แนวคิดพื้นฐานอย่างหนึ่งที่ใช้ในฟิสิกส์คือสนามแม่เหล็ก มันทำหน้าที่เคลื่อนประจุไฟฟ้า บุคคลมองไม่เห็นและไม่รู้สึกตัว แต่สามารถตรวจจับการปรากฏตัวของมันได้โดยใช้แม่เหล็กหรือเหล็ก นอกจากนี้ยังง่ายต่อการทำความเข้าใจว่าสนามแม่เหล็กใดเรียกว่าเป็นเนื้อเดียวกันและไม่เท่ากัน
คำจำกัดความและวิธีการตรวจจับสนามแม่เหล็ก
เมื่อเราพบกับแนวคิดของสนามแม่เหล็ก เรามีคำถามเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กชนิดใด ไม่ว่าจะเป็นสนามแม่เหล็กแบบเอกพันธ์หรือแบบเอกพันธ์ ก่อนที่จะตอบคำถามดังกล่าว จำเป็นต้องให้คำจำกัดความเบื้องต้นของคำศัพท์
สนามแม่เหล็กควรถือเป็นสสารชนิดพิเศษที่มีอยู่ใกล้กับประจุไฟฟ้าที่กำลังเคลื่อนที่ โดยเฉพาะใกล้กับตัวนำไฟฟ้าที่มีกระแสไฟฟ้า ตรวจพบได้โดยใช้เข็มแม่เหล็กหรือตะไบเหล็ก
สนามเครื่องแบบ
เกิดขึ้นในวงแม่เหล็กและในโซลินอยด์ เมื่อความยาวมากกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางมาก ในกรณีนี้ ตามกฎของวงแหวน เส้นขอบของสนามแม่เหล็กจะถูกกำหนดทิศทางทวนเข็มนาฬิกา
เส้นแม่เหล็กขนานกันและเป็นเส้นตรง ความว่างระหว่างเส้นทั้งสองจะเท่ากันเสมอ อิทธิพลของเส้นแม่เหล็กนั้นไม่แตกต่างกันในทุกจุดทั้งในด้านขนาดและทิศทาง
สนามต่างกัน
ในกรณีของสนามแม่เหล็กไม่เท่ากัน เส้นแม่เหล็กจะงอ ช่องว่างระหว่างเส้นทั้งสองจะมีขนาดต่างกัน แรงกระทำบนเข็มแม่เหล็กจะแตกต่างกันในขนาดและทิศทางที่จุดต่างๆ ในสนาม นอกจากนี้ แรงที่กระทำต่อลูกศรที่วางอยู่ในสนามแม่เหล็กของแถบแม่เหล็กยังทำหน้าที่ ณ จุดต่างๆ ด้วยแรงที่มีขนาดและทิศทางต่างกัน สิ่งนี้เรียกว่าสนามที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน เส้นของสนามดังกล่าวเป็นเส้นโค้ง ความถี่จะแตกต่างกันไปในแต่ละจุด
สามารถตรวจจับสนามประเภทนี้ได้ใกล้กับตัวนำไฟฟ้าที่มีกระแสตรง แท่งแม่เหล็ก และโซลินอยด์
เส้นแม่เหล็กคืออะไร
ประการแรก เมื่อเกิดปัญหาขึ้น ควรพิจารณาว่าสนามแม่เหล็กชนิดใด ที่เป็นเนื้อเดียวกันหรือไม่เป็นเนื้อเดียวกัน เกิดขึ้น ควรเรียนรู้เกี่ยวกับเส้นแม่เหล็ก จากรูปร่างที่ลักษณะของสนามจะชัดเจน
เพื่อวาดภาพสนามแม่เหล็ก เริ่มใช้เส้นแม่เหล็ก เป็นแถบจินตภาพตามแนวเข็มแม่เหล็กและวางไว้ในสนามแม่เหล็ก เป็นไปได้ที่จะวาดเส้นแม่เหล็กผ่านใดๆจุดสนามก็จะมีทิศทางและปิดเสมอ
ทิศทาง
พวกมันออกจากขั้วเหนือของแม่เหล็กและมุ่งหน้าไปทางใต้ ภายในตัวแม่เหล็กเองทุกอย่างตรงกันข้ามอย่างสิ้นเชิง ตัวบรรทัดเองไม่มีจุดเริ่มต้นหรือจุดสิ้นสุด ถูกปิดหรือเปลี่ยนจากอนันต์เป็นอนันต์
