OSERWACJE POLA MAGNETYCZNEGO Pole magnetyczne wytwozone jest np. pzez magnes stały......a zauważyć je można np. obsewując zachowanie się opiłków żelaz

Transkrypt

1 POLE MAGNETYCZNE 1. Obsewacje pola magnetycznego 2. Definicja pola magnetycznego i siła Loentza 3. Ruch ładunku w polu magnetycznym; synchoton 4. Siła działająca na pzewodnik pądem; moment dipolowy 5. Źódła pola magnetycznego; pawo iote a Savata; magnetyczne własności mateii 6. Różnice między polem magnetycznym i elektycznym; pawo Ampea 7. Sposoby detekcji pola ; efekt Halla 8. Magnetyczny ezonans jądowy

2 OSERWACJE POLA MAGNETYCZNEGO Pole magnetyczne wytwozone jest np. pzez magnes stały......a zauważyć je można np. obsewując zachowanie się opiłków żelaza...albo zachowanie igły magnetycznejkompasu-umieszczonej w pobliżu magnesu opiłki Ale pole magnetyczne zauważyć można także obsewując uch ładunku: igła magnetyczna Loentza zoza I właśnie pole magnetyczne definiuje się pzez siłę działającą na ładunek

3 DEFINICJA POLA MAGNETYCZNEGO Jeśli na ładunek q pouszający się z pędkością V działa siła postopadła do pędkości i popocjonalna zaówno do q jak i do V, to mówimy, że w pzestzeni działa pole magnetyczne o indukcji, takiej, że F = qv Jednostka: 1N N 1 T = = 1 = 1 m 1C A m s Gs Źódło pola magnetycznego (T) Pacujący mózg 1-13 Ziemia Elektomagnes 3 Źódło pola magnetycznego (T) Cewka nadpzewodząca 2 Cewka impulsowa 4 Gwiazda neutonowa 1 8

4 SIŁA LORENTZA Jeśli w pzestzeni w któej znajduje się ładunek q działa zaówno magnetyczne o indukcji jak i pole elektyczne o natężeniu E, to całkowita siła działająca na taki ładunek wynosi: F = qe + qv Siła Loentza Równanie jest pawdziwe zawsze, niezależnie od uchu ładunku, źódła pola magnetycznego, czy też źódła pola elektycznego.

5 RUCH ŁADUNKU W POLU MAGNETYCZNYM Siła Loentza F = qv Jeśli na uchomy ładunek działa siła, to uch ładunku musi się zmieniać d dw = d (qv ) = d (q ) = dt Paca siły Loentza nad ładunkiem = Pole magnetyczne nie zwiększa enegii cząstki naładowanej, lecz może zmieniać jej to V = F odchylanie

6 F RUCH ŁADUNKU W POLU MAGNETYCZNYM: SYNCHROTRON = qv loentz ESRF: Euopean Synchoton Radiation Fascility, Genoble syncho SYNCHROTRON: Nadzwyczaj silne źódło pomieniowania entgenowskiego

7 SIŁA DZIAŁAJĄCA NA PRZEWODNIK Z PRĄDEM Skoo na ładunek w polu działa siła to oznacza też, że i na zbionik ładunków, tj. pzewodnik z pądem będzie działała siła. I F V dl siła działająca na ładunek dq wynosi df=dqv X df =I V X dt ale dq=i dt, więc ale V dt=dl (dl-odcinek pzewodu) df =I dl X Taka siła działa na odcinek pzewodu dl. Na cały pzewód postoliniowy l działa zatem siła: F = Il

8 SIŁA DZIAŁAJĄCA NA PĘTLĘ Z PRĄDEM; MAGNETYCZNY MOMENT DIPOLOWY Dla dwóch pzewodów ównoległych lecz o pzeciwnych pądach powstaje moment siły chcący pzekęcić amkę: silnik elektyczny Nomalna n twozy kąt θ z polem.siły działające na odcinki b znoszą się wzajemnie. Siły F a działające na odcinki a twozą paę sił dającą wypadkowy moment siły a F pąd n Moment siły działający na amkę zależy od: Pądu płynącego pzez amkę Pola powiezchni amki Pola magnetycznego w któym amka się znajduje τ = IS = µ µ gdzie µ = IS µ b linie sił pola dla amki i magnesu są identyczne Tak samo zachowują się w polu magnetycznym: wekto µ jest taki sam F θ a

9 ŹRÓDŁA POLA MAGNETYCZNEGO : PRĄD µ 2π = I Wskaźnik pola -igła magnetyczna eaguje także w pobliżu pzewodnika z pądem Źódłem pola magnetycznego jest ównież pąd I F q V I q F V Kieunek linii sił pola można okeślić egułą pawej dłoni

10 ŹRÓDŁA POLA MAGNETYCZNEGO : PRAWO IOTA- SAVARTA dl I Źódłem pola magnetycznego jest pąd µ Idl d = 3 4π d PRZYKŁAD: Obliczyć pole na osi kołowej pętli z pądem R dl α d y d d x od wszystkich elementanych łuków dodają się: d x = d cosα d = µ I 4π d lsin 9 2 o x α d x cosα = R = R R 2 + x 2 I = d II = π(R µ IR + x ) d l = 4π(R µ 2 IR + x 2 ) 3 2 (2πR) = 2(R µ 2 IR + x 2 2 ) 3 2 jest postopadłe do płaszczyzny pętli

11 POLE MAGNETYCZNE DLA RÓŻNYCH ROZKŁADÓW PRĄDÓW Pole od pętli z pądem Pole od dwóch pętli z pądem: cewki Helmholtza Pole od solenoidu Pole

12 ŹRÓDŁA MAGNETYZMU Źódłem pola magnetycznego jest pąd, ale też mateiały magnetyczne. Pole magnetyczne od solenoidu i magnesu są identyczne. Źódłem pola magnetycznego w mateiałach magnetycznych są elementane pądy atomowe.

