Źródła pola magnetycznego

Transkrypt

1 Pole magnetyczne

2 Źódła pola magnetycznego Cząstki elementane takie jak np. elektony posiadają własne pole magnetyczne, któe jest podstawową cechą tych cząstek tak jak q czy m. Pouszający się ładunek elektyczny wytwaza pole magnetyczne. N S S geogaficzny N magnetyczny

3 Siła Loentza ( ) q qe + qsin(θ ) T Am N T s m C N.. natęŝenie pola elektycznego indukcja pola magnetycznego

4 Pzewodnik z pądem w zewnętznym polu magnetycznym I dl dl dq dt dq dt ( dl ) I Idl ( dl ) jdv I dl C j V

5 Efekt Halla E I E I + - qe q I U H

6 Stała Halla qe q E I js j qn I qns I qns S d 2 U d I U 2 qnd d U Ed U 1 qn I U H R H I

7 Obazki z komoy pęchezykowej A Cząstka któej tajektoia odchyla się w lewo (A) to pozyton (+e) Cząstka któej tajektoia odchyla się w pawo () to elekton (-e)

8 Ekspeyment J. J. Thomsona el

9 Spektomet masowy zjonizowane cząsteczki s selekto pędkości.... qe q m q 2 E s m q E detekto s

10 Zoze polane tajektoia złapanej cząsteczki pole magnetyczne

11 Obwód z pądem w polu magnetycznym I τ µ µ I A µ IA

12 Pole magnetyczne wokół pzewodnika z pądem µ 0 Idl 4π 2 pawo iota-saata µ I 0 2π posty, nieskończenie długi pzewodnik

13 Oddziaływanie dwóch ównoległych pzewodników z pądem I I I I...

14 Pawo Ampèea. I o dl µ 0I c

15 Pawo aadaya S S I ε dφ dt N N

16 Reguła Lentza

17 Magneton oha I e T eν 2π eν 2 eν µ ( π ) L m 2π 2 e I A e h µ L L 2m 2π µ eh 2πm µ , A m Potony i neutony ównieŝ mają swój własny moment pędu (spin) i związany z nim moment magnetyczny, któego watość jest 1836 (m p /m e ) azy mniejsza niŝ dla elektonu.

18 Mateiały magnetyczne paamagnetyki posiadają twałe dipolowe momenty magnetyczne, któe zmieniają swoją oientację pzestzenną pod wpływem zewnętznego pola magnetycznego z chaotycznej na częściowo upoządkowaną poces poządkowania jest zakłócany pzez dgania temiczne; zewnętzne pole magnetyczne skieowane jest zgodnie z zewnętznym polem magnetycznym. diamagnetyki samozutnie nie wykazują właściwości magnetycznych; po umieszczeniu w zewnętznym polu magnetycznym powstaje w nich pole magnetyczne, skieowane pzeciwnie do pola zewnętznego; diamagnetyk jest wypychany z obszau pola magnetycznego (odpychanie pzez magnes, zjawisko lewitacji). feomagnetyki gupy dipoli magnetycznych, ukieunkowanych ównolegle, twozą obszay spontanicznego namagnesowania, zwane domenami magnetycznymi; w nieobecności pola momenty magnetyczne wszystkich, bezładnie zoientowanych domen znoszą się, dając zeowy bądź zbliŝony do zea wypadkowy moment magnetyczny całego ciała; pzyłoŝenie zewnętznego pola magnetycznego powoduje upoządkowanie domen wewnątz ciała feomagnetycznego powstaje pole o kieunku zgodnym z kieunkiem pola zewnętznego, któe moŝe setki, nawet tysiące azy pzewyŝszać pzyłoŝone pole zewnętzne.

19 Mateiały magnetyczne paamagnetyki diamagnetyki feomagnetyki

20 paamagnetyki substancje, któych atomy obdazone niezeowym momentem magnetycznym µ (np. cyna, platyna); właściwości paamagnetyczne posiadają substancje o niespaowanych elektonach; dipole magnetyczne paamagnetyka w zewnętznym polu magnetycznym dąŝą do ustawienia zgodnego z kieunkiem pola magnetycznego; paamagnetyk jest pzyciągany pzez magnes, jednak znacznie słabiej niŝ feomagnetyk. Magnetyzacja (namagnesowanie) to moment magnetyczny jednostki objętości póbki µ M i i V

21 M C T Pawo Cuie wzost indukcji pola magnetycznego powadzi do wzostu upoządkowania dipoli magnetycznych; wzastająca tempeatua T pzeciwdziała poządkowaniu. 1 M/Mmax 0,5 M C T zakes tempeatu 1 4 K o /T [T/K] Kzywa namagnesowania dla siaczanu chomowo-potasowego. Zakes liniowy, w któym spełnione jest pawo Cuie: o /T < 0.5 [T/K]

22 diamagnetyki Diamagnetyzm występuje pzewaŝnie w związkach chemicznych posiadających wiązania wielokotne lub układ aomatyczny. Do diamagnetyków zalicza się: gazy szlachetne, pawie wszystkie metale i metaloidy nie wykazujące własności paa- lub feomagnetycznych (np: bizmut, kzem, cynk, magnez, złoto, miedź) a takŝe fosfo, gafit, woda oaz wiele związków chemicznych. Diamagetyczne są teŝ DNA i wiele białek.

23 lewitacja lewitujący węgiel pyolityczny lewitująca Ŝaba

24 feomagnetyki oddziaływania między atomami powodują ustawianie sąsiednich dipoli magnetycznych w tym samym kieunku, nawet bez zewnętznego pola magnetycznego; ustawienie wszystkich dipoli magnetycznych w tym samym kieunku oznacza, Ŝe mateiały te posiadają pole magnetyczne pomimo baku zewnętznego pola magnetycznego (namagnesowanie spontaniczne); obszay jednakowego namagnesowania to domeny magnetyczne; utzymanie domen magnetycznych, czyli wytwozenie pola magnetycznego w duŝym obszaze, jest stanem chaakteyzującym się badzo duŝą enegią; kyształmoŝe zmienić namagnesowanie części swoich obszaów tak, by pole magnetyczne na zewnątz ciała było jak najmniejsze; w zaleŝności od mateiału kieunek namagnesowania oaz ganice domen mogą zmieniać się łatwo (feomagnetyki miękkie) lub tudno (feomagnetyki twade).

25 Pawo Cuie-Weissa W odpowiednio wysokiej tempeatuze intensywne dgania sieci kystalicznej feomagnetyka powodują ozpad domen na pojedyncze momenty magnetyczne i feomagnetyk staje si paamagnetykiem. Tempeatua, w któej zachodzi to zjawisko, nazywa si tempeatuą Cuie i np. dla Ŝelaza wynosi T C 1043 K. a namagnesowanie powyŝej T C jest opisane pzez pawo Cuie-Weissa: M C T T C

26 Pętla histeezy Mateiały magnetycznie twade (magnesy twałe) Mateiały magnetycznie półtwade - zapis infomacji komputeowych (twade dyski, dyskietki, taśmy magnetyczne, katy kedytowe) Mateiały magnetycznie miękkie poŝądana minimalizacja enegii ozposzonej w tansfomatoach, silnikach magnetyzacja pzyłoŝone pole magnetyczne

27 Podatność magnetyczna µo o + χ M o pzenikalność magnetyczna ośodka 1+ χ M podatność magnetyczna µ χ M diamagnetyki < 1 < 0 paamagnetyki > 1 > 0 feomagnetyki >> 1 >> 1

28 Równania Maxwella Pawo Gaussa die ρ ε di 0 0 S S E o ds o ds Q ε 0 0 Pawo Ampeea ot µ j 0 + µ ε 0 0 E t C o dl µ 0I + µ 0ε 0 dφ E dt Pawo aadaya ote t C E o dl dφ dt