Γραμμή μαγνητικού πεδίου
Μια γραμμή μαγνητικού πεδίου ή μαγνητικής ροής δείχνει την κατεύθυνση της δύναμης ενός μαγνήτη και την ισχύ ενός μαγνήτη.
Η ιδέα των γραμμών δύναμης επινοήθηκε από τον Michael Faraday. Η θεωρία του είναι ότι όλη η πραγματικότητα αποτελείται από την ίδια τη δύναμη. Η θεωρία του προβλέπει ότι ο ηλεκτρισμός, το φως και η βαρύτητα έχουν πεπερασμένες καθυστερήσεις διάδοσης. Η θεωρία του Αϊνστάιν συμφωνεί με αυτό.
Μπορεί κανείς να κάνει τις γραμμές του μαγνητικού πεδίου να φαίνονται σαν να ήταν φυσικά φαινόμενα. Για παράδειγμα, ρινίσματα σιδήρου που τοποθετούνται σε μαγνητικό πεδίο σχηματίζουν γραμμές που αντιστοιχούν σε "γραμμές πεδίου".
Εάν υπάρχουν πολλές γραμμές μέσα από έναν μαγνήτη και όχι μεγάλο διάστημα μεταξύ τους, ο μαγνήτης είναι ισχυρός. Εάν οι γραμμές μεταξύ ενός μαγνήτη απέχουν πολύ μεταξύ τους και δεν υπάρχουν πολλές γραμμές, ο μαγνήτης είναι αδύναμος. Ένας τρόπος για να προσδιορίσετε την ισχύ ενός μαγνήτη είναι να κάνετε ένα πείραμα με ρινίσματα σιδήρου. Τα ρινίσματα σιδήρου θα έλκονται από τον μαγνήτη και θα κινηθούν στο σχήμα των γραμμών ροής. Στη συνέχεια κοιτάζετε το σχήμα των ρινισμάτων σιδήρου και βλέπετε το κενό μεταξύ των γραμμών ροής. Αυτό σας δίνει μια ιδέα για την ισχύ του μαγνήτη.
Η χρήση ρινισμάτων σιδήρου για την εμφάνιση ενός πεδίου μεταβάλλει το μαγνητικό πεδίο έτσι ώστε να είναι πολύ μεγαλύτερο κατά μήκος των "γραμμών" του σιδήρου. Αυτό προκαλείται από τη μεγάλη διαπερατότητα του σιδήρου σε σχέση με τον αέρα. Οι "γραμμές" των μαγνητικών πεδίων εμφανίζονται επίσης οπτικά στο πολικό σέλας, όταν τα σωματίδια προκαλούν ορατές λωρίδες φωτός που ευθυγραμμίζονται με την τοπική κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου της Γης.
Οι γραμμές του μαγνητικού πεδίου είναι σαν τις γραμμές περιγράμματος (σταθερό υψόμετρο) σε έναν τοπογραφικό χάρτη, καθώς αντιπροσωπεύουν κάτι συνεχές, και μια διαφορετική κλίμακα χαρτογράφησης θα έδειχνε περισσότερες ή λιγότερες γραμμές. Υπάρχει ένα πλεονέκτημα στη χρήση των γραμμών μαγνητικού πεδίου ως αναπαράσταση. Πολλοί νόμοι του μαγνητισμού (και του ηλεκτρομαγνητισμού) μπορούν να διατυπωθούν πλήρως και συνοπτικά χρησιμοποιώντας απλές έννοιες, όπως ο "αριθμός" των γραμμών πεδίου μέσα από μια επιφάνεια. Αυτές οι έννοιες μπορούν να "μεταφραστούν" γρήγορα στη μαθηματική τους μορφή.