นอกแม่เหล็ก เส้นจะอยู่ใกล้กับเสามากที่สุด จากนี้ไปจะเห็นได้ชัดว่าผลกระทบของสนามอยู่ใกล้เสามากที่สุด และเมื่อคุณเคลื่อนตัวออกจากด้านล่าง ผลของสนามจะอ่อนลง เนื่องจากแถบแม่เหล็กนั้นโค้ง ทิศทางของแรงที่กระทำต่อเข็มแม่เหล็กก็เปลี่ยนไปด้วย
วิธีการพรรณนา
เพื่อให้เข้าใจว่าสนามแม่เหล็กที่เป็นเนื้อเดียวกันแตกต่างจากสนามแม่เหล็กที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันอย่างไร คุณต้องเรียนรู้วิธีวาดภาพโดยใช้เส้นแม่เหล็ก
เราควรพิจารณาตัวอย่างข้างต้นของการเกิดสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอในโซลินอยด์ที่เรียกว่า ซึ่งเป็นขดลวดลวดทรงกระบอกที่กระแสไหลผ่าน ข้างในนั้นสนามแม่เหล็กถือได้ว่าสม่ำเสมอโดยที่ความยาวมากกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางมาก (นอกขดลวดสนามจะไม่สม่ำเสมอเส้นแม่เหล็กจะอยู่ในลักษณะเดียวกับในแท่งแม่เหล็ก).
สนามสม่ำเสมอยังตั้งอยู่ตรงกลางของแถบแม่เหล็กถาวร ในพื้นที่จำกัดใดๆ ในอวกาศ ยังสามารถทำซ้ำสนามแม่เหล็กที่สม่ำเสมอ ซึ่งแรงที่กระทำกับเข็มแม่เหล็กจะมีขนาดและทิศทางเท่ากัน
ในการพรรณนาสนามแม่เหล็ก ให้ใช้ตัวอย่างต่อไปนี้ หากสายอยู่ตั้งฉากกับระนาบการวาดและถูกชี้นำจากผู้ชมจากนั้นจะถูกวาดด้วยกากบาทหากอยู่บนตัวแสดง - มีจุด เช่นเดียวกับกระแสน้ำ กากบาทแต่ละอันเป็นเหมือนหางลูกศรที่พุ่งออกมาจากคนมอง และจุดนั้นคมกว่าลูกศรที่พุ่งมาหาเรา
นอกจากนี้ ข้อกำหนด "วาดสนามแม่เหล็กที่สม่ำเสมอและไม่สม่ำเสมอ" ก็สามารถทำได้ง่ายเช่นกัน เพียงวาดเส้นแม่เหล็กเหล่านี้โดยคำนึงถึงลักษณะของสนาม (ความสม่ำเสมอและความไม่เป็นเนื้อเดียวกัน)
อย่างไรก็ตาม การมีอยู่ของเขตข้อมูลที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันทำให้งานซับซ้อนขึ้นอย่างมาก ในกรณีนี้ ไม่น่าจะได้ผลลัพธ์ทางกายภาพโดยใช้สมการทั่วไป
ความแตกต่าง
คำตอบสำหรับคำถามที่ว่าสนามแม่เหล็กที่เป็นเนื้อเดียวกันแตกต่างจากสนามแม่เหล็กที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันอย่างไรนั้นค่อนข้างง่าย ประการแรกมันขึ้นอยู่กับเส้นแม่เหล็ก ในกรณีของสนามสม่ำเสมอ ระยะห่างระหว่างสนามทั้งสองจะเท่ากัน และจะเว้นระยะเท่าๆ กันด้วยแรงแบบเดียวกันที่กระทำต่อเครื่องมือ ณ จุดใดๆ สำหรับเขตข้อมูลที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันทุกอย่างตรงกันข้ามอย่างสิ้นเชิง เส้นวางไม่เท่ากัน ทำหน้าที่ต่างกันโดยใช้แรงกดบนอุปกรณ์ไม่เท่ากัน
ในทางปฏิบัติ สนามที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันเป็นเรื่องปกติธรรมดา ซึ่งควรจำไว้ด้วย เนื่องจากสนามสม่ำเสมอสามารถเกิดขึ้นได้ภายในวัตถุเท่านั้น เช่น แม่เหล็กหรือโซลินอยด์ การสังเกตกลางแจ้งจะแก้ไขความแตกต่าง
