Eremu magnetiko

Eremu magnetikoa korronte elektrikoen eta material magnetikoen eta korronte elektrikoen eragin magnetikoaren deskribapen matematikoa da^[1] ^[2]. Eremu magnetikoa, edozein puntutan, bi baliok zehazten dute: norabidea eta magnitudea; beraz, bektore-eremua da; zehazki, eremu magnetikoa bektore axial bat da, momentu eragilea eta eremu birakariak diren bezala. Eremu magnetikoa definitzeko, ohikoagoa da karga elektrikoetan Lorentzen indarrak duen funtzioa erabiltzea^[2] ^:ch1^[3].

Elektromagnetismoan, eremu magnetiko terminoa bi eremu desberdinentzako (baina hertsiki lotutakoentzako) erabiltzen da, B eta H sinboloez adieraziak, non, Nazioarteko Unitate Sisteman (SI), H, eremu magnetikoaren intentsitatea, ampere-metroko (Am) unitateetan neurtzen den^[4] eta B, indukzio magnetikoa, tesla (T) edo newtonak (N) zati ampere-metroko^[4]. Hutsean, H eta B gauza bera dira unitateetatik kanpo, baina, magnetizatutako material batean, B solenoidea da (ez du dibergentziarik bere mendekotasun espazialean), eta H ez da errotazionala (ez du uhinik).

Eremu magnetikoek sortzen dituzte mugitzen diren elektroiak sortutako edozein karga elektriko eta oinarrizko propietate kuantiko bati lotutako oinarrizko partikulen berezko momentu magnetikoak, spina. Erlatibitate berezian, eremu elektrikoak eta magnetikoak elkarrekin lotutako bi alderdi dira. Objektu horri tentsore elektromagnetiko deritzo. Indar magnetikoek material batek daraman kargari buruzko informazioa ematen dute Hall efektuaren bidez. Gailu elektrikoetan, hala nola transformadoreetan, eremu magnetikoen interakzioa zirkuitu magnetikoen diziplinan aztertzen da.

Eremu magnetikoak teknologia moderno guztian erabiltzen dira, batez ere ingeniaritza elektrikoan eta elektromekanikoan. Eremu magnetiko birakariak motor elektrikoetan zein sorgailuetan erabiltzen dira. Gailu elektrikoetan, hala nola transformadoreak, eremu magnetikoek duten interakzioa zirkuitu magnetiko gisa kontzeptualizatu eta ikertzen da. Indar magnetikoek material baten karga-eramaileei buruzko informazioa ematen dute Hall efektuaren bidez. Lurrak bere eremu magnetikoa sortzen du; Lurraren ozono-geruza eguzki-haizetik babesten du, eta garrantzitsua da iparrorratz baten bidez nabigatzerakoan.

Lorentzen indarra

Eremu magnetikoaren definizioen artean, Lorentzen indarrak emandakoa da. Hori litzateke korronte elektriko batek edo iman batek sortzen duen efektua gunearen eremu batean, non $\mathbf {(v)}$ abiaduran mugitzen den (q) baliodun karga elektriko puntual batek sekantea den indar baten efektuak jasaten dituen abiadurarekiko (v) zein eremuarekiko (B) proportzionala dena. Hala, karga horrek honako ekuazio honen bidez deskribatutako indarra jasoko du:

$\mathbf {F} =q(\mathbf {v} \times \mathbf {B} )$

Non F indar magnetikoa den, v abiadura eta B eremu magnetikoa, indukzio magnetiko eta fluxu magnetikoaren dentsitate ere deitua. (Kontuan hartu F zein v eta B magnitude bektorialak direla eta biderkadura bektorialaren emaitza bektore perpendikular bat dela, bai v-ri, bai B-ri ere). Indarraren emaitza modulua hau izango da:

$|\mathbf {F} |=|q||\mathbf {v} ||\mathbf {B} |\cdot \mathop {\operatorname {sen} } (\theta )$

Eremu magnetiko bat dagoela ikus daiteke magnetometro bat orientatzeko propietateari esker (altzairu imantatuzko xaflatxoa, libreki bira dezakeena). Lurraren eremu magnetikoaren existentzia frogatzen duen iparrorratz baten orratza magnetometrotzat har daiteke. Lorentzen legeak ezartzen du: B→ eremu magnetiko intentsitatea duen puntu batetik q partikula kargatu batek v→ abiaduran zirkulatzen badu, Lorentzen indarra izeneko F indarra jasango du.

Historia

Nahiz eta material magnetiko batzuk antzinatik ezagunak izan, adibidez, magnetitak burdinarenganako duen erakarpen-ahalmena, XIX. mendera arte ez zen islatu elektrizitatearen eta magnetismoaren arteko erlazioa; harrezkero, bi eremu bereiziak izatetik, elektromagnetismo gisa ezagutzen den horretara pasatu zen.