Το ίδιο το πραγματικό μαγνητικό πεδίο δεν έχει "γραμμές" σε αυτό- οι "γραμμές" είναι αποκλειστικά και μόνο τα ρινίσματα σιδήρου που πολώνονται τα ίδια, αντιδρούν μεταξύ τους και με το πεδίο, ευθυγραμμίζοντας τα Ν και τα Σ σε σχέση μεταξύ τους στο πεδίο. Αν μπορούσατε να δείτε τα πραγματικά πεδία δύναμης, θα ήταν σκιασμένα και διαβαθμισμένα, με μια βαρύτερη, παχύτερη σκιά κοντά στο ισχυρότερο μέρος του μαγνήτη, που εξασθενεί όσο απομακρύνεστε από την πηγή. Και σε όλες τις 3 διαστάσεις, κάτι που δεν μπορούν να αναπαραγάγουν οι επιδείξεις με τα σιδερένια αρχεία. Τα σιδηρορευστά θα αντιδράσουν και στις 3 διαστάσεις και μπορούν να αναπαράγουν με μεγαλύτερη ακρίβεια ένα πεδίο, εκτός από τη βαρύτητα που δημιουργεί έναν περιορισμό βάρους. Το κράτημα ενός ισχυρού μαγνήτη μπροστά από μια οθόνη τύπου CRT με λευκή οθόνη μπορεί επίσης να δώσει μια αναπαράσταση των πεδίων, χωρίς να είναι ορατές "γραμμές δύναμης". Το ζήτημα με τη χρήση σιδηρούχων/μαγνητικών υλικών για την προβολή ενός πεδίου είναι ότι τα ίδια τα υλικά μαγνητίζονται και αλλάζουν το αρχικό πεδίο ώστε να συμπεριλάβουν τη δική τους επιρροή.
Η κατεύθυνση των γραμμών του μαγνητικού πεδίου που αναπαρίσταται από την ευθυγράμμιση των ρινισμάτων σιδήρου που είναι πασπαλισμένα σε χαρτί τοποθετημένο πάνω από ένα ραβδόμορφο μαγνήτη
Οι πυξίδες αποκαλύπτουν την κατεύθυνση του τοπικού μαγνητικού πεδίου. Όπως φαίνεται εδώ, το μαγνητικό πεδίο δείχνει προς το νότιο πόλο του μαγνήτη και μακριά από το βόρειο πόλο του.
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Q: Τι είναι η γραμμή μαγνητικού πεδίου;
Α: Η γραμμή μαγνητικού πεδίου είναι μια οπτική αναπαράσταση της κατεύθυνσης και της ισχύος της δύναμης ενός μαγνήτη.
Ερ: Ποιος σκέφτηκε την ιδέα των γραμμών ισχύος;
Α: Η ιδέα των δυναμικών γραμμών επινοήθηκε από τον Michael Faraday.
Ερ: Πώς μπορείτε να προσδιορίσετε την ισχύ ενός μαγνήτη;
Α: Μπορείτε να προσδιορίσετε την ισχύ ενός μαγνήτη κάνοντας ένα πείραμα με νιφάδες σιδήρου. Τα σιδερένια σύρματα έλκονται από τον μαγνήτη και μετατρέπονται σε γραμμές ροής, οι οποίες δίνουν μια ένδειξη του πόσο ισχυρός ή αδύναμος είναι ο μαγνήτης.
Ερ: Τι προκαλεί ορατές ραβδώσεις στο πολικό σέλας;
Α: Οι ορατές ραβδώσεις στο πολικό σέλας προκαλούνται από σωματίδια ευθυγραμμισμένα με το μαγνητικό πεδίο της Γης.
Ερ: Πώς διαφέρουν τα μαγνητικά πεδία από τους τοπογραφικούς χάρτες;
Α: Τα μαγνητικά πεδία διαφέρουν από τους τοπογραφικούς χάρτες στο ότι αναπαριστούν κάτι συνεχές και οι διάφορες κλίμακες χαρτών δείχνουν περισσότερες ή λιγότερες γραμμές. Οι τοπογραφικοί χάρτες αναπαριστούν ένα συνεχές ύψος στο χάρτη, ενώ τα μαγνητικά πεδία αναπαριστούν κάτι συνεχές που αλλάζει ανάλογα με την κλίμακα στην οποία το βλέπουμε.
Ε. Γιατί είναι δύσκολο να δείτε πραγματικά πεδία χωρίς να τα αλλάξετε;
Α: Τα πραγματικά πεδία είναι δύσκολο να τα δείτε χωρίς να τα αλλάξετε, επειδή τα σιδηρούχα/μαγνητικά υλικά μαγνητίζονται όταν εκτίθενται σε αυτά, αλλάζοντας το αρχικό πεδίο ώστε να συμπεριλάβει τη δική τους επίδραση.
Ερ: Πώς μπορείτε να δείτε την ακριβή αναπαράσταση ενός πεδίου χωρίς να το αλλάξετε;
Α: Μερικοί τρόποι για να δείτε την ακριβή αναπαράσταση του πεδίου χωρίς να το αλλάξετε περιλαμβάνουν τη χρήση σιδηρορευστών (που ανταποκρίνονται και στις τρεις διαστάσεις) ή το να κρατάτε έναν ισχυρό μαγνήτη μπροστά από μια οθόνη τύπου CRT με λευκή οθόνη (που δεν παράγει "γραμμές").
