میدان های مغناطیسی پالسی فوق قوی

حدود یک سال پیش، من چندین ده آزمایش با آهنربا انجام دادم.
اگر به یک کتاب درسی فیزیک نگاه کنید، اطلاعات بصری بسیار کمی در مورد میدان مغناطیسی وجود دارد. تجربه استاندارد با خاک اره داده شده است که بر ساختار میدان مغناطیسی دلالت دارد. اما کمی تحقیق روی آهنرباها خواص بسیار بیشتری از این میدان را نشان می دهد. برخی از آنها در آزمایش های شرح داده شده در زیر توضیح داده شده است.

برای آزمایشات در سایت http://magnetix.com.ua/ خریداری شد:
1. فیلم ویژه FD75 - آشکارساز میدان مغناطیسی. ماهیت فیلم این است که حاوی ذرات نیکل در یک محیط ژله مانند است، آنها میکرو آهنربا هستند و تحت تأثیر میدان مغناطیسی خارجی باز می شوند و در نتیجه شفافیت فیلم را تغییر می دهند. در جاهایی که فیلم تیره می‌شود، خطوط میدان عمود بر فیلم هستند، جایی که روشن می‌شوند - خطوط میدان موازی با فیلم، نیمه‌تون هستند - موقعیت آمورف ریز ذرات یا در یک زاویه خاص قرار دارند.

2. مجموعه ای از آهنرباهای محوری به طول 3 سانتی متر و قطر 1 سانتی متر از آلیاژ نئودیمیم-آهن-بور (NdFeB)، کلاس N42. نیروی جاذبه طبق گفته سازنده حدود 3.5 کیلوگرم است.
3. مجموعه ای از 36 آهنربا محور کوچک 4 * 24 میلی متر با توپ های فولادی، حدود 7 میلی متر قطر. در بیشتر عکس ها از آنها استفاده شده است.


آزمایش جاذبه

ماهیت آزمایش به شرح زیر است - گرفتن یک ذره کوچک از یک ماده مغناطیسی و رسم خطوط فرود این ذره روی آهنربا و همچنین تعیین منطقه جذب. آهنربا به یک ورق کاغذ صاف وصل شده است. یک پیچ با اندازه حدود 2 میلی متر به عنوان یک ذره گرفته شد.
نتیجه آزمایش این است:


علاوه بر این، برای ارزیابی رفتار پیچ در ناحیه میانی آهنربا، ویدئویی به طور ویژه برای مشاهده حرکت فریم به فریم فیلمبرداری شد.

خطوط مسیر پیچ کوچکی که روی آهنربا می افتد را مشخص می کنند.
بدیهی است که خطوط میدان مغناطیسی کتاب های درسی هیچ ربطی به نقاشی بالا ندارند و جهت برهمکنش بین دو آهنربا ثابت را نشان می دهند.

جسم همیشه به یکی از قطب های آهنربا تمایل دارد. علاوه بر این، فاصله جاذبه بیشتر شبیه دایره ای است که با شعاع دو نقطه = قطب کشیده شده است. فاصله در محور آهنربا کمی افزایش می یابد. در ناحیه بین قطب، قانون جذب هر دو قطب اعمال می شود. بنابراین جسم ابتدا به سمت وسط آهنربا حرکت می کند و سپس به طور ناگهانی مسیر حرکت خود را تغییر می دهد و به سمت قطب متمایل می شود که بیش از حد کشیده شده است.
در پایان - یک ویدیو 16 بار کند شد - به مرکز سقوط کرد. آخرین حرکت از مرکز آهنربا به قطب 1 فریم یا حتی کمتر است، یعنی. کمتر از 1/25 ثانیه اگر در مورد قوانین مکانیک صحبت کنیم، چنین توقف، حرکت و چرخش به سادگی شگفت انگیز است.

در واقع، جهت کلاسیک خطوط میدان مغناطیسی را می توان با استفاده از 2 نیروی وارد بر سوزن مغناطیسی از قطب های آهنربا در حالت مکش توضیح داد. قطب شمال در قطب جنوب فلش، قطب جنوب در شمال عمل می کند و اثر معکوس توسط میدان مغناطیسی فلش روی آهنربا اعمال می شود. وقتی نیروهای هر دو قطب برابر باشند، خط میدان موازی با محور آهنربا است. وقتی مساوی نیست - فلش در زاویه است یا به سمت نزدیکترین قطب هدایت می شود.

