Podstawy fizyki sezon 2 5. Pole magnetyczne II

Podobne dokumenty
Podstawy fizyki sezon 2 5. Pole magnetyczne II

Podstawy fizyki sezon 2 5. Indukcja Faradaya

Podstawy fizyki sezon 2 6. Indukcja magnetyczna

Podstawy fizyki sezon 2 4. Pole magnetyczne

Obwód składający się z baterii (źródła siły elektromotorycznej ) oraz opornika. r opór wewnętrzny baterii R- opór opornika

Pole elektromagnetyczne

Podstawy fizyki sezon 2 4. Pole magnetyczne 1

Indukcja elektromagnetyczna Faradaya

RÓWNANIA MAXWELLA. Czy pole magnetyczne może stać się źródłem pola elektrycznego? Czy pole elektryczne może stać się źródłem pola magnetycznego?

Fizyka współczesna. Zmienne pole magnetyczne a prąd. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej Powstawanie prądu w wyniku zmian pola magnetycznego

Wykład 14: Indukcja cz.2.

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

Podstawy fizyki sezon 2 2. Elektrostatyka 2

cz. 2. dr inż. Zbigniew Szklarski

Wykład 15: Indukcja. Dr inż. Zbigniew Szklarski. Katedra Elektroniki, paw. C-1, pok

Wykład 14: Indukcja. Dr inż. Zbigniew Szklarski. Katedra Elektroniki, paw. C-1, pok

MAGNETYZM, INDUKCJA ELEKTROMAGNETYCZNA. Zadania MODUŁ 11 FIZYKA ZAKRES ROZSZERZONY

Magnetyzm cz.ii. Indukcja elektromagnetyczna Równania Maxwella Obwody RL,RC

FIZYKA 2. Janusz Andrzejewski

Fizyka 2 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Ferromagnetyki, paramagnetyki, diamagnetyki.

Fizyka 2 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Kolokwium 2. Środa 14 czerwca. Zasady takie jak na pierwszym kolokwium

Magnetyzm cz.i. Oddziaływanie magnetyczne Siła Lorentza Prawo Biote a Savart a Prawo Ampera

Magnetyzm cz.i. Oddziaływanie magnetyczne Siła Lorentza Prawo Biote a Savart a Prawo Ampera

Podstawy fizyki sezon 2 6. Równania Maxwella

Ramka z prądem w jednorodnym polu magnetycznym

Wykład FIZYKA II. 4. Indukcja elektromagnetyczna. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Wykład FIZYKA II. 3. Magnetostatyka. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

POLE MAGNETYCZNE Magnetyzm. Pole magnetyczne. Indukcja magnetyczna. Siła Lorentza. Prawo Biota-Savarta. Prawo Ampère a. Prawo Gaussa dla pola

Prądy wirowe (ang. eddy currents)

Podstawy fizyki sezon 2 7. Układy elektryczne RLC

Indukcja elektromagnetyczna. Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Magnetostatyka. Bieguny magnetyczne zawsze występują razem. Nie istnieje monopol magnetyczny - samodzielny biegun północny lub południowy.

Indukcja elektromagnetyczna

Nazwa magnetyzm pochodzi od Magnezji w Azji Mniejszej, gdzie już w starożytności odkryto rudy żelaza przyciągające żelazne przedmioty.

Fizyka 2 Wróbel Wojciech

autor: Włodzimierz Wolczyński rozwiązywał (a)... ARKUSIK 27 MAGNETYZM I ELEKTROMAGNETYZM. CZĘŚĆ 2

Materiały pomocnicze 11 do zajęć wyrównawczych z Fizyki dla Inżynierii i Gospodarki Wodnej

Pole magnetyczne Wykład LO Zgorzelec

Elektrodynamika Część 6 Elektrodynamika Ryszard Tanaś Zakład Optyki Nieliniowej, UAM

Temat XXIV. Prawo Faradaya

INDUKCJA ELEKTROMAGNETYCZNA; PRAWO FARADAYA

MAGNETYZM. PRĄD PRZEMIENNY

Zad. 2 Jaka jest częstotliwość drgań fali elektromagnetycznej o długości λ = 300 m.

