Isi
- Ilmu Medan Magnet
- Bagaimana Anda menentukan medan magnet?
- Jenis Magnet
- Gaya magnetis
- Medan Magnet dan Medan Listrik
- Lintas-Produk Medan Magnet
- Medan Magnet dalam Kehidupan Sehari-hari
Medan magnet menggambarkan bagaimana gaya magnet didistribusikan melalui ruang di sekitar benda. Secara umum, untuk sebuah benda yang bermagnet, garis medan magnet bergerak dari benda kutub utara ke kutub selatan, sama seperti yang terjadi pada medan magnet Bumi, seperti yang ditunjukkan pada diagram di atas.
Gaya magnet yang sama yang membuat benda menempel pada permukaan kulkas digunakan dalam medan magnet Bumi yang melindungi lapisan ozon dari angin matahari yang berbahaya. Medan magnet membentuk paket energi yang mencegah lapisan ozon kehilangan karbon dioksida.
Anda dapat mengamati ini dengan menuangkan serbuk besi, potongan-potongan kecil seperti besi, di hadapan magnet. Tempatkan magnet di bawah selembar kertas atau selembar kain tipis. Tuang pengarsipan besi dan amati bentuk dan formasi yang mereka ambil. Tentukan garis bidang apa yang harus menyebabkan pengarsipan untuk mengatur dan mendistribusikan diri mereka sendiri seperti ini menurut fisika medan magnet.
Semakin besar kepadatan garis medan magnet yang ditarik dari utara ke selatan, semakin besar pula besarnya medan magnet. Kutub utara dan selatan ini juga menentukan apakah objek magnetik menarik (antara kutub utara dan selatan) atau menjijikkan (antara kutub identik). Medan magnet diukur dalam satuan Tesla, T.
Ilmu Medan Magnet
Karena medan magnet terbentuk ketika muatan bergerak, medan magnet diinduksi dari arus listrik melalui kabel. Medan memberi Anda cara untuk menggambarkan kekuatan potensial dan arah gaya magnet tergantung pada arus melalui kabel listrik dan jarak yang ditempuh oleh arus. Garis medan magnet membentuk lingkaran konsentris di sekitar kabel. Arah bidang ini dapat ditentukan melalui "aturan kanan".
Aturan ini memberi tahu Anda bahwa, jika Anda meletakkan ibu jari kanan ke arah arus listrik melalui kawat, medan magnet yang dihasilkan berada di arah bagaimana jari-jari tangan Anda melengkung. Dengan arus yang lebih besar, medan magnet yang lebih besar diinduksi.
Bagaimana Anda menentukan medan magnet?
Anda dapat menggunakan berbagai contoh aturan kanan, aturan umum untuk menentukan arah jumlah yang berbeda yang melibatkan medan magnet, gaya magnet, dan arus. Aturan praktis ini berguna untuk banyak kasus dalam listrik dan magnet seperti yang ditentukan oleh matematika dari kuantitas.
••• Syed Hussain AtherAturan tangan kanan ini juga dapat diterapkan ke arah lain untuk magnet solenoida, atau serangkaian arus listrik yang dibungkus kabel di sekitar magnet. Jika Anda mengarahkan ibu jari tangan kanan ke arah medan magnet, maka jari tangan kanan Anda akan membungkus ke arah arus listrik. Solenoida memungkinkan Anda memanfaatkan kekuatan medan magnet melalui arus listrik.
Ketika muatan listrik bergerak, medan magnet menghasilkan elektron yang berputar dan bergerak menjadi benda magnet itu sendiri. Unsur-unsur yang memiliki elektron tidak berpasangan dalam keadaan dasarnya seperti besi, kobalt dan nikel dapat disejajarkan sedemikian rupa sehingga mereka membentuk magnet permanen. Medan magnet yang dihasilkan oleh elektron dari elemen-elemen ini membuat aliran listrik melalui elemen-elemen ini lebih mudah. Medan magnet sendiri juga dapat membatalkan satu sama lain jika besarnya sama dengan arah yang berlawanan.
Arus mengalir melalui baterai saya memberikan medan magnet B pada radius r sesuai dengan persamaan untuk Hukum Ampere: B = 2πr μ0 saya dimana μ0 adalah konstanta magnetik permeabilitas vakum, 1,26 x 10-6 H / m ("Henries per meter" di mana Henries adalah unit induktansi). Meningkatkan arus dan mendekati kawat, keduanya meningkatkan medan magnet yang dihasilkan.