از آزمایش، مشخص شد که خطوط کلاسیک میدان مغناطیسی به جای یک میدان مغناطیسی، «تعدادی توهم» را ترسیم می کنند. این حتی یک بردار نیرو نیست، زیرا با کمک آنها نمی توان توضیح داد که چرا ذره در ویدئو عمود بر خطوط میدان مغناطیسی پرواز می کند و موازی آنها نیست.

مطالعه میدان با استفاده از یک فیلم حساس مغناطیسی.

میدان کلاسیک یک آهنربا






در قطب ها، خطوط عمود بر فیلم، در وسط آهنربا - موازی قرار می گیرند. مثل کلاسیک ها. عرض میدان برای آهنربای 30 * 10 حدود 3 سانتی متر است. بلافاصله باید بگویم که در عکس ها نقص هایی روی فیلم وجود دارد که ناشی از چسبندگی تیز دو آهنربا و دمیدن در فیلم است. می توانید آنها را نادیده بگیرید.

میدان دو آهنربای جفت شده.






از عکس می توان فهمید که میدان دو آهنربای جفت شده به هیچ وجه با میدان یک آهنربای طولانی تر برابر نیست. در وسط بین آهنرباها، خطوط میدان مغناطیسی خارج می شوند، یعنی. خطوط قطب شمالیک آهنربا مستقیماً به خط قطب جنوب آهنربای دیگر نمی رود. بین قطب ها قوز خاصی از میدان وجود دارد. علاوه بر این، گاهی اوقات فیلم برخی از مصنوعات را در امتداد محور آهنربا نشان می دهد (مثلاً در عکس)، اما همیشه اینطور نیست، ممکن است فقط یک نقص در فیلم باشد. اگرچه یک آهنربا هرگز چنین مصنوعاتی را نشان نمی دهد.
در واقع، چنین آهنربایی دارای سه منطقه جذب است. دو تا در لبه ها و یکی در نقطه وسط. در نتیجه، آهنربای دیگری که به صورت عمودی متصل شده است، یک نقطه ثابت در وسط پیدا می کند، اگرچه با یک آهنربای کامل هرگز نمی توان آهنربا را به این روش وصل کرد - مطمئناً به یکی از قطب ها جذب می شود.

علاوه بر این، میدان دو یا چند آهنربای جفت شده به طور قابل توجهی ضعیف تر از میدان یک آهنربا است. این را می توان به عنوان مثال در این عکس مشاهده کرد:
منطقه جذب نزدیک آهنربای میانی تقریباً صفر است، در حالی که به طور قابل توجهی در نزدیکی آهنرباهای بیرونی رشد می کند و حتی در نزدیکی یک آهنربا بیشتر رشد می کند. به نظر می رسد که میدان های آهنرباهای جفت شده از یکدیگر محافظت می کنند و شاید به سادگی مستقل از یکدیگر عمل کنند و در نهایت بردار نیرو را جبران کنند. این، شاید، مصنوعات میدان مغناطیسی جفت شده را توضیح دهد.

میدان آهنربا و توپ فولادی.






میدان به طور کلی شبیه به میدان آهنربای کلاسیک است، فقط در نزدیکی توپ به نظر می رسد که کمی متورم می شود و خطوط را به سمت توپ تغییر می دهد.

میدان دو آهنربا و یک توپ.











عکس حضور چهار قطب جاذبه را نشان می دهد. در لبه های اتصال و در ناحیه دو طرف توپ. علاوه بر این، قطب های توپ، همانطور که بود، فشرده هستند. خطوط مغناطیسی اطراف توپ تقریباً موازی با فیلم هستند. اگر توپی به چنین پیوندی در نزدیکی توپ متصل شده وصل شود، به یکی از دو قطب نزدیکتر جذب می شود، بسیار نزدیکتر و میدان قوی تر. از آن می توان گفت که توپ، همانطور که بود، به عنوان یک آهنربای مستقل عمل می کند، اگرچه میدان آن القا شده است.

چنین اتصالی همچنین خوب است زیرا اگر آهنرباها سطح را لمس نکنند و تمام نیروی اصطکاک فقط روی توپ باشد، چنین ترکیبی مانند یک سوزن قطب نما شروع به کار می کند و مطابق با میدان مغناطیسی خارجی زمین می چرخد.

میدان دو آهنربا با جهت مخالف و یک توپ.

