تلخيص درس تفاعلات المجالات الكهربائية والمغناطيسية والمادة ، لفهم التصوير بالرنين المغناطيسي وتحديد اختلافات مخاطر السلامة ، يجب أن نفهم الاختلافات بين المواد المغناطيسية ، والمغناطيسية ، والمواد المغناطيسية المغناطيسية. يجب علينا أيضًا فهم التأثيرات الأخرى للمجالات المغناطيسية في المادة. يقوم المهندسون الذين يصممون المعدات الطبية دائمًا بمقارنة ومقارنة مخاطر السلامة من أجل ضمان بيئات عمل وتشخيص آمنة للأشخاص، عروس يقدم لك تلخيص درس تفاعلات المجالات الكهربائية والمغناطيسية والمادة.

خلفية الدرس والمفاهيم للمعلمين

يتناسب هذا الدرس مع مرحلة البحث والمراجعة لدورة الإرث التي يتم خلالها تزويد الطلاب بمعلومات إضافية تمكنهم من مراجعة أفكارهم الأولية لحل التحدي. يتكون الجانب البحثي من محاضرة عن تأثيرات المجالات المغناطيسية في المادة بما في ذلك النفاذية المغناطيسية ، والمغناطيسية المغناطيسية ، والمغناطيسية المغناطيسية والمغناطيسية.

المعلومات: المجالات المغناطيسية في المادة


الحقول متشابهة بدرجة كافية لدرجة أن المرء يميل إلى التفكير في المغناطيس الدائم على أنه ملف لولبي. في الممارسة العملية ، هذا التقريب دقيق إلى حد ما ، أي التفكير في المغناطيس على أنه مكون من العديد من الحلقات الحالية. ومع ذلك ، على عكس الملف اللولبي ، فإن المغناطيس الدائم لا يتكون من حلقات التيار حول الجزء الخارجي من الحجم ، ولكن العديد من حلقات التيار الصغيرة داخل المادة. بدلاً من حلقات التيار الفعلي ، هذه ذرات ، تتكون من نواة موجبة ، وإلكترونات متحركة ، والتي يمكن اعتبارها بشكل فضفاض شيئًا من مدار حول النواة. على الرغم من أن هذه ليست حلقة تيار بالمعنى الدقيق للكلمة ، وهي ظاهرة ميكانيكية كمومية بحتة ، يمكن للإلكترونات والذرات ككل أن تشبه حلقات التيار بمعنى أن لديها لحظة مغناطيسية وتختبر عزمًا في مجال مغناطيسي ،ويمكنها أيضًا إنتاج مجالات مغناطيسية خاصة بها.

نفاذية المغناطيسية


نفاذية المغناطيسية هي خاصية تعرضها جميع المواد الصلبة. حتى لو لم يكن للذرات عزم مغناطيسي دائم ، أو إذا كانت العزم المغناطيسي موجهًا بشكل عشوائي ، فإن الذرات تمتلك بالفعل شحنة كهربائية. وفقًا لقانون فاراداي للحث وقانون لينز ، عندما يتم وضع جسم يتكون من ذرات في حقل ، ستكون هناك لحظة مغناطيسية مستحثة صغيرة تعارض المجال. هذا يتسبب في طرد مادة مغناطيسية من المجال المغناطيسي. إن اللحظة المستحثة صغيرة للغاية ، لذا فإن النفاذية المغناطيسية هي تأثير ضعيف للغاية بالكاد يمكن ملاحظته.
  • البارامغناطيسية

تمتلك العديد من الذرات عزمًا مغناطيسيًا دائمًا ، عادةً بسبب الدورات غير المزدوجة ، والتي يمكن أن تكون بسبب عدد فردي من الإلكترونات أو لأسباب أخرى. بالنسبة لمعظم المواد ، لا تتفاعل هذه اللحظات مع الحقول من الذرات الأخرى ، وبالتالي فإن جميع اللحظات يتم توجيهها عشوائيًا وتلغي ، مما لا يترك أي لحظة مغناطيسية كاملة للصلب. ومع ذلك ، إذا تم وضع المادة الصلبة في مجال مغناطيسي خارجي ، فإن الذرات تتعرض لعزم دوران يحاذي اللحظات مع المجال. تكون اللحظات الدائمة بشكل عام أقوى بكثير من اللحظات التي يسببها قانون فاراداي ، لذلك يمكن تجاهل التأثيرات المغناطيسية بشكل عام في هذه المواد الصلبة. نتيجة لذلك ، تخلق اللحظات المحاذاة لحظة شاملة ومجالًا في نفس اتجاه المجال الخارجي ، وتنجذب المادة إلى المجال المغناطيسي.
عندما يتم إزالة المجال المغناطيسي ، يذوب الترتيب على الفور ويختفي المجال الناتج عن البارامغناطيس. بالإضافة إلى ذلك ، عادة ما توجد طاقة حرارية كافية داخل البارامغنط لضمان أن عددًا صغيرًا جدًا من اللحظات الذرية يصطف مع المجال في أي وقت معين ، وبالتالي فإن تأثيرات البارامغناطيسية ضعيفة جدًا.
  • فروماجيتيزم

تمتلك بعض المواد ، مثل الحديد والكوبالت والنيكل ، لحظات مغناطيسية دائمة ولديها أيضًا خاصية أن اللحظات المغناطيسية في كل ذرة تتفاعل مع بعضها البعض ، مما يجعلها تتماشى بشكل طبيعي في نفس الاتجاه. تتكون معظم قطع الحديد أو المواد المغناطيسية الأخرى من مجالات مجهرية تتكون من العديد من الذرات التي تتراصف في نفس الاتجاه. يوجد داخل المجال مجال مغناطيسي صافي ، لكن المجالات نفسها موجهة بشكل عشوائي وبالتالي تميل الحقول الكلية في المادة الصلبة إلى الإلغاء. لهذا السبب ، لا تمتلك معظم الأجسام الحديدية مجالًا مغناطيسيًا كليًا. عندما يتم وضع جسم مغناطيسي حديدي في مجال مغناطيسي ، تُفضل المجالات المحاذاة مع المجال ، وبالتالي تميل هذه المجالات إلى النمو ، وتخصيص الذرات على طول حدود المجال. بالإضافة إلى ذلك ، قد تدور المجالات ككل نحو الحقل.يؤدي هذا إلى إنتاج المادة المغناطيسية الحديدية مجالًا قويًا إلى حد ما في اتجاه المجال المطبق ، وبالتالي تنجذب المادة المغناطيسية بقوة إلى مجال مطبق وتدور في اتجاه المجال. المحاذاة داخل المغناطيس الحديدي قوية بما يكفي لدرجة أنها قد تكون أكبر بكثير من المجال المطبق.
  • مغنطة

