Magnesy krótka historia

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

cz. 2. dr inż. Zbigniew Szklarski

Ramka z prądem w jednorodnym polu magnetycznym

Pole elektromagnetyczne

Podstawy fizyki sezon 2 5. Pole magnetyczne II

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

POLE MAGNETYCZNE W PRÓŻNI

MAGNETYZM, INDUKCJA ELEKTROMAGNETYCZNA. Zadania MODUŁ 11 FIZYKA ZAKRES ROZSZERZONY

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

26 MAGNETYZM. Włodzimierz Wolczyński. Indukcja magnetyczna a natężenie pola magnetycznego. Wirowe pole magnetyczne wokół przewodnika prostoliniowego

cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

MAGNETYZM. PRĄD PRZEMIENNY

Fizyka 2 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

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

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

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

IV.4.4 Ruch w polach elektrycznym i magnetycznym. Siła Lorentza. Spektrometry magnetyczne

dr inż. Zbigniew Szklarski

Fizyka 2 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Ruch ładunków w polu magnetycznym

Badanie rozkładu pola magnetycznego przewodników z prądem

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

Podstawy fizyki sezon 2 4. Pole magnetyczne 1

Pole elektromagnetyczne. Równania Maxwella

POLE MAGNETYCZNE Własności pola magnetycznego. Źródła pola magnetycznego

Ładunki elektryczne. q = ne. Zasada zachowania ładunku. Ładunek jest cechąciała i nie można go wydzielićz materii. Ładunki jednoimienne odpychają się

POLE MAGNETYCZNE. Magnetyczna siła Lorentza Prawo Ampere a

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

dr inż. Zbigniew Szklarski

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

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

Podstawy fizyki sezon 2 6. Indukcja magnetyczna

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

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

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

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

Pole magnetyczne Wykład LO Zgorzelec

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

Wprowadzenie do fizyki pola magnetycznego

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

Wyznaczanie stosunku e/m elektronu

Efekt Halla. Cel ćwiczenia. Wstęp. Celem ćwiczenia jest zbadanie efektu Halla. Siła Loretza

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

Wyznaczanie momentu magnetycznego obwodu w polu magnetycznym

Wykład 14: Indukcja cz.2.

Rozdział 4. Pole magnetyczne przewodników z prądem

POLE MAGNETYCZNE ŹRÓDŁA POLA MAGNETYCZNEGO

ver magnetyzm

Wyznaczanie momentu magnetycznego obwodu w polu magnetycznym

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

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

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

30P4 POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNYZ FIZYKI I ASTRONOMII - IV POZIOM PODSTAWOWY

Podstawy fizyki sezon 2 5. Pole magnetyczne II

Wyznaczanie sił działających na przewodnik z prądem w polu magnetycznym

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

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

Wyznaczanie składowej poziomej natężenia pola magnetycznego Ziemi za pomocą busoli stycznych

PROGRAM INDYWIDUALNEGO TOKU NAUCZANIA DLA UCZNIÓW KLASY II

Ćwiczenie nr 43: HALOTRON

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

4.1 Pole magnetyczne. Siła Lorentza. Wektor indukcji

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

Podstawy fizyki sezon 2 4. Pole magnetyczne 1

Pojęcie ładunku elektrycznego

Ładunek elektryczny. Zastosowanie równania Laplace a w elektro- i magnetostatyce. Joanna Wojtal. Wprowadzenie. Podstawowe cechy pól siłowych

Magnetyzm. Wykład 13.

Ćwiczenie 41. Busola stycznych

Elektrodynamika Część 4 Magnetostatyka Ryszard Tanaś Zakład Optyki Nieliniowej, UAM

Plan Zajęć. Ćwiczenia rachunkowe

Podstawy fizyki sezon 2 4. Pole magnetyczne

Ruch ładunków w polu magnetycznym

Klasyczny efekt Halla

30R4 POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNYZ FIZYKI I ASTRONOMII - IV POZIOM ROZSZERZONY

FIZYKA 2. Janusz Andrzejewski

dr inż. Zbigniew Szklarski

Wykłady z Fizyki. Magnetyzm

Theory Polish (Poland)

Rozdział 3. Pole magnetyczne

Podstawy fizyki wykład 8

Podstawy fizyki sezon 2 5. Indukcja Faradaya

Wykład FIZYKA II. 5. Magnetyzm

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

Temat XXIV. Prawo Faradaya

Pole elektrostatyczne

Prawo Biota-Savarta. Autorzy: Zbigniew Kąkol Piotr Morawski

Prosty model silnika elektrycznego

Krótka historia magnetyzmu

Indukcja elektromagnetyczna

Odp.: F e /F g = 1 2,

Wyznaczenie składowej poziomej indukcji ziemskiego pola magnetycznego

BADANIE AMPEROMIERZA

Indukcja elektromagnetyczna

Zjawisko Halla Referujący: Tomasz Winiarski

II prawo Kirchhoffa Obwód RC Obwód RC Obwód RC

Grawitacja - powtórka

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

Różniczkowe prawo Gaussa i co z niego wynika...

