Biot-Savart Yasası, Manyetik Alan ve Weber Sayısı

Kütle bir yerçekimi alanı ürettiğinde bu alanla etkileşime girer ve yüklü bir elektrik alanı üretir. Hareket eden yük (yani akım) bir manyetik alanla etkileşime girdiğinden, aynı zamanda bu alanı da yaratmasına neden olur.

Bir akım tarafından üretilen manyetik alanı hesaplamak için kullanılan denklem Biot-Savart yasası olarak bilinir. Düz, akım taşıyan bir tel ile kalıcı bir mıknatıs arasındaki etkileşimi araştıran iki bilim insanının onuruna adlandırılan deneysel bir yasadır. Bu yasa, bir teldeki akımın ürettiği manyetik alanın büyüklüğünü ve yönünü hesaplamamızı sağlar.

Akım taşıyan sonlu uzunluktaki bir telin oluşturduğu manyetik alan, tel boyunca entegre edilmesiyle bulunur ve bize Biot-Savart yasasının olağan biçimini verir. Bu bir vektör integrali olduğundan, farklı akım elemanlarından gelen katkılar aynı yöne işaret etmeyebilir. Sonuç olarak, integralin değerlendirilmesi genellikle oldukça basit geometriler için bile zordur.

Bir sabit mıknatıs veya bir yönde sabit elektrik akımı taşıyan bir tel etrafında, manyetik alan sabittir ve buna manyetik alan denir. Manyetostatik alan, herhangi bir noktada büyüklüğü ve yönü aynı kalır. Alternatif akım veya dalgalanan doğru akım etrafında , manyetik alan büyüklüğünü ve yönünü sürekli olarak değiştirir.

Manyetik alanın güçlü olduğu bir mıknatısın kutuplarında, alan çizgileri birbirine sıkışır veya daha yoğun olur. Daha uzakta, manyetik alanın zayıf olduğu yerlerde, daha az yoğun hale gelerek yelpaze gibi açılırlar. Düzgün bir manyetik alan, eşit aralıklarla paralel düz çizgilerle gösterilir. Akının yönü, küçük bir mıknatısın kuzeye bakan kutbunun işaret ettiği yöndür. Akı çizgileri süreklidir ve kapalı halkalar oluşturur. Bir çubuk mıknatıs için, kuzeye bakan kutuptan çıkarlar, yelpaze gibi açılırlar ve etrafa yayılırlar, güneye bakan kutuptan mıknatısa girerler ve mıknatıstan kuzey kutbuna kadar devam ederler ve burada tekrar çıkarlar.

Weber sayısı, akışkan mekaniğinde kullanılan karakteristik bir sayıdır. Boyutsuz bir nicelik olarak, bir akışkan ortamında akan sıvılar için deforme edici eylemsizlik kuvvetleri ile dengeleyici kohezyon kuvvetleri arasındaki oranı tanımlar. Örneğin, Weber sayısı bir spreyin atomize edici kalitesini ve emülsiyonlar üretilirken ortaya çıkan damlacık boyutunu karakterize eder.

Bir sıvı ikinci bir akışkan fazından (gaz veya sıvı) aktığında, akışkan mekanik veya aerodinamik kuvvet "F_A" damlaların deforme olmasına ve sonuçta dağılmasına neden olur. Yüzey gerilimi veya arayüz gerilimi "σ" ile ilişkili kohezyon kuvveti "F_K" deformasyondan kaynaklanan yüzey alanındaki artışa karşı koyar. Bu nedenle damla, yüzey veya arayüz gerilimi tarafından bir arada tutulur.

Daha yüksek hız veya daha uzun işlem uzunluğu nedeniyle deforme edici kuvvet artarsa, bir spreyin damlaları daha kolay dağılır ve sulu bir ortamdaki yağ damlaları daha kolay parçalanır. Yüksek bir yüzey veya arayüz gerilimi bu işleme karşı koyar. Sıvının yüzey gerilimini veya ilgili fazlar arasındaki arayüz gerilimini azaltan yüzey aktif maddeler bu nedenle spreylerde ve emülsiyonlarda sıklıkla kullanılır. Aynı durum, küçük damlacıkların faz sınırında büyük bir değişim yüzey alanı sağlaması gereken çıkarma işlemleri için de geçerlidir.

Weber sayısını hesaplarken, yüzey aktif madde çözeltilerinin yüzey veya arayüz geriliminin genellikle yüksek işlem hızları nedeniyle denge değerine ulaşmadığı dikkate alınmalıdır . Bu nedenle kabarcık basıncı yöntemi genellikle yüzey gerilimi için ölçüm yöntemi olarak kullanılır ve damla hacmi yöntemi arayüz gerilimi için kullanılır. Bu yöntemler dinamik yüzey gerilimini veya arayüz gerilimini yüzey yaşından bağımsız olarak ölçer.