و اینجا منتظر اولین سورپرایز هستیم. و او نتیجه می گیرد که آهنرباهای کوچک نشانگر به راحتی از طریق توپ جذب می شوند.










عکس یک تورم بزرگ در سطح توپ را نشان می دهد. کل سیستم فقط سه قطب دارد. خطوط میدان توپ عمود بر فیلم هستند که معمولا برای دو آهنربای دفع کننده طبیعی است. اما اگر به منطقه جذب پیچ اتصال حاصل نگاه کنید، می بینید که توپ مانند یک قطب تمام عیار و با تمام سطح خود رفتار می کند. منطقه جذب نزدیک توپ کمی بزرگتر از لبه های آهنربا است، که به راحتی با افزودن جزئی میدان های آهنرباهای دفع کننده (میدانی با همان علامت) توضیح داده می شود.

در عین حال نمی توان گفت که آهنربای دوم همیشه توسط همان قطب به سمت توپ جذب می شود. در واقعیت، این یک منطقه بسیار باریک است - بسته به اینکه از کدام طرف آهنربا را بیاورید، جاذبه در مجاورت 1-3 میلی متر از توپ مشاهده می شود. بعد ناحیه دافعه می آید و دافعه در امتداد محور آهنربا کمی ضعیف تر از طرف است.
(توجه داشته باشید، به آزمایشات دفع آهنربا بیشتر مراجعه کنید)

حداکثر 4 آهنربا دافعه را می توان به یک توپ وصل کرد. در این حالت، منطقه جذب با ضریب 1.5-2 در محور مرکزی دفع آهنرباها از یکدیگر افزایش می یابد.

برای آهنرباهای قوی تر، جاذبه در نزدیکی توپ به هیچ وجه رخ نمی دهد - آنها در هر فاصله ای به دفع کردن ادامه می دهند. به ویژه، برای یک آهنربای بزرگ 10 * 30، می توانید بخشی از میدان را محافظت کنید و تنها در صورتی که 3 توپ فولادی را همزمان قرار دهید، آهنربای کوچک را جذب کنید.





در همان زمان، عکس نشان می دهد که میدان تورم، همانطور که بود، در امتداد توپ ها گسترش یافته است.

اگر آهنرباها آزادانه روی مرز دافعه بین خود قرار بگیرند، در این صورت یک "تورم میدانی" ضعیف بین آنها وجود دارد، اما اگر به زور در منطقه دافعه قوی نگه داشته شوند، تصویر دوباره شکل سه قطبی به خود می گیرد.






میدان دو آهنربا ضد جفت.






4 قطب و یک میدان کمی خمیده در امتداد محور هر دو قابل مشاهده است. این انحنا به بهترین شکل روی یک مکعب از 36 آهنربا دیده می شود: آنها در یک الگوی شطرنجی ردیف می شوند.


جفت شدن 2 یا تعداد زیادی آهنربا با این واقعیت مشخص می شود که تقریباً تمام میدان مغناطیسی خود را به طور کامل روی خود می بندد. میدان مغناطیسی نزدیک قطب ها هنوز کوچک است، در حالی که میدان نزدیک دیوارهای جانبی تقریباً به طور کامل وجود ندارد.

اگر فیلم کمی بالاتر از آهنرباها، در فاصله 5-7 میلی متری قرار گیرد، واضح است که میدان گسترش می یابد، به عنوان مثال، به عنوان مثال. به طرفین واگرا می شوند، در حالی که قدرت و عمود بودن میدان ضعیف می شود، که با مدل کلاسیک خطوط میدان مغناطیسی مطابقت کامل دارد.











میدان مغناطیسی از هارد دیسک

در هارد دیسک های قدیمی، می توانید آهنرباهای بسیار قوی را حذف کنید:





ویژگی چنین آهنربایی این است که در واقع جفت شدن دو آهنربا SN + NS است. علاوه بر این، محور مغناطیسی هر نیمه به سمت ناظر عکس هدایت می شود. آن ها عمود بر ضخامت آهنربا. با توجه به اینکه تقریباً هیچ وجه جانبی وجود ندارد و چنین آهنرباهایی (تقریباً مسطح است ، ضخامت آهنربا فقط 1.5 میلی متر است) ، می توان دید که خطوط میدان مغناطیسی عمود بر فیلم از لبه های آن فراتر می رود. که در مورد آهنرباهای گرد دراز صدق نمی کند.

