The magnetické pole Je to vliv pohybujících se elektrických nábojů na prostor, který je obklopuje. Poplatky mají vždy elektrické pole, ale pouze ty, které jsou v pohybu, mohou generovat magnetické efekty.
O existenci magnetismu je známo již dlouho. Staří Řekové popsali minerál schopný přilákat malé kousky železa: byl to lodestone nebo magnetit.
Mudrci Thales z Milétu a Platóna byli zaneprázdněni zaznamenáváním magnetických efektů do svých spisů; mimochodem, věděli také o statické elektřině.
Ale magnetismus se začal s elektřinou spojovat až v 19. století, kdy Hans Christian Oersted zjistil, že kompas se odchyluje v blízkosti vodivého drátu, který nese proud..
Dnes víme, že elektřina a magnetismus jsou takřka dvě strany stejné mince.
Rejstřík článků
Ve fyzice termín magnetické pole je to vektorová veličina s modulem (jeho číselná hodnota), směr v prostoru a smysl. Má také dva významy. První je vektor, který se někdy nazývá magnetická indukce a je označen B.
Jednotka B v mezinárodním systému jednotek je to tesla, zkráceně T. Druhá velikost, která se také nazývá magnetické pole, je H, také známý jako síla magnetického pole a jehož jednotka je ampér / metr.
Obě veličiny jsou proporcionální, ale jsou definovány tímto způsobem, aby se zohlednily účinky magnetických materiálů na pole, která jimi procházejí..
Pokud je materiál umístěn uprostřed vnějšího magnetického pole, výsledné pole bude záviset na tom a také na vlastní magnetické odezvě materiálu. Tak B Y H souvisí:
B = μmH
Tady μm je konstanta, která závisí na materiálu a má vhodné jednotky, takže při vynásobení H výsledkem je tesla.
-Magnetické pole je vektorová velikost, proto má velikost, směr a smysl.
-Jednotka magnetického pole B v mezinárodním systému je to tesla, zkráceně T, zatímco H je ampér / metr. Dalšími jednotkami, které se v literatuře často objevují, jsou gauss (G) a oersted.
-Čáry magnetického pole jsou vždy uzavřené smyčky, opouštějící severní pól a vstupující do jižního pólu. Pole je vždy tečné k čarám.
-Magnetické póly se vždy objevují v páru sever-jih. Není možné mít izolovaný magnetický pól.
-Vždy pochází z pohybu elektrických nábojů.
-Jeho intenzita je úměrná velikosti zátěže nebo proudu, který ji vytváří.
-Velikost magnetického pole se snižuje s inverzí čtverce vzdálenosti.
-Magnetická pole mohou být konstantní nebo proměnná, a to jak v čase, tak v prostoru..
-Magnetické pole je schopné vyvinout magnetickou sílu na pohybující se náboj nebo na vodič nesoucí proud.
Tyčový magnet má vždy dva magnetické póly: severní pól a jižní pól. Je velmi snadné ověřit, že póly stejného znaménka odpuzují, zatímco póly různých typů přitahují.
Je to docela podobné tomu, co se děje s elektrickými náboji. Lze také pozorovat, že čím jsou blíže, tím větší je síla, kterou se navzájem přitahují nebo odpuzují..
Tyčové magnety mají výrazný vzor siločar. Jsou to ostré křivky, opouštějící severní pól a vstupující k jižnímu pólu.
Jednoduchým experimentem, který lze pozorovat, je rozložit železné piliny na list papíru a umístit pod ně tyčový magnet..
Intenzita magnetického pole je dána jako funkce hustoty siločar. Ty jsou vždy nejhustší poblíž pólů a šíří se, když se vzdalujeme od magnetu..
Magnet je také známý jako magnetický dipól, ve kterém jsou dva póly přesně severní a jižní magnetický pól.
Nikdy je však nelze oddělit. Pokud magnet rozříznete na polovinu, získáte dva magnety, každý s příslušným severním a jižním pólem. Izolované póly se nazývají magnetické monopoly, ale doposud nebylo možné žádné izolovat.
