სუპერ ძლიერი იმპულსური მაგნიტური ველები

დაახლოებით ერთი წლის წინ ჩავატარე რამდენიმე ათეული ექსპერიმენტი მაგნიტებით.
თუ გადავხედავთ ფიზიკის სახელმძღვანელოს, მაშინ ძალიან ცოტა ვიზუალური ინფორმაციაა მაგნიტური ველის შესახებ. მოცემულია ნახერხის სტანდარტული გამოცდილება, რაც გულისხმობს მაგნიტური ველის სტრუქტურას. მაგრამ მცირე კვლევა მაგნიტებზე ავლენს ამ ველის ბევრად მეტ თვისებებს. ზოგიერთი მათგანი აღწერილია ქვემოთ აღწერილ ექსპერიმენტებში.

საიტზე http://magnetix.com.ua/ ექსპერიმენტებისთვის შეიძინეს:
1. სპეციალური ფირი FD75 - მაგნიტური ველის დეტექტორი. ფილმის არსი იმაში მდგომარეობს, რომ ის შეიცავს ნიკელის ნაწილაკებს ჟელეს მსგავს გარემოში, ისინი მიკრომაგნიტები არიან და იშლება გარე მაგნიტური ველის მოქმედების ქვეშ, რითაც იცვლება ფილმის გამჭვირვალობა. იმ ადგილებში, სადაც ფილმი ბნელდება, ველის ხაზები ფირის პერპენდიკულარულია, სადაც ისინი ანათებენ - ველის ხაზები ფილმის პარალელურია, ნახევარტონი - მიკრონაწილაკების ამორფული პოზიცია ან ისინი გარკვეულ კუთხით არიან.

2. ღერძული მაგნიტების ნაკრები 3 სმ სიგრძით და 1 სმ დიამეტრით ნეოდიმი-რკინა-ბორის შენადნობიდან (NdFeB), კლასი N42. მიზიდულობის ძალა მწარმოებლის მიხედვით არის დაახლოებით 3.5 კგ.
3. 36 პატარა ღერძიანი მაგნიტების ნაკრები 4 * 24 მმ ფოლადის ბურთულებით, დაახლოებით 7 მმ დიამეტრით. ისინი გამოიყენეს ფოტოების უმეტესობაში.


მიზიდულობის ექსპერიმენტი.

ექსპერიმენტის არსი შემდეგია - აიღოთ დამაგნიტირებადი მასალის მცირე ნაწილაკი და დახაზოთ ამ ნაწილაკების დაცემის ხაზები მაგნიტზე, ასევე განსაზღვროთ მიზიდულობის ზონა. მაგნიტი მიმაგრებულია გლუვი ქაღალდის ფურცელზე. ნაწილაკად აიღეს ხრახნი, რომლის ზომა იყო დაახლოებით 2 მმ.
ექსპერიმენტის შედეგი ასეთია:


გარდა ამისა, მაგნიტის შუა ზონაში ხრახნის ქცევის შესაფასებლად, სპეციალურად გადაიღეს ვიდეო, რათა ნახოთ კადრ-კადრის მოძრაობა.

ხაზები აღნიშნავს მაგნიტზე დავარდნილი პატარა ხრახნის ტრაექტორიებს.
ცხადია, სახელმძღვანელოებიდან მაგნიტური ველის ხაზებს საერთო არაფერი აქვს ზემოაღნიშნულ ნახატთან, რომელიც აჩვენებს ორ ფიქსირებულ მაგნიტს შორის ურთიერთქმედების მიმართულებას.

ობიექტი ყოველთვის მიდრეკილია მაგნიტის ერთ-ერთი პოლუსისკენ. უფრო მეტიც, მიზიდულობის მანძილი უფრო ჰგავს წრეს, რომელიც შედგენილია ორი წერტილის = ბოძების რადიუსით. მანძილი ოდნავ იზრდება მაგნიტის ღერძზე. ბოძებს შორის ზონაში მოქმედებს ორივე პოლუსის მიზიდულობის წესი. მაშასადამე, ობიექტი ჯერ გადადის მაგნიტის შუაში, შემდეგ კი მკვეთრად იცვლის ტრაექტორიას და მიისწრაფვის პოლუსზე, რომელიც გადახურულია.
ბოლოს - 16-ჯერ შენელებული ვიდეო - ცენტრში დაცემა. ბოლო სვლა მაგნიტის ცენტრიდან პოლუსამდე არის 1 ჩარჩო ან კიდევ ნაკლები, ე.ი. 1/25 წამზე ნაკლები. თუ ვსაუბრობთ მექანიკის კანონებზე, მაშინ ასეთი გაჩერება, აჯანყება და შემობრუნება უბრალოდ გასაოცარია.

სინამდვილეში, მაგნიტური ველის ხაზების კლასიკური მიმართულება შეიძლება აიხსნას 2 ძალის გამოყენებით, რომელიც მოქმედებს მაგნიტურ ნემსზე მაგნიტის პოლუსებიდან შეწოვის რეჟიმში. ჩრდილოეთის პოლუსი მოქმედებს ისრის სამხრეთ პოლუსზე, სამხრეთის პოლუსი ჩრდილოეთით და საპირისპირო ეფექტს ახდენს ისრის მაგნიტური ველი მაგნიტზე. როდესაც ორივე პოლუსიდან ძალები თანაბარია, ველის ხაზი მაგნიტის ღერძის პარალელურია. როდესაც არ არის თანაბარი - ისარი არის კუთხით ან მიმართულია უახლოეს ბოძზე.