1820 baino lehen, ezagutzen zen magnetismo bakarra burdinarena zen. Hori Hans Christian Oersted Kopenhageko Unibertsitateko (Danimarka) zientzia irakasle ezezagun batek aldatu zuen. 1820an, Oerstedek, bere etxean, erakustaldi zientifiko bat prestatu zien bere lagun eta ikasleei. Hari bat korronte elektriko batek berotzen zuela frogatu nahi zuen, baita magnetismoari buruzko erakustaldiak egin ere, horretarako, iparrorratz baten orratza jarri zuen zurezko idulki baten gainean.

Bere erakustaldi elektrikoa egiten ari zela, Oerstedek sumatu zuen, bere harridurarako, korronte elektrikoa konektatzen zuen bakoitzean iparrorratzaren orratza mugitzen zela. Isildu, eta erakustaldiak amaitu zituen, baina ondorengo hilabeteetan gogor lan egin zuen fenomeno berria azaldu nahian. Baina ezin izan zuen! Korronteak ez zuen orratza, ez erakartzen, ezta aldentzen ere. Horren ordez, angelu zuzenean geratzeko joera zuen. Gaur egun badakigu hori Maxwellen ekuazioetan islatutako eremu magnetikoaren eta eremu elektrikoaren arteko erlazio intrintsekoaren froga dela.

Adibide gisa eremu magnetikoaren izaera apur bat desberdina ikusteko, nahikoa da iman bat polotik bereizteko ahalegina kontuan hartzea. Nahiz eta iman bat erditik zatitu, hark bere bi poloak «erreproduzitzen» ditu. Berriro bitan zatitzen badugu, berriro ere zati bakoitza ipar eta hego polo bereiziekin izango dugu. Magnetismoan ez dira monopolo magnetikoak ikusi.

Deskribapena

Karga elektriko baten gaineko indarra haren kokapenaren, abiaduraren eta norabidearen araberakoa da; bi bektore-eremu erabiltzen dira indar hori deskribatzeko^[2]. Lehenengoa, eremu elektrikoa da, karga geldikor baten gainean eragiten duen indarra deskribatzen duena, eta mugimenduarekiko independentea den indarraren osagaia ematen du. Eremu magnetikoak, aldiz, kargatutako partikulen abiadurarekiko eta norabidearekiko proportzionala den indarraren osagaia deskribatzen du^[2]. Lorentzenen indar-legeak definitzen du eremua, eta, une bakoitzean, bai kargaren mugimenduarekiko, bai jasaten duen indarrarekiko perpendikularra da.

Bi eremu bektorial desberdin daude, baina oso lotuta daude elkarri, eta, batzuetan, «eremu magnetiko» deritze biei, B eta H-ri. Eremu horietarako izen onenak eta eremu horiek adierazten dutenaren interpretazio zehatza eztabaidagai izan diren arren, akordio zabala dago azpian dagoen fisikaren funtzionamenduari buruz^[5]. Historikoki, eremu magnetiko terminoa H-rentzat gorde zen, B-rentzat, berriz, beste termino batzuk erabiltzen zituen, baina azken testuliburu askok eremu magnetiko terminoa erabiltzen dute, bai B deskribatzeko, baita H deskribatzeko ere. B-rentzako beste termino batzuk lirateke: fluxu magnetikoaren dentsitatea eta indukzio magnetikoa.

B-eremua

B eremu magnetikoa da: ${\vec {v}}$ abiadurarekin doan $q\,$ karga elektriko puntualak higidurarekiko perpendikularra eta abiadurarekiko eta eremuaren ezaugarri den ${\vec {B}}$ indukzio magnetikoarekiko proportzionala den ${\vec {F}}$ indarra jasango duen espazioko zatia.

${\vec {F}}=q{\vec {v}}\times {\vec {B}}$

Hemen, F partikularen gaineko indarra, q partikularen karga elektrikoa, v partikularen abiadura eta × biderkadura gurutzatua adierazten du. Kargaren gaineko indarraren norabidea eskuineko eskuaren erregela deritzon erregela mnemoniko batek zehaz dezake (ikus irudia). Eskuineko eskua erabiliz, erpurua korrontearen norabidean apuntatuz eta hatzak eremu magnetikoaren norabidean, palmondoaren kanpoalderanzko karga-puntuetan lortzen den indar positiboa adieraziko du. Negatiboki kargatutako partikula baten gaineko indarra kontrako norabidean egongo da. Abiadura eta karga alderantzikatzen badira, indarraren norabidea berbera da. Horregatik, eremu magnetikoaren neurketa batek (berez) ezin du bereizi karga positibo bat eskuinerantz mugitzen den edo karga negatibo bat ezkerrerantz mugitzen den. (Bi kasuetan, korronte bera sortzen dute). Bestalde, eremu elektriko batekin konbinatutako eremu magnetiko batek eremu horiek bereiz ditzake (ikus Hall Efektua).