Lze hovořit o různých zdrojích magnetického pole. Pohybují se od magnetických minerálů, které procházejí samotnou Zemí, která se chová jako velký magnet, až po elektromagnety..
Pravdou však je, že každé magnetické pole má svůj původ v pohybu nabitých částic.
Později uvidíme, že prvotní zdroj veškerého magnetismu spočívá v malých proudech uvnitř atomu, hlavně těch, které jsou vytvářeny v důsledku pohybů elektronů kolem jádra a kvantových efektů přítomných v atomu..
Pokud jde o jeho makroskopický původ, lze uvažovat o přírodních zdrojích a umělých zdrojích..
Přírodní zdroje se v zásadě „nevypínají“, jsou to permanentní magnety, je však třeba vzít v úvahu, že teplo ničí magnetismus látek..
Pokud jde o umělé zdroje, magnetický efekt lze potlačit a kontrolovat. Proto máme:
-Magnety přírodního původu, vyrobené z magnetických minerálů, jako jsou magnetit a maghemit, například oxidy železa.
-Elektrické proudy a elektromagnety.
V přírodě existují různé sloučeniny, které vykazují pozoruhodné magnetické vlastnosti. Jsou schopni přilákat například kousky železa a niklu a další magnety.
Uvedené oxidy železa, jako magnetit a maghemit, jsou příklady této třídy látek..
The magnetická susceptibilita je parametr, který se používá ke kvantifikaci magnetických vlastností hornin. Základní vyvřeliny jsou ty, které mají nejvyšší náchylnost kvůli vysokému obsahu magnetitu.
Na druhou stranu, pokud máte vodič, který vede proud, bude přidružené magnetické pole. Zde máme další způsob generování pole, které má v tomto případě podobu soustředných kruhů s drátem.
Směr pohybu pole je dán pravidlem pravého palce. Když palec pravé ruky ukazuje ve směru proudu, zbývající čtyři prsty indikují směr, ve kterém jsou silové čáry ohnuté..
Elektromagnet je zařízení, které vytváří magnetismus z elektrických proudů. Má tu výhodu, že se může libovolně zapínat a vypínat. Když proud ustane, magnetické pole zmizí. Kromě toho lze také regulovat intenzitu pole.
Elektromagnety jsou součástí různých zařízení, mimo jiné včetně reproduktorů, pevných disků, motorů a relé..
Lze ověřit existenci magnetického pole B pomocí elektrického zkušebního náboje - tzv co- a nechte to hýbat se rychlostí proti. Z tohoto důvodu je alespoň prozatím vyloučena přítomnost elektrických a gravitačních polí..
V tomto případě síla působící na zatížení co, který je označen jako FB, je to zcela kvůli vlivu pole. Kvalitativně je pozorováno následující:
-Velikost FB je úměrný co a rychle proti.
-Pokud proti je rovnoběžná s vektorem magnetického pole, velikostí FB je nula.
-Magnetická síla je kolmá na obě proti jako B.
-Nakonec je velikost magnetické síly úměrná sen θ, bytost θ úhel mezi vektorem rychlosti a vektorem magnetického pole.
Všechno výše uvedené platí pro kladné i záporné náboje. Jediný rozdíl je v tom, že směr magnetické síly je obrácen.
Tato pozorování souhlasí s vektorovým produktem mezi dvěma vektory, takže magnetická síla prožívaná bodovým nábojem co, který se pohybuje rychlostí proti uprostřed magnetického pole je:
FB = q proti X B
Čí modul je:
FB = q.v.B.sen θ
Existuje několik způsobů, například:
-Magnetizací vhodné látky.
-Procházení elektrického proudu vodivým drátem.
Původ magnetismu v hmotě se ale vysvětluje zapamatováním, že musí být spojen s pohybem nábojů.