ექსპერიმენტიდან ირკვევა, რომ მაგნიტური ველის კლასიკური ხაზები მაგნიტურ ველს კი არა, "გარკვეულ ილუზიებს" ასახავს. ეს ძალის ვექტორიც კი არ არის, რადგან მათი დახმარებით შეუძლებელია იმის ახსნა, თუ რატომ დაფრინავს ვიდეოში ნაწილაკი მაგნიტური ველის ხაზების პერპენდიკულურად და არა მათ პარალელურად.

ველის შესწავლა მაგნიტურად მგრძნობიარე ფირის გამოყენებით.

მაგნიტის კლასიკური ველი.






ბოძებზე, ხაზები გადის ფილმის პერპენდიკულარულად, მაგნიტის შუაში - პარალელურად. კლასიკოსების მსგავსად. ველის სიგანე არის დაახლოებით 3 სმ მაგნიტისთვის 30 * 10. დაუყოვნებლივ უნდა ვთქვა, რომ ფოტოებზე არის დეფექტები ფირზე ორი მაგნიტის მკვეთრი გადაბმის კვალიდან და აფრქვევს ფილმში. შეგიძლიათ მათი იგნორირება.

ორი დაწყვილებული მაგნიტის ველი.






ფოტოდან ჩანს, რომ ორი დაწყვილებული მაგნიტის ველი სულაც არ არის ერთი გრძელი მაგნიტის ველის ტოლი. მაგნიტებს შორის შუაში მაგნიტური ველის ხაზები გამოდის, ე.ი. ხაზები ჩრდილოეთ პოლუსიერთი მაგნიტი პირდაპირ არ მიდის მეორე მაგნიტის სამხრეთ პოლუსის ხაზში. ბოძებს შორის ველის გარკვეული კეხია. გარდა ამისა, ზოგჯერ ფილმში ნაჩვენებია რამდენიმე არტეფაქტი მაგნიტის ღერძის გასწვრივ (როგორც მაგალითად ფოტოში), მაგრამ ეს ყოველთვის ასე არ არის, ეს შეიძლება იყოს მხოლოდ ფილმის დეფექტი. თუმცა ერთი მაგნიტი არასოდეს აჩვენებს ასეთ არტეფაქტებს.
სინამდვილეში, ასეთ მაგნიტს აქვს მიზიდულობის სამი ზონა. ორი კიდეებზე და ერთი შუა წერტილში. შედეგად, პერპენდიკულარულად მიმაგრებული სხვა მაგნიტი პოულობს სტაბილურ წერტილს შუაში, თუმცა მთლიანი მაგნიტით მაგნიტის ამ გზით მიმაგრება ვერასოდეს იქნება შესაძლებელი – ის აუცილებლად მიიზიდავს ერთ-ერთ პოლუსს.

უფრო მეტიც, ორი ან მეტი დაწყვილებული მაგნიტის ველი შესამჩნევად სუსტია, ვიდრე ერთი მაგნიტის ველი. ეს ჩანს, მაგალითად, ამ ფოტოზე:
მიზიდულობის ზონა შუა მაგნიტის მახლობლად თითქმის ნულის ტოლია, მაშინ როდესაც ის შესამჩნევად იზრდება გარე მაგნიტების მახლობლად და კიდევ უფრო იზრდება ერთი მაგნიტის მახლობლად. გამოდის, რომ დაწყვილებული მაგნიტების ველები ერთმანეთს იცავენ და შესაძლოა უბრალოდ მოქმედებენ ერთმანეთისგან დამოუკიდებლად, საბოლოოდ ანაზღაურებენ ძალის ვექტორს. ეს, ალბათ, ხსნის დაწყვილების მაგნიტური ველის არტეფაქტებს.

მაგნიტის და ფოლადის ბურთის ველი.






ველი, ზოგადად, კლასიკური მაგნიტის ველის მსგავსია, მხოლოდ ბურთის მახლობლად ჩანს, რომ ის ოდნავ შეშუპებულია და ხაზებს ბურთისკენ გადააქვს.

ორი მაგნიტის და ბურთის ველი.











ფოტოზე ნაჩვენებია მიზიდულობის ოთხი პოლუსი. სამაგრის კიდეებზე და ბურთის ორივე მხარეს მიდამოში. უფრო მეტიც, ბურთის ბოძები, როგორც იქნა, შეკუმშულია. ბურთის გარშემო მაგნიტური ხაზები საკმაოდ პარალელურია ფილმის. თუ ბურთი მიმაგრებულია ასეთ რგოლზე მიბმული ბურთის მახლობლად, მაშინ ის მიიზიდავს ორი უახლოესი პოლუსიდან ერთ-ერთს, ბევრად უფრო ახლოს და უფრო ძლიერი ველი. საიდანაც შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ბურთი, როგორც იქნა, მოქმედებს როგორც დამოუკიდებელი მაგნიტი, თუმცა მისი ველი ინდუცირებულია.

ასეთი დაჭერა ასევე კარგია, რადგან თუ მაგნიტები არ ეხება ზედაპირს და მთელი ხახუნის ძალა მხოლოდ ბურთზეა, მაშინ ასეთი კომბინაცია იწყებს მუშაობას კომპასის ნემსის მსგავსად, ბრუნავს დედამიწის გარე მაგნიტური ველის მიხედვით.

