რა არის მაგნიტური ველი?

1. მაგნიტური ველი მათემატიკურად წარმოადგენს ვექტორულ ველს. ამ ვექტორული ველის დახატვა შეგვიძლია, როგორც ბევრი ვექტორის ერთობლიობისა. თითოეული ვექტორი მიმართულია იმ მხარეს, საითაც მიმართული იქნებოდა კომპასი და აქვს ამ წერტილში მაგნიტური ველის სიძლიერის შესაბამისი სიგრძე.
   [ახსენი კომპასები]
   ეს იგივეა, რომ ბადეზე დავალაგოთ ბევრი კომპასი და შემდეგ ეს ბადე მოვათავსოთ მაგნიტურ ველში. ერთადერთი განსხვავება იქნება, ის რომ კომპასის ისარი მაგნიტური ველის სიძლიერის მიხედვით სიგრძეს არ შეიცვლის.

   ნახატი 1: ოთხკუთხა მაგნიტის ვექტორული ველი

2. ვექტორულ ველში შემავალი ინფორმაციის წარმოდგენა ასევე შეგვიძლია ძალწირების დახმარებით. ამ შემთხვევაში აღარ ვხატავთ ბევრ პატარა ვექტორებს და ვანაცვლებთ მათ უწყვეტი გლუვი ხაზებით. შეგვიძლია დავხატოთ იმდენი ხაზი, რამდენსაც საჭიროდ ჩავთვლით.

   ნახატი 2: მაგნიტის ძალწირები

   მაგნიტური ველის ძალწირებით აღწერას აქვს გარკვეული ხელსაყრელი თვისებები:
   • მაგნიტური ძალწირები არასდროს არ იკვეთება.
   • მაგნიტური ძალწირები თავს იყრიან წერტილებში, სადაც მაგნიტური ველი არის ყველაზე ძლიერი. ეს ნიშნავს, რომ მოცემულ წერტილში ძალწირების სიმკვრივე აღწერს მაგნიტური ველის სიძლიერეს.
   • მაგნიტური ძალწირები არსად არ იწყება და არ მთავრდება, ისინი ყოველთვის ქმნიან ჩაკეტილ ტრაექტორიებს და გრძელდებიან მაგნიტური მატერიის შიგნითაც (თუმცა ხშირად ძალწირები არ არის დახატული ამ წესების დაცვით).
   • ჩვენ გვჭირდება რაღაც გზა მაგნიტური ველის მიმართულების მისათითებლად. ჩვეულებრივ ამას აკეთებენ პატარა ისრებით. მიმართულების მითითება შეიძლება სხვა რამდენიმე გზითაც. ისტორიული მიზეზებიდან გამომდინარე არსებობს შეთანხმება, რომ აღვნიშნოთ ერთი რეგიონი, როგორც 'ჩრდილოეთი', ხოლო მეორე, როგორც 'სამხრეთი' და გავავლოთ ძალწირები მხოლოდ ამ 'პოლუსებს' შორის. მიმართულებად კი მიღებულია ჩრდილოეთიდან სამხრეთისკენ. 'N' (ჩდილოეთი) და 'S' (სამხრეთი) წარწერები, როგორც წესი, გაკეთებულია ხოლმე მაგნიტური ველის წყაროს ბოლოებში, თუმცა ეს მხოლოდ შეთანხმებაა და არაფერი განსაკუთრებული ამ წერტილებში არ ხდება.

     [ახსენით დედამიწის მაგნიტური ველი]
   • რეალურ სამყაროში ძალწირების ვიზუალიზაცია საკმაოდ ადვილია. ჩვეულებრივ, ამას რკინის პატარა ნაჭრებით აკეთებენ, რომლებსაც ზედაპირზე ალაგებენ მაგნიტური სხეულის მახლობლად. თითოეული ნაჭერი მცირე მაგნიტივით იქცევა, რომელსაც გააჩნია ჩრდილოეთ და სამხრეთ პოლუსები. ნაჭრები ერთმანეთისგან გამოიყოფა, რადგან ერთნაირი პოლუსები ერთმანეთს განიზიდავს. საბოლოოდ რკინის ნაჭრები ისე განლაგდებიან, რომ ისინი აღწერენ მაგნიტური ველის ძალწირებს. მიუხედავად იმისა, რომ რკინის ნაჭრების განლაგების ზოგადი კანონზომიერება ყოველთვის ერთი და იგივე იქნება, ზუსტ მდებარებასა და სიმკვრივეს განსაზღვრავს მათი ზომები, მაგნიტური თვისებები და ის, თუ როგორ მოხდა მათი შეტანა მაგნიტურ ველში.

     სურათი 3: რკინის ისრებით გამოსახული ძელური მაგნიტის მაგნიტური ველის ძალწირები.

როგორ ვზომავთ მაგნიტურ ველს?

როგორ წარმოიქმნება მაგნიტური ველი?

1. მავთულში მუხტის დინების გამოწვევა შეიძლება, მაგალითად, მისი ელემენტთან შეერთებით. თუ ჩვენ გავზრდით დენს (მოძრაობაში მყოფი მუხტის რაოდენობას), პროპორციულად გაიზრდება მაგნიტური ველიც. თუ მავთულს მოვშორდებით, მანიტური ველი მანძლის პროპორციულად დაიკლებს. ამ ქცევას აღწერს ამპერის კანონი. მაგნიტური ველი $r$‍ მანძილზე სწორი მავთულიდან, რომელშიც გადის $I$‍ დენი, მოიცემა განტოლებით

აქ ${\mu }_0$‍ არის მუდმივა, რომელიც ცნობილია, როგორც ვაკუუმის მაგნიტური შეღწევადობა. ${\mu }_0=4\pi \cdot {10}^{-7}\mathrm{ტ}\cdot \mathrm{მ}/\mathrm{ა}$‍. ზოგიერთ ნივთიერებას აქვს მაგნიტური ველის კონცენტრირების უნარი და რაც უფრო ძლიერია ეს უნარი, ამბობენ, რომ ნივთიერებას აქვს მით უფრო მეტი შეღწევადობა.

გამომდინარე იქიდან, რომ მაგნიტური ველი არის ვექტორი, ჩვენ გვჭირდება მისი მიმართულების ცოდნაც. პროტონული დენისთვის, რომელიც მიედინება სწორ მავთულში, ამის გაკეთება მარჯვენა ხელის კანონით შეიძლება. ამ წესის გამოსაყენებლად საჭიროა, წარმოიდგინოთ, თითქოს მარჯვენა ხელი შემოავლეთ მავთულს ისე, რომ ცერა თითი დენის მიმართულებითაა გაშვერილი. მაშინ დანარჩენი თითების მიმართულება მაგნიტური ველის მიმართულებას დაემთხვევა.

[ახსენით]

დენის (I) მიმართულებაზე დაყრდნობით და მარჯვენა ხელის კანონის გამოყენებით მაგნიტური ველის (B) მიმართულების პოვნა. [3]

2. ასევე შეგვიძლია, გამოვიყენოთ ფაქტი, რომ ელექტრონები (დამუხტული ნაწილაკები) ატომბირთვის გარშემო გარკვეულ
   [გამოაჩინე ახსნა]
   მოძრაობას ასრულებენ. სწორედ ამ მექანიზმით მუშაობს მუდმივი მაგნიტები. მაგნიტების გაკეთება მხოლოდ გარკვეული 'განსაკუთრებული' ნივთიერებებისგანაა შესაძლებელი და ზოგიერთი მაგნიტი ბევრად უფრო ძლიერია, ვიდრე სხვები. ამრიგად, გარკვეული პირობები უნდა კმაყოფილდებოდეს:

• მიუხედავად იმისა, რომ ატომში ხშირად ძალიან ბევრი ელექტრონია, ისინი წყვილდებიან ისე, რომ მათი მაგნიტური ველები ერთმანეთს აბათილებს. ამგვარად დაწყვილებულ ორ ელექტრონზე ამბობენ, რომ მათ აქვთ საპირისპირო სპინი. ამიტომ, თუ ჩვენ გვინდა, რომ გვქონდეს რაიმე მაგნიტური, გვჭირდება ისეთი ატომები, რომლებშიც ერთი ან მეტი ელექტრონი იქნება დაუწყვილებელი. ამ მხრივ 'განსაკუთრებული' მაგალითია რკინა, რომელსაც 4 დაუწყვილებელი ელექტრონი აქვს და, შესაბამისად, ის ყველაზე ხელსაყრელი ნივთიერებაა მაგნიტების დასამზადებლად.

  [ახსენი 'დაწყვილება']
  • ნივთიერების მცირედი ნაჭერიც კი მილიარდობით ატომს შეიცავს. თუ ამ ატომების სივრცითი ორიენტაცია შემთხვევითია, მათ მიერ გამოწვეული მაგნიტური ველები ერთმანეთს გააბათილებს მიუხედავად იმისა, თუ რამდენი დაუწყვილებელი ელექტრონი აქვს მოცემული ნივთიერების ატომს. ნივთიერება უნდა იყოს სტაბილური ოთახის ტემპერატურაზე იმისთვის, რომ დამყარდეს ხელსაყრელი ორიენტაცია. თუ დამყარებული მდგომარეობა მუდმივია, ვამბობთ, რომ გვაქვს მუდმივი მაგნიტი, იგივე ფერომაგნიტი.
  • ზოგიერთ ნივთიერებაში ატომების განლაგება ისე, რომ მან შეიძინოს მაგნიტური თვისებები, შეიძლება მხოლოდ გარეშე მაგნიტური ველის არსებობისას. გარეშე მაგნიტური ველი აიძულებს ელექტრონებს, რომ მათი სპინები ერთი მიმართულებით განლაგდნენ, თუმცა მისი გაქრობისთანავე ელექტრონები საწყის მდგომარეობას უბრუნდებიან. ასეთ ნივთიერებებს პარამაგნიტები ჰქვია.
    პარამაგნტიტის ერთ-ერთი მაგალითია მაცივრის კარის მეტალი. მაცივრის ცალკე აღებული კარი არ არის მაგნიტური, თუმცა იქცევა, როგორც მაგნიტი, როცა მასზე მაცივრის მაგნიტს მივამაგრებთ. ისინი იზიდავს ერთმანეთს იმდენად ძლიერად, რომ მათ შორის თავისუფლად შეიძლება საყიდლების სიის დამაგრება.

დედამიწის ველის გაბათილება

როგორი დენია (მაგნიტუდა და მიმართულება) საჭირო დედამიწის ველის გასაბათილებლად და მაგნიტის 'დასაბნევად'?

[ამოხსნა]

დავუშვათ, დენის მაქსიმალური მნიშვნელობა, რომლის მიღწევაც ჩვენ შეგვიძლია, არის $1,25\mathrm{ა}$‍. შეგიძლიათ თუ არა ექსპერიმენტის ალტერნატიული გზით ჩატარება ისე, რომ მივიღოთ იგივე ეფექტი?

[ამოხსნა]

გამოყენებული ლიტერატურა