Elektron obíhající kolem jádra je v podstatě malá uzavřená proudová smyčka, ale schopná podstatně přispívat k magnetismu atomu. V kousku magnetického materiálu je spousta elektronů.
Tento příspěvek k magnetismu atomu se nazývá orbitální magnetický moment. Ale je toho víc, protože překlad není jediným pohybem elektronu. Tento také má točit magnetický moment, kvantový efekt, jehož analogií je rotace elektronu kolem jeho osy.
Ve skutečnosti je magnetický moment otáčení hlavní příčinou magnetismu atomu..
Magnetické pole může mít mnoho forem, v závislosti na distribuci proudů, které ho vytvářejí. Na druhé straně se může lišit nejen v prostoru, ale také v čase nebo v obou současně..
-V blízkosti pólů elektromagnetu je přibližně konstantní pole.
-Také uvnitř solenoidu je dosaženo vysoké intenzity a rovnoměrného pole, přičemž siločáry směřují podél osové osy.
-Zemské magnetické pole se docela dobře přibližuje poli tyčového magnetu, zejména v blízkosti povrchu. Dále vzdálený sluneční vítr modifikuje elektrické proudy a znatelně jej deformuje.
-Drát pro vedení proudu má pole ve formě kruhů soustředných s drátem.
Pokud jde o to, zda se pole může časem měnit, máme:
-Statické magnetické pole, kdy se ani jeho velikost ani směr v průběhu času nemění. Dobrým příkladem tohoto typu pole je pole tyčového magnetu. Také ty, které pocházejí z drátů, které přenášejí stacionární proudy.
-Proměnná pole s časem, pokud se některá z jejich charakteristik mění s časem. Jedním ze způsobů, jak je získat, jsou generátory střídavého proudu, které využívají fenoménu magnetické indukce. Vyskytují se v mnoha běžně používaných zařízeních, například v mobilních telefonech.
Pokud je nutné vypočítat tvar magnetického pole produkovaného distribucí proudů, lze použít zákon Biot-Savart, objevený v roce 1820 francouzskými fyziky Jean Marie Biot (1774-1862) a Felix Savart (1791 -1841).).
U některých současných distribucí s jednoduchými geometriemi lze přímo získat matematický výraz pro vektor magnetického pole.
Předpokládejme, že máme drátový segment diferenciální délky dl který nese elektrický proud Já. Drát bude rovněž považován za vakuum. Magnetické pole, které produkuje tuto distribuci:
-Snižuje se s inverzní funkcí druhé mocniny vzdálenosti od drátu.
-Je úměrná intenzitě proudu Já který prochází drátem.
-Jeho směr je tangenciální k obvodu poloměru r soustředěný na drátu a jeho význam je dán pravidlem pravého palce.
-μnebo = 4π. 10-7 T.m / A
-dB je rozdíl magnetického pole.
-Já je intenzita proudu protékajícího drátem.
-r je vzdálenost mezi středem drátu a bodem, kde chcete najít pole.
-dl je vektor, jehož velikost je délka diferenciálního segmentu dl.
-r je vektor, který vede z drátu do bodu, kde chcete vypočítat pole.
Níže jsou uvedeny dva příklady magnetického pole a jejich analytické výrazy.
Pomocí Biot-Savartova zákona je možné získat pole produkované tenkým vodičem s konečným vodičem, který nese proud I. Integrací podél vodiče a zohledněním omezujícího případu, ve kterém je velmi dlouhý, je velikost pole výsledek:
Helmholtzova cívka je složena ze dvou identických a soustředných kruhových cívek, do kterých je veden stejný proud. Slouží k vytvoření přibližně rovnoměrného magnetického pole uvnitř.
Jeho velikost ve středu cívky je:
Y je směrováno podél osové osy. Faktory rovnice jsou:
-N představuje počet závitů cívek
-Já je velikost proudu
-μnebo je magnetická permeabilita vakua
-R je poloměr cívek.
Zatím žádné komentáře