A kép mágneses térben elrendeződött vas részecskék mintázatát mutatja. A vasforgácsok segítségével feltérképezhető a mágneses mező. A vasf...
A kép mágneses térben elrendeződött vas részecskék mintázatát mutatja.
A vasforgácsok segítségével feltérképezhető a mágneses mező. A vasforgács minden egyes részecskéje egy kis mágneses dipólus, ami a helyi mágneses mezőhöz igazodik. Így az apró részecskék egyidejűleg globális képet alkothatnak a mágneses térről.
A mágneses mező egy absztrakt entitás, amely a mágneses erők hatását írja le egy régióban. A mágneses mező ábrázolására vizuális eszközt használnak, ez a mágneses erővonalak. A mágneses erővonalak azok a pályák, amelyeket egy (hipotetikus) északi mágneses monopólus követne, ha a mágneses mezőbe kerülne.
Miért alakul ki a mágneses erőtér vizuális megjelenítésére alkalmazott virtuális erővonalakhoz hasonló fizikai struktúra a mágneses erőtérbe helyezett vas részecskékből?
Nyilvánvaló, hogy a mágneses tér hozza létre a vasreszelékből álló struktúrát. Láthatólag a mágneses térben a vas részecskék mintázata kirajzolja a mágneses erővonalakat. A mágneses erővonal azonban absztrakció, a valóság fizikailag nem létező entitása, amely csupán azt jelképezi, hogy a tér egy adott pontján milyen mágneses erőhatás van jelen. A mágneses erőhatás azonban a mágneses tér minden pontján jelen van. A mágneses tér folyamatosan és egyenletesen változik a tér bármely két pontja között fizikailag létező erővonalak nélkül.
A szétszórt mágnesezhető vas részecskék és a folytonos mágneses tér hogyan lép kapcsolatba egymással, amelynek az eredménye a virtuálisan létező mágneses erővonalak térben jól elrendezett mintázatara hasonlító struktúra? Hogyan lesz a virtuális erővonalakból fizikai valóság?
Általánosan is feltehető a kérdés: milyen feltételek teljesülése esetén alakulhat ki fizikai struktúra egy erőtérben?
- Erőtérrel kapcsolatos (természetes) feltétel: Az erőtér legyen folytonos, azaz az erőtér a tér különböző pontjai és vagy az idő különböző pillanatai között szigorúan egyenletes legyen. (A feltétel azt jelenti, hogy ne legyen töréspont az erőtér matematikai függvényén. A feltétel jellemzően teljesül, mivel a természetben elforduló erőterekre a folytonosság a jellemző. Töréspont jellegű erőtér esetén a fizikai struktúra kialakulása triviális.) Megjegyzés: fizikai struktúrák állandó (térben és időben nem változó) erőtérben is kialakulhatnak a feltételek teljesülése esetén, azonban a természetre a nem állandó erőterek a jellemzők.
- A struktúrát létrehozó anyaggal kapcsolatos feltétel: A fizikai struktúrát létrehozó anyagnak a kialakuló struktúra méretéhez képest elhanyagolható méretű, jelentős mennyiségű részecskekent szükséges az erőtérben jelen lenni.
- Kölcsönhatással kapcsolatos (triviális) feltétel: A struktúrát létrehozó anyag képes legyen kölcsön hatni a környező erőtérrel.
- Véletlenszerű hatás feltétel: A struktúrát kialakító részecskékre az erőtérrel való kölcsönhatásuk erősségével összemérhető nagyságú, random jellegű erőhatás hasson.
Ezen feltételek teljesülése esetén a folytonos erőtérben fizikai struktúrák alakulnak ki.
A mágneses erővonalak, mint fizikai struktúra kialakulásának folyamata:
A rúd mágnes folytonos, egyenletesen változó mágneses erőteret hoz létre maga körül. Ebbe az erőtérbe helyezünk véletlenszerű elrendezéssel vasreszeléket. A vas részecskék képesek kölcsön hatni a mágneses térrel, és ebből következőben a mágneses térben egymással is. A szétszórt vasreszeléket enyhén rázva, az egyes vas részecskékre az egymáshoz való elhelyezkedésükből, és a mágneses térben való elhelyezkedésükből adódóan véletlenszerűen eltérő jellegű, a mágneses térrel való kölcsönhatásukkal összemérhető nagyságú erőhatás hat, aminek hatására egymáshoz képest elmozdulnak.
A változó elrendezés hatására egyes vas részecskék egymáshoz közelebb kerülnek, mások eltávolodnak, ezáltal egymással, és a környező mágneses térrel is erősebb vagy gyengébb kölcsönhatásba kerülnek. A rázást folytatva az elrendeződés folytatódik, a rázás az egymással és a környező mágneses térrel erősebben kölcsönható struktúrákra egyre kevésbé, a többire azonban továbbra is hat. Az egymással kölcsönható struktúrák egyre stabilabba válnak, valamint folyamatosan növekednek.
A folyamat során kialakul a mágneses térbe helyezett vasreszelekre jellemző, jellegzetes erővonal szerű forma.
Mi határozza meg a struktúra fizikai formáját? A gravitációs erőtér például bolygó, csillag, és galaxis rendszereket hoz létre. Mitől függ, hogy milyen fizikai formát alakít ki az egymásra ható erőtér és a struktúrát alkotó anyag?
Anyag {button_primary} Fizika {button_primary} Tér {button_primary}
Nincsenek megjegyzések