Chúng tôi giải thích từ trường là gì, nó được tạo ra như thế nào và đặc điểm của nó là gì. Chúng tôi cũng cho bạn biết về từ trường của Trái đất.
Từ trường là gì?
Từ trường là biểu diễn toán học của cách mà lực từ được phân bố trong khoảng trống bao quanh một nguồn từ tính. Nguồn này có thể là một nam châm, tải về sự chuyển động hoặc một dòng điện (nhiều tải trong chuyển động). Bất cứ khi nào tồn tại bất kỳ phần tử nào trong số này, sẽ có một từ trường xung quanh nó, tức là một trường lực từ. Bên ngoài trường này không có hiệu ứng từ tính.
Đặc điểm cơ bản của từ trường là chúng có tính lưỡng cực: chúng có cực Bắc và cực Nam, chúng còn được gọi là cực dương và cực âm. Không giống như điện trường có thể được tạo ra bởi các điện tích (chẳng hạn như điện tử), không có "điện tích từ" tạo ra từ trường. Từ trường luôn có hai cực liên kết với nhau. Kết quả là, các đường sức từ luôn đóng, như trong trường hợp của nam châm: chúng rời khỏi cực bắc và đến cực nam.
Nguồn gốc của từ trường
Để từ trường tồn tại, cần phải có một nguồn năng lượng từ trường (như nam châm), một điện tích chuyển động hoặc một dòng điện.Những nguyên tố này là những nguyên tố duy nhất có khả năng tạo ra từ trường và là những nguyên tố duy nhất có thể bị ảnh hưởng bởi nó.
Một điện tích (giống như một electron chuyển động trong không gian) tạo ra một từ trường xung quanh nó sẽ tác dụng lực lên một điện tích chuyển động khác. Điều này cũng xảy ra với dòng điện.
Trường hợp của nam châm là đặc biệt bởi vì không có các điện tích chuyển động liên quan, mà là những vật liệu này tạo ra một từ trường do một số hiện tượng vi mô có độ phức tạp nhất định.
Như được mô tả bởi Định luật Ampère và phương trình Maxwell, từ trường và điện trường thường tồn tại cùng nhau trong Thiên nhiên. Những thay đổi nhất định trong thời gian của một từ trường tạo ra điện trường. Một ví dụ điển hình về sự cùng tồn tại của hai trường này là bức xạ điện từ, chẳng hạn như nhẹ.
Có thể kiểm tra sự hiện diện của từ trường bằng một thiết bị được gọi là từ kế.
Các loại từ trường
Từ trường có thể được phân loại theo nguồn tạo ra chúng:
- Từ trường đến từ một nam châm. Nam châm là vật liệu có đặc điểm là có từ trường vĩnh cửu, được tạo ra bởi những gì trong thuộc vật chất được gọi là quay electron (có thể hiểu nó như một spin của chính chúng). Mặt khác, có kim loại có thể "trở thành" nam châm khi bị từ hóa bởi từ trường bên ngoài.
- Từ trường từ dòng điện. Mọi điện tích trong chuyển động đều tạo ra từ trường. Do đó, dòng điện cũng tạo ra từ trường. Ví dụ: nam châm điện (như nam châm trong hình trên) là thiết bị trong đó có pin dòng điện chạy qua một dây dẫn bằng kim loại. Dòng điện này tạo ra một từ trường xung quanh nó làm từ hóa kim loại và tạo ra một từ trường khác. Vì vậy, nam châm điện được sử dụng để tạo ra từ trường biến thiên vì bằng cách thay đổi dòng điện, từ trường thay đổi.
Hướng của từ trường
Các đường sức từ cho chúng ta biết hướng của nó.
Cácđịa chỉ của từ trường có thể được mô tả bằng cách sử dụng các đường hoặc vectơ, phụ trách việc chỉ ra hướng mà lực từ hướng tới. Trong hình trên, bạn có thể thấy rõ đường sức của từ trường do nam châm tạo ra, cho biết hướng của lực mà nam châm tương tác với các hạt kim loại.
Thực tế là từ trường có hướng ngụ ý rằng nó là một vectơ. Bất kì lực lượng là một đại lượng vectơ, có nghĩa là, nó đại diện cho một đại lượng có hướng và cảm giác, chẳng hạn như tốc độ. Vì từ trường tỉ lệ thuận với lực từ nên nó cũng là một đại lượng vectơ. Trên thực tế, có một điều thú vị là lực từ được cảm nhận bởi một hạt chuyển động chìm trong từ trường luôn luôn vuông góc với hướng của trường đó và tốc độ của chính nó.
Từ trường của trái đất
Hành tinh của chúng ta có một từ trường tự nhiên, còn được gọi là trường địa từ. Nằm ở trung tâm của Trái đất có gang (cho cao nhiệt độ). Do chuyển động quay của trái đất, chất lỏng kim loại này chuyển động không đổi, tạo thành dòng điện (khi kim loại chuyển động, các electron cấu tạo nên nó chuyển động). Dòng điện này là thứ tạo ra từ trường Trái đất có cường độ mạnh đến mức nó thoát ra khỏi bề mặt Trái đất.
Từ trường của Trái đất đóng một vai trò rất quan trọng vì nó chuyển hướng bức xạ rất nguy hiểm cho chúng sinh từ mặt trời. Nếu không có từ trường Trái đất, bầu khí quyển nó sẽ bị phá hủy bởi các tia vũ trụ. Các la bàn mà chúng tôi sử dụng để điều hướng tương tác với trường này: kim từ hóa của nó luôn thẳng hàng với từ trường của Trái đất, chỉ về phía bắc. Hơn nữa, nhiều loài động vật di cư sử dụng từ trường của hành tinh để luôn tự định hướng và di chuyển theo các hướng giống nhau trong các khoảng thời gian cụ thể trong năm.