آزمایش هایی با دفع و غربالگری میدان.

همانطور که تمرین نشان داده است، بررسی و اندازه گیری برهمکنش دو آهنربا بسیار دشوارتر از کار با چرخ دنده های قابل مغناطیسی است که کاملاً بدون ابهام رفتار می کنند. در اینجا با دو مؤلفه فعال سروکار داریم که هر کدام سعی در تأثیرگذاری بر یکدیگر دارند. ابهام در این واقعیت نهفته است که یک اندازه گیری می تواند نتایج متفاوتی را نشان دهد. آن ها آهنرباها در تعامل خود شروع به دفع می کنند، به عنوان مثال، در فواصل مختلف. و دلیل این امر در دو عامل نهفته است. اولین عامل زاویه برهم کنش آهنرباها است. عامل دوم به نوعی با سرعت و جهت حرکت آهنربا به سمت یکدیگر مرتبط است.
به همین دلیل است که آزمایش قبلی با دو آهنربا و یک توپ نتایج متفاوتی را نشان داد (در آنجا به نظر می رسید که توپ از میدان آهنربا محافظت می کند). در واقع، مثل این است که این اتفاق نمی افتد.
برای تعیین صریح واقعیت دافعه، تصمیم گرفته شد که آهنربای دوم در جهت دافعه متقابل آنها، نه در جهت قطب آهنربای دیگر، در سمت آهنربای اول قرار گیرد. همانطور که از عکس می بینید، این کاملاً یکسان نیست.

ناحیه دافعه آهنرباها شعاع خاصی یا منحنی نزدیک به آن از قطب است، در حالی که خط تیره ها تغییر زاویه دافعه را نشان می دهند. زاویه به سرعت تغییر جهت می دهد و در نهایت 180 درجه می چرخد، پس از آن فقط جاذبه دنبال می شود، یا قبلاً دفع شده توسط قطبی با قطبیت متفاوت از یکدیگر. در هر زاویه دیگری، آهنرباها خیلی زودتر شروع به تعامل می کنند. این، اول از همه، در این واقعیت است که آهنربا شروع به چرخش می کند، زیرا دو نیرو بر روی آن وارد می شوند. یکی نیروی دافعه، دومی نیروی جاذبه به قطب دیگر. آن ها دو نیرو وجود دارد که با هم جمع می شوند تا یک چرخش ایجاد کنند و این منطقه بسیار گسترده تر از یک دافعه مستقیم است. علاوه بر این، گاهی اوقات برگشت بدون عواقب رخ می دهد و گاهی منجر به جذب شدید از ناحیه ای می شود که بیشتر از مرز دافعه است. باز هم، خود معکوس می تواند تا حدی آهنربا را نزدیک تر کند. پس از نصب توپ، منطقه دفع با استفاده از همین روش (که با سانتر مشخص شد) بررسی شد. معلوم شد که همه چیز فقط با قطر توپ جابه جا شده است. آن ها با وجود ظاهر عنصری که جاذبه را در نزدیکی خود معرفی می کند، خود منطقه دافعه تغییر چندانی نکرده است. به هر حال، منطقه معکوس با قانون موازی محورهای آهنربا تعیین شد. برای اینکه در یک زاویه متفاوت، شما می توانید یک تصویر کاملا متفاوت دریافت کنید.

اگر یک صفحه نمایش بسیار بزرگ قابل مغناطیسی قرار دهید، در مقایسه با اندازه و قدرت آهنربا، تصویر اساساً تغییر می کند. صفحه نمایش کف لوله ای به قطر 16 میلی متر، طول حدود 5 سانتی متر و ضخامت 1 میلی متر است که از نوعی فولاد ساخته شده است.
منطقه دافعه در واقع به کلی ناپدید می شود. با یک منطقه جذب بزرگ جایگزین می شود، و کمی دورتر = یک منطقه معکوس بزرگ، پس از آن آهنربا تمایل دارد به سمت صفحه جذب شود. منطقه جذب نیز در طرف دیگر صفحه در نزدیکی آهنربا عمل می کند. اما اگر از آهنربا جلوتر بروید، دافعه معمول در آنجا عمل می کند و صفحه نمایش از یک طرف در واقع هیچ تأثیری بر این ندارد و فقط ناحیه نزدیک صفحه نمایش را تغییر می دهد. این منجر به توزیع نامتقارن میدان مغناطیسی با اوج جذب بزرگ در دو طرف صفحه می شود.


