En fiziko , magneta kampo estas ento produktata de movantaj elektraj ?argoj ( elektra kurento ), kiuj efikas forton al aliaj movi?antaj ?argoj. (La kvantummekanika spino de partiklo produktas magnetajn kampojn kaj estas efikata de ili kvaza? ?i estus kurento; tio ?i donas konton pri la kampoj produktitaj de "konstantaj" feromagnetoj .)

Magneta kampo estas vektora kampo : ?i asocias kun ?iu punkto en spaco vektoron , kiu eble varias tempe. La direkto de la kampo estas ekvilibra direkto de kompasa nadlo lokita en la kampo.

Magneta kampo kutime signi?as per la simbolo ${\displaystyle \mathbf {B} \ }$. Historie ${\displaystyle \mathbf {B} \ }$ nomi?is magnet-fluksa denseco a? la magneta indukdenso ^[1] , kaj ${\displaystyle \mathbf {H} =\mathbf {B} /\mu \mu _{0}}$ nomi?is magneta kampo (a? magnet-kampa forteco), kaj tiu ?i terminologio estas ankora? uzata por apartigi la du terminojn en la kunteksto de magnetaj materialoj ( permeabla faktoro = μ μ ₀ ). Alifoje, tamen, tiu ?i malsameco ignori?as kaj amba? simboloj referatas kiel la magneta kampo ; por eviti konfuzon verkistoj nomas H la magneta kamp- intenso . En SI -unuoj, ${\displaystyle \mathbf {B} \ }$ kaj ${\displaystyle \mathbf {H} \ }$ mezuri?as en tesloj (T) kaj amperoj / metro (A/m), respektive; a?, en CGS -unuoj, en ga?soj (G) kaj orstedoj (Oe), respektive.

Formala difino [ redakti | redakti fonton ]

Kiel la elektran kampon , oni povas difini la magnetan kampon per la forto , kiun ?i produktas. En SI -unitoj tio ?i estas:

${\displaystyle \mathbf {F} =q\mathbf {v} \times \mathbf {B} }$

kie

F estas la forto produktata (mezurata en ne?tonoj ),

${\displaystyle \times \ }$ indikas ( vektoran produton ),

${\displaystyle q\ }$ estas elektra ?argo (mezurata per kulomboj ),

${\displaystyle \mathbf {v} \ }$ estas rapido (mezurata per metroj / sekundo ),

B estas la magnet-fluksa denseco (mezurata per tesloj ).

Tiu ?i le?o nomi?as le?o de Lorentz pri fortoj . La plej simpla priskribo de produktado de magnetaj kampoj uzas vektoran kalkulon .

En vakuo :

${\displaystyle \nabla \times \mathbf {B} =\mu _{0}\mathbf {J} +\mu _{0}\epsilon _{0}{\frac {\partial \mathbf {E} }{\partial t}}}$

${\displaystyle \nabla \cdot \mathbf {B} =0}$

kie

${\displaystyle \nabla \times }$ estas la kirla operatoro,

${\displaystyle \nabla \cdot }$ estas la diver?enca operatoro,

${\displaystyle \mu _{0}\ }$ estas magneta konstanto ,

${\displaystyle \mathbf {J} \ }$ estas la totala kurenta denseco (sumo de la libera kurento pro liberaj ?argoj kaj de la intenso de magnetigo pro baraj ?argoj),

${\displaystyle \partial \ }$ estas la parta deriva?o ,

${\displaystyle \epsilon _{0}\ }$ estas la elektra konstanto ,

${\displaystyle \mathbf {E} \ }$ estas la elektra kampo ,

${\displaystyle t\ }$ estas tempo .

La unua ekvacio nomi?as la Le?o de Ampere kun la ?ustigo de Maxwell . La dua termo en tiu ?i ekvacio (?ustigo de Maxwell) malaperas en statikaj a? kvaza?-statikaj sistemoj. La dua ekvacio estas dira?o de la konstato de ne-ekzisto de magneta unupoluso , el kiu oni deduktas la konservi?o de la magneta flukso . Tiuj du ekvacioj estas en la listo de la ekvacioj de Maxwell .

Historio [ redakti | redakti fonton ]

Jam anta? jarmiloj estis sciate, ke la mineralo magnetito , trovita proksime de la greka urbo Magnisio , altiras feron .