13 MAGNETYCZNE WŁASNOŚCI MATERII CO TO JEST MAGNES? µ L µ S elektony kążą wokół atomu obitalny moment magnetyczny własny uch elektonu (spin) spinowy moment magnetyczny spin moment magnetyczny atomu to suma jego momentów magnetycznych obitalnych i spinowych. namagnesowanie M= namagnesowanie M atomowe momenty magnetyczne słabo oddziaływują: paamagnetyzm silne oddziaływanie atomowych momentów magnetycznych (ównoległe ułożenie): feomagnetyzm

14 PARAMAGNETYZM I FERROMAGNETYZM namagnesowanie T T C niskie tempeatuy (poniżej tempeatuy Cuie) obsza feomagnetyczny wysokie tempeatuy (powyżej tempeatuy Cuie) obsza paamagnetyczny Feomagnetyki w T pokojowej żelazo Fe T C =143 K kobalt Co T C =1388 K nikiel Ni T C =627K gadolin Gd T C =292 K Paamagnetyki w T pokojowej mangan Mn, platyna Pt,wolfam W, tlen O Diamagnetyki izmut i

15 MAGNESOWANIE MATERIAŁÓW MAGNETYCZNYCH: PĘTLA HISTEREZY feomagnetyk M M M M M M M M zewn zewn zewn zewn - M - M - M - M Zewnętzne pole magnetyczne poządkuje momenty magnetyczne w obszaze feomagnetycznym

16 ŹRÓDŁA POLA MAGNETYCZNEGO Cewka w któej płynie pąd; słabe pole Cewki Helmholtza; pąd; słabe pole, ale badzo jednoodne pole Elektomagnes pąd Cewka nadpzewodząca

17 WŁASNOŚCI POLA MAGNETYCZNEGO: RÓŻNICE MIĘDZY E I + - takie same linie sił pola w śodku: inne linie sił pola doświadczenie : z dala od ładunków i cewek (i magnesów) linie sił pola są takie same jak linie sił pola E pola ww. cewki i między ładunkami są inne Linie sił pola E wychodzą ze źódłaładunku: ilość linii sił pzepływających pzez zamkniętą powiezchnię (czyli stumień ) jest ówny ładunkowi zawatemu ww. tej powiezchni (pawo Gaussa) Q E ds = εε S Linie sił pola są zamknięte: pole magnetyczne jest bezźódłowe w tym sensie, że nie istnieją ładunki magnetyczne: ilość linii sił pzepływających pzez zamkniętą powiezchnię (czyli stumień ) jest ówny S ds =

18 PRAWO GAUSSA DLA MAGNETYZMU STRUMIEŃ POLA MAGNETYCZNEGO Stumień pzez element pow. ds Stumień pzez skończoną pow. S d φ φ = ds = ds A stumien Ilość linii sił pola pzepływających pzez zamkniętą powiezchnię (czyli stumień ) jest ówny A ds = Pawo gaussa Linie sił pola są zamknięte: pole magnetyczne jest bezźódłowe w tym sensie, że nie istnieją ładunki magnetyczne.

19 WŁASNOŚCI POLA MAGNETYCZNEGO: PRAWO AMPERA POLE ELEKTROSTATYCZNE: Paca = pole elektostatyczne jest polem potencjalnym, tj.. E dl = POLE MAGNETYCZNE µ = 4π 2I Pole od postoliniowego pzewodnika µ 2I dl µ I dl = dl = dl = µ I 4π dl 2π Pole magnetyczne nie jest polem potencjalnym dl = µ I pawo Ampea

20 DETEKCJA POLA MAGNETYCZNEGO: EFEKT HALLA na elektony działa siła Loentza F=qV u X (postopadła do pędkości i pola ) odchylająca elektony do jednej stony płytki powstaje napięcie Halla U H d x kieunek pola magnetycznego S Ruch ładunków twa do chwili gdy wytwozone pzez nie pole elektyczne E H (popzeczne) nie zównoważy siły Loenzta: qe E H H + qvu X = = V X E u H = V u siła Loentza źódło pądu napięcie Halla Jeśli w płytce pojawia się pole elektyczne Halla, to oznacza, że po obu stonach płytki zaobsewuje się napięcie (napięcie Halla U H ). To napięcie zależy od: Płynącego pądu Rozmiaów płytki Koncentacji i znaku nośników pądu Pola magnetycznego U H = Id nes mieząc napięcie U H można: zmiezyć pole magnetyczne poznać koncentację nośników n i ich znak

21 MAGNETYCZNY REZONANS JĄDROWY: NMR pecesja pecesja Momenty magnetyczne jąde wodou pecesują w polu magnetycznym Pecesujące momenty magnetyczne mogą absobować enegię pecesja Pomiaowi podlega: ilość zaabsobowanej enegii (infomacja o gęstości potonów) częstość pecesji (infomacja o otoczeniu)