Transkrypt:

Siła Lorentza

Magnesy krótka historia

Magnetyczne właściwości rud żelaza znane były w starożytności Te naturalne magnesy nie był silne i wystarczały do demonstrowania działania siły magnetycznej na lekkie żelazne ciała Około IV wieku p.n.e. w Chinach zbudowano pierwsze kompasy z igłą magnetyczną Do Europy wynalazek ten przeniknął pod koniec XII wieku

Prace nad magnetyzmem ruszają w Europie wraz z pojawieniem się rozprawy Williama Gilberta de Magnete Fizyka magnesów trwałych nie jest jednak prosta W 1819 roku Hans Oersted odkrywa, że prąd płynący przez przewód zmienia wskazania igły magnetycznej. Pokazywało to, że taki przewód jest źródłem pola magnetycznego Badania nad magnetyzmem prądów są prostsze i to one w pierwszym okresie dominowały

Odkrycie Oersteda

Siła Lorentza Siła działająca na ładunek q w polu elektrycznym E Siła działająca na ładunek q w polu magnetycznym B F qe qv B q Siła działająca na ładunek q w polu elektrycznym i magnetycznym B Wektor B nazywamy wektorem indukcji magnetycznej

Indukcja magnetyczna definicja Jeżeli w pewnym obszarze na poruszający się ładunek działa siła określona wzorem to w obszarze tym występuje pole magnetyczne o indukcji B

Jednostką indukcji magnetycznej w układzie SI jest tesla [T}

Przy wyznaczaniu kierunku siły obowiązuje reguła prawej dłoni Można również stosować regułę lewej dłoni czy śruby prawoskrętnej

Przykłady

Pole magnetyczne o wartości indukcji 1T jest polem silnym. Dla przykładu - pole magnetyczne Ziemi ma na równiku indukcję o wartości 31 T. - typowe stare magnesy mają indukcje rzędu pojedynczych militesli. - współczesne magnesy neodymowe mają indukcję w zakresie 1-1.5 T. - urządzenia medyczne do rezonansu magnetycznego wytwarzają pola o wartości 1,5-3T. - w laboratoriach silnych pól magnetycznych zwykle operuje się polami o wartościach do 20T. - w laboratorium najsilniejszy impuls pola magnetycznego został wytworzony w instytucie VNIIEF w Sarow w Rosji (1998r) i wynosił 2800T.

Pole magnetyczne Ziemi

Na podstawie badań lawy wulkanicznej na Hawajach stwierdzono, że ziemskie pole magnetyczne zmienia cały czas swe natężenie, a co kilkadziesiąt tysięcy do milionów lat zmienia swój kierunek (przebiegunowanie Ziemi). Średni czas między przebiegunowaniami wynosi 250 tys. lat, ostatnie wystąpiło około 780 tys. lat temu. Nie ma obecnie jasnej teorii opisującej przyczyny przebiegunowania.

Zmiany położenia bieguna północnego

Doniesienie o sondzie Juno orbitującej wokół Jowisza #1: na tej wysokości, sonda będzie poddana na wpływ najbardziej nieprzyjaznego promieniowania w Układzie. Komentarz: a co ze Słońcem

#2: Orbita tego typu umożliwia pomiar pola magnetycznego na wszystkich szerokościach magnetosfery planety. Będzie to najsilniejsze pole magnetyczne, przez jakie sonda kosmiczna kiedykolwiek przeleciała na tyle silne, że nie można go odtworzyć na Ziemi. Komentarz: maksymalna wartość pola magnetycznego Jowisza to 1.5mT. Pole magnesu neodymowego jest rzędu jednej Tesli

Najsilniejsze znane pola magnetyczne wytwarzają młode gwiazdy neutronowe (tzw. magnetary). Pola najsilniejszych magnetarów sięgają wartości 100GT.

W środku zdjęcia widać magnetar oznaczony jako SGR 1900+14. Magnetar otoczony jest pierścieniem świecącego gazu o średnicy siedmiu lat świetlnych. Zdjęcie zarejestrowane w podczerwieni przez kosmiczny teleskop Spitzera.