ორი საპირისპიროდ მიმართული მაგნიტის და ბურთის ველი.

და აქ ველოდებით პირველ სიურპრიზს. და ის ასკვნის, რომ კონტრნიშნის პატარა მაგნიტები ადვილად იზიდავს ბურთის მეშვეობით.










ფოტოზე ჩანს დიდი შეშუპება ბურთის დონეზე. მთელ სისტემას აქვს მხოლოდ სამი პოლუსი. ბურთის ველის ხაზები ფირის პერპენდიკულარულია, რაც ზოგადად ნორმალურია ორი მომგერიებელი მაგნიტისთვის. მაგრამ თუ გადახედავთ შედეგად მიღებული ხრახნის მიზიდულობის ზონას, ხედავთ, რომ ბურთი იქცევა სრულფასოვანი ბოძივით და მთელი ზედაპირით. მიზიდულობის ზონა ბურთის მახლობლად ოდნავ უფრო დიდია, ვიდრე მაგნიტების კიდეებისკენ, რაც ადვილად აიხსნება მომგერიებელი მაგნიტების ველების ნაწილობრივი დამატებით (იგივე ნიშნის ველი).

ამავდროულად, არ შეიძლება ითქვას, რომ მეორე მაგნიტი ყოველთვის ერთი და იგივე პოლუსით იზიდავს ბურთს. სინამდვილეში, ეს არის ძალიან ვიწრო ზონა - მიზიდულობა შეინიშნება ბურთიდან 1-3 მმ-ის სიახლოვეს, იმისდა მიხედვით, თუ რომელ მხარეს მოიტანს მაგნიტი. შემდეგი მოდის მოგერიების ზონა და მოგერიება მაგნიტის ღერძის გასწვრივ ოდნავ სუსტია, ვიდრე გვერდით.
(შენიშვნა, იხილეთ შემდგომი მაგნიტის მოგერიების ექსპერიმენტების შესახებ)

ერთ ბურთზე შეიძლება მიმაგრდეს მაქსიმუმ 4 ამაღელვებელი მაგნიტი. ამ შემთხვევაში მიზიდულობის ზონა იზრდება 1,5-2 კოეფიციენტით მაგნიტების ერთმანეთისგან მოგერიების ცენტრალურ ღერძზე.

უფრო ძლიერი მაგნიტებისთვის, ბურთის მახლობლად მიზიდულობა საერთოდ არ ხდება - ისინი აგრძელებენ მოგერიებას ნებისმიერ მანძილზე. კერძოდ, დიდი მაგნიტისთვის 10 * 30 შეგიძლიათ დაიფაროთ ველის ნაწილი და აიძულოთ პატარა მაგნიტი მიიზიდოს მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ ერთდროულად დააყენებთ 3 ფოლადის ბურთულას.





ამავდროულად, ფოტოზე ჩანს, რომ შეშუპების ველი, როგორც იქნა, გაშლილია ბურთების გასწვრივ.

თუ მაგნიტები თავისუფლად დევს მათ შორის მოგერიების საზღვარზე, მაშინ მათ შორის სუსტი "ველის შეშუპებაა", მაგრამ თუ ისინი იძულებით რჩებიან ძლიერი მოგერიების ზონაში, მაშინ სურათი კვლავ იღებს სამპოლუსიან ფორმას.






ორი ანტი-დაწყვილებული მაგნიტის ველი.






ჩანს 4 პოლუსი და ოდნავ მოხრილი ველი ორივეს ღერძის გასწვრივ. ეს გამრუდება საუკეთესოდ ჩანს 36 მაგნიტის კუბზე: ისინი ხაზს უსვამენ ჭადრაკის შაბლონს.


2 ან ბევრი მაგნიტის შეერთება ხასიათდება იმით, რომ იგი თითქმის მთლიანად ხურავს თავის მთელ მაგნიტურ ველს საკუთარ თავზე. პოლუსების მახლობლად მაგნიტური ველი ჯერ კიდევ მცირეა, ხოლო გვერდითა კედლებთან ველი თითქმის მთლიანად არ არის.

თუ ფილმი ოდნავ აწეულია მაგნიტებზე მაღლა, 5-7 მმ მანძილზე, მაშინ ცხადია, რომ ველი ფართოვდება, როგორც ეს იყო, ე.ი. განსხვავდებიან გვერდებზე, ხოლო ველის სიძლიერე და პერპენდიკულარულობა სუსტდება, რაც სრულად შეესაბამება მაგნიტური ველის ხაზების კლასიკურ მოდელს.











მაგნიტური ველი მყარი დისკიდან.

ძველ მყარ დისკებზე შეგიძლიათ ამოიღოთ საკმაოდ ძლიერი მაგნიტები:





ასეთი მაგნიტის თავისებურება ის არის, რომ ის რეალურად არის ორი SN + NS მაგნიტის შეერთება. უფრო მეტიც, თითოეული ნახევრის დამაგნიტიზაციის ღერძი მიმართულია ფოტოზე დამკვირვებლისკენ. იმათ. მაგნიტის სისქეზე პერპენდიკულარული. იმის გამო, რომ თითქმის არ არის გვერდითი სახეები და ასეთი მაგნიტები (ის თითქმის ბრტყელია, მაგნიტის სისქე მხოლოდ 1,5 მმ-ია), ჩანს, რომ მაგნიტური ველის ხაზები ფირის პერპენდიკულარული სცილდება მის კიდეებს. , რაც არ ხდება წაგრძელებული მრგვალი მაგნიტების შემთხვევაში.

