Το μαγνητικό πεδίο βασίζεται στον αριθμό των γραμμών ροής που διαπερνούν το μέσο και τη διαπερατότητά του από το μέσο και τον αριθμό των ελεύθερων φορτίων σε κίνηση.
Διάφοροι παράγοντες λαμβάνονται υπόψη για τη μεταβολή του μαγνητικού πεδίου ανάλογα με τις αιτίες για το σχηματισμό του πεδίου. Η κατεύθυνση του πεδίου αλλάζει εάν υπάρχει διακύμανση στην ένταση και το μέγεθος του μαγνητικού πεδίου.
Πώς αλλάζει το μαγνητικό πεδίο;
Το μαγνητικό πεδίο μειώνεται με την αύξηση της απόστασης, το ίδιο με την ηλεκτροστατική δύναμη, επομένως το μαγνητικό πεδίο αλλάζει με την απόσταση.
Το μαγνητικό πεδίο αλλάζει με τη μεταβλητή ένταση της μαγνητικής ροής που διαπερνά το υλικό. Στο ηλεκτρικό κύκλωμα, το μαγνητικό πεδίο θα αλλάξει εάν η ροή του ρεύματος μέσω του αγωγού ποικίλλει.
Η μετατόπιση των φορτίων στην αγώγιμη επιφάνεια ενός αντικειμένου έχει ως αποτέλεσμα τη ροή του ρεύματος και ευθυγραμμίζεται προς τη μαγνητική ροή. Αυτό κατευθύνει τη ροή της μαγνητικής ροής μέσα από αυτό, ενισχύοντας έτσι την ένταση του μαγνητικού πεδίου. Το επαγόμενο emf παράγεται λόγω του κυμαινόμενου μαγνητικού πεδίου.
Πότε αλλάζει το μαγνητικό πεδίο;
Ανάλογα με τον τύπο του πεδίου και τους παράγοντες που είναι υπεύθυνοι για το σχηματισμό του μαγνητικού πεδίου, θα ρυθμιστεί η διακύμανση του μαγνητικού πεδίου.
Το μαγνητικό πεδίο είναι ευθέως ανάλογο με τη μαγνητική ροή, την ταχύτητα του φορτισμένου σωματιδίου και το φορτίο του και τη γωνία που δημιουργεί η μαγνητική ροή με την κανονική του αγωγού. Η μικρή διακύμανση σε αυτούς τους παράγοντες θα μεταβάλει το μαγνητικό πεδίο.
Το μαγνητικό πεδίο μέσω του υλικού εξαρτάται επίσης από τη διαπερατότητα του υλικού μέσω του οποίου διεισδύει η μαγνητική ροή. Η μαγνητική ροή αυξάνεται επίσης εάν αυξηθεί το εμβαδόν μιας αγώγιμης επιφάνειας. Έτσι, η ένταση του μαγνητικού πεδίου μειώνεται.
Γιατί αλλάζει το μαγνητικό πεδίο;
Το μαγνητικό πεδίο είναι σταθερό κατά μήκος του βρόχου. Αυτοί οι βρόχοι είναι παράλληλοι μεταξύ τους αλλά συναντώνται στους πόλους, όπου η ένταση του μαγνητικού πεδίου είναι η μέγιστη.
Οι γραμμές μαγνητικής ροής αναδύονται από έναν πόλο και εισέρχονται από έναν άλλο. Έτσι η μαγνητική ροή μέσω αυτής της περιοχής είναι μεγαλύτερη σε αριθμό. Η απόσταση μεταξύ αυτών των γραμμών ροής αυξάνεται καθώς η απόσταση μεταξύ του υλικού μαγνήτισης συνεχίζει να αυξάνεται.
Το μαγνητικό πεδίο και η δύναμή του βελτιστοποιούνται από τα δίπολα που περιλαμβάνονται στο υλικό. Εάν η θερμοκρασία ενός αγωγού αυξηθεί, η μαγνητική ιδιότητα του υλικού θα ποικίλλει, μεταβάλλοντας έτσι το μαγνητικό πεδίο.
Η ροή των φορτίων και η μετατόπισή τους έχει ως αποτέλεσμα το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Το μαγνητικό πεδίο μέσω του πηνίου εξαρτάται από τον αριθμό των στροφών ενός πηνίου, το ρεύμα που διαρρέει το πηνίο και την περιοχή του αγωγού. Εάν το ρεύμα σε ένα πηνίο ποικίλλει, τότε το επαγόμενο emf ρυθμίζεται στο πηνίο, μεταβάλλοντας έτσι το μαγνητικό πεδίο.