Ruch cząstki naładowanej w polu elektrycznym i magnetycznym

Cząstka o prędkości v prostopadłej do linii stałego pola magnetycznego o indukcji B Kropki w kółku: Pole wychodzi z płaszczyzny ekranu Krzyżyki w kółku: Pole wchodzi do płaszczyzny ekranu

Równość siły dośrodkowej i Lorentza Promień toru kołowego cząstki

okres obiegu f qb 2 mq Częstość cyklotronowa

Ruch cząstki naładowanej pod wpływem pola magnetycznego skierowanego wzdłuż osi z. Cząstka, której tory narysowany jest na czerwono, wchodząc w pole magnetyczne miała niezerowe współrzędne x i z prędkości przy czym v cx /v cz =2. Dla drugiej cząstki (tor niebieski) prędkość x-owa była taka sama jak dla pierwszej ale jej składowa z-towa jest dwa razy mniejsza v nx /v nz =4. W efekcie niebieska linia śrubowa dwa razy krótszy skok.

Linie pola magnetycznego

Linie pola magnetyczne

Przewodnik w polu magnetycznym

Natężenie prądu: n gęstość ładunku, e ładunek elementarny v prędkość ładunku, S pole powierzchni przekroju przewodnika

Ile jest elektronów w objętości SL przewodnika; L to długość przewodnika Pole magnetyczne jest prostopadłe do kierunku przepływu prądu

Reguła lewej ręki

Reguła lewej dłoni i inne

Forma wektorowa Î Wektor o kierunku i zwrocie zgodnym z kierunkiem i zwrotem Przepływu prądu

Zadanie Drut o długości 50 cm i masie 10 g zawieszono w pozycji poziomej za pomocą pary elastycznych przewodów. Następnie poddano go oddziaływaniu stałego pola magnetycznego o indukcji 0,5T, skierowanego i zwróconego jak na rysunku. Jaką wartość i kierunek musi mieć prąd płynący w drucie, aby usunąć naprężenie w podtrzymujących go przewodach?

Porównujemy siłę ciężkości z siłą magnetyczną działającą na przewodnik, korzystając z faktu, że pole jest prostopadłe do prądu mg BIL mg Stąd mamy I 0.39A LB Kierunek wyznaczamy korzystając z reguły lewej ręki lub dłoni

Ramka z prądem

Ramię działania siły Siła działająca na bok a ramki

Moment siły działający na ramkę

Moment magnetyczny Moment magnetyczny obwodu Moment siły działający na obwód

Komutator

Homopolar motor

Cyklotron

Cyklotrony to pierwsze cykliczne akceleratory cząstek naładowanych Pierwszy cyklotron powstał z inicjatywy Ernesta Lawrence a na Uniwersytecie Kalifornijskim w 1931 roku. Akcelerator rozpędzał cząstki do energii 1MeV.

Cyklotron firmy Simens rozpędzający cząstki do energii 11MeV na potrzeby medyczne (tomografia PET). Przy użyciu tego cyklotronu produkuje się krótko życiowe izotopy. Ze względu na krótki czas połowicznego rozpadu izotopy muszą być produkowane w szpitalu tuż przed ich użyciem

Jedna z czterech sal naświetlań do terapii protonowej w Instytucie Terapii Protonowej Uniwersytetu Stanu Floryda. Ośrodek rozpoczął działania w sierpniu 2006

Protony są ekstrahowane z wody i wprowadzane do cyklotronu (cyklotron to ta walcowata kontrukcja), gdzie są rozpędzane do energii 250MeV.

Zjawisko Halla

F qu B q Między dwiema ściankami wytwarza się różnica gęstości ładunków, a więc i pole elektryczne o natężeniu E qe qu B E u B u q q q E B

Gdy płynie prąd o natężeniu I to I neu S q n to gęstość ładunku, S pole przekroju przewodnika u q = E B Mamy również Stąd E I ne S B

Stąd E I ne S B Mamy nadto E U L Stąd IBL U U BLu nes q Wielkość U nazywamy napięciem Hal

Efekt Halla można wykorzystać do pomiaru pola magnetycznego. Jeżeli materiał o znanej gęstości (koncentracji) nośników ładunku n umieścimy w polu magnetycznym i zmierzymy napięcie U, to indukcję pola będziemy mogli wyznaczyć z wzoru B U Lu q Przyrząd do pomiaru pola magnetycznego z wykorzystaniem efektu Halla nazywamy hallotronem

Spektrometr masowy Q E m

Prawo Gaussa dla pola magnetycznego II równanie Maxwella w próżni Strumień pola magnetycznego Prawo Gaussa postać całkowa Prawo Gaussa postać różniczkowa

