Một trong những khái niệm cơ bản được sử dụng trong vật lý là từ trường. Nó tác dụng lên các điện tích chuyển động. Nó không thể nhận thấy và không thể cảm nhận được bởi một người, nhưng sự hiện diện của nó có thể được phát hiện bằng cách sử dụng nam châm hoặc sắt. Cũng khá dễ hiểu từ trường nào được gọi là đồng nhất và không đồng nhất.
Định nghĩa và các phương pháp phát hiện từ trường
Khi chúng ta gặp khái niệm từ trường, chúng ta có một câu hỏi về loại từ trường đó là từ trường đồng nhất hay không đồng nhất. Trước khi trả lời một câu hỏi như vậy, cần phải đưa ra định nghĩa ban đầu về các thuật ngữ.
Từ trường được coi là một dạng vật chất đặc biệt tồn tại gần các điện tích chuyển động, đặc biệt là gần các vật dẫn có dòng điện. Có thể được phát hiện bằng kim từ tính hoặc mạt sắt.
Đồng phục trường
Xảy ra bên trong ban nhạcnam châm và trong điện từ, khi chiều dài của nó lớn hơn nhiều so với đường kính. Trong trường hợp này, theo quy tắc gimlet, các đường bao của từ trường sẽ hướng ngược chiều kim đồng hồ.
Các đường sức từ song song và thẳng hàng, khoảng trống giữa chúng luôn bằng nhau, lực tác dụng lên kim từ trường không khác nhau ở mọi điểm về độ lớn và hướng của nó.
Trường không đồng nhất
Trong trường hợp không đồng nhất, các đường sức từ sẽ bị bẻ cong, khoảng trống giữa chúng có kích thước khác nhau, lực tác dụng lên kim từ trường sẽ khác nhau về độ lớn và hướng tại các điểm khác nhau trong trường. Ngoài ra, lực tác dụng lên một mũi tên đặt trong trường của một nam châm dải tác dụng tại các điểm khác nhau với các lực có độ lớn và hướng khác nhau. Đây được gọi là trường không đồng nhất. Các đường của trường như vậy cong, tần số thay đổi theo từng điểm.
Có thể phát hiện loại trường này gần dây dẫn thẳng có dòng điện, nam châm thanh và điện từ.
Đường sức từ là gì
Trước hết, khi một vấn đề nảy sinh, người ta nên xác định loại từ trường nào, đồng nhất hay không đồng nhất, được hình thành, người ta nên tìm hiểu về các đường sức từ, từ đó hình dạng của nó trở nên rõ ràng.
Để mô tả từ trường, bắt đầu sử dụng các đường sức từ. Chúng là những sọc tưởng tượng dọc theo một kim từ tính và được đặt trong một từ trường. Có thể vẽ một đường sức từ qua bất kỳđiểm trường, nó sẽ có hướng và luôn đóng.
Hướng
Họ rời khỏi cực bắc của nam châm và hướng về phía nam. Bên trong nam châm, mọi thứ hoàn toàn ngược lại. Bản thân các đường không có đầu hoặc cuối, được đóng lại hoặc đi từ vô cùng đến vô cùng.
Bên ngoài nam châm, các đường nằm càng gần các cực càng dày đặc càng tốt. Từ đó, rõ ràng là ảnh hưởng của trường mạnh nhất ở gần các cực, và khi bạn di chuyển ra khỏi đáy, nó sẽ yếu đi. Cho rằng các vạch từ bị cong thì chiều của lực tác dụng lên kim từ cũng thay đổi.
Cách khắc họa
Để hiểu từ trường đồng nhất khác với từ trường không đồng nhất như thế nào, bạn cần học cách mô tả chúng bằng cách sử dụng các đường sức từ.
Người ta nên xem xét ví dụ trên về sự xuất hiện của từ trường đều trong cái gọi là điện từ, là một cuộn dây hình trụ có dòng điện chạy qua. Bên trong nó, từ trường có thể được coi là đều, với điều kiện là chiều dài lớn hơn nhiều so với đường kính (bên ngoài cuộn dây, từ trường sẽ không đều, các đường sức từ sẽ nằm trong cùng một phương như trong một thanh nam châm).
