτά τα υλικά δημιουργούν ένα μαγνητικό πεδίο λόγω ορισμένων μικροσκοπικών φαινομένων ορισμένης πολυπλοκότητας.

Όπως περιγράφεται από τον νόμο του Ampère και τις εξισώσεις του Maxwell, τα μαγνητικά πεδία και τα ηλεκτρικά πεδία συχνά υπάρχουν μαζί στο φύση. Ορισμένες αλλαγές στο χρόνο ενός μαγνητικού πεδίου παράγουν ηλεκτρικά πεδία. Ένα καλό παράδειγμα της συνύπαρξης αυτών των δύο πεδίων είναι η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, όπως π.χ φως.

Η παρουσία μαγνητικών πεδίων μπορεί να ελεγχθεί χρησιμοποιώντας μια συσκευή γνωστή ως μαγνητόμετρο.

Τύποι μαγνητικού πεδίου

Ένας ηλεκτρομαγνήτης δημιουργείται από τη μετατόπιση των φορτίων από ένα ηλεκτρικό ρεύμα.

Τα μαγνητικά πεδία μπορούν να ταξινομηθούν ανάλογα με την πηγή δημιουργίας τους:

  • Μαγνητικά πεδία που προέρχονται από μαγνήτη. Οι μαγνήτες είναι υλικά που έχουν την ιδιαιτερότητα να έχουν μόνιμο μαγνητικό πεδίο, που δημιουργείται από αυτό που μέσα φυσικός είναι γνωστό ως το γνέθω ηλεκτρόνια (μπορεί να γίνει κατανοητό θεωρώντας το ως ένα σπιν για τον εαυτό τους). Από την άλλη υπάρχει μέταλλα που μπορούν να «γίνουν» μαγνήτες όταν μαγνητίζονται από εξωτερικό μαγνητικό πεδίο.
  • Μαγνητικά πεδία από ρεύμα. Κάθε φορτίο σε κίνηση παράγει ένα μαγνητικό πεδίο. Επομένως, ένα ηλεκτρικό ρεύμα παράγει επίσης μαγνητικό πεδίο. Για παράδειγμα: οι ηλεκτρομαγνήτες (όπως αυτός στο παραπάνω σχήμα) είναι συσκευές στις οποίες μέσω α μπαταρία Το ρεύμα κυκλοφορεί μέσω ενός σύρματος τυλιγμένο σε μέταλλο. Αυτό το ρεύμα δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο γύρω του που μαγνητίζει το μέταλλο και δημιουργεί ένα άλλο μαγνητικό πεδίο. Έτσι, οι ηλεκτρομαγνήτες χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία μεταβλητών μαγνητικών πεδίων αφού με την αλλαγή του ρεύματος αλλάζει το μαγνητικό πεδίο.

Διεύθυνση μαγνητικού πεδίου

Οι γραμμές του μαγνητικού πεδίου μας λένε την κατεύθυνση του.

οδιεύθυνση ενός μαγνητικού πεδίου μπορεί να περιγραφεί χρησιμοποιώντας γραμμές ή διάνυσμα, επιφορτισμένος να υποδεικνύει την κατεύθυνση προς την οποία δείχνουν οι μαγνητικές δυνάμεις. Στο παραπάνω σχήμα μπορείτε να δείτε καθαρά τις γραμμές του μαγνητικού πεδίου που δημιουργείται από τον μαγνήτη, οι οποίες δείχνουν την κατεύθυνση της δύναμης με την οποία ο μαγνήτης αλληλεπιδρά με τα μεταλλικά σωματίδια.

Το γεγονός ότι το μαγνητικό πεδίο έχει κατεύθυνση σημαίνει ότι είναι διάνυσμα. Οποιος δύναμη είναι διανυσματικό μέγεθος, δηλαδή αντιπροσωπεύει ένα μέγεθος που έχει κατεύθυνση και αίσθηση, όπως η ταχύτητα. Εφόσον το μαγνητικό πεδίο είναι ανάλογο της μαγνητικής δύναμης, τότε είναι και διανυσματικό μέγεθος. Στην πραγματικότητα, είναι ενδιαφέρον να σημειωθεί ότι η μαγνητική δύναμη που αισθάνεται ένα κινούμενο σωματίδιο βυθισμένο σε ένα μαγνητικό πεδίο είναι πάντα κάθετη προς την κατεύθυνση αυτού του πεδίου και τη δική του ταχύτητα.

μαγνητικό πεδίο της γης

Το μαγνητικό πεδίο της Γης εκτρέπει την ακτινοβολία από τον Ήλιο.

Ο πλανήτης μας έχει ένα φυσικό μαγνητικό πεδίο, που ονομάζεται επίσης γεωμαγνητικό πεδίο. Στο κέντρο του Γη υπάρχει χυτοσίδηρος (για τα ψηλά θερμοκρασίες). Λόγω της περιστροφής της γης, αυτό το μεταλλικό υγρό βρίσκεται σε συνεχή κίνηση, σχηματίζοντας ηλεκτρικό ρεύμα (καθώς το μέταλλο κινείται, τα ηλεκτρόνια που το συνθέτουν κινούνται). Αυτό το ρεύμα είναι που παράγει το μαγνητικό πεδίο της Γης που είναι τόσο έντονο που διαφεύγει από την επιφάνεια της Γης.

Το μαγνητικό πεδίο της Γης παίζει πολύ σημαντικό ρόλο αφού εκτρέπει την πολύ επικίνδυνη ακτινοβολία για τα ζωντανά όντα από Ήλιος. Χωρίς το μαγνητικό πεδίο της Γης, το ατμόσφαιρα θα καταστρεφόταν από τις κοσμικές ακτίνες. Οι πυξίδες που χρησιμοποιούμε για την πλοήγηση αλληλεπιδρούν με αυτό το πεδίο: η μαγνητισμένη βελόνα του είναι πάντα ευθυγραμμισμένη με το μαγνητικό πεδίο της Γης, υποδεικνύοντας τον βορρά. Επιπλέον, πολλά μεταναστευτικά ζώα χρησιμοποιούν το μαγνητικό πεδίο του πλανήτη για να προσανατολίζονται πάντα και να κινούνται προς τις ίδιες κατευθύνσεις σε συγκεκριμένες περιόδους του έτους.

!-- GDPR -->