Πόσο συχνά αλλάζει το μαγνητικό πεδίο;
Το μαγνητικό πεδίο μέσω του αγώγιμου υλικού αλλάζει όταν υπάρχει διακύμανση του ρεύματος που ρέει μέσω του αγωγού.
Ο ρυθμός μεταβολής του μαγνητικού πεδίου δεν είναι σταθερός. Λοιπόν, μπορεί να ποικίλλει ανά πάσα στιγμή ανάλογα με τους παράγοντες που επηρεάζουν ένα μαγνητικό πεδίο και τις ιδιότητες του υλικού που μαγνητίζει.
Το μαγνητικό πεδίο παράγεται γύρω από τον φορέα φορτίου λόγω της οφειλόμενης ηλεκτρομαγνητικής δύναμης. Το επαγόμενο emf σε έναν αγωγό ισούται με τη μεταβολή της μαγνητικής ροής που ρέει μέσω του υλικού.
Παραμένει αμετάβλητο το μαγνητικό πεδίο της Γης;
Το μαγνητικό πεδίο της Γης δεν είναι σταθερό, ίσως αλλάζει τουλάχιστον 10 φορές σε κάθε ένα εκατομμύριο χρόνο.
Η διακύμανση του μαγνητικού πεδίου οφείλεται στην εξασθένηση της μαγνητικής ισχύος στους πόλους. Αυτό συνδέεται με την κίνηση της λιωμένης λάβας στην ασθενόσφαιρα της Γης.
Το μαγνητικό πεδίο της Γης οφείλεται στη μεγάλη περιεκτικότητα του σιδηρομαγνητικού σιδήρου που έχει συσσωρευτεί στο κέντρο της Γης, που είναι ο πυρήνας της Γης. Οι γραμμές του μαγνητικού πεδίου προκύπτουν από τον έναν πόλο της Γης και εισέρχονται στον άλλο πόλο δημιουργώντας τους ομόκεντρους κύκλους των γραμμών μαγνητικής ροής που εκτείνονται παράλληλα μεταξύ τους.
Λόγω του μαγνητικού πεδίου, η επιτάχυνση λόγω της βαρύτητας του αντικειμένου στους πόλους είναι η μέγιστη σε σύγκριση με οποιαδήποτε άλλη τοποθεσία στη Γη. Λοιπόν, η διακύμανση στο μαγνητικό πεδίο οφείλεται στην κίνηση της ύλης στην ασθενόσφαιρα.
Επιπλέον, τα κινούμενα ιόντα στο λιωμένο μάγμα επάγουν το δινορεύμα που οδηγεί στο σχηματισμό του μαγνητικού πεδίου γύρω από αυτό. Αυτό το φαινόμενο μετατοπίζει συγκριτικά τους μαγνητικούς πόλους και ευθύνεται για την αποδυνάμωση της μαγνητικής ισχύος στους πόλους, μετατοπίζοντας έτσι τους μαγνητικούς πόλους της Γης.
Τι συμβαίνει όταν αλλάζει το μαγνητικό πεδίο;
Καθώς το μαγνητικό πεδίο στον αγωγό αλλάζει, το emf και το ρεύμα επάγονται στον αγωγό.
Με μια αναπόφευκτη αλλαγή στο μαγνητικό πεδίο, διαφέρει επίσης η κίνηση των φορτίων και η ταχύτητα μετατόπισής τους. Επίσης, η διακύμανση στο μαγνητικό πεδίο θα αλλάξει τον αριθμό της μαγνητικής ροής μέσω του υλικού και η κατεύθυνση του πεδίου μπορεί επίσης να αλλάξει.
Οι γραμμές μαγνητικής ροής που τρέχουν γύρω από τη Γη σχηματίζουν τη μαγνητόσφαιρα και βοηθούν στην ανάκλαση της ακτινοβολίας που προσπίπτει στην ατμόσφαιρα του πλανήτη. Ας υποθέσουμε ότι η ένταση του μαγνητικού πεδίου του πλανήτη εξασθενεί, τότε ο πλανήτης θα είναι πιο ευαίσθητος στην ηλιακή ακτινοβολία και ο ρυθμός της ραδιενέργειας όλων των στοιχείων θα αυξηθεί.
