Süper güçlü darbeli manyetik alanlar

Yaklaşık bir yıl önce mıknatıslarla birkaç düzine deney yaptım.
Bir fizik ders kitabına bakarsanız, manyetik alan hakkında son derece az görsel bilgi vardır. Manyetik alanın yapısını ima eden talaşla ilgili standart deneyim verilmiştir. Ancak mıknatıslar üzerine yapılacak küçük bir araştırma, bu alanın çok daha fazla özelliğini ortaya çıkarır. Bazıları aşağıda açıklanan deneylerde açıklanmıştır.

Http://magnetix.com.ua/ sitesindeki deneyler için satın alındı:
1. Özel film FD75 - manyetik alan dedektörü. Filmin özü, jöle benzeri bir ortamda nikel parçacıkları içermesi, mikro mıknatıslar olmaları ve harici bir manyetik alanın etkisi altında açılmaları ve böylece filmin şeffaflığını değiştirmesidir. Filmin karardığı yerlerde alan çizgileri filme dik, burada parlaklaşıyor - alan çizgileri filme paralel, yarı ton - mikropartiküllerin amorf pozisyonu veya belirli bir açıda.

2. Neodimyum-demir-bor (NdFeB), sınıf N42 alaşımından 3 cm uzunluğunda ve 1 cm çapında bir eksenel mıknatıs seti. Üreticiye göre çekim kuvveti yaklaşık 3,5 kg'dır.
3. Çapı yaklaşık 7 mm olan çelik bilyalarla 4 * 24 mm 36 küçük eksen mıknatıs seti. Fotoğrafların çoğunda kullanıldı.


Çekim deneyi.

Deneyin özü şu şekildedir - mıknatıslanabilir bir malzemeden küçük bir parçacık almak ve bu parçacığın mıknatıs üzerinde geliş çizgilerini çizmek ve ayrıca çekim bölgesini belirlemek. Mıknatıs düz bir kağıda yapıştırılmıştır. Parçacık olarak yaklaşık 2 mm boyutunda bir vida alınmıştır.
Deneyin sonucu şudur:


Ayrıca mıknatısın orta bölgesindeki vidanın davranışını değerlendirmek için kare kare hareketini görmek için özel olarak bir video çekildi.

Çizgiler, mıknatısın üzerine düşen küçük bir vidanın yörüngesini gösteriyor.
Açıkçası, ders kitaplarındaki manyetik alan çizgilerinin, iki sabit mıknatıs arasındaki etkileşimin yönünü gösteren yukarıdaki çizimle hiçbir ilgisi yoktur.

Cisim her zaman mıknatısın kutuplarından birine yönelir. Dahası, çekim mesafesi daha çok iki nokta = kutup yarıçapı ile çizilen bir daire gibidir. Mıknatıs ekseninde mesafe biraz artar. Kutuplar arasındaki bölgede her iki kutbun çekim kuralı geçerlidir. Bu nedenle, nesne önce mıknatısın ortasına hareket eder ve ardından aniden yörüngesini değiştirir ve fazla çekilen direğe yönelir.
Sonunda - 16 kat yavaşlamış bir video - merkeze düşüyor. Mıknatısın merkezinden direğe son hareketi 1 çerçeve veya daha azdır, yani. 1/25 saniyeden az. Mekaniğin yasalarından bahsedersek, o zaman böyle bir durma, sarsıntı ve dönüş tek kelimeyle harikadır.

Aslında manyetik alan çizgilerinin klasik yönü, emme modunda mıknatısın kutuplarından manyetik iğneye etki eden 2 kuvvet kullanılarak açıklanabilir. Kuzey kutbu okun güney kutbuna, güney kutbu kuzey kutbuna etki eder ve okun manyetik alanı mıknatısa ters etki yapar. Her iki kutuptan gelen kuvvetler eşit olduğunda, alan çizgisi mıknatısın eksenine paraleldir. Eşit olmadığında - ok açılıdır veya en yakın direğe doğru yönlendirilmiştir.