ექსპერიმენტები მოგერიებით და ველის სკრინინგით.

როგორც პრაქტიკამ აჩვენა, ბევრად უფრო რთული აღმოჩნდა ორი მაგნიტის ურთიერთქმედების გამოკვლევა და გაზომვა, ვიდრე მაგნიტიზირებადი ღერძებით მუშაობა, რომლებიც საკმაოდ ცალსახად იქცევიან. აქ საქმე გვაქვს ორ აქტიურ კომპონენტთან, რომელთაგან თითოეული ცდილობს ერთმანეთზე გავლენის მოხდენას. გაურკვევლობა მდგომარეობს იმაში, რომ ერთსა და იმავე გაზომვას შეუძლია სხვადასხვა შედეგის ჩვენება. იმათ. მაგნიტები მათ ურთიერთქმედებაში იწყებენ მოგერიებას, მაგალითად, სხვადასხვა დისტანციებზე. და ამის მიზეზი ორ ფაქტორშია. პირველი ფაქტორი არის მაგნიტების ურთიერთქმედების კუთხე. მეორე ფაქტორი გარკვეულწილად დაკავშირებულია მაგნიტის ერთმანეთის მიმართ მოძრაობის სიჩქარესთან და მიმართულებასთან.
სწორედ ამ მიზეზით, ადრე ჩატარებულმა ტესტმა ორი მაგნიტით და ბურთით განსხვავებული შედეგი აჩვენა (იქ ჩანდა, რომ ბურთი თითქოს იცავდა მაგნიტის ველს). სინამდვილეში, თითქოს ეს არ ხდება.
მოგერიების ფაქტის ცალსახად დასადგენად, გადაწყდა, რომ მეორე მაგნიტი განლაგებულიყო პირველზე მათი ურთიერთ მოგერიების მიმართულებით და არა სხვა მაგნიტის პოლუსის მიმართულებით. როგორც ფოტოდან ხედავთ, ეს აბსოლუტურად არ არის იგივე.

მაგნიტების მოგერიების ზონა არის გარკვეული რადიუსი, ანუ პოლუსიდან მასთან ახლოს მრუდი, ხოლო ტირეები აღნიშნავენ მოგერიების კუთხის ცვლილებას. კუთხე ძალიან სწრაფად იცვლის ორიენტაციას და საბოლოოდ ბრუნავს 180 გრადუსით, რის შემდეგაც მხოლოდ მიზიდულობა მოჰყვება, ან უკვე მოგერიება ერთმანეთისგან განსხვავებული პოლარობის ბოძებით. ნებისმიერი სხვა კუთხით, მაგნიტები ურთიერთქმედებას გაცილებით ადრე იწყებენ. ეს, პირველ რიგში, იმაში მდგომარეობს, რომ მაგნიტი იწყებს შემობრუნებას, რადგან მასზე ორი ძალა მოქმედებს. ერთი არის მოგერიების ძალა, მეორე არის მიზიდულობის ძალა მეორე პოლუსზე. იმათ. არსებობს ორი ძალა, რომლებიც იკრიბებიან შემობრუნებისთვის და ეს ზონა ბევრად უფრო ვრცელია, ვიდრე პირდაპირი მოგერიება. უფრო მეტიც, ზოგჯერ უკუქცევა ხდება უშედეგოდ და ზოგჯერ იწვევს მკვეთრ მიზიდულობას ზონიდან, რომელიც უფრო შორს არის მოგერიების საზღვრებზე. ისევ და ისევ, შებრუნებას შეუძლია ნაწილობრივ მიიტანოს მაგნიტი უფრო ახლოს. ბურთის დაყენების შემდეგ იგივე მეთოდით შემოწმდა მოგერიების ზონა (ჯვრებით). აღმოჩნდა, რომ ყველაფერი უბრალოდ ბურთის დიამეტრით შეიცვალა, ფაქტობრივად. იმათ. მიუხედავად ელემენტის გარეგნობისა, რომელიც მოაქვს მიზიდულობას თავის მახლობლად, თავად მოგერიების ზონა დიდად არ შეცვლილა. სხვათა შორის, შებრუნების ზონა განისაზღვრა მაგნიტების ღერძების პარალელურობის წესით. სხვა კუთხით, შეგიძლიათ მიიღოთ სრულიად განსხვავებული სურათი.

სურათი ძირეულად იცვლება, თუ თქვენ დააყენებთ ძალიან დიდ მაგნიტირებადი ეკრანს, მაგნიტის ზომასა და სიძლიერესთან შედარებით. ეკრანი არის მილის იატაკი, რომლის დიამეტრი 16 მმ, სიგრძე დაახლოებით 5 სმ და სისქე 1 მმ, დამზადებულია რაიმე სახის ფოლადისგან.
მოგერიების ზონა ფაქტობრივად საერთოდ ქრება. მას ცვლის დიდი მიზიდულობის ზონა და ცოტა უფრო შორს = დიდი შებრუნების ზონა, რის შემდეგაც მაგნიტი მიიზიდავს ეკრანს. მიზიდულობის ზონა ასევე მოქმედებს ეკრანის მეორე მხარეს მაგნიტის მახლობლად. მაგრამ თუ მაგნიტზე უფრო შორს წახვალთ, მაშინ იქ მოქმედებს ჩვეულებრივი მოგერიება და ეკრანი, ერთის მხრივ, რეალურად არ მოქმედებს ამაზე, ცვლის მხოლოდ თავად ეკრანის მახლობლად მდებარე ტერიტორიას. ეს იწვევს მაგნიტური ველის ასიმეტრიულ განაწილებას ფირფიტის ორივე მხარეს დიდი მიზიდულობის პიკით.