Eremu magnetikoa aurkitzen
B eremu magnetiko batean, v abiaduraz mugitzen den partikula kargatu batek F indar magnetikoa sentituko du. Indar magnetikoak beti mugimenduaren norabidera alde egiten duenez, partikula zirkulu batean mugitzen da.
Eskuineko eskuaren erregelaren errepresentazioa

H-eremua

H eremu magnetikoa honela definitzen da: $H={1 \over \mu _{0}}*B-M$

Non μ₀ hutsezko permeabilitatea eta M magnetizaio bektorea diren. Hutsean, B eta H proportzionalak dira, eta material baten barruan desberdinak dira.

Eremuaren iturria

Eremu magnetikoa bi iturrik sor dezakete. Lehena, konbekziozko korronte elektrikoa da eremu magnetiko estatikoa sortuz. Bigarrenak, desplazamendu korronte batek eremu magnetiko aldakorra sor dezake.

Korronte elektriko eta eremu magnetikoaren arteko erlazioa Anpere-Maxwell-en legean azaltzen da:

$\oint _{C}{\vec {B}}\cdot d{\vec {l}}=\int \!\!\!\!\int _{S}{\vec {J}}\cdot d{\vec {S}}=I$

{\vec {B}}

: Indukzio magnetikoa

I\,

: Korronte elektrikoa

{\vec {J}}

: Desplazamendu korrontea

Karga magnetiko eza

Eremu elektrikoan ez bezala, kasu honetan, ez dago monopolo magnetikorik; dipolo magnetikoak baino ez daude. Horren eraginez, eremu lerroak itxiak dira; hau da, leku berean hasi eta amaitzen dira. Horren ondorioz, edozein gainazal itxitan sartu eta irten egiten diren eremu lerroen kopurua bera da.

Lurraren eremu magnetikoa

Sakontzeko, irakurri: «Lurraren eremu magnetikoa»

Lurra iman bat bezalakoa da; iman horren poloak lurburuetatik oso hurbil daude. Horregatik, iparrorratzaren orratzak iparraldeko eta hegoaldeko polo magnetikoekin lerroz lerro jartzen dira. Eremu magnetikoak Lurraren kanpoko gunean dabilen burdina urtuaren eroamenak eragiten duen korronte elektrikoan du sorburua. Hala, Lurra eremu magnetiko batez (magnetosfera) inguratua dago; magnetosfera hori, 140 km-tik gora hedatzen da atmosferan, eta Eguzkiak igortzen dituen partikula karga elektrikodunak erakartzen ditu, eta guztiz garrantzizkoa da hori hala izatea, partikula horiek Lurrera eroriz gero bizitza suntsituko bailukete. Oso gertaera ikusgarriak izaten dira halakoetan (aurorak).

Ariketak

Eremu magnetikoa
Eremu magnetikoa lantzeko ariketa.
Indar magnetikoa lantzeko ariketa.

Erreferentziak

Artikulu honen edukiaren zati bat Lur hiztegi entziklopedikotik edo Lur entziklopedia tematikotik txertatu zen 2012/1/9 egunean. Egile-eskubideen jabeak, Eusko Jaurlaritzak, hiztegi horiek CC-BY 3.0 lizentziarekin argitaratu ditu, Open Data Euskadi webgunean.

↑ (Gaztelaniaz) Sol 90. (2014-02-17). Energía. Britannica Digital Learning ISBN 978-1-62513-139-3. (Noiz kontsultatua: 2022-03-13).
↑ ^a ^b ^c ^d «The Feynman Lectures on Physics» www.feynmanlectures.caltech.edu (Noiz kontsultatua: 2022-03-13). Aipuaren errorea: Invalid <ref> tag; name ":0" defined multiple times with different content
↑ ISBN 9780321501219..
↑ ^a ^b «Unitateen Sistema Internazionala» www.sc.ehu.es (Noiz kontsultatua: 2022-03-13).
↑ Roche, John J.. (2000-05-01). «B and H, the intensity vectors of magnetism: A new approach to resolving a century-old controversy» American Journal of Physics 68 (5): 438–449. doi:10.1119/1.19459. ISSN 0002-9505. (Noiz kontsultatua: 2022-03-13).

Kanpo estekak

Datuak: Q11408
Multimedia: Magnetic fields / Q11408

[1] (Gaztelaniaz) Sol 90. (2014-02-17). Energía. Britannica Digital Learning ISBN 978-1-62513-139-3. (Noiz kontsultatua: 2022-03-13).

[:0-2] «The Feynman Lectures on Physics» www.feynmanlectures.caltech.edu (Noiz kontsultatua: 2022-03-13). Aipuaren errorea: Invalid <ref> tag; name ":0" defined multiple times with different content

[3] ISBN 9780321501219..

[:1-4] «Unitateen Sistema Internazionala» www.sc.ehu.es (Noiz kontsultatua: 2022-03-13).

[5] Roche, John J.. (2000-05-01). «B and H, the intensity vectors of magnetism: A new approach to resolving a century-old controversy» American Journal of Physics 68 (5): 438–449. doi:10.1119/1.19459. ISSN 0002-9505. (Noiz kontsultatua: 2022-03-13).

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]