Pole magnetyczne. Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

dr inż. Zbigniew Szklarski

Pojęcie ładunku elektrycznego

Indukcja elektromagnetyczna

Indukcyjność. Autorzy: Zbigniew Kąkol Kamil Kutorasiński

Wyznaczanie sił działających na przewodnik z prądem w polu magnetycznym

ver magnetyzm

Elektrodynamika. Część 6. Elektrodynamika. Ryszard Tanaś. Zakład Optyki Nieliniowej, UAM

Electromagnetic interactions. Oddziaływania elektromagnetyczne

Rozdział 4. Pole magnetyczne przewodników z prądem

Indukcja elektromagnetyczna

Wykład FIZYKA II. 5. Magnetyzm

POLE MAGNETYCZNE W PRÓŻNI

Wymiana ciepła. Ładunek jest skwantowany. q=n. e gdzie n = ±1, ±2, ±3 [1C = 6, e] e=1, C

Elektrodynamika Część 4 Magnetostatyka Ryszard Tanaś Zakład Optyki Nieliniowej, UAM

Pole magnetyczne magnesu w kształcie kuli

Magnetyzm. Magnetyzm zdolność do przyciągania małych kawałków metalu. Bar Magnet. Magnes. Kompas N N. Iron filings. Biegun południowy.

Pole magnetyczne Ziemi. Pole magnetyczne przewodnika z prądem

Prawo Biota-Savarta. Autorzy: Zbigniew Kąkol Piotr Morawski

Wyznaczanie momentu magnetycznego obwodu w polu magnetycznym

POLE MAGNETYCZNE ŹRÓDŁA POLA MAGNETYCZNEGO. Wykład 9 lato 2016/17 1

MAGNETYZM. 1. Pole magnetyczne Ziemi i magnesu stałego.

Szczegółowe kryteria oceniania z fizyki w gimnazjum kl. II

Podstawy fizyki sezon 2 4. Pole magnetyczne 1

POLE MAGNETYCZNE ŹRÓDŁA POLA MAGNETYCZNEGO

Wyznaczanie stosunku e/m elektronu

INDUKCJA ELEKTROMAGNETYCZNA

Wykład 14. Część IV. Elektryczność i magnetyzm

Indukcja magnetyczna pola wokół przewodnika z prądem. dr inż. Romuald Kędzierski

Podstawy fizyki sezon 2 2. Elektrostatyka 2

Badanie transformatora

Indukcja własna i wzajemna. Prądy wirowe

Prawa Maxwella. C o p y rig h t b y p lec iu g 2.p l

autor: Włodzimierz Wolczyński rozwiązywał (a)... ARKUSIK 26 MAGNETYZM I ELEKTROMAGNETYZM. CZĘŚĆ 1

cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

Wykłady z Fizyki. Elektromagnetyzm

POLE MAGNETYCZNE Własności pola magnetycznego. Źródła pola magnetycznego

Badanie transformatora

Ćwiczenie nr 43: HALOTRON

Podstawy fizyki sezon 1 III. Praca i energia

Wykład FIZYKA II. 5. Magnetyzm. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Plan Zajęć. Ćwiczenia rachunkowe

Krótka historia magnetyzmu

Podstawy fizyki sezon 2 3. Prąd elektryczny

Ć W I C Z E N I E N R E-8

pobrano z serwisu Fizyka Dla Każdego zadania fizyka, wzory fizyka, matura fizyka

Elektrostatyka. Potencjał pola elektrycznego Prawo Gaussa

Ćwiczenie 41. Busola stycznych

Zakres pól magnetycznych: Źródło pola B B maks. [ T ] Pracujący mózg Ziemia Elektromagnes 2 Cewka nadprzewodząca. Cewka impulsowa 70

5. (2 pkt) Uczeń miał za zadanie skonstruował zwojnicę do wytwarzania pola magnetycznego o wartości indukcji

Strumień Prawo Gaussa Rozkład ładunku Płaszczyzna Płaszczyzny Prawo Gaussa i jego zastosowanie

Czego można się nauczyć z prostego modelu szyny magnetycznej

Transkrypt:

Podstawy fizyki sezon 2 5. Pole magnetyczne II Agnieszka Obłąkowska-Mucha AGH, WFIiS, Katedra Oddziaływań i Detekcji Cząstek, D11, pok. 111 amucha@agh.edu.pl http://home.agh.edu.pl/~amucha

Indukcja magnetyczna Poruszający się ładunek elektryczny jest źródłem pola magnetycznego. Jak wyznaczyć indukcję tego pola? dl dl db element dl przewodnika z prądem o natężeniu i wytwarza w punkcie P, odległym od tego elementu o r, pole o indukcji db: db = μ 0 i dl r 4π r 3 prawo Biota-Savarta (1820) Całkowite pole wytworzone przez przewodnik: B = න db Prawo Biota-Savarta jest odpowiednikiem prawa Coulomba dla pola elektrycznego 2