Გვერდი 1


კოჭის ირგვლივ მაგნიტური ველის შექმნა ხდება ალტერნატორის ენერგიის გამო - როდესაც დენი იზრდება, მაგნიტური ველი იზრდება, ხოლო ენერგიას იღებენ გენერატორიდან. როდესაც დენი მცირდება, ველი აბრუნებს მასში დაგროვილ ენერგიას ელექტრულ წრეში. ზოგადად, ალტერნატიული დენის პერიოდში ენერგიის მოხმარება ინდუქციურ წრეში არ ხდება. რეაქტიულ სიმძლავრეს ასევე უწოდებენ, რხევა გენერატორსა და ინდუქციურობას შორის.

ძრავებში მაგნიტური ველის შექმნას აგზნება ეწოდება.

რკალების ღერძულად პარალელურად მაგნიტური ველის შექმნა ხელს უშლის მათ დაკავშირებას, რაც ინარჩუნებს რკალს დიფუზურს. დენი ცენტრალური დენის 5-დან ვრცელდება ოთხ რადიალურად განლაგებულ გამტარ ღეროზე 6, რომელიც პერიფერიაზე მთავრდება რგოლისებური გამტარებით, მაგრამ თითოეული შემოიფარგლება მხოლოდ წრის მეოთხედით. ზოგადად, ეს ქმნის ერთ შემობრუნებას, რომელიც მიედინება მოგზაურობის დენის გარშემო. ამ რგოლოვანი რკალების კიდურები უშუალოდ უკავშირდება მე-7 ელექტროდს, რომელზედაც მიმდინარეობს რკალის დაწყებისა და ჩაქრობის პროცესი. 7, 8 ელექტროდების პირდაპირ კონტაქტურ ზედაპირებს აქვთ რადიალური ჭრილები, რომლებიც ხელს უშლიან რკალების შერწყმას.

AC მანქანებში მაგნიტური ველის შესაქმნელად საჭიროა რეაქტიული სიმძლავრე. აქტიური და რეაქტიული დენები მიედინება ალტერნატიული დენის მანქანის გრაგნილებში. რეაქტიული დენები ქმნიან მბრუნავ მაგნიტურ ველს, ხოლო დენების აქტიური კომპონენტები განსაზღვრავენ მანქანის აქტიურ სიმძლავრეს. მდგრადი რეაქტიული სიმძლავრის მიწოდება შესაძლებელია როგორც სტატორის, ისე როტორის მხრიდან, ან მანქანის ორივე მხრიდან ერთდროულად. აქტიური და რეაქტიული ენერგიის ნაკადების მიმართულებები, მიუხედავად ელექტრული მანქანის მუშაობის რეჟიმისა, შეიძლება ემთხვეოდეს ან იყოს საპირისპირო. ეს ნიშნავს, რომ აქტიური სიმძლავრე შეიძლება მოვიდეს სტატორის მხრიდან, ხოლო რეაქტიული სიმძლავრე როტორის მხრიდან და პირიქით.

მაგნიტუდისა და მიმართულებით განსაზღვრული მაგნიტური ველის შესაქმნელად გამოიყენება ჰელმჰოლცის რგოლები, რომლებიც შედგება ორი წრიული კონტურის გრაგნილისაგან 185 მმ რადიუსით, რომლებიც მდებარეობს ერთმანეთის პარალელურად მანძილზე, რადიუსის ტოლიბეჭდები.

გრაფიკული გაანგარიშება მაგალითად 5 - 4.

მუდმივი მაგნიტები ხშირად გამოიყენება მაგნიტური ველის შესაქმნელად ელექტრო საზომ ინსტრუმენტებსა და აპარატებში.

მაგნიტური ველის შესაქმნელად, გადახრის ხვეულებზე გამოიყენება ხერხის კბილის დენი; ამ შემთხვევაში მაგნიტური ველი იცვლება წრფივი კანონის მიხედვით.

მაგნიტური ველის შესაქმნელად შესაძლებელია როგორც პირდაპირი, ისე ალტერნატიული დენის ელექტრომაგნიტების გამოყენება. კონდენსატორების გაგრილებისთვის გამოყენებული წყლის მაგნიტური დამუშავებისთვის გამოიყენება DC მაგნიტების მქონე მოწყობილობები.

მაგნიტრონის მაგნიტური სისტემის დიზაინი.

მაგნიტური ველის შესაქმნელად გამოიყენება ელექტრომაგნიტები და მუდმივი მაგნიტები.

MHD გენერატორის არხში მაგნიტური ველის შესაქმნელად გამოიყენება სპეციალური მაგნიტური სისტემები, რომლებმაც უნდა უზრუნველყონ მაგნიტუდის სიდიდისა და კონფიგურაციის საჭირო მნიშვნელობები ენერგიის, ზომისა და მასის მინიმალური მნიშვნელობებით. ამ პრობლემის მოგვარება შესაძლებელია მხოლოდ სუპერგამტარი მაგნიტური სისტემებით.