Jenis Magnet
Agar suatu benda bersifat magnetis, elektron-elektron yang membentuk benda itu harus dapat bergerak bebas di antara dan di antara atom-atom dalam benda itu. Agar suatu materi bersifat magnetis, atom-atom dengan elektron tidak berpasangan dari spin yang sama adalah kandidat yang ideal karena atom-atom ini dapat berpasangan satu sama lain untuk memungkinkan elektron mengalir secara bebas. Menguji bahan di hadapan medan magnet dan memeriksa sifat magnetik atom yang membuat bahan ini dapat memberi tahu Anda tentang daya tariknya.
Ferromagnet memiliki sifat ini yang bersifat magnetis permanen. Paramagnet, sebaliknya, tidak akan menampilkan sifat magnetik kecuali jika ada medan magnet untuk meluruskan spin elektron ke atas sehingga mereka dapat bergerak bebas. Diamagnet memiliki komposisi atom sedemikian rupa sehingga tidak terpengaruh oleh medan magnet sama sekali atau hanya dipengaruhi sangat kecil oleh medan magnet. Mereka tidak memiliki atau beberapa elektron tidak berpasangan untuk membiarkan muatan mengalir.
Paramagnet bekerja karena terbuat dari bahan yang selalu ada momen magnetik, dikenal sebagai dipol. Momen-momen ini adalah kemampuan mereka untuk menyelaraskan dengan medan magnet luar karena putaran elektron tidak berpasangan dalam orbital atom yang membuat bahan-bahan ini. Di hadapan medan magnet, bahan-bahan sejajar untuk menentang kekuatan medan magnet. Unsur paramagnetik meliputi magnesium, molibdenum, litium, dan tantalum.
Dalam bahan feromagnetik, dipol atom bersifat permanen, biasanya sebagai hasil dari pemanasan dan pendinginan bahan paramagnetik. Ini menjadikan mereka kandidat yang ideal untuk elektromagnet, motor, generator dan transformator untuk digunakan pada perangkat listrik. Diamagnet, sebaliknya, dapat menghasilkan gaya yang memungkinkan elektron mengalir secara bebas dalam bentuk arus yang, kemudian, menciptakan medan magnet yang berlawanan dengan medan magnet yang diterapkan padanya. Ini membatalkan medan magnet dan mencegahnya menjadi magnet.
Gaya magnetis
Medan magnet menentukan bagaimana gaya magnet dapat didistribusikan di hadapan bahan magnetik. Sementara medan listrik menggambarkan gaya listrik dengan adanya elektron, medan magnet tidak memiliki partikel analog yang digunakan untuk menggambarkan gaya magnet. Para ilmuwan telah berteori bahwa sebuah monopole magnetik mungkin ada, tetapi belum ada bukti eksperimental untuk menunjukkan bahwa partikel-partikel ini ada. Jika ada, partikel-partikel ini akan memiliki "muatan" magnetik seperti halnya partikel bermuatan memiliki muatan listrik.
Gaya magnet dihasilkan karena gaya elektromagnetik, gaya yang menggambarkan komponen listrik dan magnetik dari partikel dan benda. Ini menunjukkan bagaimana daya magnet intrinsik terhadap fenomena listrik yang sama seperti arus dan medan listrik. Muatan elektron adalah apa yang menyebabkan medan magnet membelokkannya melalui gaya magnet seperti halnya medan listrik dan gaya listrik.
Medan Magnet dan Medan Listrik
Sementara hanya partikel bermuatan yang bergerak mengeluarkan medan magnet, dan semua partikel bermuatan menghasilkan medan listrik, medan magnet dan elektromagnetik adalah bagian dari gaya fundamental yang sama dari elektromagnetisme. Gaya elektromagnetik bertindak di antara semua partikel bermuatan di alam semesta. Gaya elektromagnetik mengambil bentuk fenomena sehari-hari dalam listrik dan magnet seperti listrik statis dan ikatan bermuatan listrik yang membuat molekul tetap bersatu.