การตรวจจับสนาม
เมื่อเข้าใจแล้วว่าสนามแม่เหล็กที่มีความสม่ำเสมอและไม่เท่ากันคืออะไรและกำหนดมันถอดประกอบแล้วน่าจะหาเจอ
การทดลองที่ง่ายที่สุดคือ Oersted ประกอบด้วยการใช้เข็มแม่เหล็กซึ่งช่วยในการระบุการมีอยู่ของกระแสไฟฟ้า ทันทีที่กระแสเคลื่อนไปตามตัวนำ ลูกศรที่อยู่ใกล้เคียงจะเคลื่อนที่ เนื่องจากมีสนามแม่เหล็กที่สม่ำเสมอและไม่สม่ำเสมอ
ปฏิสัมพันธ์ของวาทยกรกับกระแส
ตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าแต่ละตัวมีสนามแม่เหล็กของตัวเอง ซึ่งกระทำด้วยแรงบางอย่างกับตัวนำที่อยู่ใกล้ที่สุด ตัวนำจะดึงดูดหรือผลักกันขึ้นอยู่กับทิศทางของกระแส ฟิลด์ที่มาจากแหล่งต่าง ๆ จะรวมกันและสร้างฟิลด์ผลลัพธ์เดียว
สร้างอย่างไรและทำไม
ตัวอย่างสนามแม่เหล็กที่สม่ำเสมอและไม่สม่ำเสมอที่ใช้ในอุปกรณ์รังสีแคโทดถูกสร้างขึ้นโดยขดลวดที่ผ่านกระแส เพื่อให้ได้รูปร่างที่ต้องการของสนามแม่เหล็ก จะใช้ปลายชั้นวางและตะแกรงแม่เหล็ก ซึ่งทำจากวัสดุที่มีการซึมผ่านของแม่เหล็กอย่างแรง
อิทธิพลของสนามแม่เหล็กที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันสามารถเปลี่ยนปรากฏการณ์ทางกายภาพและทางเคมีที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ ส่วนใหญ่เป็นกระบวนการที่ต่างกัน การปรากฏตัวของการแพร่กระจายแบบปั่นป่วนนำไปสู่การเพิ่มขึ้นหลายคำสั่งของขนาดในอัตราการเคลื่อนที่ของก๊าซจากของเหลวใด ๆ ไปยังพื้นผิวในรูปแบบไมโครบับเบิ้ล ผลกระทบของการคายน้ำของไอออนและอนุภาคในท้องถิ่นเกิดจากการเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการตกผลึกทางจุลภาค ในตัวกลางที่ไหลผ่าน ปฏิกิริยาที่มีพลังงานสูงสามารถสร้างอนุมูลอิสระ ออกซิเจนอะตอมมิก เปอร์ออกไซด์ และสารประกอบไนโตรเจน การแข็งตัวของเลือดเกิดขึ้น และผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการทำลายด้วยการกัดเซาะจะปรากฏในของเหลว
ระหว่างการเกิดคาวิเทชันแบบอุทกพลศาสตร์ ฟองอากาศและถ้ำที่โผล่ออกมาขนาดใหญ่จะทำให้การกักกันของของเหลวซับซ้อนขึ้นจากบริเวณที่มีความกดอากาศต่ำไปยังบริเวณที่มีความกดอากาศสูงกว่าซึ่งฟองอากาศจะยุบตัว ในระหว่างการยุบตัวของฟองอากาศขนาดเล็ก จะมีปริมาณอากาศต่ำและเกิดปฏิกิริยาเคมีรุนแรงขึ้น คล้ายกับการปล่อยพลาสมา การปรากฏตัวของสนามแม่เหล็กที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันทำให้เกิดความไม่แน่นอนของฟันผุการสลายตัวและการปรากฏตัวของกระแสน้ำวนและฟองอากาศขนาดเล็ก เนื่องจากแรงดันที่จุดศูนย์กลางของกระแสน้ำวนนั้นลดลง มันจะแปลงฟองก๊าซขนาดเล็ก
