Pole magnetyczne - fizyka.ur.krakow.pl · Pole magnetyczne Magnes wytwarza wektorowe pole...

Pole magnetyczne

Magnes wytwarza wektorowe pole magnetyczne we wszystkich punktach otaczającego go przestrzeni.

naładowane elektrycznie cząstki, poruszające się w przewodniku w postaci prądu elektrycznego, wytwarzają pole magnetyczne cząstki elementarne (np. elektrony) wytwarzają swoje własne pole magnetyczne

http://en.wikipedia.org/wiki/Magnet

Definicja wektora Wektor był definiowany jako siła działająca na ładunek:

0q

FE

zatem, wektor (indukcji magnetycznej) będzie

zdefiniowany jako siła działająca na poruszający się ładunek:

B

E

vq

FB B

doświadczenie pokazuje, że równanie wektorowe można zapisać w postaci:

BvqFB

B

V

B

F

linie pola magnetycznego

różnoimienne bieguny magnetyczne przyciągają się jednoimienne bieguny magnetyczne się odpychają

magnetyzm Ziemi Jeden z dowodów istnienia pola magnetycznego wokół ziemi jest fakt istnienia zorzy polarnych w okolicach biegunów.

http://www.nasa.gov/mission_pages/themis/auroras/themis_power.html#.Uq4exdLuJyE

Siła magnetyczna działająca na przewodnik z prądem

BLIFB

ILBvBv

ILF

qvBFv

LIItq

B

B

90sin

sin

Prawo Biota-Savarta (rysunki do wzorów)

Prawo Biota-Savarta Prawo wykryte doświadczalnie opisujące odwrotną proporcjo-nalność między indukcją magnetyczną B, a odległością r mię-dzy przewodnikiem a punktem pola.

2

04

1

r

dqdE

2

0

2

0 4

11

4

1

r

q

qr

qq

q

FE

gdzie, przenikalność magnetyczna próżni

zatem, przyczynek:

2

0 sin

4 r

IdsdB

A

Tm7

0 104

3

0

4 r

rsIdBd

Natężenie pola elektrycznego wynosi:

analogią dq dla pola magnetycznego jest (ale to nie skalar): sId

zatem,

Prawo Ampera Prawo Ampera jest analogią do prawa Gaussa.

całkowanie wykonujemy po zamkniętym konturze I jest całkowitym natężeniem prądu przecinającym powierzchnię ograniczoną przez kontur

IsdB 0

przypomnienie: kondensator płaski

natężenie pola elektrycznego z p. Gaussa:

wewnqSdE

0

ESq 0

różnica potencjałów:

EddsEEdsU

d

0

pamiętając otrzymujemy: CUq

d

SC 0

Prawo indukcji Faradaya SEM jest indukowana w pętli, gdy zmienia się pole magnetyczne, przechodzące przez pętlę lub precyzyjniej, wartość SEM indukowanej w przewodzącej pętli jest równa szybkości z jaką strumień magnetyczny, przechodzący przez tę pętlę zmienia się w czasie.

BSBSBSdB BB )jednorodne,(gdy

B – strumień magnetyczny:

dt

dSEM B

prawo Faradaya:

Reguła Lenza Reguła Lenza wynika z zasady zachowania energii i wyznacza kierunek prądu indukowanego w obwodzie.

Zmiana indukcji magnetycznej w danym obszarze pociąga za sobą powstawanie otaczającego go wirowego pola elektrycznego , które ze swej strony (jeśli to jest możliwe) wzbudza prąd elektryczny przeciwstawny tejże zmianie. Prąd indukowany płynie w takim kierunku, że pole magnetyczne wytworzone przez ten prąd przeciwdziała zmianie strumienia pola magnetycznego, która ten prąd indukuje.

B

E

Bdt

Bd

http://pl.wikipedia.org/wiki/Regu%C5%82a_Lenza

Cewki i indukcyjność

Indukcyjność cewki definiujemy:

I

NL B

N – liczba zwojów n – liczba zwoją na jednostkę dł. solenoidu

InBBSnlN B 0))((

lSnI

SInnl

I

BSnl

I

NL B 2

00 ))()(())((

Snl

L 2

0

Zatem indukcyjność na jednostkę długości solenoidu w pobliżu jego środka wynosi:

Samoindukcja Dwie cewki oddziałują ze sobą. Jeśli w jednej cewce zmienia się strumień to w cewce obok popłynie prąd. Jednak indukowana SEM pojawi się także w pierwszej cewce.

Indukowana SEM występuje w cewce , w której natężenie prądu się zmienia

dt

NdSEM B )(

http://e-fizyka.info/index.php?t=13&id=481&opis=Samoindukcja

LIN B

dt

dILSEM

z def. indukcji

z p. Faradaya

zatem, SEM samoindukcji

Materiały magnetyczne

diamagnetyki

paramagnetyki

ferromagnetyki

Diamagnetyzm wykazują wszystkie materiały , ale jest to słabe zjawisko, zaniedbywalne kiedy występują poniższe. Momenty magnetyczne są indukowane w atomach w wyniku oddziaływania z zewnętrznym polem magnetycznym. Wypadkowy moment jest przeciwny do zewnętrznego pola.

Paramagnetyzm wykazują materiały , których atomy mają nie zerowy wypadkowy moment magnetyczny. Momenty magnetyczne atomów w wyniku oddziaływania z zewnętrznym polem magnetycznym są porządkowane. Wypadkowy moment jest zgodny z zewnętrznym polem.

Ferromagnetyzm wykazują materiały , których atomy mają nie zerowy wypadkowy moment magnetyczny i dodatkowo ten moment jest uporządkowany. Zewnętrzne pole magnetyczne porządkuje domeny wytwarzając silne pole magnetyczne, które częściowo zostaje nawet po ustaniu zewnętrznego pola.

Diamagnetyzm Diamagnetyzm jest obecny w każdym materiale na podstawie prawa Faradaya i reguły Lentza.

w materiale diamagnetyczny umieszczony w zewnętrznym polu magnetycznym powstaje moment magnetyczny skierowany przeciwnie do pola zewnętrznego, jeżeli pole zewnętrzne jest niejednorodne to materiał diamagnetyczny jest wypychany z obszaru silniejszego pola do obszaru pola słabszego

http://www.ru.nl/hfml/research/levitation/diamagnetic/

Paramagnetyzm Diamagnetyzm dotyczy materiałów z atomowym niezerowym momentem magnetycznym.

w materiale paramagnetyczny umieszczony w zewnętrznym polu magnetycznym powstaje moment magnetyczny skierowany zgodnie z polem zewnętrznym, jeżeli pole zewnętrzne jest niejednorodne to materiał paramagnetyczny jest przyciągany do obszaru silniejszego pola

http://www.meta-synthesis.com/webbook/16_diradical/diradical.html

Ferromagnetyzm Ferromagnetyzm dotyczy materiałów zwanych potocznie magnesami. Ich trwałe namagnesowanie zanika w temperaturze Curie (TCurie – dla żelaza: 7700C).

w materiale ferromagnetyczny umieszczony w zewnętrznym polu magnetycznym powstaje silny moment magnetyczny, skierowany zgodnie z polem zewnętrznym, jeżeli pole zewnętrzne jest niejednorodne to materiał ferromagnetyczny jest przyciągany do obszaru silniejszego pola

http://en.wikipedia.org/wiki/Ferromagnetism