მუდმივი მაგნიტები ხშირად გამოიყენება მაგნიტური ველის შესაქმნელად ზოგიერთ ელექტრო საზომ ინსტრუმენტსა და მოწყობილობაში.

მაგნიტური ველის შესაქმნელად ჩვეულებრივ გამოიყენება მუდმივი მაგნიტები, მაგრამ ძლიერ მაგნიტრონებსა და ელექტრომაგნიტებში. ველის ინდუქცია არის 0 1 - 0 5 T, და დიდი ღირებულებებიჩვეულებრივ შეესაბამება უფრო მოკლე ტალღის სიგრძის მაგნიტრონებს და იმპულსურ მაგნიტრონებს.

ჩვენ ჯერ კიდევ გვახსოვს მაგნიტური ველის შესახებ სკოლიდან, უბრალოდ, ეს არის ის, რაც ყველას არ "აჩნდება" მეხსიერებაში. მოდით განვაახლოთ ის, რაც გამოვიარეთ და იქნებ რაიმე ახალი, სასარგებლო და საინტერესო გითხრათ.

მაგნიტური ველის განსაზღვრა

მაგნიტური ველი არის ძალის ველი, რომელიც მოქმედებს მოძრავ ობიექტებზე. ელექტრო მუხტები(ნაწილაკები). ამ ძალის ველის გამო, ობიექტები ერთმანეთს იზიდავენ. არსებობს ორი სახის მაგნიტური ველი:

  1. გრავიტაციული - იქმნება ექსკლუზიურად ელემენტარული ნაწილაკების მახლობლად და მისი სიძლიერით, ამ ნაწილაკების მახასიათებლებისა და სტრუქტურის საფუძველზე.
  2. დინამიური, წარმოებული მოძრავი ელექტრული მუხტის მქონე ობიექტებში (დენის გადამცემები, მაგნიტირებული ნივთიერებები).

პირველად, მაგნიტური ველის აღნიშვნა შემოიღო მ. ფარადეიმ 1845 წელს, თუმცა მისი მნიშვნელობა ცოტა მცდარი იყო, რადგან ითვლებოდა, რომ როგორც ელექტრული, ისე მაგნიტური ეფექტები და ურთიერთქმედება ეფუძნება იმავე მატერიალურ ველს. მოგვიანებით, 1873 წელს, დ.მაქსველმა „წარმოადგინა“ კვანტური თეორია, რომელშიც დაიწყო ამ ცნებების გამიჯვნა და ადრე გამოყვანილ ძალოვან ველს ეწოდა ელექტრომაგნიტური ველი.

როგორ ჩნდება მაგნიტური ველი?

სხვადასხვა ობიექტების მაგნიტური ველები არ აღიქმება ადამიანის თვალით და მხოლოდ სპეციალურ სენსორებს შეუძლიათ მისი დაფიქსირება. მაგნიტის გამოჩენის წყარო ძალის ველიმიკროსკოპული მასშტაბით არის მაგნიტიზებული (დამუხტული) მიკრონაწილაკების მოძრაობა, რომლებიც:

  • იონები;
  • ელექტრონები;
  • პროტონები.

მათი მოძრაობა ხდება სპინის მაგნიტური მომენტის გამო, რომელიც იმყოფება თითოეულ მიკრონაწილაკში.


მაგნიტური ველი, სად შეიძლება მისი პოვნა?

რაც არ უნდა უცნაურად ჟღერდეს, მაგრამ ჩვენს გარშემო თითქმის ყველა ობიექტს აქვს თავისი მაგნიტური ველი. მიუხედავად იმისა, რომ ბევრის კონცეფციაში მხოლოდ კენჭს, რომელსაც მაგნიტს უწოდებენ, აქვს მაგნიტური ველი, რომელიც იზიდავს რკინის ობიექტებს თავისკენ. სინამდვილეში, მიზიდულობის ძალა ყველა ობიექტშია, ის მხოლოდ ქვედა ვალენტობაში ვლინდება.

ასევე უნდა განვმარტოთ, რომ ძალის ველი, რომელსაც მაგნიტური ეწოდება, ჩნდება მხოლოდ იმ პირობით, რომ ელექტრული მუხტები ან სხეულები მოძრაობენ.


უძრავ მუხტებს აქვთ ელექტრული ძალის ველი (ის შეიძლება იყოს მოძრავ მუხტებშიც). გამოდის, რომ მაგნიტური ველის წყაროებია:

  • მუდმივი მაგნიტები;
  • მობილური გადასახადი.

რა არის სუპერძლიერი მაგნიტური ველები?

მეცნიერებაში სხვადასხვა ურთიერთქმედება და სფერო გამოიყენება ბუნების გასაგებად. ფიზიკური ექსპერიმენტის მსვლელობისას მკვლევარი, რომელიც მოქმედებს კვლევის ობიექტზე, სწავლობს პასუხს ამ ეფექტზე. მისი გაანალიზებით აკეთებენ დასკვნას ფენომენის ბუნების შესახებ. ყველაზე ეფექტური ინსტრუმენტიგავლენა არის მაგნიტური ველი, რადგან მაგნიტიზმი არის ნივთიერებების ფართოდ გავრცელებული თვისება.