صفحه 1


ایجاد میدان مغناطیسی در اطراف سیم پیچ به دلیل انرژی دینام اتفاق می افتد - هنگامی که جریان افزایش می یابد، میدان مغناطیسی افزایش می یابد، در حالی که انرژی از ژنراتور گرفته می شود. هنگامی که جریان کاهش می یابد، میدان انرژی انباشته شده در آن را به مدار الکتریکی باز می گرداند. به طور کلی در طول دوره جریان متناوب، مصرف انرژی در مدار با اندوکتانس رخ نمی دهد. توان راکتیو نیز نامیده می شود که بین ژنراتور و اندوکتانس در نوسان است.

ایجاد میدان مغناطیسی در موتورها را تحریک می گویند.

ایجاد یک میدان مغناطیسی به صورت محوری موازی با کمان ها از اتصال آنها جلوگیری می کند که باعث می شود قوس منتشر شود. جریان از سرب جریان مرکزی 5 روی چهار پره رسانای 6 که به صورت شعاعی چیده شده اند پخش می شود، که در حاشیه با هادی های حلقه ای شکل ختم می شود، اما هر یک فقط یک چهارم دایره محدود می شود. به طور کلی، این یک چرخش ایجاد می کند که در اطراف جریان سفر جریان دارد. انتهای این قوس های حلقوی مستقیماً به الکترود 7 متصل می شوند که فرآیند شروع و خاموش شدن قوس روی آن انجام می شود. سطوح تماس مستقیم الکترودهای 7، 8 دارای شکاف های شعاعی هستند که از ادغام قوس ها جلوگیری می کند.

برای ایجاد میدان مغناطیسی در ماشین های AC، توان راکتیو مورد نیاز است. جریان های اکتیو و راکتیو در سیم پیچ های یک ماشین جریان متناوب جریان دارند. جریان های راکتیو یک میدان مغناطیسی دوار ایجاد می کنند و اجزای فعال جریان ها قدرت فعال دستگاه را تعیین می کنند. توان راکتیو حالت پایدار را می توان از هر دو طرف استاتور و روتور یا از هر دو طرف دستگاه به طور همزمان تامین کرد. جهت جریان های انرژی فعال و راکتیو، صرف نظر از نحوه عملکرد ماشین الکتریکی، می تواند مطابق یا مخالف باشد. این بدان معنی است که توان اکتیو می تواند از سمت استاتور و توان راکتیو از سمت روتور و بالعکس باشد.

برای ایجاد یک میدان مغناطیسی مشخص شده در قدر و جهت، از حلقه های هلمهولتز استفاده می شود که از دو سیم پیچ کانتور دایره ای با شعاع 185 میلی متر که به موازات یکدیگر در فاصله قرار دارند، استفاده می شود. برابر با شعاعحلقه.

محاسبه گرافیکی برای مثال 5 - 4.

آهنرباهای دائمی اغلب برای ایجاد میدان مغناطیسی در ابزارها و دستگاه های اندازه گیری الکتریکی استفاده می شوند.

برای ایجاد یک میدان مغناطیسی، یک جریان دندانه اره به سیم پیچ های منحرف کننده اعمال می شود. در این حالت میدان مغناطیسی بر اساس قانون خطی تغییر می کند.

برای ایجاد میدان مغناطیسی می توان از الکترومغناطیس های جریان مستقیم و متناوب استفاده کرد. برای تصفیه مغناطیسی آب مورد استفاده در کندانسورهای خنک کننده از دستگاه هایی با آهنرباهای DC استفاده می شود.

طراحی سیستم مغناطیسی مگنترون.

برای ایجاد میدان مغناطیسی از الکترومغناطیس و آهنربای دائمی استفاده می شود.

برای ایجاد میدان مغناطیسی در کانال ژنراتور MHD، از سیستم های مغناطیسی خاصی استفاده می شود که باید مقادیر مورد نیاز بزرگی و پیکربندی میدان مغناطیسی را در حداقل مقادیر انرژی، اندازه و جرم ارائه دهند. این مشکل تنها با سیستم های مغناطیسی ابررسانا قابل حل است.

آهنرباهای دائمی اغلب برای ایجاد میدان مغناطیسی در برخی ابزارها و دستگاه های اندازه گیری الکتریکی استفاده می شوند.

برای ایجاد میدان مغناطیسی معمولا از آهنرباهای دائمی استفاده می شود اما در مگنترون ها و آهنرباهای الکتریکی قوی. القای میدان 0 1 - 0 5 T است و ارزش های بزرگمعمولاً مربوط به مگنترونهای با طول موج کوتاهتر و مگنترونهای پالسی است.

ما هنوز در مورد میدان مغناطیسی از مدرسه به یاد داریم، این همان چیزی است که در خاطرات هر کس "پخش" می شود. بیایید آنچه را که از سر گذرانده‌ایم تازه کنیم و شاید چیز جدیدی، مفید و جالب به شما بگوییم.

تعیین میدان مغناطیسی

میدان مغناطیسی یک میدان نیرویی است که بر اجسام متحرک تأثیر می گذارد. بارهای الکتریکی(ذرات). به دلیل این میدان نیرو، اجسام به یکدیگر جذب می شوند. دو نوع میدان مغناطیسی وجود دارد:

  1. گرانشی - به طور انحصاری در نزدیکی ذرات اولیه و viruetsya در قدرت آن بر اساس ویژگی ها و ساختار این ذرات تشکیل شده است.
  2. دینامیک، تولید شده در اجسام با بارهای الکتریکی متحرک (فرستنده های جریان، مواد مغناطیسی).

برای اولین بار، تعیین میدان مغناطیسی توسط M. Faraday در سال 1845 معرفی شد، اگرچه معنای آن کمی اشتباه بود، زیرا اعتقاد بر این بود که هر دو اثر الکتریکی و مغناطیسی و تعامل بر اساس یک میدان مادی است. بعداً در سال 1873، D. Maxwell نظریه کوانتومی را "ارائه" کرد، که در آن این مفاهیم شروع به جداسازی کردند و میدان نیرویی که قبلاً مشتق شده بود، میدان الکترومغناطیسی نامیده شد.

میدان مغناطیسی چگونه ظاهر می شود؟

میدان مغناطیسی اجسام مختلف توسط چشم انسان درک نمی شود و تنها حسگرهای خاصی می توانند آن را برطرف کنند. منبع ظهور مغناطیسی درست نیرویدر مقیاس میکروسکوپی حرکت ریزذرات مغناطیسی (شارژ شده) است که عبارتند از:

  • یون ها
  • الکترون ها
  • پروتون ها

حرکت آنها به دلیل گشتاور مغناطیسی اسپینی رخ می دهد که در هر ریز ذره وجود دارد.


میدان مغناطیسی، کجا می توان آن را یافت؟

مهم نیست که چقدر عجیب به نظر می رسد، اما تقریباً تمام اجسام اطراف ما میدان مغناطیسی خاص خود را دارند. اگرچه در مفهوم بسیاری، تنها سنگریزه ای به نام آهنربا دارای میدان مغناطیسی است که اجسام آهنی را به سمت خود جذب می کند. در واقع نیروی جاذبه در همه اجسام است، فقط در ظرفیت کمتری خود را نشان می دهد.

همچنین باید روشن شود که میدان نیرو که مغناطیسی نامیده می شود، تنها در شرایطی ظاهر می شود که بارهای الکتریکی یا اجسام در حال حرکت باشند.


بارهای غیر متحرک دارای میدان نیروی الکتریکی هستند (این میدان می تواند در بارهای متحرک نیز وجود داشته باشد). معلوم می شود که منابع میدان مغناطیسی عبارتند از:

  • آهنرباهای دائمی؛
  • هزینه های موبایل

میدان های مغناطیسی فوق قوی چیست؟

در علم از فعل و انفعالات و زمینه های مختلف به عنوان ابزاری برای درک طبیعت استفاده می شود. در جریان یک آزمایش فیزیکی، محقق با عمل بر روی موضوع مورد مطالعه، پاسخ به این اثر را مطالعه می کند. آنها با تجزیه و تحلیل آن، درباره ماهیت پدیده نتیجه گیری می کنند. اکثر ابزار موثرنفوذ یک میدان مغناطیسی است، زیرا مغناطیس خاصیت گسترده مواد است.

مشخصه قدرت میدان مغناطیسی القای مغناطیسی است. در ادامه متداول ترین روش ها برای به دست آوردن میدان های مغناطیسی فوق قوی، یعنی. میدان های مغناطیسی با القای بیش از 100 T (تسلا).