بغض النظر عن الآلية التي تجعل مادة صلبة تستجيب للحقل ، فلا يزال بإمكاننا قياس كيفية استجابتها للمجال المغناطيسي من خلال النظر إلى صافي العزم المغناطيسي لكل وحدة حجم من المادة. ستكون هذه الكمية متجهًا حيث يوجد اتجاه للعزم المغناطيسي وأيضًا مقدار ، أي
[IMG]file:///C:/Users/Manar/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image001.jpg[/IMG]
يمكن فهم هذه الكمية بالمقارنة مع الملف اللولبي الجرح بإحكام. لا يختلف تأثير المغنطة عما إذا كان المغناطيس عبارة عن ملف لولبي يحمل تيارًا لكل وحدة طول
[IMG]file:///C:/Users/Manar/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.jpg[/IMG]
في كلتا الحالتين ، سنجد نفس العزم ثنائي القطب. حجم المجال داخل الملف اللولبي الجرح بإحكام هو
[IMG]file:///C:/Users/Manar/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image003.jpg[/IMG]
لذا فإن المجال داخل جسم ممغنط M له حجم
[IMG]file:///C:/Users/Manar/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image004.jpg[/IMG]
إذا وضعنا مادة في حقل موحد مطبق ، فسيكون الحقل الإجمالي داخل الكائن حينئذٍ
[IMG]file:///C:/Users/Manar/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image005.jpg[/IMG]
المتجهان M و
[IMG]file:///C:/Users/Manar/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image006.jpg[/IMG]
سيكون متوازيًا في المغناطيسات البارامترية والمغناطيسات الحديدية ، ومضادًا للتوازي في المغناطيسات القطنية. في المغناطيس الحديدي ، تعتمد هذه المغنطة على الحقول السابقة التي تعرضت لها المادة ، لأن هذا "التاريخ" للكائن سوف يؤثر على المجالات. ومع ذلك ، في معظم المواد ، أي المغناطيسات القطنية والمغناطيسات ، فإن حجم M هو دالة خطية لحجم المجال المطبق. نظرًا لأن مغنطة هذه المواد تساوي صفرًا عند عدم تطبيق أي مجال ، فإن المغنطة والمجال المغناطيسي المستحث سيكونان متناسبين بشكل مباشر مع المجال المطبق. وهكذا يمكننا أن نكتب ،
[IMG]file:///C:/Users/Manar/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image007.jpg[/IMG]
أين
[IMG]file:///C:/Users/Manar/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.jpg[/IMG]هو ثابت خاص بالمادة. في الألومنيوم ، مادة مغناطيسية ،
[IMG]file:///C:/Users/Manar/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image009.jpg[/IMG]
وفي النحاس غير المغنطيسي ،
[IMG]file:///C:/Users/Manar/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image010.jpg[/IMG]للمواد المغناطيسية ،[IMG]file:///C:/Users/Manar/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.jpg[/IMG]
لا يمكن اعتباره بشكل عام ثابتًا أو حتى محددًا جيدًا في حالة عدم وجود حقل مطبق ، ولكن إذا تم حسابه بشكل تجريبي لكائن معين وحقل مطبق ، فستتراوح القيم من عدة مئات إلى 100000.
ومع ذلك ، توجد بشكل عام قيمة قصوى تبلغ 8 للمواد المغناطيسية. بالإضافة إلى ذلك ، تتمتع المواد المغناطيسية بأقصى قدر من المغنطة
[IMG]file:///C:/Users/Manar/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image011.jpg[/IMG]
وهو ما يتوافق مع المحاذاة الكاملة لجميع اللحظات المغناطيسية في المادة الصلبة. في الحديد الملدن ، هذه القيمة عالية بما يكفي
[IMG]file:///C:/Users/Manar/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image012.jpg[/IMG]! منذ[IMG]file:///C:/Users/Manar/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.jpg[/IMG]
قد تتراوح بالآلاف ، الحقل المطبق اللازم لتشبع قطعة الحديد هذه يمكن أن يكون أقل من 100 غاوس. عادةً ، لإنشاء مغناطيس كهربائي قوي ، يضع المرء قلبًا حديديًا داخل الملف اللولبي أو الحلقي ، ويمكن تعزيز المجال الناتج عن التيار عدة مئات من المرات بواسطة المجال المنتج في الحديد.
لأي سبب تاريخي ، هناك مصطلحان مشتركان ، والذي على الرغم من أنه غير ضروري بشكل عام ، إلا أنه يساعد في تبسيط المعادلات قليلاً.
يتم تعريف النفاذية النسبية
[IMG]file:///C:/Users/Manar/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image013.jpg[/IMG]
والنفاذية
[IMG]file:///C:/Users/Manar/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image014.jpg[/IMG]
بالنسبة للمواد ذات النفاذية المغناطيسية والمغناطيسية ، تكون حكمة النفاذية النسبية تقريبًا 1 وبالتالي فإن النفاذية هي تقريبًا نفس نفاذية المساحة الحرة