მაგნიტური ველის დამახასიათებელი სიმძლავრე არის მაგნიტური ინდუქცია. ქვემოთ მოცემულია სუპერძლიერი მაგნიტური ველების მიღების ყველაზე გავრცელებული მეთოდების აღწერა, ე.ი. მაგნიტური ველები ინდუქციით 100 ტ-ზე მეტი (ტესლა).

Შესადარებლად -

  • ზეგამტარი კვანტური ინტერფერომეტრის (SQUID) გამოყენებით დაფიქსირებული მინიმალური მაგნიტური ველი არის 10 -13 ტ;
  • დედამიწის მაგნიტური ველი - 0,05 მტ;
  • სუვენირების მაცივრის მაგნიტები - 0,05 ტლ;
  • alnico (ალუმინის-ნიკელ-კობალტის) მაგნიტები (AlNiCo) - 0,15 ტ;
  • ფერიტის მუდმივი მაგნიტები (Fe 2 O 3) - 0.35 T;
  • სამარიუმ-კობალტის მუდმივი მაგნიტები (SmCo) - 1,16 ტ;
  • ყველაზე ძლიერი ნეოდიმის მუდმივი მაგნიტები (NdFeB) - 1,3 ტ;
  • დიდი ადრონული კოლაიდერის ელექტრომაგნიტები - 8,3 ტ;
  • უძლიერესი მუდმივი მაგნიტური ველი (ფლორიდის უნივერსიტეტის მაღალი მაგნიტური ველების ეროვნული ლაბორატორია) - 36,2 ტ;
  • ყველაზე ძლიერი იმპულსური მაგნიტური ველი, რომელიც მიღწეულია ინსტალაციის განადგურების გარეშე (ლოს ალამოსის ეროვნული ლაბორატორია, 2012 წლის 22 მარტი) - 100,75 ტ.

ამჟამად „მეგაგაუსის კლუბის“ წევრ ქვეყნებში მიმდინარეობს კვლევები სუპერძლიერი მაგნიტური ველების შექმნის სფეროში და განიხილება საერთაშორისო კონფერენციებზე მეგაგაუსის მაგნიტური ველების გენერირებისა და მასთან დაკავშირებული ექსპერიმენტების შესახებ. გაუსის- მაგნიტური ინდუქციის საზომი ერთეული CGS სისტემაში, 1 მეგაგაუსი = 100 ტესლა).


ასეთი სიძლიერის მაგნიტური ველების შესაქმნელად საჭიროა ძალიან მაღალი სიმძლავრე, ამიტომ, ამჟამად, მათი მიღება შესაძლებელია მხოლოდ იმპულსური რეჟიმში, ხოლო პულსის ხანგრძლივობა არ აღემატება ათეულ მიკროწამს.

გამონადენი ერთბრუნიან სოლენოიდზე

ყველაზე მეტად მარტივი მეთოდიზეძლიერი იმპულსური მაგნიტური ველების მიღება მაგნიტური ინდუქციით 100 ... 400 ტესლა არის ტევადი ენერგიის შესანახი მოწყობილობების განმუხტვა ერთბრუნიან სოლენოიდებზე ( სოლენოიდი- ეს არის ცილინდრული ფორმის ერთფენიანი ხვეული, რომლის მოხვევები მჭიდროდ არის დახვეული და სიგრძე დიამეტრზე ბევრად მეტია).


გამოყენებული ხვეულების შიდა დიამეტრი და სიგრძე, როგორც წესი, არ აღემატება 1 სმ-ს, მათი ინდუქციურობა მცირეა (რამდენიმე ნანოჰენრი), ამიტომ მათში სუპერძლიერი ველების წარმოქმნისთვის საჭიროა მეგაამპერული დონის დენები. ისინი მიიღება მაღალი ძაბვის (10-40 კილოვოლტი) კონდენსატორის ბანკების გამოყენებით დაბალი თვითინდუქციურობით და შენახული ენერგია ათეულიდან ასობით კილოჯოულამდე. ამ შემთხვევაში ინდუქციის მაქსიმალურ მნიშვნელობამდე აწევის დრო არ უნდა აღემატებოდეს 2 მიკროწამს, წინააღმდეგ შემთხვევაში სოლენოიდის განადგურება მოხდება სუპერძლიერი მაგნიტური ველის მიღწევამდე.


სოლენოიდის დეფორმაცია და განადგურება აიხსნება იმით, რომ სოლენოიდში დენის მკვეთრი ზრდის გამო, ზედაპირული ("კანის") ეფექტი მნიშვნელოვან როლს ასრულებს - დენი კონცენტრირებულია თხელ ფენად ზედაპირზე. სოლენოიდი და დენის სიმკვრივე შეიძლება მიაღწიოს ძალიან მაღალ მნიშვნელობებს. ამის შედეგია სოლენოიდის მასალაში მომატებული ტემპერატურისა და მაგნიტური წნევით რეგიონის გამოჩენა. უკვე 100 ტესლას ინდუქციით, კოჭის ზედაპირული ფენა, თუნდაც ცეცხლგამძლე ლითონებისგან დამზადებული, იწყებს დნობას და მაგნიტური წნევა აჭარბებს ყველაზე ცნობილი ლითონების დაჭიმვის სიძლიერეს. ველის შემდგომი ზრდით, დნობის რეგიონი ღრმად ვრცელდება გამტარში და მის ზედაპირზე იწყება მასალის აორთქლება. შედეგად, ხდება სოლენოიდის მასალის ფეთქებადი განადგურება ("კანის ფენის აფეთქება").