Pole od przewodnika o kształcie łuku Przykł. wykorzystania prawa Biota-Savarta obliczenie pola od przewodnika wygiętego w łuk: procedura: dzielimy przewodnik na małe elementy, z reguły prawej ręki wyznaczamy zwrot wektora indukcji w środku C, obliczamy db i potem B całkowite. db dl db = μ 0 i dl r sin π/2 4π r 3 dl = R dφ r = R 3 db = μ 0 i dl r 4π r 3 db = න 0 φ μ 0 4π = μ φ 0 i 4π R න dφ 0 i R dφ R 2 dla φ = 2π: B = μ 0 2 db i R wartość indukcji pola magnetycznego w środku kołowego przewodu z prądem

Pole wokół przewodnika Obliczenie pola od przewodnika o długości l z prądem o natężeniu I: db = μ 0 I dl r 4π r 3 db = μ 0 I dl sin θ 4π r 2 Aby uzależnić db tylko od kąta θ zastosujemy podstawienia: l = a ctg θ Po scałkowaniu po całej (nieskończonej) długości przewodnika otrzymujemy B = μ 0 2π I a ćwiczenia! 4

Prawo Ampera Wyznaczenie indukcji magnetycznej wokół przewodnika z prądem może być skomplikowane W niektórych przypadkach można wykorzystać prawo Ampera: Nieskończone przewodniki z prądem o natężeniu i wytwarzają wokół siebie pole magnetyczne o indukcji B: ර B dl = μ 0 I P dl krążenie wektora indukcji magnetycznej po dowolnej pętli zamkniętej prawo Ampera całkowity prąd wewnątrz tej pętli I P = I 1 I 2 ර B dl =? 6

Prawo Amprera - zastosowania ර B dl = μ 0 I P Prawo Ampera dla nieskończonego prostoliniowego przewodnika: dl I P = I B = μ 0 I 2π r ර B dl = B ර dl = B 2πr wartość indukcji pola magnetycznego w odległości r od prostoliniowego nieskończonego przewodu z prądem Déjà vu? prawo B-S.. 7

Trochę praktyki Sprawdź, czy potrafisz? 8

Inne (ciekawe) przykłady Torus Solenoid ćwiczenia! 9

Dwa przewody z prądem Dwa przewody z prądem oddziałują na siebie siłami elektrycznymi jeden przewodnik wytwarza pole magnetyczne na drugi przewodnik z prądem działa siła Lorentza (symetrycznie na odwrót również). W przypadku dwóch równoległych przewodów o długości L: B 1 = μ 0 2π I 1 r F 2 = B 1 I 2 L również: B 2 = μ 0 I 2 2π r co daje: F = μ 0 I 1 I 2 L 2π r F 1 = B 2 I 1 L siła odziaływania dwóch przewodników z prądem. Zwroty reguła prawej ręki 10

Prawo Gaussa dla pola magnetycznego Nie ma monopoli magnetycznych magnes po podzieleniu nadal ma DWA bieguny (bo magnetyzm jest związany z ustawieniem spinów, mikrostrukturą) Jeżli zatem otoczymy magnes powierzchnią Gaussa (czyli dowolną powierzchnią zamkniętą) całkowity ładunek magnetyczny wewnątrz niej wyniesie zero! Tyle samo linii pola wchodzi do powierzchni, co wychodzi. ර B ds = 0 prawo Gaussa dla pola magnetycznego: wypadkowy strumień magnetyczny przechodzący przez dowolną powierzchnię zamkniętą wynosi zero 11

Dotychczas pokazaliśmy: Poznaliśmy dotychczas trzy równania opisujące pola elektryczne i magnetyczne: ර E ds = 1 ε 0 q i???? ර B ds = 0 ර B dl = μ 0 I P 12 źródłowość pola: pole elektryczne - pojedyncze ładunki elektryczne, pole magnetyczne jest bezźródłowe, brak monopoli magnetycznych Źródłem pola magnetycznego może również być prąd elektryczny. Czy źródłem pola elektrycznego może być pole magnetyczne???

Michael Faraday 1833 M. Faraday wykazał, że jeżeli obwód z przewodnika włożymy w zmienny strumień pola magnetycznego, to popłynie w tym obwodzie prąd. Oznaczało to, że w przewodniku powstała siła elektromotoryczna. Faraday zauważył, że wartość SEM zależy od liczby zwojów cewki i szybkości jej poruszania 13

http://www.if.pw.edu.pl/~wosinska/am2/w12/wstep/main.htm Zabawy (obserwacje) Faradaya W drugim obwodzie indukowany był prąd gdy: a) do cewki wkładany lub wyciągany z niej był magnes b) poruszaliśmy obwodem z prądem, c) włączaliśmy lub wyłączaliśmy prąd w pierwszym obwodzie Jaką wspólną cechę mają te obserwacje? 14