Deneyden, manyetik alanın klasik çizgilerinin bir manyetik alan yerine "bazı illüzyonlar" çizdiği anlaşıldı. Bu bir kuvvet vektörü bile değildir, çünkü onların yardımıyla videodaki parçacığın neden manyetik alan çizgilerine paralel değil de dik uçtuğunu açıklamak imkansızdır.

Manyetik olarak duyarlı bir film kullanarak alanın incelenmesi.

Bir mıknatısın klasik alanı.






Kutuplarda, çizgiler filme dik, mıknatısın ortasında - paralel olarak uzanır. Klasikler gibi. 30 * 10'luk bir mıknatıs için alan genişliği yaklaşık 3 cm'dir. Fotoğraflarda iki mıknatısın keskin yapışma izlerinden ve film boyunca darbelerden filmde kusurlar olduğunu hemen söylemeliyim. Onları görmezden gelebilirsin.

İki bağlı mıknatısın alanı.






Fotoğraftan, birleştirilmiş iki mıknatısın alanının daha uzun bir mıknatısın alanına hiç eşit olmadığı görülebilir. Mıknatısların ortasında, manyetik alan çizgileri dışarı çıkar, yani. çizgiler Kuzey Kutbu bir mıknatıs diğer mıknatısın güney kutbuna doğruca gitmez. Kutuplar arasında tarlanın belirli bir tümseği vardır. Ek olarak, bazen film, mıknatısın ekseni boyunca bazı eserler gösterir (örneğin fotoğrafta olduğu gibi), ancak bu her zaman böyle değildir, sadece filmdeki bir kusur olabilir. Tek bir mıknatıs asla böyle eserler göstermese de.
Aslında, böyle bir mıknatısın üç çekim bölgesi vardır. İkisi kenarlarda ve biri orta noktada. Sonuç olarak, dik olarak tutturulmuş başka bir mıknatıs, ortada sabit bir nokta bulur, ancak bütün bir mıknatısla bu şekilde bir mıknatıs tutturmak asla mümkün olmayacaktır - kesinlikle kutuplardan birine çekilecektir.

Ayrıca, iki veya daha fazla bağlı mıknatısın alanı, tek bir mıknatısın alanından belirgin şekilde daha zayıftır. Bu, örneğin bu fotoğrafta görülebilir:
Ortadaki mıknatısın yanında çekim bölgesi neredeyse sıfır iken, dıştaki mıknatısların yanında belirgin bir şekilde büyür ve tek bir mıknatısın yanında daha da büyür. Eşleşmiş mıknatısların alanlarının birbirini koruduğu ve belki de birbirinden bağımsız hareket ederek sonunda kuvvet vektörünü telafi ettiği ortaya çıktı. Bu, belki de, kuplaj manyetik alanının artefaktlarını açıklar.

Mıknatıs ve çelik bilye alanı.






Alan genellikle klasik bir mıknatısın alanına benzer, sadece topun yakınında biraz şişiyor ve çizgileri topa doğru kaydırıyor.

İki mıknatıs ve bir topun alanı.











Fotoğraf, dört çekim kutbunun varlığını göstermektedir. Çeki demirinin kenarlarında ve topun her iki tarafındaki alanda. Dahası, topun direkleri adeta sıkıştırılmıştır. Topun etrafındaki manyetik çizgiler filme oldukça paraleldir. Bir top, bağlantılı topun yakınındaki böyle bir bağlantıya takılırsa, o zaman en yakın iki kutuptan birine çekilecektir, çok daha yakın ve daha güçlü alan. Buradan, alanı indüklenmesine rağmen topun bağımsız bir mıknatıs gibi davrandığını söyleyebiliriz.

Böyle bir aksama da iyidir çünkü mıknatıslar yüzeye değmezse ve tüm sürtünme kuvveti yalnızca top üzerindeyse, o zaman böyle bir kombinasyon bir pusula iğnesi gibi çalışmaya başlar ve Dünya'nın dış manyetik alanına göre döner.

Zıt yönlü iki mıknatıs ve bir topun alanı.

Ve burada ilk sürprizi bekliyoruz. Ve karşı işaretin küçük mıknatıslarının topun içinden kolayca çekildiği sonucuna varır.










Fotoğraf, top seviyesinde büyük bir şişliği göstermektedir. Tüm sistemin sadece üç kutbu vardır. Topun alan çizgileri, genellikle iki itici mıknatıs için normal olan filme diktir. Ancak ortaya çıkan bağlantının vidasının çekim bölgesine bakarsanız, topun tüm yüzeyi ile tam teşekküllü bir direk gibi davrandığını görebilirsiniz. Topun yakınındaki çekim bölgesi, mıknatısların kenarlarına göre biraz daha büyüktür, bu, iten mıknatısların alanlarının (aynı işaretli bir alan) kısmi toplamıyla kolayca açıklanabilir.

Aynı zamanda ikinci mıknatısın her zaman aynı kutup tarafından topa çekildiği söylenemez. Gerçekte, bu çok dar bir bölgedir - mıknatısın hangi tarafa getirileceğine bağlı olarak toptan 1-3 mm civarında bir çekim gözlemlenir. Daha sonra itme bölgesi gelir ve mıknatısın ekseni boyunca itme, yandan biraz daha zayıftır.
(Not, mıknatıs itme deneyleri hakkında daha fazla bilgi edinin)

Bir topa maksimum 4 itici mıknatıs takılabilir. Bu durumda çekim bölgesi, mıknatısların birbirinden merkez itme ekseni üzerinde 1,5-2 kat artar.

Daha güçlü mıknatıslar için, topun yakınında hiç çekim olmaz - herhangi bir mesafede itmeye devam ederler. Özellikle 10*30 büyüklüğündeki büyük bir mıknatıs için, sadece aynı anda 3 çelik bilya koyarsanız alanın bir kısmını koruyabilir ve küçük mıknatısın çekmesini sağlayabilirsiniz.





Aynı zamanda fotoğraf, şişme alanının olduğu gibi toplar boyunca uzandığını gösteriyor.

Mıknatıslar kendi aralarında itme sınırında serbestçe uzanırlarsa, aralarında zayıf bir "alan şişmesi" olur, ancak zorla güçlü itme bölgesinde tutulurlarsa, o zaman resim yine üç kutuplu bir biçim alır.






İki anti-bağlanmış mıknatısın alanı.






4 kutup ve her ikisinin ekseni boyunca hafif kavisli bir alan görülebilir. Bu eğrilik en iyi 36 mıknatıstan oluşan bir küpte görülür: bir dama tahtası düzeninde sıralanırlar.


2 veya daha fazla mıknatısın bağlanması, tüm manyetik alanını neredeyse tamamen kendi üzerine kapatmasıyla karakterize edilir. Kutupların yakınındaki manyetik alan hala küçüktür, yan duvarların yakınındaki alan ise neredeyse tamamen yoktur.

Film, 5-7 mm mesafede mıknatısların üzerine hafifçe kaldırılırsa, alanın olduğu gibi genişlediği açıktır, yani. alanın gücü ve dikliği zayıflarken, manyetik alan çizgilerinin klasik modeliyle tam uyum içindedir.











Sabit sürücüden gelen manyetik alan.

Eski sabit disklerde oldukça güçlü mıknatısları kaldırabilirsiniz:





Böyle bir mıknatısın özelliği, aslında iki SN + NS mıknatısının bir kuplajı olmasıdır. Ayrıca, her bir yarının mıknatıslanma ekseni, fotoğrafın gözlemcisine yöneliktir. Onlar. mıknatısın kalınlığına dik. Neredeyse hiç yan yüz olmaması ve bu tür mıknatıslar nedeniyle (neredeyse düzdür, mıknatısın kalınlığı sadece 1,5 mm'dir), filme dik olan manyetik alan çizgilerinin kenarlarının ötesine uzandığı görülebilir. , uzun yuvarlak mıknatıslarda durum böyle değildir.

Alanın itilmesi ve taranması ile ilgili deneyler.

Uygulamanın gösterdiği gibi, iki mıknatısın etkileşimini araştırmak ve ölçmek, oldukça açık bir şekilde davranan mıknatıslanabilir çarklarla çalışmaktan çok daha zor olduğu ortaya çıktı. Burada, her biri birbirini etkilemeye çalışan iki aktif bileşenle uğraşıyoruz. Belirsizlik, aynı ölçümün farklı sonuçlar gösterebilmesi gerçeğinde yatmaktadır. Onlar. etkileşimlerindeki mıknatıslar, örneğin farklı mesafelerde itilmeye başlar. Ve bunun nedeni iki faktörde yatıyor. İlk faktör, mıknatısların etkileşim açısıdır. İkinci faktör, bir şekilde mıknatısın birbirine doğru hareketinin hızı ve yönü ile ilgilidir.
Bu nedenle, iki mıknatıs ve bir top ile yapılan önceki test farklı sonuçlar verdi (orada top, mıknatısın alanını koruyor gibiydi). Aslında olmuyormuş gibi.
İtme gerçeğini kesin olarak belirlemek için, ikinci mıknatısın birinciye başka bir mıknatısın kutbu yönünde değil, karşılıklı itme yönünde yerleştirilmesi gerektiğine karar verildi. Fotoğraftan da görebileceğiniz gibi, bu kesinlikle aynı şey değil.

Mıknatısların itme bölgesi, belirli bir yarıçap veya kutuptan ona yakın bir eğridir, çizgiler ise itme açısındaki değişimi gösterir. Açı çok hızlı bir şekilde yönünü değiştirir ve sonunda 180 derece döner, ardından yalnızca çekim veya birbirinden farklı kutuplara sahip bir kutup tarafından zaten itme gelir. Başka herhangi bir açıda, mıknatıslar çok daha erken etkileşime başlar. Bu, her şeyden önce, mıknatısın dönmeye başlaması gerçeğinden oluşur, çünkü ona iki kuvvet etki eder. Biri itme kuvveti, ikincisi ise diğer kutba olan çekim kuvvetidir. Onlar. dönüş yapmak için bir araya gelen iki kuvvet vardır ve bu bölge doğrudan bir itmeden çok daha geniştir. Ayrıca, bazen tersine çevirme sonuçsuz gerçekleşir ve bazen itme sınırından daha uzak olan bölgeden keskin bir çekime yol açar. Yine, tersine çevirmenin kendisi mıknatısı kısmen yaklaştırabilir. Topu yerleştirdikten sonra, itme bölgesi aynı yöntemle kontrol edildi (çarpılarla işaretlendi). Aslında her şeyin topun çapı kadar kaydığı ortaya çıktı. Onlar. kendine yakın çekim yaratan bir öğenin görünümüne rağmen, itme bölgesinin kendisi pek değişmedi. Bu arada, ters bölge, mıknatısların eksenlerinin paralellik kuralı ile belirlendi. Çünkü farklı bir açıdan tamamen farklı bir resim elde edebilirsiniz.

Mıknatısın boyutuna ve gücüne kıyasla çok büyük bir mıknatıslanabilir ekran koyarsanız, resim temelde değişir. Ekran, bir tür çelikten yapılmış 16 mm çapında, yaklaşık 5 cm uzunluğunda ve 1 mm kalınlığında bir borunun zeminidir.
İtme bölgesi aslında tamamen ortadan kalkar. Bunun yerini büyük bir çekim bölgesi ve biraz daha fazlası = büyük bir ters bölge alır, bundan sonra mıknatıs ekrana çekilme eğilimindedir. Çekim bölgesi, ekranın diğer tarafında mıknatısın yanında da çalışır. Ancak mıknatıstan daha ileri giderseniz, o zaman olağan itme orada etki eder ve bir yandan ekranın aslında bunun üzerinde herhangi bir etkisi olmaz, yalnızca ekranın yakınındaki alanı değiştirir. Bu, plakanın her iki tarafında büyük bir çekim zirvesi ile manyetik alanın asimetrik bir dağılımına neden olur.


Sayfa 1


Bobin çevresinde manyetik alan oluşması alternatörün enerjisinden kaynaklanır - Akım arttığında jeneratörden enerji alınırken manyetik alan artar. Akım azaldığında alan, içinde biriken enerjiyi elektrik devresine geri döndürür. Genel olarak, alternatif akım süresi boyunca, endüktanslı bir devrede enerji tüketimi oluşmaz. Jeneratör ile endüktans arasında salınan reaktif güç de denir.

Motorlarda manyetik alan oluşmasına uyarma denir.

Arklara eksenel olarak paralel bir manyetik alan oluşturmak, bunların bağlanmasını engeller ve bu da arkın dağılmasını sağlar. Merkezi akım hattından (5) gelen akım, halka biçimli iletkenlerle periferide biten, ancak her biri bir dairenin yalnızca dörtte biri ile sınırlı olan, radyal olarak düzenlenmiş dört iletken parmaklığa (6) yayılır. Genel olarak, bu, açma akımının etrafında akan bir dönüş oluşturur. Bu dairesel yayların uçları, arkın başlatılması ve söndürülmesi işleminin gerçekleştiği elektrot 7'ye doğrudan bağlıdır. Elektrotların (7, 8) doğrudan temas eden yüzeyleri, arkların birleşmesini önleyen radyal yarıklara sahiptir.

AC makinelerde manyetik alan oluşturmak için reaktif güç gereklidir. Bir alternatif akım makinesinin sargılarında aktif ve reaktif akımlar akar. Reaktif akımlar dönen bir manyetik alan oluşturur ve akımların aktif bileşenleri makinenin aktif gücünü belirler. Kararlı durum reaktif gücü, hem stator hem de rotor tarafından veya aynı anda makinenin her iki tarafından sağlanabilir. Elektrik makinesinin çalışma şeklinden bağımsız olarak aktif ve reaktif enerji akışlarının yönleri çakışabilir veya zıt olabilir. Bu, aktif gücün stator tarafından ve reaktif gücün rotor tarafından gelebileceği ve bunun tersi anlamına gelir.

Büyüklüğü ve yönü belirtilen bir manyetik alan oluşturmak için, birbirine belirli bir mesafede paralel yerleştirilmiş 185 mm yarıçaplı iki dairesel kontur sargısından oluşan Helmholtz halkaları kullanılır, yarıçapa eşit yüzükler.

Grafiksel hesaplama, örneğin 5 - 4.

Kalıcı mıknatıslar genellikle elektrikli ölçüm aletleri ve aparatlarında manyetik alan oluşturmak için kullanılır.

Bir manyetik alan oluşturmak için saptırma bobinlerine bir testere dişi akımı uygulanır; bu durumda manyetik alan doğrusal bir yasaya göre değişir.

Bir manyetik alan oluşturmak için hem doğru hem de alternatif akımın elektromıknatıslarını kullanmak mümkündür. Kondenserleri soğutmak için kullanılan suyun manyetik arıtımı için DC mıknatıslı cihazlar kullanılır.

Magnetronun manyetik sisteminin tasarımı.

Manyetik alan oluşturmak için elektromıknatıslar ve kalıcı mıknatıslar kullanılır.

MHD jeneratörünün kanalında bir manyetik alan oluşturmak için, manyetik alanın gerekli büyüklük ve konfigürasyon değerlerini minimum enerji, boyut ve kütle değerlerinde sağlaması gereken özel manyetik sistemler kullanılır. Bu sorun ancak süper iletken manyetik sistemlerle çözülebilir.

Kalıcı mıknatıslar genellikle bazı elektrikli ölçüm aletlerinde ve aparatlarda manyetik alan oluşturmak için kullanılır.

Bir manyetik alan oluşturmak için genellikle kalıcı mıknatıslar kullanılır, ancak güçlü magnetronlar ve elektromıknatıslarda kullanılır. Alan indüksiyonu 0 1 - 0 5 T'dir ve büyük değerler genellikle daha kısa dalga boylu magnetronlara ve darbeli magnetronlara karşılık gelir.

