Магниттің күші қалай өлшенеді?

Магниттер ғасырлар бойы қызықты нысандар болды, белгілі бір материалдарды тартудың жұмбақ қабілетімен ғалымдар мен энтузиастарды баурап алды. Ежелгі зерттеушілерді басқаратын компас инелерінен қазіргі заманғы технологияның күрделі механизмдеріне дейін магниттер біздің өміріміздің әртүрлі аспектілерінде шешуші рөл атқарады. Бірақ олардың күшін қалай бағалаймызмагнит өрістері? Магниттердің күшін қалай өлшейміз? Магниттің күшін анықтау үшін қолданылатын әдістер мен құралдарды қарастырайық.

Магниттік өрістің күші

Магниттің күші негізінен оның магнит өрісімен, оның әсері сезілетін магниттің айналасындағы аймақпен анықталады. Бұл өріс магниттің солтүстік полюсінен оңтүстік полюсіне дейін созылатын күш сызықтарымен бейнеленген. Бұл сызықтардың тығыздығы неғұрлым көп болса, магнит өрісі соғұрлым күшті болады.

Гаусс және Тесла: өлшем бірліктері

Магнит өрісінің күшін анықтау үшін ғалымдар екі негізгі өлшем бірлігін пайдаланады: Гаусс және Тесла.

Гаусс (G): Неміс математигі және физигі Карл Фридрих Гаусстың атымен аталған бұл құрылғы магнит ағынының тығыздығын немесе магнит индукциясын өлшейді. Бір Гаусс бір шаршы сантиметрге бір Максвеллге тең. Дегенмен, Гаусстың салыстырмалы түрде шағын шамасына байланысты, әсіресе заманауи контексттерде, ғалымдар Tesla-ны күшті магнит өрістері үшін жиі пайдаланады.

Tesla (T): Серб-американдық өнертапқыш және инженер-электрик Никола Тесла құрметіне аталған бұл құрылғы Гаусспен салыстырғанда магнит ағынының үлкен тығыздығын білдіреді. Бір Tesla 10 000 Гауссқа тең, бұл оны ғылыми зерттеулерде немесе өнеркәсіптік қолданбаларда қолданылатын күшті магниттер шығаратындар сияқты күшті магнит өрістерін өлшеуге арналған практикалық бірлік етеді.

Магнитометрлер

Магнитометрлер – магнит өрісінің күші мен бағытын өлшеуге арналған аспаптар. Бұл құрылғылар қарапайым портативті компастардан бастап күрделі зертханалық жабдықтарға дейін әртүрлі формаларда келеді. Мұнда магнит өрісінің күшін өлшеу үшін қолданылатын магнитометрлердің кейбір жалпы түрлері берілген:

1. Флюксгейт магнитометрлері: Бұл магнитометрлер магнит өрісіндегі өзгерістерді өлшеу үшін электромагниттік индукция принциптерін пайдаланады. Олар сым катушкаларымен қоршалған бір немесе бірнеше магниттік өзектерден тұрады. Магнит өрісінің әсеріне ұшыраған кезде өзектер магниттеледі, катушкалардағы электрлік сигнал индукцияланады, оны магнит өрісінің күшін анықтау үшін өлшеуге және калибрлеуге болады.

2. Холл эффектілі магнитометрлер: Холл эффектісі бар магнитометрлер ток ағынына перпендикуляр магнит өрісіне ұшыраған кезде электр өткізгіштегі кернеу айырмашылығының (холл кернеуі) пайда болуын сипаттайтын Холл эффектісіне сүйенеді. Осы кернеуді өлшеу арқылы Холл эффектінің магнитометрлері магнит өрісінің күшін анықтай алады.

3. SQUID магнитометрлері: Асқын өткізгіш кванттық кедергі құрылғысы (SQUID) магнитометрлері қол жетімді ең сезімтал магнитометрлердің бірі болып табылады. Олар фемтотесла деңгейіне дейін (10^-15 Tesla) өте әлсіз магнит өрістерін анықтауға мүмкіндік беретін асқын өткізгіштердің кванттық қасиеттеріне негізделген.

Калибрлеу және стандарттау

Дәл өлшеулерді қамтамасыз ету үшін магнитометрлер дұрыс калибрленген және стандартталған болуы керек. Калибрлеу аспаптың көрсеткіштері мен нақты магнит өрісінің мәндері арасындағы сызықтық байланысты орнату үшін магнитометрдің шығысын белгілі магнит өрісінің күштерімен салыстыруды қамтиды. Стандарттау әртүрлі магнитометрлермен алынған өлшемдердің дәйекті және салыстырмалы болуын қамтамасыз етеді.

Магнитометрияның қолданылуы

Магнит өрісінің күшін дәл өлшеу мүмкіндігі әртүрлі өрістерде көптеген қолданбаларға ие:

Геофизика: Магнитометрлер Жердің магнит өрісін зерттеу үшін қолданылады, бұл планетаның ішкі құрылымы мен құрамы туралы құнды ақпарат береді.

Навигация: Магнитометрдің бір түрі компас ежелден теңізшілер мен зерттеушілерге үлкен мұхиттар арқылы жол табуға көмектесетін навигацияның маңызды құралы болды.

Материалтану: Магнитометрия сипаттау үшін қолданыладымагниттік материалдаржәне магниттік сақтау құрылғылары мен магниттік-резонанстық бейнелеу (МРТ) машиналары сияқты технологияларды әзірлеу үшін маңызды олардың қасиеттерін зерттеу.

Ғарышты зерттеу: Магнитометрлер аспан денелерінің магнит өрістерін зерттеу үшін ғарыш аппараттарында орналастырылады, олардың құрамы мен геологиялық тарихы туралы түсінік береді.

Қорытынды

Магнит өрісінің күшін өлшеу магниттердің әрекетін және олардың әртүрлі өрістердегі қолданылуын түсіну үшін өте маңызды. Гаусс және Тесла сияқты қондырғылар және магнитометрлер сияқты құралдар арқылы ғалымдар магнит өрістерінің күшін дәл анықтай алады, бұл технологиядағы, барлаудағы және ғылыми зерттеулердегі жетістіктерге жол ашады. Магнитизм туралы түсінігіміз тереңдей түскен сайын, оның күшін адамзат игілігі үшін пайдалану қабілетіміз де солай болады.