თუ მაგნიტური ინდუქციის სიდიდე აღემატება 400 ტესლას, მაშინ ასეთ მაგნიტურ ველს აქვს ენერგიის სიმკვრივე, რომელიც შედარებულია მყარ სხეულებში ატომის შეკავშირების ენერგიასთან და ბევრად აღემატება ქიმიური ფეთქებადი ნივთიერებების ენერგიის სიმკვრივეს. ასეთი ველის მოქმედების ზონაში, როგორც წესი, ხვეულის მასალის სრული განადგურება ხდება ხვეული მასალის გაფართოების სიჩქარით 1 კმ/წმ-მდე.

მაგნიტური ნაკადის შეკუმშვის მეთოდი (მაგნიტური კუმულაცია)

მაქსიმალური მაგნიტური ველის მისაღებად (2800 ტ-მდე) ლაბორატორიაში გამოიყენება მაგნიტური ნაკადის შეკუმშვის მეთოდი ( მაგნიტური კუმულაცია).

გამტარ ცილინდრული გარსის შიგნით ( ლაინერი) რადიუსით r0და განყოფილება S0ინდუქციით იქმნება ღერძული საწყისი მაგნიტური ველი B0და მაგნიტური ნაკადი ფ = B 0 S 0და. შემდეგ ლაინერი სიმეტრიულად და საკმაოდ სწრაფად იკუმშება გარე ძალებით, ხოლო მისი რადიუსი მცირდება რვდა განივი ფართობი მდე ს ფ. კვეთის ფართობის პროპორციულად, ლაინერში შემავალი მაგნიტური ნაკადი ასევე მცირდება. მაგნიტური ნაკადის ცვლილება ელექტრომაგნიტური ინდუქციის კანონის შესაბამისად იწვევს ლაინერში ინდუცირებული დენის წარმოქმნას, რაც ქმნის მაგნიტურ ველს, რომელიც ანაზღაურებს მაგნიტური ნაკადის შემცირებას. ამ შემთხვევაში, მაგნიტური ინდუქცია იზრდება მნიშვნელობის შესაბამისად B f =B 0 *λ*S 0 /ს ფ, სადაც λ არის მაგნიტური ნაკადის კონსერვაციის ფაქტორი.


მაგნიტური კუმულაციის მეთოდი დანერგილია მოწყობილობებში ე.წ მაგნიტოკუმულაციური (ასაფეთქებელი მაგნიტური) გენერატორები. ლაინერის შეკუმშვა ხორციელდება ქიმიური ფეთქებადი ნივთიერებების აფეთქების პროდუქტების წნევით. საწყისი მაგნიტური ველის შექმნის მიმდინარე წყარო არის კონდენსატორის ბანკი. ანდრეი სახაროვი (სსრკ) და კლარენს ფაულერი (აშშ) იყვნენ კვლევის დამფუძნებლები მაგნიტოკუმულაციური გენერატორების შექმნის სფეროში.


1964 წელს ერთ-ერთ ექსპერიმენტში MK-1 მაგნიტოკუმულაციური გენერატორის გამოყენებით 4 მმ დიამეტრის ღრუში დაფიქსირდა რეკორდული ველი 2500 T. ამასთან, მაგნიტური კუმულაციის არასტაბილურობა იყო სუპერძლიერი მაგნიტური ველების ფეთქებადი წარმოქმნის განუმეორებელი ბუნების მიზეზი. მაგნიტური კუმულაციის პროცესის სტაბილიზაცია შესაძლებელია მაგნიტური ნაკადის შეკუმშვით სერიით დაკავშირებული კოაქსიალური ჭურვების სისტემით. ასეთ მოწყობილობებს უწოდებენ სუპერძლიერი მაგნიტური ველების კასკადის გენერატორებს. მათი მთავარი უპირატესობა მდგომარეობს იმაში, რომ ისინი უზრუნველყოფენ სტაბილურ მუშაობას და სუპერძლიერი მაგნიტური ველების მაღალ განმეორებადობას. MK-1 გენერატორის მრავალსაფეხურიანმა დიზაინმა, 140 კგ ასაფეთქებელი ნივთიერების გამოყენებით, რომელიც უზრუნველყოფს ლაინერის შეკუმშვის სიჩქარეს 6 კმ/წმ-მდე, შესაძლებელი გახადა 1998 წელს რუსეთის ფედერალურ ბირთვულ ცენტრში მსოფლიო რეკორდის მაგნიტური ველის მიღება. 2800 ტესლა მოცულობით 2 სმ 3. ასეთი მაგნიტური ველის ენერგიის სიმკვრივე 100-ჯერ აღემატება ყველაზე მძლავრ ქიმიურ ფეთქებადი ნივთიერებების ენერგიის სიმკვრივეს.


ზეძლიერი მაგნიტური ველების გამოყენება

ძლიერი მაგნიტური ველების გამოყენება ფიზიკურ კვლევებში დაიწყო საბჭოთა ფიზიკოსის პიოტრ ლეონიდოვიჩ კაპიცას ნაშრომით 1920-იანი წლების ბოლოს. სუპერძლიერი მაგნიტური ველები გამოიყენება გალვანომაგნიტური, თერმომაგნიტური, ოპტიკური, მაგნიტო-ოპტიკური, რეზონანსული ფენომენების შესწავლაში.

ისინი განსაკუთრებით მიმართავენ:



 

შეიძლება სასარგებლო იყოს წაკითხვა: