Was erzeugt die Stärke eines Magnetfelds: verschiedene Methoden und Fakten

In diesem Artikel werden wir diskutieren, was die Stärke eines Magnetfelds erzeugt und welche verschiedenen Faktoren für seine Entstehung verantwortlich sind.

Was die Stärke des Magnetfelds erzeugt, ist, dass der Magnetfluss eine Längeneinheit des Leiters durchquert und mit zunehmender Flussdichte pro Längeneinheit zunimmt.

Magnetfeld und seine Intensität

Sehen wir uns nun verschiedene Methoden und einige Fakten zu einem Magnetfeld an.

Wissen Sie zunächst, wie der Magnet entdeckt wurde?

Ein Hirte namens Magnas, der in Griechenland lebte, trug einen Stock mit sich, um die Schaf- und Ziegenherde zu kontrollieren, die ein Eisen darunter hatte, das am Felsen klebte. Das Gestein war ein natürlicher Magnet, reich an Eisen (Fe-Gehalt) namens Magnetit. Daher fand die Entdeckung des Magneten in Griechenland statt und heute wird dieser Ort Magnesia genannt, ein Name, der auf der Entdeckung des Magneten basiert.

Da die magnetische Feldstärke der Erde am Nord- und Südpol am größten ist, ist der Magnet immer in Nord-Süd-Richtung ausgerichtet und wird daher zur Richtungsbestimmung bei Seefahrten verwendet. Insbesondere Neigungsmesser werden von den meisten Geologen verwendet, um den Höhenwinkel der Felsen zu messen.

Was erzeugt die Stärke eines Magnetfeldes?

Magnetfeldstärke ist eine Kraft benötigt, um eine Flussdichte in einem Material pro Längeneinheit des Materials zu erzeugen und dargestellt als:

H=(B/μ)-M

Wobei B eine magnetische Flussdichte ist,
M ist Magnetisierung und
m ist die magnetische Permeabilität.

Die magnetische Stärke hängt von den gesamten magnetischen Feldlinien ab, die die gesamte Querschnittsfläche des Materials durchdringen. Diese magnetischen Feldlinien werden als magnetischer Fluss bezeichnet, und die Dichte des magnetischen Flusses korreliert direkt mit der Feldstärke. Die magnetische Flussdichte hängt in erster Linie von der Anzahl der Elektronenspins oder dem Dipolmoment im Material ab.

In einem Atom finden sich Elektronen gepaart mit Elektronen mit entgegengesetztem Spin und es wird normalerweise im Fall von Edelgaselementen gefunden, die eine vollständige äußerste Valenzschale haben und alle Elektronen sind miteinander gepaart; ein Beispiel für solche Elemente sind Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon, Radon.

Atome mit ungepaarten Elektronen paaren sich mit Elektronen des anderen Atoms, um ihre äußere Hülle zu vervollständigen und ein stabiles Element zu werden. Diese Atome mit ungepaarte Elektronen erzeugen ein Magnetfeld. Das ungepaarte Elektron kreist um die Atomkerne und die Bewegung der freien Elektronen beeinflusst die Entstehung des Magnetfeldes. Mit zunehmender Anzahl verfügbarer freier Elektronen nehmen auch die im Material beobachteten magnetischen Effekte zu.

Wenn Strom durch einen beliebigen Leiter geleitet wird, findet die Bewegung von Elektronen statt, die induziert elektromagnetische Kraft. Angenommen, Sie nehmen einen drahtdurchflossenen Strom und platzieren eine Magnetnadel daneben, dann erkennen Sie die Auslenkung der Magnetnadel. Dies liegt daran, dass die sich bewegenden Elektronen im stromdurchflossenen Leiter ein Magnetfeld in der Richtung erzeugen, die der Bewegung der Elektronen entgegengerichtet ist.

Gemäß der Daumenregel für die rechte Hand verläuft das Magnetfeld im Uhrzeigersinn, wenn die Strombewegung von Süden nach Norden erfolgt, und die magnetische Kraft wird in westlicher Richtung wahrgenommen. Wenn wir uns bewegen magnetische Nadel vom stromdurchflossenen Draht entfernt, wird der gleiche Effekt mit zunehmendem Abstand zwischen Draht und Magnetnadel schwächer. Daher können wir feststellen, dass die Die magnetische Feldstärke nimmt mit der Entfernung ab.

Magnetische Feldstärke hängt auch vom intrinsischen magnetischen Moment des Teilchens ab. Das magnetische Moment ist eine Größe, die das Drehmoment bestimmt, das die Dipole in Gegenwart des äußeren Magnetfelds erfahren.

In Abwesenheit eines Magnetfelds sind die magnetischen Momente zufällig orientiert und es wird keine Nettomagnetisierung erzeugt; beim Anlegen des Magnetfeldes orientieren sich diese Atommomente in Richtung des angelegten Feldes, was zu einer Nettomagnetisierung parallel zum angelegten Feld führt. Daher Magnetisierung hängt von der Dichte des magnetischen Moments im Material, der Bewegung der Elektronen in den Atomen und dem Spin des Elektrons oder der Kerne ab und wird als magnetisches Moment pro Volumeneinheit eines Festkörpers definiert.

Die Stärke des Magnetfeldes hängt auch von Das magnetische Moment, das sich pro Volumeneinheit des Materials in Gegenwart eines äußeren Feldes aufbaut, wird als magnetische Suszeptibilität bezeichnet.

Basierend auf dieser Eigenschaft werden Materialien in diamagnetische, paramagnetische oder ferromagnetische eingeteilt. Es ist bekannt, dass ferromagnetisches Material eine hohe magnetische Suszeptibilität aufweist, da es hohe magnetische Eigenschaften zeigt und seine magnetischen Eigenschaften selbst in Abwesenheit eines externen Magnetfelds beibehält. Eisen, Nickel, Kobalt sind einige der ferromagnetischen Materialien.

Bewegte Elektronen im Magnetfeld erfahren die Kraft, die senkrecht zu ihrer eigenen Geschwindigkeit steht und die magnetische Kraft B wird wie folgt dargestellt:

F=qvB

Wobei q eine Gebühr ist
v ist die Geschwindigkeit der Ladung
B ist ein Magnetfeld

Die Eigenschaft des Materials, den magnetischen Fluss abzustoßen, wird als magnetische Permeabilität bezeichnet. Das Material hat eine hohe Permeabilität, wenn der maximale magnetische Fluss es durchquert.

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SI-Einheit der magnetischen Feldstärke

Die magnetische Flussdichte wird als Fluss pro Flächeneinheit gemessen, der Weber/m . ist² was einem Tesla entspricht. Oder wir können sagen, es wird als Kraft gemessen, die erforderlich ist, um den magnetischen Fluss in einer Längeneinheit in Metern pro Ampereeinheit zu induzieren, und als N/Am . angegeben

Die SI-Einheit der magnetischen Suszeptibilität wird als Newton pro Amperequadrat angegeben N/A² und die der Magnetisierung wird als Ampere pro Meter A/m dargestellt. Setzen wir dies in Gleichung (1) ein, erhalten wir:

(N/Am)*(A²/N)=(A/M)

Daraus ergibt sich die SI-Einheit der magnetischen Feldstärke in Ampere pro Meter. In der CGS-Einheit ist es Oersted, benannt nach dem dänischen Wissenschaftler Hans Christian Oersted, der als erster den Zusammenhang zwischen Elektrizität und Magnetismus entdeckte.

Die Stärke des Magnetfeldes wird mit einem Magnetometer gemessen. Induktionsmagnetometer, Magnetometer mit rotierender Spule, Hall-Effekt-Magnetometer, NMR-Magnetometer, Fluxgate-Magnetometer sind einige Beispiele für Magnetometer.

Der Hall-Effekt ist ein Verfahren zur Bestimmung der Anzahldichte des Trägers und der Trägertypen. Wenn das Magnetfeld senkrecht zum Leiter angelegt wird, baut sich im Leiter eine Spannung senkrecht zum Magnetfeld sowie der Strom auf.

Gouy Balance ist eine traditionelle Methode zur Ermittlung der magnetischen Suszeptibilität des Materials, die auf der Idee der Schwerkraft basiert.

Oft gestellte Frages

Wie berechnet man die magnetische Feldstärke in einem 5 m langen Solenoid mit 2000 Schleifen und einer Stromstärke von 2000 A?

Ermitteln Sie zunächst die Anzahl der Schlaufen pro Längeneinheit des Drahtes

Anzahl der Schleifen pro Längeneinheit

=Anzahl der Schlaufen/Drahtlänge

= 2000 / 500

= 4cm^-1

Ist die magnetische Feldstärke von der Größe des Leiters abhängig?

Ja, gemäß dem Gesetz von Biot – Savart hängt das Magnetfeld von der Einheitslänge des Leiters ab. Je größer die Größe des Leiters ist, desto größer wird der integrale Wert der infinitesimalen Länge, und folglich wird die magnetische Feldstärke höher.

Wenn der Strom, der in zwei verschiedenen Stromkreisen fließt, 1 A und 12 A beträgt, ist dann in welchem ​​Stromkreis die Magnetstärke höher als im anderen?

Die magnetische Stärke ist höher für einen Stromkreis, der einen Strom von 12 A führt.

Was ist supraleitendes magnetisches Material?

Ein supraleitender Magnet wird verwendet, um ein starkes Magnetfeld zu erzeugen.

Supraleitendes magnetisches Material ist ein Elektromagnet, der aus einer Spule eines supraleitenden Drahtes besteht, der bei niedrigen Temperaturen hergestellt wird. Im supraleitenden Zustand hat der Draht keinen Widerstand und leitet einen viel höheren elektrischen Strom.

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