Magnetische veldsterkte – Begrijp de definitie, Berekeningen en kernpunten

NTA heeft onlangs de laatste datum van JEE Main 2020 verlengd en dit maakt de weg vrij voor de studenten om het inschrijfformulier in te vullen, als ze dat nog niet hebben gedaan. Vandaag behandelen we een belangrijk onderwerp uit de syllabus voor JEE Main Physics, namelijk de intensiteit van het magnetisch veld.

Magnetische intensiteit

De intensiteit van het magnetisch veld (H) op een willekeurig punt in het magnetisch veld wordt gedefinieerd als de kracht die wordt ondervonden door de eenheid noordpool op dat punt. Eenvoudig gezegd is het een maat voor hoe sterk of zwak een magnetisch veld is. De SI-eenheid van magnetische veldsterkte is Ampère/meter (A/m).

Volgens David C Jiles is de definitie van de magnetische veldsterkte als volgt:

JEE Main Previous Papers Mock Test Test Series

16 Totaal Tests 1 Gratis Tests

“Een magnetische veldintensiteit of sterkte van 1 ampère per meter wordt geproduceerd in het centrum van een enkele cirkelvormige spoel van geleider met een diameter van 1 meter wanneer deze een stroom van 1 ampère draagt.”

De magnetische fluxdichtheid (B) is het magnetisch moment dat per volume-eenheid van een materiaal wordt ontwikkeld wanneer dit in een magnetiserend veld wordt geplaatst. Het verband tussen de magnetische fluxdichtheid en de magnetische veldsterkte wordt gegeven door :

B = μH

Soms kan de definitie van magnetische fluxdichtheid/dichtheid en magnetische veldsterkte verwarrend zijn. De magnetische fluxdichtheid is de maat voor het aantal magnetische fluxlijnen dat door een punt op een oppervlak gaat. Zij wordt gemeten in tesla en is een vectorgrootheid.

Afgezien van de eenheden zijn B en H in vacuüm hetzelfde. Het verschil tussen de twee ontstaat in een gemagnetiseerd materiaal. In een magnetisch materiaal is het totale magnetische veld de resultante van BO en BM die door magnetisatie ontstaan.

B = BO + BM

= μH + μM

= μ(H+M)

Hystereselus

Wanneer een ferromagnetisch monster in een magnetiseerveld wordt geplaatst, raakt het gemagnetiseerd door magnetische inductie. Als de magnetische veldsterkte H varieert, varieert de magnetische inductie B niet lineair. De permeabiliteit μ is niet constant en varieert met H. Deze hangt ook af van de voorgeschiedenis van het monster.

Als de magnetiserende veldsterkte H geleidelijk tot nul wordt verlaagd, neemt B af, maar langs een nieuw pad ‘ab’. Het blijkt dat de magnetische inductie B niet nul is, zelfs niet nadat H nul wordt. Dat betekent dat de magneet niet gedemagnetiseerd is, zelfs niet wanneer het magnetiseerveld is opgeheven. De magnetische inductie die in het monster achterblijft, wordt restmagnetisme of retentiviteit genoemd.

De waarde van de omgekeerde magnetiserende veldsterkte H die nodig is om het restmagnetisme van een monster nul te laten worden, wordt de coërciviteit van het monster genoemd.

Deze grafiek die is getekend om het verband weer te geven tussen de magnetische veldsterkte H en de magnetische fluxdichtheid B voor een materiaal dat in het magnetiseerveld is geplaatst, staat bekend als de hysteresiscurve. En het gesloten gebied “abcdef” dat de magnetisatiecyclus van een ferromagnetisch monster weergeeft, wordt de hystereselus genoemd.

Berekening van de magnetische veldsterkte op verschillende punten

1. Axiaal punt

De kracht die door de noordpool van de magneet in punt P wordt uitgeoefend is :

Ook de kracht die door de zuidpool op punt P wordt uitgeoefend is :

De kracht van het magnetisch veld op punt P is :

Baxiaal = F – F1

( 2l = m, magnetisch dipoolmoment)

1. Equatoriaal punt

Als de magnitudes van de verticale componenten van F en F1 worden geannuleerd, zullen hun horizontale componenten optellen.

Dus

Bequa = Fcosθ + F1cosθ

= 2Fcosθ

=

Als de magneet heel kort is,

Kernpunten over magnetische intensiteit

1. Een magnetisch veld met een intensiteit of sterkte van 1 ampère per meter wordt opgewekt in het midden van een enkele cirkelvormige spoel met een geleider met een diameter van 1 meter, wanneer er een stroom van 1 ampère door loopt.
2. De magnetische fluxdichtheid (B) is het magnetisch moment dat per volume-eenheid van een materiaal wordt ontwikkeld wanneer dit in een magnetiserend veld wordt geplaatst.
3. In vacuüm wordt het verband tussen H en B gegeven door B = μH. Waarbij μ de permeabiliteitsconstante is.
4. Voor een magnetisch materiaal dat in een magnetisch veld wordt geplaatst, wordt de relatie μ(H+M). Waarbij M het magnetisch moment per volume-eenheid is.
5. De getekende relatie tussen B en H staat bekend als de hysteresiscurve.
6. Het gebied binnen de B-H curve geeft de energie weer die per volume-eenheid in het materiaal wordt gedissipeerd wanneer het een magnetisatiecyclus doorloopt.
7. Magnetische veldsterkte formule op een axiaal punt is
8. Magnetische flux intensiteit formule op een equatoriaal punt is

Dit was alles over het begrip magnetische intensiteit. Vergeet niet dat dit een zeer belangrijk onderwerp is met het oog op het JEE Main Examen.