L'un des concepts de base utilisés en physique est le champ magnétique. Il agit sur les charges électriques en mouvement. Il est imperceptible et non ressenti par une personne, mais sa présence peut être détectée à l'aide d'un aimant ou d'un fer à repasser. Il est également assez facile de comprendre quel champ magnétique est appelé homogène et inhomogène.
Définition et méthodes de détection d'un champ magnétique
Lorsque nous rencontrons le concept de champ magnétique, nous nous demandons de quel type de champ magnétique il s'agit, s'il est homogène ou non. Avant de répondre à une telle question, il est nécessaire de donner une première définition des termes.
Le champ magnétique est censé être considéré comme un type particulier de matière qui existe à proximité des charges électriques en mouvement, en particulier à proximité des conducteurs avec du courant. Peut être détecté à l'aide d'une aiguille magnétique ou de la limaille de fer.
Champ uniforme
Se produit à l'intérieur du groupeaimant et dans le solénoïde, lorsque sa longueur est très supérieure au diamètre. Dans ce cas, selon la règle de la vrille, les contours du champ magnétique seront dirigés dans le sens antihoraire.
Les lignes magnétiques sont parallèles et droites, le vide entre elles est toujours le même, la force d'influence sur l'aiguille magnétique ne diffère pas en tous points dans sa grandeur et sa direction.
Champ hétérogène
Dans le cas d'un champ non homogène, les lignes magnétiques seront courbées, le vide entre elles variera en taille, la force d'action sur l'aiguille magnétique différera en amplitude et en direction à différents points du champ. De plus, la force agissant sur une flèche placée dans le champ d'un aimant à bande agit en divers points avec des forces différentes en amplitude et en direction. C'est ce qu'on appelle un champ inhomogène. Les lignes d'un tel champ sont courbes, la fréquence varie d'un point à l'autre.
Il est possible de détecter ce type de champ à proximité d'un conducteur droit avec du courant, d'un barreau magnétique et d'un solénoïde.
Que sont les lignes magnétiques
Tout d'abord, lorsqu'un problème se pose, il faut déterminer quel type de champ magnétique, homogène ou inhomogène, est formé, il faut se renseigner sur les lignes magnétiques, à partir de la forme desquelles la caractéristique du champ devient claire.
Pour représenter le champ magnétique, a commencé à utiliser des lignes magnétiques. Ce sont des bandes imaginaires le long d'une aiguille magnétique et placées dans un champ magnétique. Il est possible de tracer une ligne magnétique à travers n'importe quelpoint de champ, il aura une direction et sera toujours proche.
Direction
Ils quittent le pôle nord de l'aimant et se dirigent vers le sud. A l'intérieur de l'aimant lui-même, tout est strictement le contraire. Les lignes elles-mêmes n'ont ni début ni fin, sont fermées ou vont de l'infini à l'infini.
À l'extérieur de l'aimant, les lignes sont situées aussi densément que possible près des pôles. À partir de là, il devient clair que l'effet du champ est le plus fort près des pôles et que, à mesure que vous vous éloignez du bas, il s'affaiblit. Étant donné que les bandes magnétiques sont courbes, la direction de la force qui agit sur l'aiguille magnétique change également.
Comment représenter
Pour comprendre en quoi les champs magnétiques homogènes diffèrent des champs non homogènes, vous devez apprendre à les représenter à l'aide de lignes magnétiques.
On devrait considérer l'exemple ci-dessus de l'apparition d'un champ magnétique uniforme dans le soi-disant solénoïde, qui est une bobine de fil cylindrique à travers laquelle le courant passe. À l'intérieur de celle-ci, le champ magnétique peut être considéré comme uniforme, à condition que la longueur soit bien supérieure au diamètre (à l'extérieur de la bobine, le champ sera non uniforme, les lignes magnétiques seront situées de la même manière que dans un barreau magnétique).
Le champ uniforme est également situé au centre du barreau magnétique permanent. Dans n'importe quelle zone limitée de l'espace, il est également possible de reproduire un champ magnétique uniforme, dans lequel les forces agissant sur l'aiguille aimantée seront les mêmes en amplitude et en direction.
Pour représenter un champ magnétique, utilisez l'exemple suivant. Si les lignes sont situéesperpendiculaires au plan de dessin et sont dirigées depuis le spectateur, elles sont alors représentées avec des croix, si elles sont sur le spectateur - avec des points. Comme pour le courant, chaque croix est, pour ainsi dire, la queue visible d'une flèche qui s'envole du spectateur, et la pointe est plus aiguë que la flèche qui vole vers nous.
En outre, l'exigence "Dessiner un champ magnétique uniforme et non uniforme" est facilement remplie. Dessinez simplement ces lignes magnétiques en tenant compte des caractéristiques du champ (uniformité et inhomogénéité).
Cependant, l'existence de champs non homogènes complique grandement la tâche. Dans ce cas, il est peu probable d'obtenir un résultat physique à l'aide de l'équation générale.
Différences
La réponse à la question de savoir en quoi les champs magnétiques homogènes diffèrent des champs non homogènes est assez facile à donner. Tout d'abord, cela dépend des lignes magnétiques. Dans le cas d'un champ uniforme, la distance entre eux sera la même, et ils seront régulièrement espacés, avec la même force agissant sur les instruments en tout point. Pour les champs inhomogènes, tout est strictement inverse. Les lignes sont inégalement situées, à différents endroits, elles agissent avec une force inégale sur les appareils.
Dans la pratique, un champ non homogène est assez courant, ce dont il faut également se souvenir, car des champs uniformes ne peuvent se produire qu'à l'intérieur d'un objet, tel qu'un aimant ou un solénoïde. Les observations extérieures corrigeront l'hétérogénéité.
Détection de champ
Ayant compris ce que sont les champs magnétiques uniformes et inhomogènes, et les définissantaprès avoir démonté, vous devriez savoir comment vous pouvez les trouver.
Le plus simple pour cela est l'expérience menée par Oersted. Elle consiste à utiliser une aiguille aimantée, qui permet de déterminer l'existence d'un courant électrique. Dès que le courant se déplace le long du conducteur, la flèche située à proximité se déplace, en raison du fait qu'il existe des champs magnétiques uniformes et non uniformes.
Interaction des conducteurs avec le courant
Chaque conducteur avec courant a son propre champ magnétique, qui agit avec une certaine force sur le plus proche. Selon le sens du courant, les conducteurs vont s'attirer ou se repousser. Les champs provenant de différentes sources s'additionneront et formeront un seul champ résultant.
Comment ils sont créés et pourquoi
Des exemples de champs magnétiques uniformes et non uniformes utilisés dans les appareils à rayons cathodiques sont créés par des bobines qui laissent passer le courant. Pour obtenir la forme requise du champ magnétique, des pointes d'étagère et des écrans magnétiques sont utilisés, constitués de matériaux à forte perméabilité magnétique.
L'influence de champs magnétiques non homogènes peut modifier le cours de phénomènes physiques et chimiques irréversibles, le plus souvent un processus hétérogène. L'apparition d'une diffusion turbulente entraîne une augmentation de plusieurs ordres de grandeur de la vitesse de déplacement des gaz de tout liquide vers la surface sous la formemicrobulles. L'effet de déshydratation locale des ions et des particules est dû à l'intensification du processus de microcristallisation. Dans les milieux fluides, les réactions à haute énergie peuvent créer des radicaux libres, de l'oxygène atomique, des peroxydes et des composés azotés. La coagulation se produit et des produits causés par la destruction érosive apparaissent dans le liquide.
Lors de la cavitation hydrodynamique, la grande taille des bulles et des cavernes émergentes complique leur entraînement par le liquide de la zone de basse pression vers la zone de plus haute pression, où les bulles s'effondrent. Lors de l'effondrement d'une petite bulle, il y a une faible teneur en air et une forte réaction chimique se produit, semblable à une décharge de plasma. La présence de champs magnétiques inhomogènes entraîne l'instabilité des cavités, leur désintégration et l'apparition de tourbillons et de bulles à petite échelle. Étant donné que la pression au centre d'un tel vortex est réduite, il convertit de petites bulles de gaz.
Lorsque vous mesurez l'induction dans un champ magnétique non uniforme, rappelez-vous que la tension de Hall est proportionnelle à la valeur moyenne de l'induction du champ dans la zone délimitée par la surface du transducteur.
Pour focaliser les faisceaux paraxiaux, on utilise également des champs magnétiques non uniformes, formés de bobines courtes, qui sont des solénoïdes multicouches dont la longueur est proportionnelle à leur diamètre. Un électron entrant dans un tel champ est soumis à des forces qui changent sa direction. Un électron sous l'influence d'une telle force se rapproche de l'axe de la lentille, tandis que le plan dans lequel se situe sa trajectoire estse plie. L'électron se déplace le long d'un segment de spirale qui coupe l'axe de la lentille en un point donné.
Le facteur d'augmentation spatiale est causé par la dispersion spatiale de champs inhomogènes sur le territoire d'un système hétérogène arrosé de liquide. Pour obtenir l'inversion de population des niveaux par la méthode de séparation, on utilise des champs non uniformes créés par un aimant multibande. La forme des pôles est similaire à celle des tiges du condensateur quadripolaire d'un générateur moléculaire à base d'ammoniac.
Utilise
La méthode de détection des défauts par ordre magnétique est basée sur la traction des particules magnétiques par les forces des champs non homogènes qui apparaissent au-dessus des défauts. L'accumulation d'une telle poudre détermine la présence d'un défaut, sa taille et sa position sur la pièce à contrôler.
Un petit effet de séparation est considéré comme un inconvénient majeur de la méthode du faisceau moléculaire utilisant de forts champs magnétiques inhomogènes. Il existe une méthode simple et apparemment invraisemblable pour augmenter cet effet. Il consiste en l'application d'un léger champ magnétique externe. Ce dernier permettra d'élargir le domaine d'utilisation des magnétomètres à précession nucléaire vers des champs magnétiques non uniformes.
L'avantage de cette méthode est sa haute résolution, qui permet de détecter des champs magnétiques non uniformes proportionnés à la taille des particules de la couche magnétique de la bande, ainsi que la possibilité de trouver des dommages sur surfaces complexes et dans des ouvertures étroites.
Les inconvénients sontla nécessité d'un traitement secondaire de l'information, seules les particules de champs magnétiques le long de la bande sont fixes, la complexité de la démagnétisation et de la conservation de la bande, et il est nécessaire d'empêcher l'influence des champs magnétiques externes.
Les champs magnétiques uniformes et inhomogènes sont assez courants, malgré le fait qu'ils soient invisibles pour le profane moyen. Des exemples de champs magnétiques uniformes et non uniformes peuvent être trouvés dans les barreaux magnétiques et les solénoïdes. En même temps, vous pouvez les remarquer à l'aide d'une simple aiguille aimantée ou de limaille de fer.