Strumień pola magnetycznego Strumień pola magnetycznego wytworzonego przez pętlę z prądem I Φ B = න B ds ds B W drugiej pętli popłynie prąd tylko wtedy, gdy znajdzie się ona w zmiennym strumieniu pola magnetyznego, tzn. w każdej chwili pętla obejmuje inną liczbę linii pola magnetycznego wytworzonego przez pierwszą pętlę. dφ B dt pole elektryczne 15

Prawo indukcji Faradaya Zmienny w czasie strumień pola magnetycznego powoduje powstanie SEM w przewodniku E = dφ B dt?? (za tydzień) prawo Faradaya Siła elektromotoryczna E powstająca w obwodzie jest proporcjonalna do szybkości zmian strumienia indukcji magnetycznej obejmowanego przez ten obwód E ind = dφ B dt = d න B ds dt SEM zatem może być indukowane gdy: E ind I ind = E ind R porusza się żródło pola magnetycznego (magnes, pętla, cewka) zmienia się wartośći indukcji B pola magnetycznego (np. przez zmienny prąd wytwarzający pole magnetyczne) 16

Wiele dróg prowadzi do indukcji prądu E ind = dφ B dt = d න B ds dt Zmiana strumienia magnetycznego, która jest źródłem indukcji SEM może być spowodowana: a) poruszaniem magnesu lub przewodem z prądem w pobliżu przewodzącej pętli powstaje niejednorodne, zależne od czasu, pole magnetyczne (zmienne B), b) umieszczeniem przewodzącej pętli w zmiennym polu magnetycznym (zmienne B), c) obracaniem pętli w stałym i jednorodnym polu magnetycznym (zmienne ustawienie wektorów B i ds ), d) zmianą powierzchni pętli w czasie (zmienne s) Lub kombinacją powyższych zjawisk 17

Wiele dróg prowadzi do indukcji prądu E ind = dφ B dt = d න B ds dt 18

Zjawisko indukcji elektromagnetycznej - wyjaśnienie W celu zrozumienia, dlaczego wywołanie SEM pod wpływem zmiennego w czasie strumienia pola magnetycznego, rozważmy układ: ruchomy przewód o długości L porusza się z prędkością v w jednorodnym polu magnetycznym o indukcji B (o zwrocie za rysunek) Jako doświadczeni fizycy zrobimy analizę procesu: mamy zamknięty obwód w polu magnetycznym, gdy przewód nie porusza się prąd nie płynie, ale! Na poruszające się ładunki w polu magnetycznym. działa siła Lorentza: F B = qv B 19

Zjawisko indukcji elektromagnetycznej - wyjaśnienie działa siła Lorentza: F B = qv B, która powoduje rozsunięcie ładunków w przewodzie A jak na końcach przewodnika powstanie różnica potencjałów, to. powstanie siła elektryczna : F E = qe i popłynie w nim prąd: E ind I ind = E ind R A na przewodnik z prądem w polu magnetycznym działa siła Lorentza F, której zwrot jest przeciwny do zwrotu prędkości przewodnika Gdy przewodnik w polu magnetycznym porusza się, to indukuje się w nim SEM i płynie prąd 20

Zjawisko indukcji magnetycznej Gdy przewodnik przesuwamy w polu B, na ładunek q w ruchomej części przewodnika działa siła Lorentza. Spowoduje ona przemieszczanie się ładunków tak długo, aż powstałe pole elektryczne zrównoważy działanie siły Lorentza. F L = F E E = v B wiemy, że: E = U l qvb = qe pamiętamy? U E = E l = vb l = dx dt ds Bl = B dt = dφ B dt B U = න E dԧl to prawo Faradaya jest w postaci: ර E dԧl = dφ B A dt 21

Prąd indukowany w ramce Ruch ramki z przewodnika w polu polu magnetycznym: Ramka jest wysuwana z pola magmetycznego maleje strumień pola objety przez ramkę jest to przyczyna indukcji prądu w ramce (kierunek!). Φ B = B S = B L x E = dφ B dt dx = BL dt = BLv jest to zatem model układu elektrycznego: I = E R = BLv R F = ILB P = F v = I 2 R = = B2 L 2 v 2 R moc: szybkość wykonania pracy, wydzielania ciepła 22

Indukcja elektromagnetyczna - zastosowania Mikrofon 23

Zamiast podsumowania Zamiast podsumowania przejrzymy ponownie slajdy. Proszę o pytania! A może jednak trzeba było studiować filozofię? 24

Ciekawe Bardzo 25