La unua, kiu science studis magnetojn, kredeble estis Petrus Peregrinus de Maricourt , kiu en 1269 uzis ferajn nadlojn por esplori la forton de magneto. En 1750 John Michell trovis, ke la forpu?a kaj altira fortoj de magnetoj malkreskas la? la inversa kvadrato de la distanco. Charles-Augustin de Coulomb konstatis, ke la du polusoj de magneto ne estas disigeblaj; anka? partoj de magneto ?iam estas dupolusaj.

En 1820 Hans Christian Ørsted trovis, ke elektro fluanta en drato generas magnetan forton al fera nadlo. Li ne povis klarigi tiun fenomenon. Nur kelkajn jardekojn poste Maxwell formulis la ekvaciojn , kiuj priskribas la interefikon de elektra ?argo kaj magnetismo.

Ecoj [ redakti | redakti fonton ]

Magnetaj polusoj [ redakti | redakti fonton ]

La observo, ke kontra?aj flankoj de magnetoj havas kontra?an konduton rilate al aliaj magnetoj, kondukis al la koncepto de magnetaj polusoj: Egalaj polusoj forpu?as sin reciproke, malaj altiras sin. Magneto malpeza kaj facile turnebla (kiel la nadlo de kompaso ) direkti?as proksimume sud-norde, pro la magneta kampo de Tero. Tial oni nomas anka? la magnetajn polusojn "norda" kaj "suda", la? la teraj direktoj, al kiu ili emas direkti?i. La?dire tiu terminologio devenas de Petrus Peregrinus de Maricourt.

?ar norda kaj suda polusoj altiras sin reciproke, la tera magnetkampo havas sudan magnetan poluson en Arkto (?e la norda geografia poluso) kaj nordan magnetan poluson en Antarkto , en la sudo. Tiuj teraj magnetaj polusoj ne estas identaj al la geografiaj (rotaciaj), sed distancas de ili plurajn cent kilometrojn. El tiu distanco rezultas la magneta deklinacio .

Kontra?e al la elektra ?argo , ?e kiu eblas apartigi pozitivajn kaj negativajn ?argojn, oni neniam observis magnetan unupolusa?on. Tion unue observis Charles-Augustin de Coulomb (Kulombo). La magneta kampo do estas sen fontoj kaj malfontoj; fortolinioj ?iam estas fermitaj.

Fizika bazoscio [ redakti | redakti fonton ]

Maxwell faris multon por unuigi statikan elektron kaj magnetismon, produktante la aron de kvar ekvacioj rilatantaj al la du kampoj. Tamen, la? la formulado de Maxwell, ankora? restis du malsamaj kampoj priskribantaj du diferencaj fenomenoj. Estis Albert Einstein (Alberto Ejnstejno), kiu montris per uzo de speciala relativeco , ke la elektra kaj magneta kampoj estas du aspektoj de la sama afero, 2-ranga tensoro , kaj ke unu observanto eble konstatas magnetan forton dum movi?anta observanto nur konstatas elektrostatikan forton. Tiel, uze de speciala relativeco, magnetaj fortoj estas manifesta?oj de elektrostatikaj fortoj de ?argoj movi?antaj kaj eble povas esti anta?dirita de scio de la elektrostatikaj fortoj kaj la movado (relativa al iu observanto) de la ?argoj.

Pensa eksperimento , kiu oni povas fari por montri tion ?i, uzas du identajn infinitajn paralelajn liniojn de ?argo senmovajn rilate al la alia sed movajn rilate al observanto. Alia observanto movas apude de la du linioj de ?argo (?e la sama rapido) kaj observas nur elektrostatikajn forpu?ajn fortojn kaj akcelon. La unua a? "senmova" observanto vidanta la du liniojn (kaj duan observanton) pretermovi kun sciata rapido anka? observas, ke la horlo?o de la movi?anta observanto tiktakas pli malrapide (rezulte de tempo-dilato ) kaj tiel observas la forpu?an akcelon de la linioj pli malrapide ol tiu, kiu la "movi?anta" observanto vidas. La malplii?o de forpu?a akcelo povas pripensi?i kiel altira forto, en kunteksto de klasika fiziko , kiu reduktas la elektrostatika forpu?a forto kaj kiu anka? plii?as kun plii?a rapido. Tiu ?i kvaza?-forto estas precize sama kiel la elektromagneta forto de klasika kunteksto.

?an?i?antaj magnetaj kampoj povas indukti elektran kampon kaj tiel induki elektran kurenton ; similaj kurentoj povas induki?i per movado de konduktantoj en fiksitaj magnetaj kampoj. Tiuj ?i fenomenoj estas la bazo de multaj magnetoelektraj generatoroj kaj elektraj motoroj .

Precize, la magneta kampo ne estas vektora kampo la? la formala difino; ?i estas kvaza?-vektora kampo: ?i akiras ekstran signan renverson sub mal?ustaj rotacioj de la koordinata sistemo. (La distingo gravas, kiam oni uzas simetrion por analizi magnet-kampajn problemojn.) Tiu ?i estas konsekvenco de la fakto, ke B rilatas al du veraj vektoroj tra la vektora produto (ekz. en la le?o de Lorentz pri fortoj).

Ekzemploj [ redakti | redakti fonton ]

La plej forta konstanta magneta kampo sur Tero estas produktata de la Usona Fort-Magnetkampa Laboratorio (National High Magnetic Field Laboratory) en Tallahassee ( Florido ); ?i havas fludenson de ?. 45 T . Eblas produkti pli fortajn kampojn, sed nur dum tre mallonga tempo. Kampojn de pluraj mil T eblas produkti per magnetoj, kiuj tuj detruas sin mem. Fera magneto povas havi maksimume 2 T.

La natura magneta kampo de Tero havas (surface) denson de ?. 40 μT, tiu de sunmakulo iom malpli ol 0,001 T.

?efaj formuloj por kalkuli elektran kreadon de magneta kampo [ redakti | redakti fonton ]

Elektra kurento faras magnetan kampon:

H = I / L

kie H ? normo de magneta kampo (mezurunuo: A / m ); L ? longo de fermita linio de magneta kampo; I ? sumo de ?iuj kurentoj fluantaj tra fenestro de la fermita linio de magneta kampo.

Magneta kampo havas anka? magnetan indukdenson B (mezurunuo: T a? V s /m ² ):

B = μ μ ₀ H

kie μ ? indukta relativa permeableco de medio, en kiu estas la kampo; μ ₀ ? indukta permeableco de vakuo .

?an?i?anta magneta kampo generas elektran tension E , se la kampo estas en fenestro de elektra cirkvito:

E = ∫ (dB / dt ) dS

kie S ? areo de fenestro de la elektra cirkvito; t ? tempo.

Magnetaj kampoj en biologio [ redakti | redakti fonton ]

La nerva aktivado de animaloj implicas la fluon de elektraj ?argoj; tial nervoj kaj precipe cerboj produktas (malfortajn) magnetajn kampojn. Ekzistas tre sentemaj instrumentoj, per kiuj eblas mezuri kaj registri ?i tiujn kampojn. Male al elektroencefalografio tiuj mezuradoj ne estas sufi?e precizaj por fari konkludojn pri la cerba aktivado.

Kelkaj bestospecioj, ekzemple iuj birdoj kaj fi?oj , posedas senson pri magnetkampoj kaj uzas ?in por orienti?i la? la magneta kampo de la Tero , precipe dum longaj migradoj.

Per magneta resonanca bildigo eblas esplori la internon de vivanta organismo sen penetri en ?in, simile kiel per Ikso-radioj .

La bakterio Magnetospirillum magnetotacticum kapablas sensi magnetkampojn kaj tiel orienti?i en la tera magnetkampo. Ne estas sciate, al kio utilas tiu kapablo. ?i rezultas el malgrandaj pecoj de magnetito, 40 ?is 100 nm longaj ("magnetosomoj").

Magnetosensivo [ redakti | redakti fonton ]

Magnetosensivo estas la senso kiu permesas organismon sensi magnetan kampon por percepti direkton, altecon a? lokon. ?i tiun senson uzas diversaj bestoj por bildigi al si regionajn mapojn. ^[2] Por la celo de navigado, magnetosensivo temas pri la uzado de la magneta kampo de la Tero (magnetosfero).

Magnetosensivaj estas bakterioj , artropodoj , moluskoj kaj membroj de ?iuj gravaj taksonomiaj grupoj de vertebruloj. ^[2]

Homoj ?ajne ne estas magnetosensivaj, sed trovi?as kemia?o (kriptokromo) en la homa okulo, kiu eble havas tian kapablon en aliaj bestoj. ^[3]

Referencoj [ redakti | redakti fonton ]

Vidu anka? [ redakti | redakti fonton ]

• Bobeno de Helmholtz
• Bobeno de Maxwell
• Ekvacioj de Maxwell
• Elektra kampo
• Elektromagneta indukto
• Elektromagneta kampo
• Elektromagnetismo
• Elektromotoro
• Geofiziko
• Kampo (fiziko)
• Le?o de Ampere
• Le?o de Biot-Savart
• Le?o de Lorentz
• Magneta heliceco
• Magnetismo
• Magneto
• Metaldetektilo