Hala okuldaki manyetik alanı hatırlıyoruz, işte bu, herkesin anılarında "açılmıyor". Yaşadıklarımızı tazeleyelim ve belki size yeni, yararlı ve ilginç bir şey söyleyelim.

Manyetik alanın belirlenmesi

Manyetik alan, hareket eden nesnelere etki eden bir kuvvet alanıdır. elektrik ücretleri(parçacıklar). Bu kuvvet alanı sayesinde cisimler birbirini çeker. İki tür manyetik alan vardır:

  1. Yerçekimi - bu parçacıkların özelliklerine ve yapısına bağlı olarak, yalnızca temel parçacıkların ve viruetsya'nın yakınında oluşturulur.
  2. Dinamik, hareketli elektrik yükleri olan nesnelerde üretilir (akım vericileri, manyetize edilmiş maddeler).

Manyetik alanın tanımı ilk kez 1845'te M. Faraday tarafından tanıtıldı, ancak anlamı biraz hatalıydı, çünkü hem elektrik hem de manyetik etkilerin ve etkileşimin aynı malzeme alanına dayandığına inanılıyordu. Daha sonra 1873'te D. Maxwell, bu kavramların ayrılmaya başladığı ve önceden türetilen kuvvet alanının elektromanyetik alan olarak adlandırıldığı kuantum teorisini "sundu".

Manyetik alan nasıl ortaya çıkar?

Çeşitli nesnelerin manyetik alanları insan gözü tarafından algılanmaz ve yalnızca özel sensörler bunu düzeltebilir. Manyetik görünümün kaynağı güç alanı mikroskobik ölçekte mıknatıslanmış (yüklü) mikropartiküllerin hareketidir, bunlar:

  • iyonlar;
  • elektronlar;
  • protonlar.

Hareketleri, her bir mikroparçacıkta bulunan dönme manyetik momenti nedeniyle gerçekleşir.


Manyetik alan, nerede bulunabilir?

Kulağa ne kadar garip gelse de, etrafımızdaki hemen hemen tüm nesnelerin kendi manyetik alanları vardır. Birçoğunun konseptinde olmasına rağmen, sadece mıknatıs adı verilen bir çakıl taşı, demir nesneleri kendisine çeken bir manyetik alana sahiptir. Aslında, çekim gücü tüm nesnelerdedir, yalnızca daha düşük bir değerde kendini gösterir.

Manyetik olarak adlandırılan kuvvet alanının, yalnızca elektrik yüklerinin veya cisimlerin hareket etmesi durumunda ortaya çıktığı da açıklığa kavuşturulmalıdır.


Hareketsiz yüklerin bir elektrik kuvvet alanı vardır (hareket eden yüklerde de bulunabilir). Manyetik alanın kaynaklarının şunlar olduğu ortaya çıktı:

  • kalıcı mıknatıslar;
  • mobil ücretler.

Süper güçlü manyetik alanlar nelerdir?

Bilimde, doğayı anlamak için çeşitli etkileşimler ve alanlar araç olarak kullanılmaktadır. Fiziksel bir deney sırasında, araştırma nesnesi üzerinde hareket eden araştırmacı, bu etkiye verilen tepkiyi inceler. Bunu analiz ederek, fenomenin doğası hakkında bir sonuca varırlar. En etkili araç Etki manyetik bir alandır, çünkü manyetizma maddelerin yaygın bir özelliğidir.

Bir manyetik alanın güç özelliği manyetik indüksiyondur. Aşağıda, süper güçlü manyetik alanlar elde etmek için en yaygın yöntemlerin bir açıklaması bulunmaktadır, örn. indüksiyonu 100 T'nin (tesla) üzerinde olan manyetik alanlar.

Karşılaştırma için -

  • süper iletken kuantum interferometre (SQUID) kullanılarak kaydedilen minimum manyetik alan 10-13 T'dir;
  • Dünyanın manyetik alanı - 0,05 mT;
  • hediyelik buzdolabı magnetleri - 0,05 TL;
  • alniko (alüminyum-nikel-kobalt) mıknatıslar (AlNiCo) - 0,15 T;
  • ferrit kalıcı mıknatıslar (Fe203) - 0,35 T;
  • samaryum-kobalt kalıcı mıknatıslar (SmCo) - 1,16 T;
  • en güçlü neodim kalıcı mıknatıslar (NdFeB) - 1,3 T;
  • Büyük Hadron Çarpıştırıcısının elektromıknatısları - 8.3 T;
  • en güçlü kalıcı manyetik alan (Florida Üniversitesi Yüksek Manyetik Alanlar Ulusal Laboratuvarı) - 36,2 T;
  • kurulumu bozmadan elde edilen en güçlü darbeli manyetik alan (Los Alamos Ulusal Laboratuvarı, 22 Mart 2012) - 100,75 T.

Şu anda, "Megagauss Kulübü" üye ülkelerinde süper güçlü manyetik alanlar yaratma alanında araştırmalar yürütülmekte ve megagauss manyetik alanların oluşturulması ve ilgili deneyler hakkındaki Uluslararası konferanslarda tartışılmaktadır ( gauss- CGS sisteminde manyetik indüksiyon ölçüm birimi, 1 megagauss = 100 tesla).


Bu tür güçte manyetik alanlar oluşturmak için çok yüksek bir güç gereklidir, bu nedenle şu anda bunlar yalnızca darbeli modda elde edilebilir ve darbe süresi onlarca mikrosaniyeyi geçmez.

Tek turlu bir solenoid üzerinde deşarj

en çok basit yöntem 100 ... 400 Tesla aralığında manyetik indüksiyonlu süper güçlü darbeli manyetik alanların elde edilmesi, tek dönüşlü solenoidlerde kapasitif enerji depolama cihazlarının deşarjıdır ( solenoid- bu, dönüşleri yakından sarılmış ve uzunluğu çaptan çok daha büyük olan, silindirik bir şekle sahip tek katmanlı bir bobindir).


Kullanılan bobinlerin iç çapı ve uzunluğu genellikle 1 cm'yi geçmez, endüktansları küçüktür (birkaç nanohenri), bu nedenle içlerinde süper güçlü alanlar oluşturmak için megaamper seviyesinde akımlar gerekir. Düşük öz endüktanslı ve onlarca ila yüzlerce kilojoule arasında depolanmış enerjiye sahip yüksek voltajlı (10-40 kilovolt) kapasitör bankaları kullanılarak elde edilirler. Bu durumda, indüksiyonun maksimum değere yükselme süresi 2 mikrosaniyeyi geçmemelidir, aksi takdirde süper güçlü manyetik alana ulaşılmadan önce solenoidin yıkımı gerçekleşir.


Solenoidin deformasyonu ve tahrip olması, solenoiddeki akımdaki keskin bir artış nedeniyle, yüzey ("cilt") etkisinin önemli bir rol oynamasıyla açıklanır - akım, yüzeyinde ince bir tabaka halinde yoğunlaşır. solenoid ve akım yoğunluğu çok yüksek değerlere ulaşabilir. Bunun sonucu, solenoidin malzemesinde yüksek sıcaklığa ve manyetik basınca sahip bir bölgenin ortaya çıkmasıdır. Zaten 100 Tesla'lık bir indüksiyonda, bobinin yüzey tabakası, refrakter metallerden yapılmış olsa bile erimeye başlar ve manyetik basınç, bilinen çoğu metalin gerilme kuvvetini aşar. Alanın daha da artmasıyla erime bölgesi iletkenin derinliklerine kadar uzanır ve yüzeyinde malzemenin buharlaşması başlar. Sonuç olarak, solenoid malzemesinin patlayıcı bir şekilde tahrip olması meydana gelir ("cilt tabakasının patlaması").

Manyetik indüksiyonun büyüklüğü 400 Tesla'yı aşarsa, o zaman böyle bir manyetik alan, katılardaki bir atomun bağlanma enerjisine benzer bir enerji yoğunluğuna sahiptir ve kimyasal patlayıcıların enerji yoğunluğunu çok aşar. Böyle bir alanın etki bölgesinde, kural olarak, bobin malzemesinin tamamen yok edilmesi, bobin malzemesinin saniyede 1 km'ye kadar genleşme hızı ile gerçekleşir.

Manyetik akı sıkıştırma yöntemi (manyetik birikim)

Laboratuvarda maksimum manyetik alanı (2800 T'ye kadar) elde etmek için manyetik akı sıkıştırma yöntemi kullanılır ( manyetik birikim).

İletken bir silindirik kabuğun içinde ( astar) yarıçaplı r0 ve bölüm S0 indüksiyon ile eksenel bir başlangıç ​​manyetik alanı oluşturulur B0 ve manyetik akı F = B 0 S 0 Ve. Daha sonra astar, dış kuvvetler tarafından simetrik olarak ve oldukça hızlı bir şekilde sıkıştırılırken, yarıçapı RF ve enine kesit alanı kadar S f. Kesit alanıyla orantılı olarak astara nüfuz eden manyetik akı da azalır. Elektromanyetik indüksiyon yasasına göre manyetik akıdaki değişiklik, manyetik akıdaki azalmayı telafi etme eğiliminde olan bir manyetik alan oluşturan astarda indüklenen bir akımın oluşmasına neden olur. Bu durumda, manyetik indüksiyon değere göre artar. B f =B 0 *λ*Ö 0 /S fλ, manyetik akı koruma faktörüdür.


Manyetik birikim yöntemi denilen cihazlarda uygulanmaktadır. manyetokümülatif (patlayıcı manyetik) jeneratörler. Astarın sıkıştırılması, kimyasal patlayıcıların patlama ürünlerinin basıncı ile gerçekleştirilir. İlk manyetik alanı oluşturmak için akım kaynağı bir kapasitör bankasıdır. Andrei Sakharov (SSCB) ve Clarence Fowler (ABD), manyetokümülatif jeneratörler oluşturma alanındaki araştırmaların kurucularıydı.


1964'teki deneylerden birinde, bir MK-1 manyetokümülatif jeneratör kullanılarak 4 mm çapındaki bir boşlukta 2500 T'lik bir kayıt alanı kaydedildi. Bununla birlikte, manyetik birikimin istikrarsızlığı, süper güçlü manyetik alanların patlayıcı oluşumunun tekrarlanamaz doğasının nedeniydi. Manyetik birikim sürecinin stabilizasyonu, manyetik akıyı seri bağlı koaksiyel kabuklardan oluşan bir sistemle sıkıştırarak mümkündür. Bu tür cihazlara süper güçlü manyetik alanların kademeli jeneratörleri denir. Ana avantajları, istikrarlı çalışma ve süper güçlü manyetik alanların yüksek tekrar üretilebilirliğini sağlamalarıdır. 140 kg patlayıcı kullanan ve 6 km / s'ye kadar astar sıkıştırma hızı sağlayan MK-1 jeneratörünün çok aşamalı tasarımı, 1998 yılında Rusya Federal Nükleer Merkezinde dünya rekoru olan bir manyetik alan elde etmeyi mümkün kıldı. 2 cm3 hacimde 2800 tesla. Böyle bir manyetik alanın enerji yoğunluğu, en güçlü kimyasal patlayıcıların enerji yoğunluğunun 100 katından fazladır.


Süper güçlü manyetik alanların uygulanması

Fiziksel araştırmalarda güçlü manyetik alanların kullanılması, 1920'lerin sonlarında Sovyet fizikçi Pyotr Leonidovich Kapitsa'nın çalışmalarıyla başladı. Süper güçlü manyetik alanlar, galvanomanyetik, termomanyetik, optik, manyeto-optik, rezonant fenomen çalışmalarında kullanılır.

Bunlar özellikle geçerlidir:





 

Şunları okumak faydalı olabilir: