Krótka historia magnetyzmu

Transkrypt

1 Krótka historia magnetyzmu Określenie magnetyzm pochodzi od nazwy Magnezja jednostki regionalnej w Tesalii, w Grecji, gdzie kamienie magnetyczne (magnetyty, Fe3O4) występują bardzo powszechnie. Zjawisko przyciągania kawałków żelaza, przez te kamienie znane było już od starożytności. Jeszcze przed Chrystusem Chińczycy skonstruowali pierwsze kompasy (igły ustawiające się wzdłuż kierunku północ południe) dla celów nawigacji morskiej. W 1269 roku Francuz Pierre de Maricourt odkrył, że kierunki igły magnetycznej w pobliżu kulistego naturalnego magnesu tworzą linie otaczające kulę i przechodzą przez dwa punkty diametralnie naprzeciw siebie, które nazwał biegunami magnesu. Kolejne eksperymenty wykazały, że każdy magnes, niezależnie od jego kształtu, ma dwa bieguny, zwane biegunami północnymi (N) i południowymi (S), które wywierają siły na inne bieguny magnetyczne, podobnie jak ładunki elektryczne wywierają na siebie siły. Podobnie jak w elektrostatyce, bieguny jednoimienne (N N lub S S) odpychają się nawzajem, a bieguny różnoimienne (N S) przyciągają się. S N

2 Krótka historia magnetyzmu W 1600 roku Anglik Wiliam Gilbert przeprowadził serię eksperymentów, które pokazały, że Ziemia jest wielkim magnesem. Symulacja pola magnetycznego Ziemi: simulation/legacy/magnet-andcompass Kolejne eksperymenty (XVII i XVIII w.) pokazały, że monopole magnetyczne nie istnieją, bieguny magnesu zawsze występują w parach (tworzą dipole). Prawa fizyki, nie zabraniają istnienia monopoli magnetycznych, ale do tej pory nikomu nie udało się ich znaleźć.

3 Krótka historia magnetyzmu W 1819 roku Duńczyk Hans Christian Oersted odkrył, że prąd elektryczny w przewodzie odchyla igłę magnetyczną ustawioną w pobliżu. Był to pierwszy eksperyment wykazujący związek pomiędzy elektrycznością i magnetyzmem. Kolejne przełomowe odkrycia przyniosły badania Michael Farady a oraz Josepha Henry ego, którzy niezależnie odkryli, że zmienne pole magnetyczne może wywołać przepływ prądu (zjawisko indukcji elektromagnetycznej). Wymienione eksperymenty, pokazujące związek pola magnetycznego i elektrycznego, zostały matematycznie podsumowane przez szkockiego fizyka James a Maxwella, który sformułował cztery równania leżące u podstaw całej klasycznej teorii pola elektromagnetycznego.

4 Źródła pola magnetycznego Źródłem pola magnetycznego są poruszające się ładunki elektryczne W skrócie: w magnesach trwałych źródłem pola magnetycznego są zsynchronizowane prądy elektronowe w strukturze materiału.

5 Pole magnetyczne wokół prostoliniowego przewodnika z prądem I I B wektor indukcji magnetycznej

6 Siła magnetyczna działająca na przewodnik z prądem Akcja = reakcji. Jeżeli przewodnik z prądem oddziałuje siłą na magnez, to magnez oddziałuje siłą na przewodnik z prądem. Eksperymentalnym faktem jest to, że siła jest prostopadła do kierunku prądu i pola magnetycznego: (wersory) ˆ = Î ˆB B B B FB

7 Magnetyczne oddziaływanie dwóch przewodników z prądem

8 Siła magnetyczna działająca na ładunek punktowy Siła Lorentza: = q v B ( ) Jednostka indukcji magnetycznej: N s C m = T Tesla 1 T = 10 4 G Gauss

9 Siła magnetyczna działająca na przewodnik z prądem - rozważania ilościowe dq d l v d d F B = dq ( v d B ) = Idt( v d B ) d F B = I ( d l B ) = d F B = I d l B caly przewodnik caly przewodnik ( )

10 Siła magnetyczna działająca na przewodnik z prądem w polu jednorodnym - rozważania ilościowe Prostoliniowy przewodnik z prądem w stałym polu magnetycznym: = I ( d l B ) B = 0.2 T l = 0.1 m I = 300A = IB dl = IBl siła działająca na fragment prostoliniowego przewodnika z prądem o długości l, który znajduje się w stałym polu magnetycznym = 6 N