เมื่อทำการวัดการเหนี่ยวนำในสนามแม่เหล็กที่ไม่สม่ำเสมอ โปรดจำไว้ว่าแรงดันฮอลล์เป็นสัดส่วนกับค่าเฉลี่ยของการเหนี่ยวนำสนามภายในพื้นที่ที่ล้อมรอบด้วยพื้นผิวของหัวโซน่าร์
ในการโฟกัสคานคู่ขนานนั้น ยังใช้สนามแม่เหล็กที่ไม่สม่ำเสมอ ซึ่งเกิดขึ้นจากขดลวดสั้นซึ่งเป็นโซลินอยด์หลายชั้น ซึ่งมีความยาวพอๆ กับเส้นผ่านศูนย์กลาง อิเล็กตรอนที่เข้าสู่สนามนั้นอยู่ภายใต้แรงที่เปลี่ยนทิศทางของมัน อิเล็กตรอนภายใต้อิทธิพลของแรงดังกล่าวเข้าใกล้แกนของเลนส์ในขณะที่ระนาบซึ่งมีวิถีโคจรอยู่โค้ง อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปตามส่วนเกลียวที่ตัดแกนของเลนส์ ณ จุดที่กำหนด
ปัจจัยการเพิ่มขึ้นเชิงพื้นที่เกิดจากการกระจายตัวเชิงพื้นที่ของทุ่งที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันในอาณาเขตของระบบที่แตกต่างกันล้างลงด้วยของเหลว เพื่อให้ได้ค่าผกผันของระดับโดยวิธีการแยก จะใช้สนามที่ไม่สม่ำเสมอที่สร้างโดยแม่เหล็กหลายแถบ รูปร่างของเสาจะคล้ายกับแท่งในตัวเก็บประจุแบบสี่ส่วนของเครื่องกำเนิดโมเลกุลที่ใช้แอมโมเนีย
ใช้
วิธีตรวจจับจุดบกพร่องด้วยลำดับแม่เหล็กนั้นอิงจากการลากอนุภาคแม่เหล็กโดยแรงของสนามที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งปรากฏเหนือข้อบกพร่อง การสะสมของผงดังกล่าวเป็นตัวกำหนดว่ามีข้อบกพร่อง ขนาด และตำแหน่งบนชิ้นส่วนที่กำลังตรวจสอบ
ผลกระทบจากการแยกตัวเล็กน้อยถือเป็นข้อเสียที่สำคัญของวิธีการลำโมเลกุลโดยใช้สนามแม่เหล็กที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันอย่างแรง มีวิธีที่ง่ายและดูเหมือนเหลือเชื่อในการเพิ่มเอฟเฟกต์นี้ ประกอบด้วยการใช้สนามแม่เหล็กภายนอกแบบเบา อย่างหลังจะทำให้สามารถเพิ่มพื้นที่ของการใช้เครื่องวัดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าแบบนิวเคลียร์ก่อนไปสู่สนามแม่เหล็กที่ไม่สม่ำเสมอได้
ข้อดีของวิธีนี้คือความละเอียดสูง ซึ่งทำให้สามารถตรวจจับสนามแม่เหล็กที่ไม่สม่ำเสมอซึ่งสมส่วนกับขนาดของอนุภาคของชั้นแม่เหล็กของเทป ตลอดจนความสามารถในการค้นหาความเสียหายบน พื้นผิวที่ซับซ้อนและในช่องเปิดแคบ
ข้อเสียคือความจำเป็นในการประมวลผลข้อมูลรอง เฉพาะอนุภาคของสนามแม่เหล็กตามเทปเท่านั้นที่ได้รับการแก้ไข ความซับซ้อนของการล้างอำนาจแม่เหล็กและการเก็บรักษาเทป และจำเป็นต้องป้องกันอิทธิพลของสนามแม่เหล็กภายนอก
สนามแม่เหล็กที่สม่ำเสมอและไม่เป็นเนื้อเดียวกันนั้นพบได้ทั่วไป แม้ว่าจะมองไม่เห็นโดยคนธรรมดาทั่วไปก็ตาม ตัวอย่างของสนามแม่เหล็กที่สม่ำเสมอและไม่สม่ำเสมอสามารถพบได้ในแท่งแม่เหล็กและโซลินอยด์ ในเวลาเดียวกัน คุณสามารถสังเกตได้โดยใช้เข็มแม่เหล็กหรือตะไบเหล็กอย่างง่าย