Wniosek z prawa Gaussa Pole magnetyczne jest polem bezźródłowym

Prawo Biota-Savarta Prawo Biota-Savarta pozwala wyznaczyć pole magnetyczne od małego elementu prądowego

db 0 4 Idl r 2 r 0 to stała nazywana przenikalnością magnetyczną 0 4 10 7 Tm A

Zadanie Wyznacz indukcję pola magnetycznego B w punkcie P odległym o R od nieskończonego przewodu, przez który płynie prąd o natężeniu I

db 0 Idl r 2 4 r Prawo Biota-Savarta Z reguły np. prawej dłoni wnioskujemy, że skierowany jest od płaszczyzny rysunku dx rˆ dx rˆ dx sin 0 B 4 I sin r 2 dx

0 B 4 I sin r 2 dx r x R 2 2 R sin 2 2 x R B I 0 Rx d 0 3 0 2 2 2 2 2 R x R I Linie pola magnetycznego mają kształt okręgów, przez których środki przechodzi przewód

Krążenie

Krążenie

Pole elektryczne jest polem zachowawczym

Gdy krążenie pola jest różne od zera, To jest ono równe sile elektromotorycznej działającej w obwodzie

Rotacja

Rotacja Różniczkowym odpowiednikiem krążenia jest rotacja

Z lewej strony rotacja pola prędkości jest równa zeru. Przedmiot zakręca wraz z nurtem rzeki ale się nie obraca; z prawej rotacja pola prędkości jest różna od zera. Przedmiot zakręca wraz z nurtem rzeki i się obraca

Pole nieograniczonego prądu jeszcze raz

Ogólnie Prawo Ampera Prawo Ampera postać całkowa Prawo Ampera postać różniczkowa

Przenikalność magnetyczna próżni

Natężenie pola magnetycznego Jednostką natężenia pola magnetycznego, w układzie SI jest henr [H] Związek między indukcją magnetyczną B i natężeniem pola magnetycznego H w próżni

Oddziaływanie dwóch przewodników z prądem

Amper Jeden amper jest natężeniem prądu stałego, który płynąc w dwóch równoległych, cienkich, nieskończenie długich przewodnikach, oddalonych o jeden metr wywołuje między tymi przewodnikami siłę o wartości 0 /2 niutona (2 10-7 N).

Pole pętli z prądem Oblicz pole magnetyczne pętli z prądem w danym punkcie P na jej osi.

Stosując regułę (wybierz którą) możemy określić kierunek pola magnetycznego od drobnej części obwodu. Z rysunku widać, że pola magnetyczne od dwóch przeciwległych kawałków obwodu dodają się do wektora zorientowanego wzdłuż osi y

Z prawa Biota-Savarta mamy db Il d sin Il d 4 r 4 y R 0 0 2 2 2 vindukcji prostopadłe do osi pętli znoszą się mamy B C dbcos I 0 4 C cos y R 2 2 dl cos Nadto mamy 2 2 y R R

B IR 2 0 0 dl 3 3 2 2 2 2 C 2 2 y R y R 4 2 IR Dla y=0 mamy B I 0 2R

Schemat przebiegu linii pola magnetycznego wokół pętli z prądem

Solenoid (cewka)

Korzystamy z prawa Ampera Solenoid

Reguła prawej dłoni dla cewki

Czy pole magnetyczne ma potencjał? Czy istnieje takie inne pole A, że indukcja magnetyczna B w każdym punkcie wyrażą się wzorem B A Pewien operator

Dla pole elektrycznego było E φ Dla pola magnetycznego tak być nie może, gdyż rotacja z gradientu jest zawsze równ Zeru. Zatem gdyby było pole analogiczne do potencjału, to wtedy 0 B B Ale z prawa Ampera mamy

Można pokazać jednak, że istnieje takie pole wektorowe A, że B A pole wektorowe A nazywane jest potencjałem wektorowym pola magnetycznego

Podsumowanie

Wymagania Siła Lorentza, reguła lewej ręki lub dłoni Siła działająca na przewodnik z prądem Wektor indukcji pola magnetycznego Moment magnetyczny ramki z prądem, silnik prądu stałego Cyklotron Efekt Halla Prawo Gaussa dla pola magnetycznego Prawo Ampera, pole magnetyczne przewodnika z prądem Solenoidy

Przykładowe zadanie Wskaż prawdziwe zdanie dotyczące siły Lorentza: a) w polu magnetycznym o indukcji magnetycznej B na ładunek elektryczny o wartości Q, który porusza się z prędkością v, może działać zerowa siła Lorentza; b) w stałym polu magnetycznym elektron o stałej wartości prędkości v, skierowanej prostopadle do linii tego pola porusza się ruchem jednostajnym po okręgu; c) na ładunek Q, którego prędkość jest równa zeru i który znajduje się w polu magnetycznym działa zerowa siła Lorentza; d) wektor siły Lorentza jest zawsze prostopadły do wektora indukcji pola magnetycznego B działającego na dany ładunek elektryczny