Одним з основних понять, які використовуються в фізики, є магнітне поле. Воно впливає на переміщувані електричні заряди. Непомітно і не відчувається людиною, однак його наявність можна виявити за допомогою магніту або заліза. Також досить легко зрозуміти, яке магнітне поле називається однорідним і неоднорідним.

Визначення і способи виявлення магнітного поля

Коли ми стикаємося з поняттям магнітного поля, у нас виникає питання щодо того, яке це магнітне поле, однорідне або неоднорідне. Перш ніж дати відповідь на таке питання, слід дати початкові визначення термінам.


Магнітне поле вважається особливим видом матерії, існуючим біля переміщаються електричних зарядів, особливо біля провідників зі струмом. Виявити можна, використовуючи магнітну стрілку або залізні ошурки.

Однорідне поле

Зустрічається всередині смугового магніту і в соленоїді, коли його довжина набагато більше діаметру. У такому разі за правилом буравчика контури магнітного поля будуть спрямовуватися проти годинникової стрілки. Магнітні лінії паралельні прямі, порожнеча між ними завжди однакова, сила впливу на магнітну стрілку не розрізняється у всіх точках за своєю величиною і напрямом.

Неоднорідне поле

У випадку з неоднорідним полем магнітні лінії будуть викривлятися, порожнеча між ними розрізняється по величині, сила впливу на магнітну стрілку розрізняється в різних точках поля за своєю величиною і напрямом. Також сила, діюча на вміщену в поле смугового магніту стрілку, діє в різні точки з різними по модулю і напрямом силами. Це називають неоднорідним полем. Лінії поля викривлені, частота змінюється від точки до точки.


Виявити такого роду полі можливо біля прямого провідника зі струмом, смугового магніту і соленоїда.

Що таке магнітні лінії

В першу чергу при виникненні завдання слід визначити, яке магнітне поле однорідне або неоднорідне, утворюється, слід дізнатися про магнітних лініях, за формою яких стає зрозуміла характеристика поля. Щоб зобразити магнітне поле, стали використовувати магнітні лінії. Вони є уявними смугами, розташованими вздовж магнітної стрілки і розміщеними в магнітному полі. Провести магнітну лінію можливо крізь будь-яку точку поля, вона буде мати напрямок і завжди замикатися.

Напрямок

Виходять з північного полюса магніту і направляються в південний. Зсередини самого магніту все строго навпаки. Самі лінії не володіють початком або кінцем, зімкнуті або проходять з нескінченності в нескінченність. За межами магніту лінії розташовуються максимально густо біля полюсів. З цього стає ясно, що найбільш сильний вплив поля поблизу полюсів, і по мірі віддалення від низу вона слабшає. Враховуючи, що магнітні смуги викривлені, то напрям сили, що діє на магнітну стрілку, теж змінюється.

Як зобразити

Щоб зрозуміти, чим відрізняються однорідні магнітні поля від неоднорідних необхідно навчитися зображувати, використовуючи магнітні лінії. Слід розглянути названий вище приклад виникнення однорідного магнітного поля в так званому соленоїді, який представляє собою дротяну циліндричну котушку, через яку пускають струм. Всередині нього магнітне поле може вважатися однорідним, за умови, що довжина набагато більше діаметра (поза котушки поле буде неоднорідним, магнітні лінії будуть розташовуватися так само, як і у смугового магніту).
Однорідне поле також розташовується в центрі постійної смугового магніту. В якійсь обмеженій області в просторі можливо відтворити і однорідне магнітне поле, в якому сили впливу на намагнічену стрілку будуть однакові за модулем і напрямом. Щоб зобразити магнітне полі, використовують наступний приклад. Якщо лінії розташуються перпендикулярно до креслярської площині і прямують від наглядача, то їх зображують хрестиками, якщо на наглядача - точками. Як і з струмом, кожен хрестик є як би видимим хвостовим оперенням летить від наглядача стріли, а точка - гостріше стріли, що летить до нас. Також вимога "Зобразіть однорідне і неоднорідне магнітне поле" легко здійсненно. Просто намалюйте ці магнітні лінії, враховуючи характеристики поля (однорідність і неоднорідність). Проте існування неоднорідних полів сильно ускладнює завдання. У такому варіанті отримання якого-небудь фізичного результату з використанням загального рівняння малоймовірно.

Відмінності

Відповідь на питання про те, чим відрізняються однорідні магнітні поля від неоднорідних, досить легко дати. В першу чергу це залежить від магнітних ліній. У випадку з однорідним полем відстань між ними буде однаково, і вони будуть розташовуватися рівномірно, з однією і тією ж силою діючи на прилади в будь-якій точці. Для неоднорідних полів все строго навпаки. Лінії нерівномірно розташовані в різних місцях діють з однаковою силою на прилади. На практиці досить часто зустрічається неоднорідне поле, про що також слід пам'ятати, оскільки однорідні поля можуть зустрічатися хіба що всередині предмета, начебто магніту або соленоїда. Зовнішні ж спостереження зафіксують неоднорідність.

