میدان مغناطیسی: تفاوت میان نسخه‌ها
محتوای حذف‌شده محتوای افزوده‌شده
FreshmanBot (بحث | مشارکت‌ها) جز اصلاح فاصله مجازی + اصلاح نویسه با استفاده از AWB |
|||
خط ۱:
{{الکترومغناطیس}}
[[پرونده: Magnet0873.png|بندانگشتی|چپ|200px| خطوط میدان مغناطیسی با براده‌های [[آهن]] نشان داده شده‌اند. تراوایی زیادی که هریک از براده‌های [[آهن]] دارند موجب ایجاد میدان مغناطیسی بزرگ‌تری در انتهای هر براده شده‌است. این باعث می‌شود هریک از براده‌ها یکدیگر را جذب کنند که یک مجموعه ممتدی به وجود می‌آید که شکل «خط» به خود می‌گیرد. انتظار نمی‌رود که این «خط»
در الکترو مغناطیس کلاسیک تعریف میدان [[مغناطیس|مغناطیسی]] به صورت «میدان حاصل از بار الکتریکی در حال حرکت در اطراف آن» می‌باشد.
به بیان ساده‌تر میدان مغناطیسی حاصل تأثیر دو [[میدان الکتریکی]] (مثلاً دو بار مثبت و منفی) بر روی هم است که منجر به درست شدن یک میدان مغناطیسی می‌شود.
خط ۱۴:
به بیانی دیگر میدان مغناطیسی میدانی است که توسط یک جسم مغناطیسی یا ذرات، 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 یا حرکت بار الکتریکی اعمال می‌شود شناسایی می‌شود. میدان مغناطیسی در هر نقطهٔ 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
جهت خطوط میدان مغناطیسی که تراز دلخواه برای برادهٔ آهنی که بر روی کاغذی که بر روی یک نوار آهنربا قرار دارد، پاشیده شده‌است. نشان می‌دهد. جاذبهٔ 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]]
خط ۲۰:
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. این‌ها 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
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 نظریهٔ کلاسیک ساده،
[[پرونده: Magnetic_field_near_pole.svg|بندانگشتی|چپ|200px|جهت میدان مغناطیسی در نزدیکی قطب‌های آهنربا با قرار دادن قطب‌نما 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 جهت‌یابی ای که توسط قطب شمال قطب‌نما 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 دهندهٔ 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.
خط ۲۷:
== B و H ==
میدان مغناطیسی برای دو میدان برداری مختلف استفاده می‌شود، که میدان‌های [[میدان مغناطیسی B|B]] و [[میدان مغناطیسی H|H]] نامیده می‌شوند توجه<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> بسیاری از نام‌های جایگزین برای هر دو وجود دارد) نگاه کنید به جداول زیر) برای اجتناب از اشتباه، در این مقاله از [[میدان مغناطیسی B|میدان B]] و [[میدان مغناطیسی H|میدان H]] استفاده کرده‌است. در هر مورد که هر دوی
{| style="float:left; margin-left:0.5em; margin-left:0; width:24em;"
|-
خط ۶۴:
برای دو قطبی مغناطیسی لحظه‌ای m (در آمپر متر مربع). میدان B در واحد SI تسلا و در واحد [[cgs]] گاوس نامیده می‌شود. (۱ تسلا = ۱۰۰۰۰ گاوس). در واحد SI تسلا برابر است با: (کولن × متر) / (نیوتن × ثانیه) همان‌طور که از قسمت مغناطیسی قانون نیروی لورنتس می‌توان دید:
'''F'''<sub>mag</sub> = (''q'''''v''' × '''B''').
H به عنوان اصلاحی برای B به علت میدان مغناطیسی تولید شده توسط مواد واسطه خواهد بود،
:<math>\mathbf{H}\ \equiv \ \frac{\mathbf{B}}{\mu_0}-\mathbf{M},</math>
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 با B است، رابطه بین B و H را می‌توان به فرم ساده‌تر نوشت:
'''H''' = '''B'''/''μ'' که در آن μ پارامتر وابسته به مواد به نام نفوذ پذیری است. در فضای خالی، هیچ مغناطیسی وجود نداردM
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 رابطهٔ 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
== میدان مغناطیسی اطراف سیم راست ==
== میدان مغناطیسی داخل پیچه مسطح حامل جریان ==
== میدان مغناطیسی داخل سیم لوله حامل جریان ==
میدان مغناطیسی داخل سیم لوله به تعداد پیچش سیم در واحد متر دور هسته‌ای آهنی که قرار گرفتن آن موجب تقویت میدان که با B نشان می‌دهند خواهند شد، علاوه بر آن به جریان عبوری نیز بستگی دارد
== میدان مغناطیسی و آهنربای دائم ==
آهنرباهای دائم اشیائی هستند که میدان‌های مغناطیسی مداوم خود را تولید می‌کنند. همه آهنرباهای دائم دو قطب شمال و جنوب دارند.
[[پرونده: Cyclotron_motion.jpg|بندانگشتی|چپ|200px|شعاع‌های الکترون در یک دایره حرکت می‌کنند. نور نتیجه برانگیختگی اتم‌های گاز در لامپ است]]
متأسفانه مفهوم قطب‌های '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
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''' · '''B''' = ''mB''cos(''θ'''که در آن m و B نشان ازاندازه بردارهای m و B است و θ زاویه بین
== 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
گشتاور در آهنربا مربوط به میدان مغناطیسی خارجی می‌تواند با قرار دادن دو آهنربا در نزدیکی یکدیگر در حالی که یکی از
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 قطب‌نما به سمت قطب شمال زمین منحرف می‌شود. با این تعریف، جهت میدان محلی مغناطیسی زمین جهتی است که در آن قطب شمال قطب‌نما (یا هر آهنربایی) تمایل به آن نقطه دارد.
به‌طور ریاضی وار، گشتاور τ آهنربای کوچک متناسب با هر دو ی میدان B اعمال شده مغناطیسی شدن آهنربا m می‌باشد:
| |||