برای مقایسه -

  • حداقل میدان مغناطیسی ثبت شده با استفاده از تداخل سنج کوانتومی ابررسانا (SQUID) 10-13 T است.
  • میدان مغناطیسی زمین - 0.05 mT.
  • آهنرباهای یخچال سوغاتی - 0.05 TL;
  • آهنرباهای alnico (آلومینیوم نیکل- کبالت) (AlNiCo) - 0.15 T.
  • آهنرباهای دائمی فریت (Fe 2 O 3) - 0.35 T.
  • آهنرباهای دائمی ساماریوم-کبالت (SmCo) - 1.16 T.
  • قوی ترین آهنرباهای دائمی نئودیمیم (NdFeB) - 1.3 T.
  • الکترومغناطیس برخورد دهنده بزرگ هادرونی - 8.3 T.
  • قوی ترین میدان مغناطیسی دائمی (آزمایشگاه ملی میدان های مغناطیسی بالا دانشگاه فلوریدا) - 36.2 T.
  • قوی ترین میدان مغناطیسی پالسی که بدون تخریب نصب به دست آمده است (آزمایشگاه ملی لوس آلاموس، 22 مارس 2012) - 100.75 T.

در حال حاضر، تحقیقات در زمینه ایجاد میدان های مغناطیسی فوق قوی در کشورهای عضو "باشگاه مگاگاوس" در حال انجام است و در کنفرانس های بین المللی در مورد تولید میدان های مغناطیسی مگاگاوس و آزمایش های مربوطه بحث می شود. گاوس- واحد اندازه گیری القای مغناطیسی در سیستم CGS، 1 مگاگاوس = 100 تسلا).


برای ایجاد میدان های مغناطیسی با چنین قدرتی، به توان بسیار بالایی نیاز است، بنابراین، در حال حاضر، آنها را فقط می توان در حالت پالسی به دست آورد و مدت زمان پالس از ده ها میکروثانیه تجاوز نمی کند.

تخلیه بر روی شیر برقی تک دور

توسط بیشترین روش سادهبدست آوردن میدان های مغناطیسی پالسی فوق قوی با القای مغناطیسی در محدوده 100 ... 400 تسلا تخلیه دستگاه های ذخیره انرژی خازنی بر روی شیر برقی های تک دور می باشد. شیر برقی- این یک سیم پیچ تک لایه به شکل استوانه ای است که پیچ های آن از نزدیک پیچیده شده است و طول آن بسیار بیشتر از قطر است).


قطر داخلی و طول سیم‌پیچ‌های مورد استفاده معمولاً از 1 سانتی‌متر تجاوز نمی‌کند، اندوکتانس آنها کوچک است (چند نانوهنری)، بنابراین برای ایجاد میدان‌های فوق قوی در آنها، جریان‌هایی در سطح مگا آمپر مورد نیاز است. آنها با استفاده از بانک های خازن ولتاژ بالا (10-40 کیلوولت) با خود القایی کم و انرژی ذخیره شده از ده ها تا صدها کیلوژول به دست می آیند. در این حالت، زمان افزایش القاء به حداکثر مقدار نباید از 2 میکروثانیه تجاوز کند، در غیر این صورت تخریب شیر برقی قبل از رسیدن به میدان مغناطیسی فوق قوی رخ می دهد.


تغییر شکل و تخریب شیر برقی با این واقعیت توضیح داده می شود که به دلیل افزایش شدید جریان در شیر برقی، اثر سطح ("پوست") نقش مهمی ایفا می کند - جریان در یک لایه نازک بر روی سطح لوله متمرکز می شود. شیر برقی و چگالی جریان می تواند به مقادیر بسیار بالایی برسد. پیامد این امر ظهور ناحیه ای با دما و فشار مغناطیسی بالا در ماده شیر برقی است. در حال حاضر با القای 100 تسلا، لایه سطحی سیم پیچ، حتی از فلزات نسوز ساخته شده است، شروع به ذوب شدن می کند و فشار مغناطیسی از مقاومت کششی بیشتر فلزات شناخته شده فراتر می رود. با افزایش بیشتر میدان، منطقه ذوب به اعماق هادی گسترش می‌یابد و تبخیر مواد روی سطح آن آغاز می‌شود. در نتیجه، تخریب انفجاری مواد شیر برقی رخ می دهد ("انفجار لایه پوست").

اگر بزرگی القای مغناطیسی از 400 تسلا تجاوز کند، چنین میدان مغناطیسی دارای چگالی انرژی قابل مقایسه با انرژی اتصال یک اتم در جامدات است و بسیار بیشتر از چگالی انرژی مواد منفجره شیمیایی است. در منطقه عمل چنین میدانی، به عنوان یک قاعده، تخریب کامل مواد سیم پیچ با سرعت انبساط مواد سیم پیچ تا 1 کیلومتر در ثانیه اتفاق می افتد.

روش فشرده سازی شار مغناطیسی (انباشت مغناطیسی)

برای به دست آوردن حداکثر میدان مغناطیسی (تا 2800 T) در آزمایشگاه، از روش فشرده سازی شار مغناطیسی استفاده می شود. تجمع مغناطیسی).

داخل یک پوسته استوانه ای رسانا ( آستر) با شعاع r0و بخش S0یک میدان مغناطیسی شروع محوری با القاء ایجاد می شود B0و شار مغناطیسی اف = B 0 S 0و. سپس آستر به طور متقارن و نسبتاً سریع توسط نیروهای خارجی فشرده می شود، در حالی که شعاع آن کاهش می یابد. rfو سطح مقطع تا اس اف. متناسب با سطح مقطع، شار مغناطیسی نفوذی به لاینر نیز کاهش می یابد. تغییر شار مغناطیسی مطابق با قانون القای الکترومغناطیسی باعث ایجاد جریان القایی در لاینر می شود که میدان مغناطیسی ایجاد می کند که تمایل دارد کاهش شار مغناطیسی را جبران کند. در این حالت، القای مغناطیسی متناسب با مقدار افزایش می یابد B f =B 0 *λ*S 0 /اس اف، که در آن λ ضریب بقای شار مغناطیسی است.


روش تجمع مغناطیسی در دستگاه هایی به نام پیاده سازی می شود ژنراتورهای مغناطیسی تجمعی (مغناطیسی انفجاری).. فشرده سازی لاینر با فشار محصولات انفجار مواد منفجره شیمیایی انجام می شود. منبع جریان برای ایجاد میدان مغناطیسی اولیه یک بانک خازن است. آندری ساخاروف (اتحادیه شوروی) و کلارنس فاولر (ایالات متحده آمریکا) بنیانگذاران تحقیق در زمینه ایجاد ژنراتورهای تجمعی مغناطیسی بودند.


در یکی از آزمایشات در سال 1964، یک میدان رکورد 2500 T در حفره ای به قطر 4 میلی متر با استفاده از یک ژنراتور تجمعی مغناطیسی MK-1 ثبت شد. با این حال، ناپایداری انباشت مغناطیسی دلیلی برای ماهیت تکرار نشدنی تولید انفجاری میدان های مغناطیسی فوق قوی بود. تثبیت فرآیند تجمع مغناطیسی با فشرده سازی شار مغناطیسی توسط سیستمی از پوسته های کواکسیال متصل به سری امکان پذیر است. چنین وسایلی را مولدهای آبشاری میدان های مغناطیسی فوق قوی می نامند. مزیت اصلی آنها در این واقعیت نهفته است که عملکرد پایدار و تکرارپذیری بالای میدان های مغناطیسی فوق قوی را ارائه می دهند. طراحی چند مرحله ای ژنراتور MK-1 با استفاده از 140 کیلوگرم مواد منفجره، با ارائه سرعت فشرده سازی لاینر تا 6 کیلومتر در ثانیه، این امکان را فراهم کرد که در سال 1998 در مرکز هسته ای فدرال روسیه یک میدان مغناطیسی با رکورد جهانی به دست آید. از 2800 تسلا در حجم 2 سانتی متر 3. چگالی انرژی چنین میدان مغناطیسی بیش از 100 برابر چگالی انرژی قوی ترین مواد منفجره شیمیایی است.


کاربرد میدان های مغناطیسی فوق قوی

استفاده از میدان های مغناطیسی قوی در تحقیقات فیزیکی با کار پیوتر لئونیدوویچ کاپیتسا، فیزیکدان شوروی در اواخر دهه 1920 آغاز شد. میدان های مغناطیسی فوق قوی در مطالعات پدیده های گالوانومغناطیسی، ترمو مغناطیسی، نوری، مغناطیسی نوری، رزونانسی استفاده می شود.

آنها به طور خاص اعمال می شوند:





 

شاید خواندن آن مفید باشد: