ویکی‌پدیا

میدان مغناطیسی: تفاوت میان نسخه‌ها

نمایش تاریخچه به صورت تعاملی
→ تفاوت قدیمی‌ترتفاوت جدیدتر ←
محتوای حذف‌شده محتوای افزوده‌شده
دیداریویکی‌متن
به نسخهٔ 17479843 ویرایش Modern Sciences برگردانده شد. (توینکل)
خط ۱۲:
نیروی حاصل از این میدان را [[نیروی لورنتس]] می‌خوانند.
 
به بیانی دیگر میدان مغناطیسی میدانی است که توسط یک جسم مغناطیسی یا ذرات، و یا با تغییر میدان الکتریکی، تولید شده‌است<ref>{{cite book | author=Durney, Carl H. and Johnson, Curtis C. | title=Introduction to modern electromagnetics | publisher=[[مک‌گرا-هیل|McGraw Hill Financial]] |year=1969 |isbn=0-07-018388-0}}</ref> و توسط نیرویی که روی دیگر مواد مغناطیسی و یا حرکت بار الکتریکی اعمال می‌شود شناسایی می‌شود. میدان مغناطیسی در هر نقطه ینقطهٔ داده شده توسط هر دو پارامتر جهت و شدت (یا مقاومت) مشخص می‌شود، که به عنوان یک میدان برداری شناخته می‌شود.<ref>{{cite book | author=Durney, Carl H. and Johnson, Curtis C. | title=Introduction to modern electromagnetics | publisher=[[مک‌گرا-هیل|McGraw Hill Financial]] |year=1969 |isbn=0-07-018388-0}}</ref>
اشیایی که خود میدان مغناطیسی تولید می‌کنند آهنربا نامیده می‌شوند. آهن‌رباها توسط نیروها و گشتاورهایی که توسط میدان‌های مغناطیسی تولید می‌کنند بر یکدیگرتاثیر می‌گذارند. آهن‌ربا معمولاً خود را در جهت میدان مغناطیسی موضعی تراز می‌کند. قطبنماها از این اثر برای اندازه‌گیری جهت میدان مغناطیسی موضعی، تولید شده توسط زمین استفاده می‌کنند.
ریاضیات پیچیده که میدان مغناطیسی یک شی را نشان می‌دهد با استفاده از خطوط میدان مغناطیسی نشان داده می‌شوند. این خطوط صرفاً یک مفهوم ریاضی است وبه صورت فیزیکی وجود ندارد. با این حال، برخی پدیده‌های فیزیکی از قبیل تراز شدن براده‌های آهن در یک میدان مغناطیسی، به مانند خطوط در یک الگوی مشابه با خطوط فرضی میدان مغناطیسی از جسم را تولید می‌کند.
جهت خطوط میدان مغناطیسی که تراز دلخواه برای براده یبرادهٔ آهنی که بر روی کاغذی که بر روی یک نوار آهنربا قرار دارد، پاشیده شده‌است. نشان می‌دهد. جاذبه یجاذبهٔ متقابل قطب مخالف براده آهن منجر به تشکیل خوشه‌های دراز از براده در امتداد خطوط میدان شده‌است.
[[پرونده: Right_Hand_Rule_vBF2.PNG|بندانگشتی|چپ|200px|قاعده دست راست]]
جریان الکتریسیته و انتقال شار الکتریکی میدان مغناطیسی تولید می‌کند. حتی میدان مغناطیسی از یک ماده مغناطیسی را می‌توان به عنوان مدل حرکت شار الکتریکی الگو گرفت.<ref>{{cite book | author=Rao, Nannapaneni N. | title=Elements of engineering electromagnetics (4th ed.)| publisher=[[Prentice Hall]] |year=1994 |isbn=0-13-948746-8 | oclc=221993786}}</ref> میدان مغناطیسی نیز بر روی حرکت شارالکتریکی نیرو وارد می‌کند.
میدان‌های مغناطیسی در داخل و با توجه به مواد مغناطیسی می‌تواند کاملاً پیچیده باشد. میدان مغناطیسی با مواد دیگر اثر متقابلی دارد، بنابر این میدان مغناطیسی متقابلی با مواد دیگر ایجاد می‌کند.
شرح میدان مغناطیسی در داخل آهنربا شامل دو رشته جداگانه‌است که می‌تواند هر دو به نام میدان مغناطیسی، میدان مغناطیسی B و میدان مغناطیسی H نامیده شود. این هااین‌ها توسط یک میدان سوم که توصیف حالت مغناطیسی مواد مغناطیسی در درون آن هاست، که مغناطیس کنندگی نامیده می‌شود تعریف می‌شود. انرژی مورد نیاز برای ایجاد میدان مغناطیسی می‌تواند زمانی که میدان از بین می‌رود اصلاح شود؛ و این انرژی می‌تواند، به عنوان «ذخیره شده» در میدان مغناطیسی در نظر گرفته شود. انرژی ذخیره شده در مواد مغناطیسی به مقادیر B و H بستگی دارد.
میدان الکتریکی میدانی است که توسط شار الکتریکی ایجاد شده‌است و این میدان‌ها به طورتنگاتنگی به میدان هایمیدان‌های مغناطیسی مربوط می‌شوند؛ تغییر در میدان مغناطیسی میدان الکتریکی و تغییر در میدان الکتریکی میدان مغناطیسی تولید می‌کند. (رجوع کنید به الکترومغناطیس) ارتباط کامل بین میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی و جریان وشار که آن هاآن‌ها را ایجاد می‌کنند، توسط مجموعه‌ای از معادلات ماکسول توصیف می‌شوند. با در نظرگرفتن این ارتباط خاص، میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی دو جنبهٔ مرتبط از یک موضوع منفرد، به نام میدان الکترو مغناطیسی هستند. یک میدان الکتریکی خالص، در یک چارچوب مرجع، به عنوان ترکیبی از هر دو میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی که در یک چارچوب مرجع حرکت می‌کند، مشاهده می‌شود.
در [[فیزیک کوانتومی]]، میدان مغناطیسی خالص (و الکتریکی) را توسط اثرات ناشی از فوتون‌های مجازی می‌توان درک کرد و در زبان مدل استاندارد، نیروی الکترومغناطیسی در تمام مظاهر توسط فوتون واقع می‌شود. در اغلب موارد این شرح میکروسکوپی مورد نیاز نمی‌باشد چرا که نظریه ینظریهٔ کلاسیک ساده، قانع کننده‌است؛ تفاوت تحت میدان با انرژی پایین ترپایین‌تر در اکثر شرایط قابل اغماض است.
[[پرونده: Magnetic_field_near_pole.svg|بندانگشتی|چپ|200px|جهت میدان مغناطیسی در نزدیکی قطب‌های آهنربا با قرار دادن قطب نما در نزدیک آن مشخص می‌شود. همان‌طور که دیده می‌شود میدان مغناطیسی به سمت قطب S آهنربا و به سمت خارج از قطب N آن است]]
میدان‌های مغناطیسی در جوامع قدیمی و مدرن استفاده‌های بسیار داشته‌است. زمین میدان مغناطیسی خود را تولید می‌کند؛ که در جهت یابیجهت‌یابی ای که توسط قطب شمال قطب نما که به سمت قطب جنوب میدان مغناطیسی زمین منحرف شده‌است، بسیار حایز اهمیت است. از چرخش میدان مغناطیسی در موتور الکتریکی و ژنراتور بهره گرفته شده‌است. نیروهای مغناطیسی ارائه دهنده یدهندهٔ اطلاعاتی در مورد حرکت شار از طریق اثر هال هستند. تداخل میدان‌های مغناطیسی در دستگاه‌های برقی مانند ترانسفورماتورها در نظم [[حوزه‌های مغناطیسی]] مورده مطالعه قرار گرفته‌اند.
مطالعه میدان مغناطیسی به عنوان یک موضوع مجزا از آهنربا در قرن ۱۳ هنگامی که [[پترو پرگرینوس د ماریکور]] میدان مغناطیسی آهنربای کروی را مطالعه کردو فرض نمود که زمین خود یک آهنربا است. آغاز شد. تمایزمدرن بین میدان‌های B و H در قرن ۱۹ کشف شد. رابطه بین میدانهای الکتریکی و مغناطیسی در مجموعه‌ای از معادلات ماکسول در نیمه دوم قرن ۱۹ میلادی کشف شد؛ و مفهوم الکترومغناطیس متولد شد. روندی که در پشت معادلات ماکسول قرار داشت در نیمه اول قرن ۲۰ مشخص شد، هنگامی که ارتباط خاص آن هاآن‌ها نشان داده شد.. شرح کاملی از الکترومغناطیس، الکترودینامیک کوانتومی و یا [[QED]] نامیده می‌شود، که شامل مکانیک کوانتومی که در اواسط قرن ۲۰ کشف شد، است.
 
== B و H ==
خط ۳۷:
| magnetic flux density || [[مهندسی برق|electrical engineers]]
|-
| magnetic induction || [[ریاضیات کاربردی|applied&nbsp; mathematicians]]{{سخ}}[[مهندسی الکترونیک|electronics engineers]]
|-
| magnetic field || [[فیزیک‌دان|physicists]]
خط ۵۱:
| magnetic field strength || [[مهندسی الکترونیک|electronics engineers]]
|-
| auxiliary magnetic field || [[ریاضیات کاربردی|applied&nbsp; mathematicians]]
|-
| magnetizing field || [[فیزیک‌دان|physicists]]
|}
|}
خارج از مواد، میدان‌های B و H غیرقابل تشخیص هستند. (آن هاآن‌ها تنها در واحدهای خود و مقدار، متفاوتند و درتغییرات زمانی و مکانی تفاوتی ندارند) تنها در داخل ماده‌ای که تفاوت مهم است. میدان B به جریان بستگی دارد (هم ماکروسکوپی وهم میکروسکوپی مانند حرکت الکترون به دور هسته آن). در حالی که میدان H به جریان‌های ماکروسکوپی و برداری که به پدیده یپدیدهٔ شار مغناطیسی بسیار نزدیک است، بستگی دارد.
 
میدان B را می‌توان در بسیاری جهات مشابه، بر اساس اثرات آن بر روی محیط اطراف آن تعریف کرد. به عنوان مثال، یک ذره با بار الکتریکی، q، و حرکت در میدان B با سرعت، v، نیرویی به نام، F، ایجاد می‌کند که نیروی لورنتس نامیده می‌شود. (پایین را ببینید. (در واحد SI، نیروی لورنتس برابر است با:
خط ۶۸:
که در آن M مغناطیسی شدن ماده و ''μ''<sub>0</sub> نفوذ پذیری مغناطیسی در فضای خالی است (یا پایداری مغناطیسی).<ref>{{cite book | author=Durney, Carl H. and Johnson, Curtis C. | title=Introduction to modern electromagnetics | publisher=[[مک‌گرا-هیل|McGraw Hill Financial]] |year=1969 |isbn=0-07-018388-0}}</ref> میدان H با یکای آمپر بر متر در SI.(A/m) و اورستد (Oe) در cgs اندازه‌گیری می‌شود.
در موادی که M متناسب باB است، رابطه بین B و H را می‌توان به فرم ساده‌تر نوشت:
'''H'''&nbsp; = '''B'''/''μ'' که در آن μ پارامتر وابسته به مواد به نام نفوذ پذیری است. در فضای خالی، هیچ مغناطیسی وجود نداردM به طوری که '''H'''&nbsp; = '''B'''/''μ''
هر چند، برای بسیاری از مواد، هیچ رابطهٔ ساده‌ای بین B و M وجود ندارد به عنوان مثال، مواد فرومغناطیسی و ابررساناها خاصیت مغناطیسی شدنی دارند که یک تابع چند ارزشی از B مربوط به پسماند مغناطیسی است.
 
== نیروی الکترومغناطیسی سیم حامل جریان ==
اگر سیمی را که حامل جریان برق است در یک میدان مغناطیسی قرار دهیم بر این سیم نیرویی وارد می‌شود. این نیرو با طول سیم(L)ومیدان مغناطیسی(B)رابطه مستقیم دارد و از رابطه یرابطهٔ F=L I B SINα بدست می‌آید. بنابر این رابطه اگر سیم در راستای میدان مغناطیسی قرار گیرد نیروی وارد بر آن صفر است زیرا:
α=0 OR π در نتیجه ۰=F واگر سیم به صورت عمود قرار گیرد نیروی آن به حد اکثر می‌رسد. اگر سیم دارای شکلی نا منظم باشد آن را به دو مولفه یمولفهٔ (عمودی و افقی) تقسیم می‌کنیم و از مولفه یمولفهٔ عمودی استفاده می‌کنیم. برای پیدا کردن جهت میدان بر اساس قاعده دست راست عمل می‌شود.
 
== میدان مغناطیسی اطراف سیم راست ==
خط ۸۱:
 
== میدان مغناطیسی و آهن‌ربای دائم ==
آهنرباهای دائم اشیائی هستند که میدان هایمیدان‌های مغناطیسی مداوم خود را تولید می‌کنند. همه آهنرباهای دائم دو قطب شمال و جنوب دارند. آنها از مواد فرومغناطیسی مانند آهن و نیکل که مغناطیسی شده‌اند ساخته شده‌اند. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد آهنرباها، مغناطیسی شدن و در زیر فر
[[پرونده: Cyclotron_motion.jpg|بندانگشتی|چپ|200px|شعاع‌های الکترون در یک دایره حرکت می‌کنند. نور نتیجه برانگیختگی اتم‌های گاز در لامپ است]]
متأسفانه مفهوم قطب هایقطب‌های 'شار مغناطیسی' با دقت آنچه در داخل آهنربا اتفاق می‌افتد را منعکس نمی‌کند (نگاه کنید به فرو مغناطیسی شدن)؛ شار مغناطیسی وجود ندارد. به عنوان مثال، بر خلاف شارالکتریکی، آهن‌رباها نمی‌تواند قطب‌های جداگانه‌ای در شمال و جنوب قطب داشته باشند؛ همه آهنرباها جفت شمال و جنوب دارند. علاوه بر این، آهنربای کوچک داخل آهنربا بزرگتر در جهت مخالف به آنچه از میدان H انتظار می‌رود پیچیده می‌شود. شرح فیزیکی صحیح تر مغناطیسی شدن شامل حلقه‌های اتمی جریان که در سراسر آهنربا توزیع شده‌است، می‌باشد.<ref>{{cite book | author=Jackson, John D. | title=Classical Electrodynamics (3rd ed.) | publisher=[[جان وایلی و پسران|Wiley]] | year=1999 | isbn=0-471-30932-X | oclc=224523909}}</ref>
در این مدل، یک آهنربا از بسیاری از آهنرباهای کوچک، به نام دو قطبی مغناطیسی که هر کدام یک جفت قطب شمال و جنوب مربوط به جریان الکتریکی دارند، تشکیل شده‌است. هنگامی که در ترکیب آنها به صورت یک آهنربا که قدرت مغناطیسی دارد m. که برای راحتی محاسبات ریاضی است، همچنین با توجه به جهت متناظر با جهت گیری‌های میدان مغناطیسی آن را تعریف می‌کنند. برای آهنرباهای ساده، m در جهت خط از جنوب تا قطب شمال آهن‌ربا کشیده شده‌است.
نیروی گرانش بین دو آهنربا کاملاً پیچیده و وابسته به قدرت و جهت گیری هر دو آهنربا و وابسته به مسافت و و جهت آهنرباهای متصل به یکدیگر. است. نیرو حساس به چرخش از آهن‌ربا به علت گشتاور مغناطیسی است. نیروی هر آهنربا در هر لحظه بستگی به خود آهنربا و میدان مغناطیسی B<ref>{{cite book | author=Griffiths, David J. | title=Introduction to Electrodynamics (3rd ed.)| publisher=[[Prentice Hall]] |year=1999 |isbn=0-13-805326-X | oclc=40251748}}</ref> از سوی دیگر، دارد. میدان B یک آهنربا ی کوچک بسیار پیچیده‌تر است.
در ریاضیات، نیرو در یک آهنربای که یک مغناطیسی شدن لحظه‌ای m، مربوط به میدان مغناطیسی B دارد برابر است با:<ref> {{cite book | author=Tipler, Paul | title=Physics for Scientists and Engineers: Electricity, Magnetism, Light, and Elementary Modern Physics (5th ed.) | publisher=W. H. Freeman | year=2004 | isbn=0-7167-0810-8 | oclc=51095685}}</ref>
:<math>\mathbf{F} = \mathbf{\nabla} \left(\mathbf{m}\cdot\mathbf{B}\right),</math>
که در آن'''∇''' شیب تغییرات مقدار m B. در هر واحد از فاصله و جهت است که افزایش حداکثر m.B را محصول است (نقطه معادله زیر را ایجاد می‌کند. ضرب داخلی:(''m'''&nbsp; ·&nbsp; '''B''' = ''mB''cos(''θ'''که در آن m و B نشان ازاندازه بردارهای m و B است و θ زاویه بین آنها است) این معادله صرفاً فقط برای آهنرباهای صفر اندازه معتبر است، اما اغلب می‌توان به عنوان تقریبی برای آهن‌رباهای نچندان بزرگ استفاده کرد. نیروی مغناطیسی در آهنرباهای بزرگتر از تقسیم آن هاآن‌ها به مناطق کوچکتر با m مشخص و سپس جمعبندی نیروهای در هر یک از این مناطق تعیین می‌شود.
 
== گشتاور در آهنربا مربوط به میدان B ==
[[پرونده: Magnetic quadrupole moment.svg|بندانگشتی|چپ|200px|طرحواره‌ای از [[آهنربای چهار قطبی]]. چهار نوک ثابت قطب‌های آهنربا هستند که دو تای آنها با قطب N و دو تا با قطب S مخالفت می‌کنند]]
گشتاور در آهنربا مربوط به میدان مغناطیسی خارجی می‌تواند با قرار دادن دو آهنربا در نزدیکی یکدیگر در حالی که یکی از آنها شروع به چرخش می‌کنند مشاهده می‌شود. گشتاور مغناطیسی برای به کار انداختن موتورهای ساده الکتریکی استفاده می‌شود. در یک طرح موتور ساده، آهنربابر روی یک شفت که آزادانه چرخش می‌کند ثابت شده‌است که تحت میدان مغناطیسی ردیفی از الکترو مغناطیسی هامغناطیسی‌ها قرار دارد.. با سوئیچینگ مداوم جریان الکتریکی از هر کدام از آهنرباهای الکتریکی، با توجه به تغییر میدان مغناطیسی آن ها،آن‌ها، مانند قطب شمال و جنوب کنار روتور، گشتاور حاصل به شافت منتقل می‌شود. میدان مغناطیسی دوار را مشاهده کنید.
گشتاور مغناطیسی τ تمایل دارد قطب مغناطیسی با خطوط میدان B در یک امتداد قرار دهد (تا زمانی که m در جهت قطب‌های مغناطیسی است می‌توان گفت m تمایل دارد با B در یک امتداد قرار بگیرد) به همین دلیل است سوزن مغناطیسی قطب نما به سمت قطب شمال زمین منحرف می‌شود. با این تعریف، جهت میدان محلی مغناطیسی زمین جهتی است که در آن قطب شمال قطب نما (یا هر آهنربایی) تمایل به آن نقطه دارد.
به طور ریاضی وار، گشتاور τ آهنربای کوچک متناسب با هر دو ی میدان B اعمال شده مغناطیسی شدن آهنربا m می‌باشد:
:<math>\boldsymbol{\tau}=\mathbf{m}\times\mathbf{B}, \,</math>
که در آن × نشان دهنده یدهندهٔ بردار ضرب خارجی است. در نظر داشته باشید که این معادله شامل تمام اطلاعات کیفی شامل بالامی باشد. هیچ گشتاور مغناطیسی در صورتی که m در امتداد B قرار بگیرد، وجود ندارد (مفهوم ضرب خارجی) علاوه بر این، در تمامی جهت‌ها گشتاوری که آن هاآن‌ها را به جهت B متمایل می‌کند احساس می‌شود.
 
== کاربرد در پژوهش‌ها ==
خط ۱۰۵:
 
آشنایی با حساب تانسوری و نسبیت، درک لاودن
{{پانویس|۲}}
{{پانویس|۲}}
* {{cite book | author=Furlani, Edward P. | title=Permanent Magnet and Electromechanical Devices: Materials, Analysis and Applications | publisher= Academic Press Series in Electromagnetism | year=2001 | isbn=0-12-269951-3 | oclc=۱۶۲۱۲۹۴۳۰}}
برگرفته از «https://fa.wikipedia.org/wiki/میدان_مغناطیسی»