Trường đều cũng nằm ở trung tâm của nam châm vĩnh cửu. Trong bất kỳ khu vực giới hạn nào trong không gian, cũng có thể tái tạo một từ trường đều, trong đó lực tác dụng lên kim nhiễm từ sẽ giống nhau về độ lớn và hướng.
Để mô tả từ trường, hãy sử dụng ví dụ sau. Nếu các dòng được định vịvuông góc với mặt phẳng vẽ và được hướng từ người xem, sau đó chúng được mô tả bằng các dấu thập, nếu trên người xem - bằng các dấu chấm. Đối với dòng điện, mỗi cây thánh giá, như nó vốn có, là phần đuôi có thể nhìn thấy của một mũi tên đang bay từ vết cắt và đầu nhọn hơn mũi tên bay về phía chúng ta.
Ngoài ra, yêu cầu "Vẽ một từ trường đều và không đồng nhất" dễ dàng được thực hiện. Chỉ cần vẽ các đường sức từ này, có tính đến các đặc điểm của trường (tính đồng nhất và không đồng nhất).
Tuy nhiên, sự tồn tại của các trường không đồng nhất làm phức tạp thêm nhiệm vụ. Trong trường hợp này, việc thu được bất kỳ kết quả vật lý nào bằng cách sử dụng phương trình tổng quát là không thể.
Khác biệt
Câu trả lời cho câu hỏi từ trường đồng nhất khác với từ trường không đồng nhất như thế nào là khá dễ dàng. Trước hết, nó phụ thuộc vào các đường sức từ. Trong trường hợp của một trường đều, khoảng cách giữa chúng sẽ như nhau và chúng sẽ cách đều nhau, cùng một lực tác dụng lên các dụng cụ tại một điểm bất kỳ. Đối với các trường không đồng nhất, mọi thứ hoàn toàn ngược lại. Các đường nằm không đồng đều, ở những vị trí khác nhau, chúng tác động lực không bằng nhau lên các thiết bị.
Trong thực tế, trường không đồng nhất khá phổ biến, điều này cũng cần được ghi nhớ, vì trường đồng nhất chỉ có thể xảy ra bên trong một vật thể, chẳng hạn như nam châm hoặc điện từ. Quan sát ngoài trời sẽ khắc phục sự không đồng nhất.
Phát hiện trường
Đã hiểu từ trường đồng nhất và không đồng nhất là gì và xác định chúngsau khi tháo rời, bạn nên tìm hiểu cách bạn có thể tìm thấy chúng.
Đơn giản nhất cho việc này là thử nghiệm do Oersted thực hiện. Nó bao gồm việc sử dụng một kim từ tính, giúp xác định sự tồn tại của dòng điện. Ngay sau khi dòng điện di chuyển dọc theo dây dẫn, mũi tên nằm gần đó sẽ di chuyển, do có từ trường đều và không đồng nhất.
Tương tác của dây dẫn với dòng điện
Mỗi dây dẫn có dòng điện đều có từ trường riêng, từ trường này tác dụng với một lực nhất định lên dây dẫn gần nhất. Tùy thuộc vào chiều của dòng điện, các dây dẫn sẽ hút hoặc đẩy nhau. Các trường bắt nguồn từ các nguồn khác nhau sẽ cộng lại và tạo thành một trường kết quả duy nhất.
Chúng được tạo ra như thế nào và tại sao
Ví dụ về từ trường đều và không đồng nhất được sử dụng trong các thiết bị tia âm cực được tạo ra bởi các cuộn dây cho dòng điện chạy qua. Để có được hình dạng yêu cầu của từ trường, các đầu giá đỡ và màn chắn từ được sử dụng, được làm bằng vật liệu có tính từ tính mạnh.
Ảnh hưởng của từ trường không đồng nhất có thể thay đổi quá trình của các hiện tượng vật lý và hóa học không thể đảo ngược, hầu hết là một quá trình không đồng nhất. Sự xuất hiện của sự khuếch tán hỗn loạn dẫn đến sự gia tăng một số bậc độ lớn trong tốc độ chuyển động của chất khí từ bất kỳ chất lỏng nào đến bề mặt ở dạngnhững viên đá nhỏ. Ảnh hưởng của sự mất nước cục bộ của các ion và các hạt là do sự tăng cường của quá trình vi kết tinh. Trong môi trường chảy, các phản ứng năng lượng cao có thể tạo ra các gốc tự do, oxy nguyên tử, peroxit và các hợp chất chứa nitơ. Quá trình đông tụ xảy ra và các sản phẩm do ăn mòn phá hủy xuất hiện trong chất lỏng.
