Ciśnienie magnetyczne - Magnetic pressure

Ciśnienie magnetyczne to gęstość energii związana z polem magnetycznym . Każde pole magnetyczne ma powiązane ciśnienie magnetyczne zawarte w warunkach brzegowych pola. Jest identyczne z każdym innym ciśnieniem fizycznym, z tym wyjątkiem, że jest przenoszone przez pole magnetyczne, a nie (w przypadku gazu ) przez energię kinetyczną cząsteczek gazu. Gradient natężenia pola powoduje powstanie siły wynikającej z gradientu ciśnienia magnetycznego, zwanego siłą ciśnienia magnetycznego .

Siłę nacisku magnetycznego można łatwo zaobserwować w niepodpartej pętli z drutu . Jeśli prąd elektryczny przepływa przez pętlę, drut służy jako elektromagnes , tak że natężenie pola magnetycznego wewnątrz pętli jest znacznie większe niż natężenie pola tuż poza pętlą. Ten gradient natężenia pola powoduje powstanie siły nacisku magnetycznego, która ma tendencję do równomiernego rozciągania drutu na zewnątrz. Jeśli wystarczająca ilość prądu przepływa przez drut, pętla drutu utworzy okrąg . Przy jeszcze wyższych prądach ciśnienie magnetyczne może wytworzyć naprężenie rozciągające, które przekracza wytrzymałość drutu na rozciąganie , powodując jego pękanie lub nawet wybuchowe fragmenty. Dlatego zarządzanie ciśnieniem magnetycznym jest znaczącym wyzwaniem przy projektowaniu ultrasilnych elektromagnesów.

Siła (w cgs ) F wywierana na cewkę przez jej własny prąd wynosi

${\ Displaystyle \ mathbf {F} = {\ dfrac {I ^ {2}} {c ^ {2} R}} \ lewo [\ ln \ lewo ({\ dfrac {8R} {a}} \ prawej) - 1 + Y \ w prawo]}$

gdzie Y jest wewnętrzną indukcyjnością cewki, określoną przez rozkład prądu. Y wynosi 0 dla prądów o wysokiej częstotliwości przenoszonych głównie przez zewnętrzną powierzchnię przewodnika i 0,25 dla prądów stałych rozłożonych równomiernie w całym przewodzie. Aby uzyskać więcej informacji, zobacz indukcyjność .

Zależność między ciśnieniem magnetycznym a zwykłym ciśnieniem gazu jest ważna dla magnetohydrodynamiki i fizyki plazmy . Ciśnienie magnetyczne można również wykorzystać do napędzania pocisków ; to jest zasada działania karabinu .

Jeśli obecne prądy są równoległe do pola magnetycznego, linie pola podążają za kształtami, w których gradient ciśnienia magnetycznego jest równoważony siłą napięcia magnetycznego . Taka konfiguracja jest nazywana pole siły wolny , ponieważ nie ma siły Lorentza ( ). Znane potencjalne pole magnetyczne jest szczególnym przypadkiem pola wolnego od siły: konfiguracje pola potencjalnego zajmują przestrzeń, która w ogóle nie zawiera prądu elektrycznego. ${\ Displaystyle j \ razy B = 0}$

Ciśnienie magnetyczne podaje się w jednostkach SI ( P w Pa , B w T , μ ₀ w H / m) wg ${\ displaystyle P_ {B}}$

${\ Displaystyle P_ {B} = {\ Frac {B ^ {2}} {2 \ mu _ {0}}}}$

oraz w jednostkach cgs ( P w dyn / cm² , B w G ) wg

${\ Displaystyle P_ {B} = {\ Frac {B ^ {2}} {8 \ pi}}}$ .

W praktycznych jednostkach

${\ Displaystyle P_ {B} {\ tekst {[pasek]}} \ ok \ lewo ({\ Frac {B {\ tekst {[T]}}} {0,501}} \ prawo) ^ {2}.}$

Zobacz też

• Siła naciągu magnetycznego
• Tensor naprężenia Maxwella
• Hałas i wibracje indukowane elektromagnetycznie

Uwagi

Bibliografia

• Garren i Chen (1994). „Siły własne Lorentza na zakrzywionych pętlach prądowych”. Fizyka plazmy . 1 (10): 3425–3436. Bibcode : 1994PhPl .... 1.3425G . doi : 10,1063 / 1,870491 .

Ten artykuł dotyczący fizyki plazmy jest niedopowiedzeniem . Możesz pomóc Wikipedii, rozbudowując ją .

• v
• t
• mi