Καθώς το μαγνητικό πεδίο της Γης αλλάζει, η επίδραση της μαγνητικής σφαίρας στους πλανήτες και η ισχύς του μαγνητικού πεδίου ποικίλλει για κάθε μέρος της Γης. Με το μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο της Γης, αλλάζει και η ταχύτητα περιστροφής και περιστροφής της Γης.
Με τα μεταβλητά μαγνητικά πεδία και τη συνεχή αλλαγή στην κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου, μπορεί επίσης να παρατηρηθεί η μαγνητική αντιστροφή ενός πλανήτη.
Μπορεί το μαγνητικό πεδίο να αλλάξει κατεύθυνση;
Το μαγνητικό πεδίο είναι μια διανυσματική ποσότητα και η κατεύθυνσή του ποικίλλει με το χρόνο καθώς η ένταση του μαγνητικού πεδίου εξασθενεί.
Η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου ποικίλλει εάν υπάρχει διακύμανση στα μαγνητικά δίπολα στο υλικό. Έτσι η κατεύθυνση ροής του ρεύματος μπορεί να ποικίλλει. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη διακύμανση της κατεύθυνσης του μαγνητικού πεδίου.
Το μαγνητικό πεδίο είναι κάθετο στη ροή του ρεύματος και στη μαγνητική δύναμη, η οποία είναι το διασταυρούμενο προϊόν του μαγνητικού πεδίου και ενός ρεύματος. Η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου είναι πάντα κάθετη στη μετατόπιση των φορτίων.
Ο κανόνας του δεξιού χεριού χρησιμοποιείται επίσης για την κατανόηση της κατεύθυνσης του μαγνητικού πεδίου σε οποιοδήποτε σενάριο. Το μαγνητικό θα ποικίλλει ανάλογα με τη διακύμανση της ροής του ρεύματος σε έναν αγωγό.
Ποιο είναι το μέγεθος και η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου σε ένα σημείο που βρίσκεται 5 cm μακριά από το σύρμα μεταφοράς ρεύματος εάν το ρεύμα στο καλώδιο είναι 1.5 A;
Δεδομένος: Το ρεύμα στο καλώδιο είναι I = 1.5 A.
Η απόσταση μεταξύ του σύρματος μεταφοράς ρεύματος και ενός σημείου είναι r = 5 cm = 0.05 m.
Ο τύπος για τον υπολογισμό του μαγνητικού πεδίου λόγω του σύρματος μεταφοράς ρεύματος γράφεται ως:
Β=μ0/2πr
Εδώ, το B είναι ένα μαγνητικό πεδίο, μ0 είναι η διαπερατότητα ενός μέσου.
Αντικαθιστώντας τις τιμές σε αυτόν τον τύπο, παίρνουμε:
Ως εκ τούτου, το μαγνητικό πεδίο σε ένα σημείο 0.05 cm μακριά από το καλώδιο μεταφοράς ρεύματος είναι 0.60*10-5T και είναι στην κατεύθυνση κάθετη στο ρεύμα που είναι προς το σημείο.
Ποιο είναι το μαγνητικό πεδίο στην ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα μήκους 15 cm που έχει τον αριθμό 300 στροφών ενός πηνίου που τυλίγεται γύρω του και το ρεύμα που διαρρέει την ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα είναι 3 Α;
Δεδομένος: Το μήκος της ηλεκτρομαγνητικής βαλβίδας είναι, l=15 cm=0.15 m
Ο αριθμός στροφών ενός πηνίου γύρω από την ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα είναι N=300
Το ρεύμα σε ένα πηνίο είναι, I=3 A.
Ο τύπος για τον υπολογισμό του μαγνητικού πεδίου σε μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα δίνεται ως εξής:
Β=μ0NI/I
Εδώ, μ0 είναι η διαπερατότητα ενός μέσου.
Αντικαθιστώντας τις τιμές σε αυτόν τον τύπο, παίρνουμε:
Επομένως, το μαγνητικό πεδίο στην ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα είναι 3.8*10-3.
Συμπέρασμα
Το μαγνητικό πεδίο αλλάζει και το ίδιο αλλάζει και η κατεύθυνσή του. Η κατεύθυνση του πεδίου εξαρτάται από την ταχύτητα μετατόπισης και την κίνηση των φορτίων. Ο παράγοντας που ευθύνεται για τη μεταβολή του μαγνητικού πεδίου είναι γενικά λόγω της εξασθένησης της μαγνητικής ισχύος.