Trong quá trình xâm thực thủy động lực học, kích thước lớn của các bong bóng và hang động nổi lên làm phức tạp chất lỏng cuốn theo chúng từ vùng có áp suất thấp đến vùng có áp suất cao hơn, nơi các bong bóng xẹp xuống. Trong quá trình vỡ bong bóng nhỏ, có một lượng không khí thấp và phản ứng hóa học xảy ra mạnh, tương tự như phóng điện plasma. Sự hiện diện của từ trường không đồng nhất dẫn đến sự mất ổn định của các lỗ hổng, sự phân hủy của chúng và sự xuất hiện của các xoáy và bong bóng quy mô nhỏ. Cho rằng áp suất tại tâm của một cơn lốc như vậy giảm xuống, nó chuyển đổi các bọt khí nhỏ.
Khi đo cảm ứng trong từ trường không đều, hãy nhớ rằng điện áp Hall tỷ lệ với giá trị trung bình của cảm ứng trường trong khu vực giới hạn bởi bề mặt của bộ chuyển đổi.
Để tập trung các chùm tia paraxial, từ trường không đồng nhất cũng được sử dụng, được tạo thành bởi các cuộn dây ngắn, là các solenoid nhiều lớp, chiều dài của chúng tương xứng với đường kính của chúng. Một êlectron đi vào một trường như vậy chịu tác dụng của các lực làm thay đổi hướng của nó. Một êlectron dưới tác dụng của một lực như vậy tiến tới trục của thấu kính, trong khi mặt phẳng mà quỹ đạo của nó nằm ởkhúc cua. Electron di chuyển dọc theo một đoạn xoắn ốc cắt trục của thấu kính tại một điểm đã cho.
Yếu tố gia tăng không gian là do sự phân tán không gian của các trường không đồng nhất trong lãnh thổ của một hệ không đồng nhất bị rửa trôi bằng chất lỏng. Để có được sự nghịch đảo dân số của các mức bằng phương pháp tách, các trường không đồng nhất được tạo bởi một nam châm đa băng được sử dụng. Hình dạng của các cực tương tự như các thanh trong tụ điện tứ cực của máy phát điện phân tử dựa trên amoniac.
Công dụng
Phương pháp phát hiện khuyết tật theo thứ tự từ tính dựa trên lực kéo của các hạt từ tính bởi lực của trường không đồng nhất xuất hiện phía trên các khuyết tật. Sự tích tụ của một loại bột như vậy xác định sự hiện diện của khuyết tật, kích thước và vị trí của nó trên bộ phận được kiểm tra.
Hiệu ứng tách nhỏ được coi là một nhược điểm đáng kể của phương pháp chùm tia phân tử sử dụng từ trường không đồng nhất mạnh. Có một phương pháp đơn giản và dường như không thể hoàn hảo hơn để tăng hiệu ứng này. Nó bao gồm ứng dụng của từ trường bên ngoài nhẹ. Loại thứ hai sẽ làm cho nó có thể tăng diện tích sử dụng của từ kế tiền sử hạt nhân đối với từ trường không đồng nhất.
Ưu điểm của phương pháp này là độ phân giải cao nên có thể phát hiện ra các từ trường không đều tương xứng với kích thước của các phần tử của lớp từ tính của băng, cũng như khả năng tìm thấy hư hỏng trên bề mặt phức tạp và trong các khe hở hẹp.
Nhược điểm lànhu cầu xử lý thông tin thứ cấp, chỉ các phần tử của từ trường dọc theo băng được cố định, sự phức tạp của quá trình khử từ và bảo quản băng, và cần thiết để ngăn chặn ảnh hưởng của từ trường bên ngoài.
Từ trường đồng nhất và không đồng nhất khá phổ biến, mặc dù thực tế là chúng không thể nhìn thấy được đối với người bình thường. Các ví dụ về từ trường đều và không đồng nhất có thể được tìm thấy trong nam châm thanh và solenoit. Đồng thời, bạn có thể nhận thấy chúng bằng cách sử dụng một kim từ tính đơn giản hoặc mạt sắt.