Виявлення поля

Зрозумівши, що таке однорідні і неоднорідні магнітні поля, і визначення їх розібравши, слід дізнатися, яким способом можна виявити їх. Найбільш простим для цього є досвід, проведений Эрстедом. Полягає він у використанні магнітної стрілки, яка допомагає визначити існування електричного струму. Як тільки струм буде пересуватися по провіднику, розташована поруч стрілка прийде в рух, за рахунок того що існують однорідні і неоднорідні магнітні поля.

Взаємодія провідників зі струмом

У кожного провідника з струмом спостерігається своє магнітне поле, що впливає з певною силою на найближчий. Залежно від напряму струму, провідники будуть притягатися або відштовхуватися один від одного. Поля, що виникли від різних джерел, будуть складатися і утворювати єдине результуюче поле.

Як створюються і для чого

Приклади однорідного і неоднорідного магнітного поля, що застосовуються в електронно-променевих приладах, створюються котушками, які пропускають струм. Для отримання необхідної форми магнітного поля застосовують поличкові наконечники і магнітні екрани, зроблені з матерій, які мають сильну магнітну проникність. Вплив неоднорідних магнітних полів здатне змінити перебіг незворотних явищ фізико-хімічного характеру, в основному гетерогенного процесу. Поява турбулентної дифузії веде до збільшення на кілька порядків швидкості переміщення газу з якої-небудь рідини до поверхні у вигляді мікробульбашок. Ефект локальної дегідратації іонів і часток обумовлений інтенсифікацією процесу мікрокристалізації. У проточних середовищах високоенергетичні реакції здатні створювати вільні радикали, атомарний кисень, перекис і азотисті сполуки. Трапляється коагуляція, і в рідині виявляються продукти, викликані ерозійним руйнуванням. Під час гідродинамічної кавітації велика величина виникають бульбашок і каверн ускладнює їх винесення рідиною з території зниженого тиску в зону більшого тиску, де ведеться коллапсирование бульбашок. Під час колапсу бульбашки малої величини є малий вміст повітря і виникає сильна хімічна реакція, схожа з плазмовим розрядом. Присутність неоднорідних магнітних полів веде до нестійкості каверн, їх розпаду і виникненню дрібномасштабних вихорів і бульбашок. Враховуючи, що тиск у центрі такого вихору знижений, він конверсирует газові бульбашки незначного розміру. Під час вимірювання індукції в неоднорідному магнітному полі слід пам'ятати, що напруга Холу пропорційно усередненою величиною індукції поля в межах території, обмеженою поверхнею перетворювача. Щоб сфокусувати параксиальние пучки, також використовують неоднорідні магнітні поля, образовиваемие короткими котушками, є багатошаровими соленоїдами, довжина яких порівнянна з їх діаметром. На електрон, що потрапляє в таке поле, діють сили, що змінюють його напрямок. Електрон під впливом такої сили наближається до осі лінзи, при тому площину, в якій знаходиться його траєкторія, викривляється. Електрон рухається по спиралевидному відрізку, який перетинає осі лінзи в заданій точці. Просторовий чинник викликаний просторовим рассредотачиванием неоднорідних полів на території гетерогенної системи, запиленной рідиною. Щоб отримати інверсії населеності рівнів методом поділу, застосовують неоднорідні поля, створені багатосмуговим магнітом. Форма полюсів подібна стержнів в квадрупольном конденсаторі молекулярного генератора на аміаку.

Способи використання

Магнітно-порядковий спосіб дефектоскопії базується на тязі магнітних частинок силами неоднорідних полів, що з'являються над дефектами. По скупченню такого порошку з'ясовують наявність дефекту, його розмір і положення на перевіряється деталі. Чималим недоліком методу молекулярних пучків із застосуванням сильних неоднорідних магнітних полів вважається малий ефект розщеплення. Є простий і здається неправдоподібним метод збільшення цього ефекту. Полягає він у застосуванні легкого зовнішнього магнітного поля. Останнє дасть можливість збільшити область використання ядерних прецессионних магнітометрів в бік неоднорідних магнітних полів. Перевагою такого методу є висока роздільна здатність, що дає можливість фіксувати неоднорідні магнітні поля, співмірні з величиною частинок магнітного шару стрічки, а також можливість знаходження пошкоджень на складних поверхнях і в тісних отворах. Недоліками є необхідність вторинної обробки інформації, фіксуються лише частинки магнітних полів вздовж стрічки, складність розмагнічування і збереження стрічки, і необхідно запобігати вплив зовнішніх магнітних полів. Магнітне поле однорідне і неоднорідне зустрічаються досить часто, незважаючи на те, що непомітні простому обивателеві. Приклади однорідного і неоднорідного магнітного поля можна виявити в штабових магнітах і соленоїдах. При цьому помітити їх можна, використовуючи просту магнітну стрілку або залізні ошурки.