Știința liniilor de câmp magnetic

Un câmp magnetic înconjoară orice sarcină electrică în mișcare. Câmpul magnetic este continuu și invizibil, dar puterea și orientarea acestuia pot fi reprezentate de linii de câmp magnetic. În mod ideal, liniile de câmp magnetic sau liniile de flux magnetic arată puterea și orientarea unui câmp magnetic. Reprezentarea este utilă deoarece le oferă oamenilor o modalitate de a vedea o forță invizibilă și pentru că legile matematice ale fizicii se potrivesc cu ușurință la „numărul” sau densitatea liniilor de câmp..

• Liniile de câmp magnetic sunt o reprezentare vizuală a liniilor de forță invizibile într-un câmp magnetic.
• Prin convenție, liniile urmăresc forța de la polul nord la sud al unui magnet.
• Distanța dintre linii indică rezistența relativă a câmpului magnetic. Cu cât liniile sunt mai apropiate, cu atât câmpul magnetic este mai puternic.
• Filtrele de fier și o busolă pot fi utilizate pentru a urmări forma, rezistența și direcția liniilor de câmp magnetic.

Un câmp magnetic este un vector, ceea ce înseamnă că are magnitudine și direcție. Dacă curentul electric curge într-o linie dreaptă, regula din dreapta indică direcția care circulă linii invizibile de câmp magnetic în jurul unui fir. Dacă vă imaginați prinzând firul cu mâna dreaptă cu degetul mare îndreptat în direcția curentului, câmpul magnetic se deplasează în direcția degetelor din jurul sârmei. Dar dacă nu știți direcția curentului sau pur și simplu doriți să vizualizați un câmp magnetic?

Cum să vezi un câmp magnetic

Ca și aerul, un câmp magnetic este invizibil. Puteți vedea indirect vântul aruncând bucăți mici de hârtie în aer. În mod similar, plasarea biților de material magnetic într-un câmp magnetic vă permite să-i urmăriți calea. Metodele ușoare includ:

Folosiți o busolă

Un grup de busole poate arăta direcțiile liniilor de câmp magnetic. Maciej Frolow / Getty Images

Așteptarea unei singure busole în jurul unui câmp magnetic arată direcția liniilor de câmp. Pentru a efectua harta câmpului magnetic, plasarea multor busole indică direcția câmpului magnetic în orice punct. Pentru a trasa linii de câmp magnetic, conectați „punctele” busolei. Avantajul acestei metode este că arată direcția liniilor câmpului magnetic. Dezavantajul este că nu indică rezistența câmpului magnetic.

Folosiți filanți de fier sau nisip de magneți

Fierul este ferromagnetic. Aceasta înseamnă că se aliniază de-a lungul liniilor câmpului magnetic, formând magneți minusculi cu poli nord și sud. Biți mici de fier, cum ar fi garnituri de fier, se aliniază pentru a forma o hartă detaliată a liniilor de câmp, deoarece polul nord al unei piese este orientat să respingă polul nord al altei piese și să atragă polul său sud. Dar, nu puteți presăra doar filele pe un magnet, deoarece sunt atrase de acesta și se vor lipi de el, mai degrabă decât să urmărească câmpul magnetic.

Pentru a rezolva această problemă, straturile de fier sunt presărate pe hârtie sau plastic pe un câmp magnetic. O tehnică folosită pentru a dispersa filajele este de a le stropi pe suprafață de la o înălțime de câțiva centimetri. Mai multe fișiere pot fi adăugate pentru a face liniile de câmp mai clare, dar numai până la un punct.

Alternative la filajele de fier includ peleți BB de oțel, filați din fier placat cu staniu (care nu vor rugini), agrafe mici de hârtie, capse sau nisip de magnetită. Avantajul folosirii particulelor de fier, oțel sau magnetit este că particulele formează o hartă detaliată a liniilor de câmp magnetic. Harta oferă, de asemenea, o indicație brută a rezistenței câmpului magnetic. Liniile dense, distanțate strâns, apar acolo unde câmpul este cel mai puternic, în timp ce liniile rare și separate, larg, arată unde este mai slab. Dezavantajul utilizării filelor de fier este că nu există nicio indicație de orientare a câmpului magnetic. Cea mai ușoară modalitate de a depăși acest lucru este să folosiți o busolă împreună cu filaturi de fier pentru a cartona orientarea și direcția.

Încercați vizualizarea magnetică a filmului

Folia de vizionare magnetică este un plastic flexibil care conține bule de lichid lațate cu tije magnetice minuscule. Filmele par mai închise sau mai deschise în funcție de orientarea tijelor într-un câmp magnetic. Filmul de vizualizare magnetică funcționează cel mai bine geometria magnetică complexă, precum cea produsă de un magnet de frigider plat.

Linii naturale de câmp magnetic

Liniile din aurora urmează liniile câmpului magnetic al Pământului. Oscar Bjarnason / Getty Images

În natură apar și linii de câmp magnetic. În timpul unei eclipse solare totale, liniile din corona urmăresc câmpul magnetic al Soarelui. Înapoi pe Pământ, liniile dintr-o aurora indică calea câmpului magnetic al planetei. În ambele cazuri, liniile vizibile sunt fluxuri strălucitoare de particule încărcate.

Reguli ale liniei câmpului magnetic

Folosind linii de câmp magnetic pentru a construi o hartă, unele reguli devin evidente:

1. Liniile de câmp magnetic nu se încrucișează niciodată.
2. Liniile de câmp magnetic sunt continue. Acestea formează bucle închise care continuă până la capăt printr-un material magnetic.
3. Liniile de câmp magnetic se îmbină unde câmpul magnetic este cel mai puternic. Cu alte cuvinte, densitatea liniilor de câmp indică rezistența câmpului magnetic. Dacă liniile de câmp din jurul unui magnet sunt cartografiate, cel mai puternic câmp magnetic este la oricare pol.
4. Cu excepția cazului în care câmpul magnetic este mapat cu ajutorul unei busole, direcția câmpului magnetic poate fi necunoscută. Prin convenție, direcția este indicată prin trasarea capetelor de săgeată de-a lungul liniilor de câmp magnetic. În orice câmp magnetic, liniile curg întotdeauna de la polul nord la polul sud. Denumirile „nord” și „sud” sunt istorice și poate să nu aibă nicio influență asupra orientării geografice a câmpului magnetic

Sursă

• Durney, Carl H. și Curtis C. Johnson (1969). Introducere în electromagnetica modernă. McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-018388-9.
• Griffiths, David J. (2017). Introducere în electrodinamică (Ediția a 4-a). Presa universitară din Cambridge. ISBN 9781108357142.
• Newton, Henry Black și Harvey N. Davis (1913). Fizică practică. MacMillan Co., SUA.
• Tipler, Paul (2004). Fizică pentru oamenii de știință și ingineri: electricitate, magnetism, lumină și fizică modernă elementară (Ediția a 5-a). W. H. Freeman. ISBN 978-0-7167-0810-0.