Gaya ini bersama reaksi kimia juga membentuk dasar untuk gaya gerak listrik yang memungkinkan aliran arus melalui sirkuit. Ketika medan magnet dipandang terkait dengan medan listrik, produk yang dihasilkan dikenal sebagai medan elektromagnetik.
Itu Persamaan gaya Lorentz F = qE + qv × B menggambarkan gaya pada partikel bermuatan q bergerak dengan kecepatan v di hadapan medan listrik E dan medan magnet B. Dalam persamaan ini x antara qv dan B mewakili produk silang. Istilah pertama qe adalah kontribusi medan listrik untuk gaya, dan masa jabatan kedua qv x B adalah kontribusi medan magnet.
Persamaan Lorentz juga memberi tahu Anda bahwa gaya magnet antara kecepatan muatan v dan medan magnet B aku s qvbsinϕ untuk biaya q dimana ϕ ("phi") adalah sudut antara v dan B, yang harus kurang dari 1_80_ derajat. Jika sudut antara v dan B lebih besar, maka Anda harus menggunakan sudut dalam arah yang berlawanan untuk memperbaikinya (dari definisi produk silang). Jika _ϕ_adalah 0, seperti dalam, kecepatan dan titik medan magnet dalam arah yang sama, gaya magnet akan menjadi 0. Partikel akan terus bergerak tanpa dibelokkan oleh medan magnet.
Lintas-Produk Medan Magnet
••• Syed Hussain AtherDalam diagram di atas, produk silang antara dua vektor Sebuah dan b aku s c. Perhatikan arah dan besarnya c. Ini dalam arah tegak lurus ke Sebuah dan b ketika diberikan oleh aturan kanan. Aturan tangan kanan berarti arah produk silang yang dihasilkan c diberikan dengan arah ibu jari Anda ketika jari telunjuk kanan Anda berada di arah b dan jari tengah kanan Anda ke arah Sebuah.
Produk silang adalah operasi vektor yang menghasilkan vektor tegak lurus terhadap keduanya qv dan B diberikan oleh aturan tangan kanan dari tiga vektor dan dengan besarnya area jajar genjang bahwa vektor qv dan B menjangkau. Aturan tangan kanan berarti bahwa Anda dapat menentukan arah produk silang antara qv dan B dengan menempatkan jari telunjuk kanan Anda ke arah B, jari tengah ke arah qv, dan arah jempol yang dihasilkan akan menjadi arah lintas produk dari kedua vektor ini.
Dalam diagram di atas, aturan tangan kanan juga menunjukkan hubungan antara medan magnet, gaya magnet, dan arus melalui kawat. Ini juga menunjukkan produk silang antara ketiga kuantitas ini dapat mewakili aturan tangan kanan karena produk silang antara arah gaya dan medan sama dengan arah arus.
Medan Magnet dalam Kehidupan Sehari-hari
Medan magnet sekitar 0,2 hingga 0,3 tesla digunakan dalam MRI, pencitraan resonansi magnetik. MRI adalah metode yang digunakan dokter untuk mempelajari struktur internal dalam tubuh pasien seperti otak, sendi, dan otot. Ini umumnya dilakukan dengan menempatkan pasien dalam medan magnet yang kuat sehingga medan tersebut berjalan di sepanjang sumbu tubuh. Jika Anda membayangkan pasien adalah solenoid magnetik, arus listrik akan membungkus tubuhnya dan medan magnet akan diarahkan ke arah vertikal sehubungan dengan tubuh, sebagaimana ditentukan oleh aturan tangan kanan.
Para ilmuwan dan dokter kemudian mempelajari cara proton menyimpang dari penyelarasan normal mereka untuk mempelajari struktur dalam tubuh pasien. Melalui ini, dokter dapat membuat diagnosis berbagai kondisi yang aman dan non-invasif.
Orang tersebut tidak merasakan medan magnet selama proses itu, tetapi, karena ada begitu banyak air dalam tubuh manusia, inti hidrogen (yang merupakan proton) sejajar dengan medan magnet.Pemindai MRI menggunakan medan magnet tempat proton menyerap energi, dan, ketika medan magnet dimatikan, proton kembali ke posisi normalnya. Perangkat kemudian melacak perubahan posisi ini untuk menentukan bagaimana proton disejajarkan dan membuat gambar bagian dalam tubuh pasien.