Magnetische Felder

Physics II

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Overview

Quelle: Yong P. Chen, PhD, Department of Physics & Astronomie, College of Science, Purdue University, West Lafayette, IN

Magnetische Felder können durch Umzug Kosten, wie etwa ein elektrischer Strom erzeugt werden. Das Magnetfeld erzeugt durch einen Strom kann aus der Maxwell-Gleichung berechnet werden. Darüber hinaus erzeugen magnetische Objekte wie z. B. bar Magnete auch Magnetfelder aufgrund mikroskopischen Dynamik der Gebühren im Inneren des Materials. Magnetische Felder werden magnetische Kraft auf andere bewegliche Ladungen oder magnetische Objekte mit der Kraft, die proportional zum Magnetfeld ausüben. Magnetische Felder sind grundlegend für Elektromagnetismus und unterliegen viele praktische Anwendungen von Kompasse bis hin zu Magnet-Resonanz-Tomographie.

Dieses Experiment zeigen Magnetfelder, die durch eine dauerhafte Magneten sowie einen elektrischen Strom mit Hilfe von kleinen Kompassnadel Magneten, die mit Magnetfeldern ausrichten. Dieses Experiment wird auch durch die Magnetfelder von einem Strom auf einem anderen stromführenden Draht ausgeübte Kraft demonstrieren.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Grundlagen der Physik II. Magnetische Felder. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Principles

Magnetische Felder (gemeinhin als "B-Felder") kann durch Verschieben von Gebühren (z. B. elektrischer Strom) oder "Permanent-Magnete" erzeugt werden (z. B. gemeinsame bar-Magneten) magnetischen Materialien (z. B. Eisen). Folgt man der lokalen Richtung des magnetischen Feldes auf Spuren, die Vektor-Feldlinien, werden diese Linien (deren Tangente reflektiert die örtliche Richtung des Magnetfeldes und der Dichte der Linien spiegelt die Stärke des lokalen Magnetfeldes) als "Magnetische Feldlinien" bezeichnet. Sie sind fiktive Linien, die helfen, die Verteilung und Richtung der magnetischen Felder zu visualisieren.

Beispielsweise wird ein langes, gerades Kabel tragen eine elektrische aktuelle ich erzeugen ein Magnetfeld in den Raum: die Stärke des Magnetfeldes ist proportional zur aktuellen ich und umgekehrt proportional zum Abstand R vom Draht; und die Richtung des magnetischen Feldes (vertreten durch "Magnetische Feldlinien") wird entlang der kreisförmigen tangentiale Richtung um den Draht (bestimmt durch die so genannte "Rechte-Hand-Regel", mit dem Daumen zeigt entlang der Strom und die Finger um die Richtung des magnetischen Feldes Eisstockschießen), dargestellt in Abbildung 1a. Ein Magnetventil (machte viele Umdrehungen des aktuellen Schleifen oder Spulen) erzeugt ein magnetisches Feld, die ist auch proportional zum Strom in der Spule, und vor allem einheitliche und entlang der Längsachse im Inneren das Magnetventil (auch durch die Rechte-Hand-Regel mit Fingern Eisstockschießen um den Strom und Daumen zeigt entlang des magnetischen Feldes bestimmt), sondern breitet sich aus und zerfällt außerhalb der Magnetspule (die Magnetfeldlinien werden an das andere Ende des Magnetventils zurück) , in Figur 1 bdargestellt. Das magnetische Feld Muster produziert durch eine Bar Magnet ist ähnlich dem durch ein Magnetventil mit den magnetischen Feldlinien verlassen den Nordpol des Magneten und betreten den Südpol des Magneten, wie in Abbildung 1 cdargestellt.

Figure 1

Abbildung 1: Diagramm mit Magnetfeld Muster (visualisiert, indem Magnetfeldlinien) erzeugt durch eine geradlinige Strömung (ein), ein Magnetventil (b) und eine Bar Magnet (c).

Ein magnetisches Feld (B) wirken sich auf andere magnetische Objekte und bewegten Ladungen. Eine kleine Bar Magnet (wie eine Kompassnadel) in ein Magnetfeld gebracht würden dazu neigen, das lokale Magnetfeld ausgerichtet werden (d. h. die Nord-Süd-Achse der Bar Magnet ist entlang der Richtung des lokalen Magnetfeldes, die auch wie die Kompassnadel arbeitet, um die Richtung des Erdmagnetfeldes zu ermitteln). Ein magnetisches Feld wird eine Lorentzkraft auf einen bewegten Ladung ausüben. Die Kraft ist proportional zur das lokale Magnetfeld (B), die Ladung (Q) und seine Geschwindigkeit (V) und weist in eine Richtung senkrecht auf die Bewegung und das magnetische Feld. Die Lorentz-Kraft-Vektor (F) ist proportional zum Produkt Vektor zwischen v und B und ist gegeben durch:

Equation 1

Daher, wenn F null ist, die Richtung der Bewegung ist parallel zum Magnetfeld aber sonst würde verbiegen die Flugbahn der Bewegung der Ladung. Aufgrund der Lorentz-Kraft übt ein magnetisches Feld auch eine Kraft auf einen aktuellen Buchwert Draht (solange der Strom nicht parallel zur Richtung des magnetischen Feldes ist).

Procedure

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1. Magnetische Feldlinien sichtbar zu machen

  1. Erhalten Sie ein Segment des geraden Leitungsdraht (mindestens ein paar cm lang) und eine DC-Stromquelle.
  2. Erhalten Sie eine Platte mit einem Loch in der Mitte und mehrere kleine Kompass-Nadeln auf dem Teller, jeweils auf einen Pin und frei drehbar montiert.
  3. Füttern Sie den Leitungsdraht durch das Loch, so des geraden Teils senkrecht auf der Platte steht. Anschließen Sie der Leitungsdraht an die DC-Stromquelle, wie in Abbildung 2agezeigt. Die Verbindung kann durch Kabel mit Klemmen hergestellt werden.
  4. Schalten Sie die Stromquelle und versorgen Sie +5 A Strom in der Leitung zu. Beobachten Sie das Verhalten der Kompassen Nadeln.
  5. Kehren Sie den Strom bis-5 A und beobachten Sie das Verhalten der Kompassnadel wieder.
  6. Lösen Sie und entfernen Sie der Leitungsdraht und die Stromquelle. Zu erhalten und bringen eine permanente bar-Magnet mit seinen langen Achse Parallel an den Vorstand Ansatz die Platte von der Seite, am Nordende des Magneten näher an der Platte, wie in Abbildung 2 bdargestellt. Beobachten Sie das Verhalten der Kompassen Nadeln.
  7. Drehen Sie die Ausrichtung der Bar Magnet, mit jetzt seinen Südende näher auf den Teller. Beobachten Sie das Verhalten der Kompassen Nadeln.

Figure 2

Abbildung 2: Diagramm Versuchsaufbauten mit (einem) ein Strom in ein gerades Segment des Drahtes, die senkrecht zur Platte und durch das mittlere Loch auf dem Teller läuft; oder (b) eine Bar Magnet in der Nähe der Platte gebracht und orientierte senkrecht zur Platte, Magnetfelder, generieren die Kompass Nadeln auf der Platte entlang der Richtung der lokalen Magnetfelder orientieren wird.

(2) die Wirkung des magnetischen Feldes

  1. Erhalten Sie zwei lange und parallele Durchführung von Drähten verankert auf einem Rahmen, wie in Abbildung 3agezeigt. Bei Bedarf kann man verwenden einen Holzrahmen mit zwei parallelen Balken (oben und unten) und Anker oder kleben Sie die beiden Enden des Drahtes an den beiden Bars.
  2. Verwenden Sie Kabel und Klemmen verbinden die beiden Drähte in Serie und an die Stromquelle mit dem oberen Ende einen Draht an das untere Ende des Drahtes, angeschlossen, wie in Abbildung 3agezeigt.
  3. Schalten Sie die Stromquelle, damit Stromfluss wird in die gleiche Richtung (fließt von oben nach unten) in den zwei Drähten. Die beiden Drähte zu beobachten, wenn der Strom eingeschaltet ist.
  4. Ausschalten und trennen der Stromversorgung, jetzt neu verbinden die zwei Drähte, so dass sie jetzt wieder in Serie zur Quelle, wobei die oberen Enden der beiden Leitungen kurzgeschlossen, verbunden sind, wie in Abbildung 3 bgezeigt.
  5. Nun schalten Sie die Stromversorgung und beachten Sie, dass der Strom durch die zwei Drähte in entgegengesetzte Richtungen fließen wird. Die beiden Drähte zu beobachten.

Figure 3

Abbildung 3: Schematische Darstellung von zwei parallelen Drähten mit Strom in der gleichen (ein) oder (b) gegenläufig Versuchsaufbauten.

Magnetische Felder sind grundlegend für Elektromagnetismus und unterliegen viele praktische Anwendungen von Kompasse bis hin zu Magnet-Resonanz-Tomographie.

Magnetische Felder oder B-Felder können durch Verschieben Kosten, wie etwa ein elektrischer Strom oder Objekte wie z. B. bar Magnete aufgrund der mikroskopischen Dynamik der Gebühren innerhalb des magnetischen Materials erzeugt werden.

