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

Transkrypt

1 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

2 Definicja wektora Wektor E był definiowany jako siła działająca na ładunek: F E q zatem, wektor (indukcji magnetycznej) będzie 0 zdefiniowany jako siła działająca na poruszający się ładunek: F q v F doświadczenie pokazuje, że równanie wektorowe można zapisać w postaci: F qv V

3 linie pola magnetycznego różnoimienne bieguny magnetyczne przyciągają się jednoimienne bieguny magnetyczne się odpychają

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

5 Siła magnetyczna działająca na przewodnik z prądem q F It IL v I L v F vsin 90 qvsin IL F IL

6 Prawo iota-savarta (rysunki do wzorów)

7 Prawo iota-savarta Prawo wykryte doświadczalnie opisujące odwrotną proporcjonalność między indukcją magnetyczną, a odległością r między przewodnikiem a punktem pola. F 1 q q 1 1 q Natężenie pola elektrycznego wynosi: E 2 2 q 4 0 r q 4 0 r 1 dq zatem, przyczynek: de d 4 analogią dq dla pola magnetycznego jest zatem, 0 0 Idssin 2 4 r d r 2 gdzie, przenikalność magnetyczna próżni 7 Tm A Ids r r Ids (ale to nie skalar):

8 Prawo Ampera Prawo Ampera jest analogią do prawa Gaussa. ds 0I całkowanie wykonujemy po zamkniętym konturze I jest całkowitym natężeniem prądu przecinającym powierzchnię ograniczoną przez kontur

9 przypomnienie: kondensator płaski natężenie pola elektrycznego z p. Gaussa: E ds 0 q wewn q 0ES różnica potencjałów: U d Eds E 0 pamiętając q CU ds Ed otrzymujemy: 0 C S d

10 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. strumień magnetyczny: ds prawo Faradaya: gdy ( S, jednorodne) S SEM d dt

11 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 E, 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. d dt

12 Cewki i indukcyjność Indukcyjność cewki definiujemy: N 0 ( nl)( S) In N ( nl)( S) ( nl)( 0 In)( S) 2 L 0n ls I I I Zatem indukcyjność na jednostkę długości solenoidu w pobliżu jego środka wynosi: L 2 l 0 n S L N I N liczba zwojów n liczba zwoją na jednostkę dł. solenoidu

13 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 z def. indukcji N LI d( N z p. Faradaya SEM ) dt zatem, SEM samoindukcji SEM L di dt

14 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.

15 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

16 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 ml

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