Vitenskapen om magnetfeltlinjer

Jernspon viser magnetiske feltlinjer. Spencer Grant / Getty Images

EN magnetfelt omgir enhver elektrisk ladning i bevegelse . Magnetfeltet er kontinuerlig og usynlig, men dets styrke og orientering kan representeres av magnetiske feltlinjer. Ideelt sett viser magnetfeltlinjer eller magnetiske flukslinjer styrken og orienteringen til et magnetfelt. Representasjonen er nyttig fordi den gir folk en måte å se en usynlig kraft på, og fordi matematiske fysikklover lett tilpasser seg 'tallet' eller tettheten til feltlinjer.

• Magnetiske feltlinjer er en visuell representasjon av de usynlige kraftlinjene i et magnetfelt.
• Etter konvensjon sporer linjene kraften fra nord- til sørpolen til en magnet.
• Avstanden mellom linjene indikerer relativ styrke til magnetfeltet. Jo nærmere linjene er, jo sterkere er magnetfeltet.
• Jernspon og et kompass kan brukes til å spore formen, styrken og retningen til magnetfeltlinjer.

Et magnetfelt er en vektor , som betyr at den har størrelse og retning. Hvis elektrisk strøm flyter i en rett linje, viser høyrehåndsregelen retningen usynlige magnetfeltlinjer flyter rundt en ledning. Hvis du ser for deg å ta tak i ledningen med høyre hånd med tommelen pekende i strømmens retning, beveger magnetfeltet seg i retning av fingrene rundt ledningen. Men hva om du ikke kjenner strømretningen eller bare vil visualisere et magnetfelt?

Hvordan se et magnetfelt

Som luft er et magnetfelt usynlig. Du kan se vind indirekte ved å kaste små papirbiter i luften. På samme måte, ved å plassere biter av magnetisk materiale i et magnetfelt kan du spore banen. Enkelte metoder inkluderer:

Bruk et kompass

En gruppe kompasser kan vise retningene til magnetiske feltlinjer. Maciej Frolow / Getty Images

Vifter med en singel kompass rundt et magnetfelt viser retningen til feltlinjene. For å faktisk kartlegge magnetfeltet, angir mange kompass retningen til magnetfeltet til enhver tid. For å tegne magnetfeltlinjer, koble sammen kompassets 'prikker'. Fordelen med denne metoden er at den viser retningen til magnetfeltlinjer. Ulempen er at den ikke indikerer magnetisk feltstyrke.

Bruk jernspon eller magnetittsand

Jern er ferromagnetisk. Dette betyr at den retter seg langs magnetfeltlinjer, og danner små magneter med nord- og sørpoler. Små jernbiter, for eksempel jernspon, justeres for å danne et detaljert kart over feltlinjer fordi nordpolen til ett stykke orienterer seg for å frastøte nordpolen til et annet stykke og tiltrekke seg sørpolen. Men du kan ikke bare strø filingene på en magnet fordi de tiltrekkes av den og vil holde seg til den i stedet for å spore magnetfeltet.

For å løse dette problemet blir jernspon drysset på papir eller plast over et magnetfelt. En teknikk som brukes til å spre filene er å strø dem på overflaten fra en høyde på noen få centimeter. Flere registreringer kan legges til for å gjøre feltlinjene klarere, men bare opp til et punkt.

Alternativer til jernspon inkluderer stål BB-pellets, tinnbelagt jernspon (som ikke ruster), små binders, stifter eller magnetitt sand . Fordelen med å bruke partikler av jern, stål eller magnetitt er at partiklene danner et detaljert kart over magnetiske feltlinjer. Kartet gir også en grov indikasjon på magnetfeltstyrken. Tettliggende, tette linjer oppstår der feltet er sterkest, mens vidt adskilte, sparsomme linjer viser hvor det er svakere. Ulempen med å bruke jernspon er at det ikke er noen indikasjon på magnetfeltorientering. Den enkleste måten å overvinne dette på er å bruke et kompass sammen med jernspåner for å kartlegge både orientering og retning.

Prøv magnetisk visningsfilm

Magnetisk visningsfilm er en fleksibel plast som inneholder væskebobler med små magnetiske stenger. Filmene virker mørkere eller lysere avhengig av stavenes orientering i et magnetfelt. Magnetisk visningsfilm fungerer best ved å kartlegge kompleks magnetisk geometri, slik som den som produseres av en flat kjøleskapsmagnet.

Naturlige magnetfeltlinjer

Linjene i nordlyset følger jordens magnetfeltlinjer. Oscar Bjarnason / Getty Images

Magnetiske feltlinjer vises også i naturen. I løpet av en Total solformørkelse , linjene i koronaen sporer solens magnetfelt. Tilbake på jorden, den linjer i et nordlys angi banen til planetens magnetfelt. I begge tilfeller er de synlige linjene glødende strømmer av ladede partikler.

Magnetiske feltlinjeregler

Ved å bruke magnetfeltlinjer for å konstruere et kart, blir noen regler tydelige:

1. Magnetiske feltlinjer krysser aldri.
2. Magnetiske feltlinjer er kontinuerlige. De danner lukkede løkker som fortsetter hele veien gjennom et magnetisk materiale.
3. Magnetfeltlinjer klynges sammen der magnetfeltet er sterkest. Med andre ord indikerer tettheten av feltlinjer magnetisk feltstyrke. Hvis feltlinjene rundt en magnet er kartlagt, vil dens sterkeste magnetfeltet er på begge polene.
4. Med mindre magnetfeltet kartlegges ved hjelp av et kompass, kan retningen til magnetfeltet være ukjent. Ved konvensjon er retning indikert ved å tegne pilspisser langs magnetfeltlinjer. I ethvert magnetfelt flyter linjene alltid fra nordpolen til sørpolen. Navnene 'nord' og 'sør' er historiske og kan ikke ha noen betydning for den geografiske orienteringen til magnetfeltet

Kilde

• Durney, Carl H. og Curtis C. Johnson (1969). Introduksjon til moderne elektromagnetikk . McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-018388-9.
• Griffiths, David J. (2017). Introduksjon til elektrodynamikk (4. utgave). Cambridge University Press. ISBN 9781108357142.
• Newton, Henry Black og Harvey N. Davis (1913). Praktisk fysikk . MacMillan Co., USA.
• Tipler, Paul (2004). Fysikk for forskere og ingeniører: elektrisitet, magnetisme, lys og elementær moderne fysikk (5. utgave). W.H. Freeman. ISBN 978-0-7167-0810-0.