Dieses Video wird zeigen, wie Magnetfelder von einem stromführenden Leiter und eine bleibende Karte visualisieren Stabmagneten. Dieses Video wird darüber hinaus auch durch die Magnetfelder von einem Strom auf einem anderen stromführenden Draht ausgeübte Kraft demonstrieren.

Magnetische Felder können mit magnetischen Feldlinien visualisiert werden. Dies sind fiktive Linien, die helfen, die Verteilung und Richtung der magnetischen Felder zu verstehen.

Die Tangente von einer Magnetfeld-Linie spiegelt die örtliche Richtung des magnetischen Feldes und die Dichte der Linien spiegeln die Stärke des lokalen Magnetfeldes, die im Falle einer Bar Magnet abnimmt wie wir uns weg von der Oberfläche bewegen. Verschiedene aktuelle Dirigent Konfigurationen produzieren verschiedene Variationen im Magnetfeld-Distributionen.

Zum Beispiel erzeugt ein langen gerader Draht mit elektrischem Strom ein Magnetfeld, dessen Richtung, dargestellt durch "Magnetische Feldlinien", entlang der kreisförmigen tangentiale Richtung um den Draht ist.

Bei einem Stabmagneten, die magnetischen Feldlinien verlassen den Nordpol des Magneten und der Südpol des Magneten. Dies ist vergleichbar mit dem Magnetfeld Muster durch ein Solenoid, die eine zylindrische Spule, die Stromtragfähigkeit ist produziert.

Die Richtung des magnetischen Feldes durch einen Strom produziert kann durch die "Rechte-Hand-Regel" bestimmt werden. Die Regel besagt, dass wenn der Daumen entlang der Richtung des Stromes zeigt, die Finger um den Leiter Eisstockschießen die Richtung des magnetischen Feldes zeigen. So eine Bar Magnet, wenn in der Nähe der Dirigent, brachte mit dem generierten lokale Magnetfeld richtet.

Jetzt wissen wir, dass Magnetfelder durch Dirigent oder Magnet, in der Nähe magnetischer Materialien interagieren. Darüber hinaus interagieren die erzeugten Magnetfelder auch mit bewegten elektrische Ladungen, wie in einem zweiten stromführenden Leiter.

Wenn eine bewegte Ladung "Q" in einem magnetischen Feld "B" eingeführt wird, übt das Feld eine Kraft "F" auf die Ladung. Dies nennt man die Lorentz-Kraft. Die Kraft ist proportional zur magnetischen Feldes 'B', die Ladung 'Q' und seine Geschwindigkeit 'V' und wird durch den Vektor-Produkt der Geschwindigkeit der Ladung und das magnetische Feld, mal die Ladung bestimmt. Die Kraft zeigt sich daher in einer Richtung senkrecht zur sowohl die Bewegung der Ladung und das magnetische Feld durch die "Rechte Hand-Daumen-Regel" bestimmt.

Nach der Überprüfung der Grundlagen von Magnetfeldern, lassen Sie uns führen Sie ein einfaches Experiment um diese magnetischen Feldlinien sichtbar zu machen und zeigen, wie die Lorentz-Kraft ausgeübt durch eine erzeugte Magnetfeld beeinflusst einen parallele stromführenden Draht.

Sammeln die notwendigen Materialien und Instrumente, nämlich eine DC-Stromquelle, eine Kunststoffplatte montiert mit mehreren Kompass Nadeln und einen geraden Leitungsdraht durch seinen Mittelpunkt und einen permanenten Stabmagneten.

Beobachten Sie die Kunststoffplatte mit einem Loch in der Mitte. Es ist mit mehreren Kompass Nadeln um mit Hilfe der Pins, Loch in der Mitte angebracht, so dass die Nadeln frei drehen können.

Beachten Sie auch, dass der Leitungsdraht durch das mittlere Loch des Vorstands zugeführt wird. Stellen Sie sicher, dass der Draht senkrecht in den Vorstand. Verbinden Sie das Kabel an die DC-Stromversorgung über Kabel mit Klemmen.

Schalten Sie die Stromquelle und die Stromversorgung bis + 5 Ampere. Beobachten Sie das Verhalten der Kompassen Nadeln.

Anschließend schalten Sie die Stromversorgung und wechseln Sie die positiven und negativen Kabel zu. Dann schalten Sie die Stromversorgung zum Umkehren der Richtung des Stromes durch den Draht und beobachten Sie die Kompassen Nadeln wieder zu.

Nun drehen aus und trennen Sie die Stromversorgung und erhalten eine ähnliche Kunststoffplatte montiert mit magnetischen Nadeln, aber ohne den Leitungsdraht durch es zugeführt. Als nächstes ermitteln den Nordpol der Bar Magnet.

Mit der langen Achse der Bar Magnet Parallel an den Verwaltungsrat, bringen den Nordpol näher an den Vorstand von der Seite. Beobachten Sie die Kompassen Nadeln für Änderungen in der Ausrichtung.

Nun drehen Sie die Bar Magnet so, dass der Südpol näher an den Vorstand. Wieder einmal beobachten Sie die Kompassen Nadeln für Änderungen in der Ausrichtung.

Montieren Sie zunächst einen Rahmen mit zwei Bars, eine davon ist horizontal entlang der Oberseite des Rahmens und der andere ist vertikal, die die Basis zum ersten Takt verbindet. Als nächstes Anker oder mittleren Bereich der zwei lange leitfähige Drähte an den Rahmen kleben. Baumeln Sie ein Ende der beiden Drähte aus dem Rahmen, so dass die beiden Drähte parallel zueinander sind.

Nun verbinden Sie das Ende der beiden Drähte mit dem Switch und den Terminals. Dann das Setup an eine Batterie anschließen.

Stellen Sie sicher, dass die Drähte verbunden sind, so dass der Strom in die gleiche Richtung in beide Adern fließt. Dann drehen Sie den Schalter den Batterieanschluss an die Durchführung von Leitungen.

Die beiden Drähte zu beobachten, wenn der Strom durch sie fließt. Anschließend schalten Sie den Schalter, der Stromfluss durch die Drähte zu stoppen.

Kehren Sie die Richtung des Schalters, um die Richtung des Stromflusses durch die Drähte zu ändern. Die beiden Drähte zu beobachten, wenn der Strom eingeschaltet ist.

Jetzt nach der Überprüfung der Protokolle, lassen Sie uns die Ergebnisse der durchgeführten Experimente zu überprüfen.

Im Experiment mit den Kompassen Nadeln sind zunächst die Nadeln nach dem Zufallsprinzip orientiert. Auf Antrag des Stromes richten sich die Kompassen-Nadeln das lokale Magnetfeld in einem kreisförmigen Muster.

In Umkehrung der Richtung des Stromes, kehrt das lokale Magnetfeld, das kehrt wiederum der Ausrichtung der Kompassen Nadeln.

Ebenso, wenn der Nordpol der Bar Magnet ist in der Nähe der Kompassen Nadeln gebracht, es erzeugt ein lokales Magnetfeld und der Kompassen Nadeln entlang dieser lokalen magnetischen Feldlinien ausrichten.

Und wann die Bar Magnet umgedreht, die Richtung des magnetischen Feldes auch umkehrt, der kehrt der Ausrichtung der Kompassen Nadeln.

Im Experiment mit zwei langen Drähten sind die Drähte zueinander hingezogen, wenn der Strom in ihnen die gleiche Richtung hat. Dies ist aufgrund der Lorentz-Kraft, die durch das Magnetfeld erzeugt.

Nach der Rechte-Hand-Regel erzeugt der linken Draht ein Magnetfeld, die Punkte in der Richtung senkrecht zu den Stromfluss auf der Website von den richtigen Draht. Jetzt verwenden Sie die anderen Rechte Hand Regel, und legen Sie den Finger entlang der Richtung des Stroms und die magnetischen Felder. Die erweiterte Daumen gibt dann die Richtung der Lorentzkraft. In diesem Fall ist die Kraft in Richtung der linken Draht und so attraktiv.

Auf der anderen Seite, wenn der Stromfluss in den zwei Drähten in entgegengesetzte Richtungen miteinander ist, die Rechte Hand Regel zeigt, dass die Richtung der Lorentz Kraft am richtigen Draht Standort ist weg von der linken Draht, wodurch die Kraft abstoßend. Daher sind die zwei Drähte auseinander gedrückt.

Magnetische Felder sind überall um uns herum gefunden und werden derzeit in Anwendungen von Navigation bis hin zu klinischen Umfeld eingesetzt. Schauen Sie wir uns nun ein paar gängige Anwendungen von magnetischen Feldern.

Vor Jahrhunderten erfunden die Song-Dynastie von China die ersten Magnetkompass, die für die Navigation verwendet wurde. Seitdem haben wir auf der Kompass, der im Tandem mit dem Magnetfeld der Erde arbeitet, für Richtung verlassen.

Den magnetischen Südpol der Erde liegt in der Nähe seiner geografischen Nordpol. So, der magnetische Nordpol einer Kompassnadel wird das Erdmagnetfeld ausgerichtet und zeigt in Richtung der Erde geographischen Norden.

Magnetfelder haben auch eine Vielzahl von Anwendungen im Bereich der Medizin und medizinische Diagnostik. Die häufigste Verwendung von magnetischen Feldern ist in Magnetresonanztomographie oder MRT. Kernspintomographen verwenden Sie starke Magnetfelder und Feld Steigungen, um Bilder aus dem Inneren des Körpers zu generieren.

Sie habe nur Jupiters Einführung in Magnetfeldern beobachtet. Sie sollten jetzt wissen, wie man Magnetfelder mit Kompass Nadeln zu visualisieren und zu verstehen, wie die Lorentz-Kraft des magnetischen Feldes durch einen Strom produziert ein weiteres fast parallel laufenden auswirkt. Danke fürs Zuschauen!

Results

Für Schritte 1.3-1.4 bevor der Strom eingeschaltet ist, orientieren sich die Kompassen-Nadeln nach dem Zufallsprinzip. Nach dem Einschalten des Stroms, der in den Draht von oben nach unten fließt, werden der Kompassen Nadeln sich mit dem lokalen Magnetfeld in einem kreisförmigen Muster ausgerichtet, wie dargestellt in Abbildung 4a (Draufsicht). Bei der Umkehrung des Aktuelles, kehrt das magnetische Feld, wie die Ausrichtung des Zirkels, wie in Abbildung 4 bdargestellt.

Figure 4
Abbildung 4: Schematische Darstellung der repräsentative Muster der Kompassen Nadeln reagieren auf die Strom-induzierte Magnetfelder (ein) wenn der Strom positiv ist, wie gezeigt in das Setup, dargestellt in Abbildung 2a, wo der Strom von oben nach unten, und (b fließt) wenn der Strom (jetzt von unten nach oben) kehrt.

Für Schritte 1,6-1,7, die Kompassen-Nadeln orientieren sich entlang der lokalen Magnetfelder, erstellt von der Bar Magnet (deren Magnetfeld-Muster zeigt sich in Abbildung 1 c). Abbildung 5a (und 5 b) zeigt die repräsentative Muster der Kompassen Nadeln wenn Nordsee (oder Süd) Ende des Magneten näher an der Platte ist. Beachten Sie, dass wenn die Polarität der Bar Magnet kehrt, so wird das magnetische Feld, das es schafft, und das tun die Ausrichtung der alle Kompass Nadeln.

Figure 5
Abbildung 5: Schematische Darstellung repräsentative Muster der Kompassen Nadeln reagieren auf die Magnetfelder von der Bar Magnet (ein) in der Einrichtung, dargestellt in Abbildung 2 b, mit dem Nordpol des Magneten näher an der Platte; und (b) mit umgekehrt Polarität mit dem Südpol des Magneten näher an der Platte.

Abschnitt 2 die zwei Drähte, zueinander zu gewinnen, wenn die Ströme in ihnen die gleiche Richtung haben zu sehen sein und gegenseitig abstoßen, wenn die Ströme in ihnen entgegengesetzte Richtungen haben. Dies ist aufgrund der Lorentz-Kraft des magnetischen Feldes durch eine aktuelle Einwirkung auf den anderen stromführenden Draht erzeugt. Für die Situation in Abbildung 3a (Ströme in zwei Fäden haben gleichen Richtung), das Magnetfeld (B) produziert von den linken Draht in die Seite an die Position von den richtigen Draht (nach der Rechte-Hand-Regel sowie in Abbildung 4 b) zeigt, und daher die Lorentz-Kraft durch das Vektor-Produkt aus Qv (entlang der Stromrichtung) und B (so attraktiv) links zeigen wird. Die Kraft kehrt (zeigt auf der rechten Seite, so abstoßend) für die Situation in Abbildung 3 b, wenn der Strom in den richtigen Draht kehrt (Qv umkehrt). Die Richtung der Kraft durch das Magnetfeld von links, die auf den richtigen Draht Draht erstellt werden durch rote Pfeile in Abbildung 3dargestellt.

Applications and Summary

In diesem Experiment haben wir das lokale Magnetfeld Kompass Nadeln, die orient mit Magnetfeldern visualisiert. Wir haben auch gezeigt, dass die Lorentz-Kraft des magnetischen Feldes durch einen Strom auf ein weiteres fast parallel Strom produziert.

Magnetfelder spielen eine wichtige Rolle in unserem Alltag und Technik. Sie entstehen durch bar-Magneten oder "Küche Magnete" sowie Elektromagnete (Magnetspulen) gebräuchlich und werden verwendet, um andere magnetische Gegenstände abholen. Erde auch ein Magnetfeld erzeugt, und zwar wie eine Kompassnadel (die auf das lokale Magnetfeld ausgerichtet) verwendet wird, die Richtung (man beachte den magnetischen Südpol der Erde wie ein Magnet tatsächlich nahe am geographischen Nordpol ist, so dass das Magnetfeld auf der Erdoberfläche in Richtung der geografischen Nordrichtung Punkte) zu sagen. Magnetresonanztomographie (MRT), ein wichtiges Diagnosewerkzeug in der Medizin, braucht auch ein starkes Magnetfeld zu bedienen.

Der Autor des Experiments anerkennt die Unterstützung von Gary Hudson für die Vorbereitung des Materials und Chuanhsun Li für den Nachweis der Schritte in dem Video.

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1. Magnetische Feldlinien sichtbar zu machen

  1. Erhalten Sie ein Segment des geraden Leitungsdraht (mindestens ein paar cm lang) und eine DC-Stromquelle.
  2. Erhalten Sie eine Platte mit einem Loch in der Mitte und mehrere kleine Kompass-Nadeln auf dem Teller, jeweils auf einen Pin und frei drehbar montiert.
  3. Füttern Sie den Leitungsdraht durch das Loch, so des geraden Teils senkrecht auf der Platte steht. Anschließen Sie der Leitungsdraht an die DC-Stromquelle, wie in Abbildung 2agezeigt. Die Verbindung kann durch Kabel mit Klemmen hergestellt werden.
  4. Schalten Sie die Stromquelle und versorgen Sie +5 A Strom in der Leitung zu. Beobachten Sie das Verhalten der Kompassen Nadeln.
  5. Kehren Sie den Strom bis-5 A und beobachten Sie das Verhalten der Kompassnadel wieder.
  6. Lösen Sie und entfernen Sie der Leitungsdraht und die Stromquelle. Zu erhalten und bringen eine permanente bar-Magnet mit seinen langen Achse Parallel an den Vorstand Ansatz die Platte von der Seite, am Nordende des Magneten näher an der Platte, wie in Abbildung 2 bdargestellt. Beobachten Sie das Verhalten der Kompassen Nadeln.
  7. Drehen Sie die Ausrichtung der Bar Magnet, mit jetzt seinen Südende näher auf den Teller. Beobachten Sie das Verhalten der Kompassen Nadeln.

Figure 2

Abbildung 2: Diagramm Versuchsaufbauten mit (einem) ein Strom in ein gerades Segment des Drahtes, die senkrecht zur Platte und durch das mittlere Loch auf dem Teller läuft; oder (b) eine Bar Magnet in der Nähe der Platte gebracht und orientierte senkrecht zur Platte, Magnetfelder, generieren die Kompass Nadeln auf der Platte entlang der Richtung der lokalen Magnetfelder orientieren wird.

(2) die Wirkung des magnetischen Feldes

  1. Erhalten Sie zwei lange und parallele Durchführung von Drähten verankert auf einem Rahmen, wie in Abbildung 3agezeigt. Bei Bedarf kann man verwenden einen Holzrahmen mit zwei parallelen Balken (oben und unten) und Anker oder kleben Sie die beiden Enden des Drahtes an den beiden Bars.
  2. Verwenden Sie Kabel und Klemmen verbinden die beiden Drähte in Serie und an die Stromquelle mit dem oberen Ende einen Draht an das untere Ende des Drahtes, angeschlossen, wie in Abbildung 3agezeigt.
  3. Schalten Sie die Stromquelle, damit Stromfluss wird in die gleiche Richtung (fließt von oben nach unten) in den zwei Drähten. Die beiden Drähte zu beobachten, wenn der Strom eingeschaltet ist.
  4. Ausschalten und trennen der Stromversorgung, jetzt neu verbinden die zwei Drähte, so dass sie jetzt wieder in Serie zur Quelle, wobei die oberen Enden der beiden Leitungen kurzgeschlossen, verbunden sind, wie in Abbildung 3 bgezeigt.
  5. Nun schalten Sie die Stromversorgung und beachten Sie, dass der Strom durch die zwei Drähte in entgegengesetzte Richtungen fließen wird. Die beiden Drähte zu beobachten.

Figure 3

Abbildung 3: Schematische Darstellung von zwei parallelen Drähten mit Strom in der gleichen (ein) oder (b) gegenläufig Versuchsaufbauten.

Magnetische Felder sind grundlegend für Elektromagnetismus und unterliegen viele praktische Anwendungen von Kompasse bis hin zu Magnet-Resonanz-Tomographie.

Magnetische Felder oder B-Felder können durch Verschieben Kosten, wie etwa ein elektrischer Strom oder Objekte wie z. B. bar Magnete aufgrund der mikroskopischen Dynamik der Gebühren innerhalb des magnetischen Materials erzeugt werden.

Dieses Video wird zeigen, wie Magnetfelder von einem stromführenden Leiter und eine bleibende Karte visualisieren Stabmagneten. Dieses Video wird darüber hinaus auch durch die Magnetfelder von einem Strom auf einem anderen stromführenden Draht ausgeübte Kraft demonstrieren.

Magnetische Felder können mit magnetischen Feldlinien visualisiert werden. Dies sind fiktive Linien, die helfen, die Verteilung und Richtung der magnetischen Felder zu verstehen.

Die Tangente von einer Magnetfeld-Linie spiegelt die örtliche Richtung des magnetischen Feldes und die Dichte der Linien spiegeln die Stärke des lokalen Magnetfeldes, die im Falle einer Bar Magnet abnimmt wie wir uns weg von der Oberfläche bewegen. Verschiedene aktuelle Dirigent Konfigurationen produzieren verschiedene Variationen im Magnetfeld-Distributionen.

Zum Beispiel erzeugt ein langen gerader Draht mit elektrischem Strom ein Magnetfeld, dessen Richtung, dargestellt durch "Magnetische Feldlinien", entlang der kreisförmigen tangentiale Richtung um den Draht ist.

Bei einem Stabmagneten, die magnetischen Feldlinien verlassen den Nordpol des Magneten und der Südpol des Magneten. Dies ist vergleichbar mit dem Magnetfeld Muster durch ein Solenoid, die eine zylindrische Spule, die Stromtragfähigkeit ist produziert.

Die Richtung des magnetischen Feldes durch einen Strom produziert kann durch die "Rechte-Hand-Regel" bestimmt werden. Die Regel besagt, dass wenn der Daumen entlang der Richtung des Stromes zeigt, die Finger um den Leiter Eisstockschießen die Richtung des magnetischen Feldes zeigen. So eine Bar Magnet, wenn in der Nähe der Dirigent, brachte mit dem generierten lokale Magnetfeld richtet.

Jetzt wissen wir, dass Magnetfelder durch Dirigent oder Magnet, in der Nähe magnetischer Materialien interagieren. Darüber hinaus interagieren die erzeugten Magnetfelder auch mit bewegten elektrische Ladungen, wie in einem zweiten stromführenden Leiter.

Wenn eine bewegte Ladung "Q" in einem magnetischen Feld "B" eingeführt wird, übt das Feld eine Kraft "F" auf die Ladung. Dies nennt man die Lorentz-Kraft. Die Kraft ist proportional zur magnetischen Feldes 'B', die Ladung 'Q' und seine Geschwindigkeit 'V' und wird durch den Vektor-Produkt der Geschwindigkeit der Ladung und das magnetische Feld, mal die Ladung bestimmt. Die Kraft zeigt sich daher in einer Richtung senkrecht zur sowohl die Bewegung der Ladung und das magnetische Feld durch die "Rechte Hand-Daumen-Regel" bestimmt.

Nach der Überprüfung der Grundlagen von Magnetfeldern, lassen Sie uns führen Sie ein einfaches Experiment um diese magnetischen Feldlinien sichtbar zu machen und zeigen, wie die Lorentz-Kraft ausgeübt durch eine erzeugte Magnetfeld beeinflusst einen parallele stromführenden Draht.

Sammeln die notwendigen Materialien und Instrumente, nämlich eine DC-Stromquelle, eine Kunststoffplatte montiert mit mehreren Kompass Nadeln und einen geraden Leitungsdraht durch seinen Mittelpunkt und einen permanenten Stabmagneten.

Beobachten Sie die Kunststoffplatte mit einem Loch in der Mitte. Es ist mit mehreren Kompass Nadeln um mit Hilfe der Pins, Loch in der Mitte angebracht, so dass die Nadeln frei drehen können.

Beachten Sie auch, dass der Leitungsdraht durch das mittlere Loch des Vorstands zugeführt wird. Stellen Sie sicher, dass der Draht senkrecht in den Vorstand. Verbinden Sie das Kabel an die DC-Stromversorgung über Kabel mit Klemmen.

Schalten Sie die Stromquelle und die Stromversorgung bis + 5 Ampere. Beobachten Sie das Verhalten der Kompassen Nadeln.

Anschließend schalten Sie die Stromversorgung und wechseln Sie die positiven und negativen Kabel zu. Dann schalten Sie die Stromversorgung zum Umkehren der Richtung des Stromes durch den Draht und beobachten Sie die Kompassen Nadeln wieder zu.

Nun drehen aus und trennen Sie die Stromversorgung und erhalten eine ähnliche Kunststoffplatte montiert mit magnetischen Nadeln, aber ohne den Leitungsdraht durch es zugeführt. Als nächstes ermitteln den Nordpol der Bar Magnet.

Mit der langen Achse der Bar Magnet Parallel an den Verwaltungsrat, bringen den Nordpol näher an den Vorstand von der Seite. Beobachten Sie die Kompassen Nadeln für Änderungen in der Ausrichtung.

Nun drehen Sie die Bar Magnet so, dass der Südpol näher an den Vorstand. Wieder einmal beobachten Sie die Kompassen Nadeln für Änderungen in der Ausrichtung.

Montieren Sie zunächst einen Rahmen mit zwei Bars, eine davon ist horizontal entlang der Oberseite des Rahmens und der andere ist vertikal, die die Basis zum ersten Takt verbindet. Als nächstes Anker oder mittleren Bereich der zwei lange leitfähige Drähte an den Rahmen kleben. Baumeln Sie ein Ende der beiden Drähte aus dem Rahmen, so dass die beiden Drähte parallel zueinander sind.

Nun verbinden Sie das Ende der beiden Drähte mit dem Switch und den Terminals. Dann das Setup an eine Batterie anschließen.

Stellen Sie sicher, dass die Drähte verbunden sind, so dass der Strom in die gleiche Richtung in beide Adern fließt. Dann drehen Sie den Schalter den Batterieanschluss an die Durchführung von Leitungen.

Die beiden Drähte zu beobachten, wenn der Strom durch sie fließt. Anschließend schalten Sie den Schalter, der Stromfluss durch die Drähte zu stoppen.

Kehren Sie die Richtung des Schalters, um die Richtung des Stromflusses durch die Drähte zu ändern. Die beiden Drähte zu beobachten, wenn der Strom eingeschaltet ist.

Jetzt nach der Überprüfung der Protokolle, lassen Sie uns die Ergebnisse der durchgeführten Experimente zu überprüfen.

Im Experiment mit den Kompassen Nadeln sind zunächst die Nadeln nach dem Zufallsprinzip orientiert. Auf Antrag des Stromes richten sich die Kompassen-Nadeln das lokale Magnetfeld in einem kreisförmigen Muster.

In Umkehrung der Richtung des Stromes, kehrt das lokale Magnetfeld, das kehrt wiederum der Ausrichtung der Kompassen Nadeln.

Ebenso, wenn der Nordpol der Bar Magnet ist in der Nähe der Kompassen Nadeln gebracht, es erzeugt ein lokales Magnetfeld und der Kompassen Nadeln entlang dieser lokalen magnetischen Feldlinien ausrichten.

Und wann die Bar Magnet umgedreht, die Richtung des magnetischen Feldes auch umkehrt, der kehrt der Ausrichtung der Kompassen Nadeln.

Im Experiment mit zwei langen Drähten sind die Drähte zueinander hingezogen, wenn der Strom in ihnen die gleiche Richtung hat. Dies ist aufgrund der Lorentz-Kraft, die durch das Magnetfeld erzeugt.

Nach der Rechte-Hand-Regel erzeugt der linken Draht ein Magnetfeld, die Punkte in der Richtung senkrecht zu den Stromfluss auf der Website von den richtigen Draht. Jetzt verwenden Sie die anderen Rechte Hand Regel, und legen Sie den Finger entlang der Richtung des Stroms und die magnetischen Felder. Die erweiterte Daumen gibt dann die Richtung der Lorentzkraft. In diesem Fall ist die Kraft in Richtung der linken Draht und so attraktiv.

Auf der anderen Seite, wenn der Stromfluss in den zwei Drähten in entgegengesetzte Richtungen miteinander ist, die Rechte Hand Regel zeigt, dass die Richtung der Lorentz Kraft am richtigen Draht Standort ist weg von der linken Draht, wodurch die Kraft abstoßend. Daher sind die zwei Drähte auseinander gedrückt.

Magnetische Felder sind überall um uns herum gefunden und werden derzeit in Anwendungen von Navigation bis hin zu klinischen Umfeld eingesetzt. Schauen Sie wir uns nun ein paar gängige Anwendungen von magnetischen Feldern.

Vor Jahrhunderten erfunden die Song-Dynastie von China die ersten Magnetkompass, die für die Navigation verwendet wurde. Seitdem haben wir auf der Kompass, der im Tandem mit dem Magnetfeld der Erde arbeitet, für Richtung verlassen.

Den magnetischen Südpol der Erde liegt in der Nähe seiner geografischen Nordpol. So, der magnetische Nordpol einer Kompassnadel wird das Erdmagnetfeld ausgerichtet und zeigt in Richtung der Erde geographischen Norden.

Magnetfelder haben auch eine Vielzahl von Anwendungen im Bereich der Medizin und medizinische Diagnostik. Die häufigste Verwendung von magnetischen Feldern ist in Magnetresonanztomographie oder MRT. Kernspintomographen verwenden Sie starke Magnetfelder und Feld Steigungen, um Bilder aus dem Inneren des Körpers zu generieren.

Sie habe nur Jupiters Einführung in Magnetfeldern beobachtet. Sie sollten jetzt wissen, wie man Magnetfelder mit Kompass Nadeln zu visualisieren und zu verstehen, wie die Lorentz-Kraft des magnetischen Feldes durch einen Strom produziert ein weiteres fast parallel laufenden auswirkt. Danke fürs Zuschauen!

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