POLE MAGNETYCZNE ŹRÓDŁA POLA MAGNETYCZNEGO

Podobne dokumenty
POLE MAGNETYCZNE ŹRÓDŁA POLA MAGNETYCZNEGO

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

POLE MAGNETYCZNE ŹRÓDŁA POLA MAGNETYCZNEGO

POLE MAGNETYCZNE W PRÓŻNI. W roku 1820 Oersted zaobserwował oddziaływanie przewodnika, w którym płynął

OSERWACJE POLA MAGNETYCZNEGO Pole magnetyczne wytwozone jest np. pzez magnes stały......a zauważyć je można np. obsewując zachowanie się opiłków żelaz

FIZYKA 2. Janusz Andrzejewski

ZJAWISKA ELEKTROMAGNETYCZNE

Fizyka 2. Janusz Andrzejewski

cz. 2. dr inż. Zbigniew Szklarski

Wykład 10. Reinhard Kulessa 1

Magnetyzm. A. Sieradzki IF PWr. Pole magnetyczne ŁADUNEK ELEKTRYCZNY ŁADUNEK MAGNETYCZNY POLE ELEKTRYCZNE POLE MAGNETYCZNE

PRĄD ELEKTRYCZNY I SIŁA MAGNETYCZNA

- substancje zawierające swobodne nośniki ładunku elektrycznego:

Wykład Półprzewodniki

Zjawisko indukcji. Magnetyzm materii.

cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

Pole magnetyczne. 5.1 Oddziaływanie pola magnetycznego na ładunki. przewodniki z prądem Podstawowe zjawiska magnetyczne

magnetyzm ver

dr inż. Zbigniew Szklarski

Jak policzyć pole magnetyczne? Istnieją dwie metody wyznaczenia pola magnetycznego: prawo Biot Savarta i prawo Ampera.

Elektrostatyka. + (proton) - (elektron)

Źródła pola magnetycznego

Guma Guma. Szkło Guma

Prawo Gaussa. Potencjał elektryczny.

Na skutek takiego przemieszcznia ładunku, energia potencjalna układu pole-ładunek zmienia się o:

Część I Pole elektryczne

Wstęp. Prawa zostały znalezione doświadczalnie. Zrozumienie faktu nastąpiło dopiero pod koniec XIX wieku.

GRAWITACJA. przyciągają się wzajemnie siłą proporcjonalną do iloczynu ich mas i odwrotnie proporcjonalną do kwadratu ich odległości r.

Wykład Pojemność elektryczna. 7.1 Pole nieskończonej naładowanej warstwy. σ-ładunek powierzchniowy. S 2 E 2 E 1 y. ds 1.

20 ELEKTROSTATYKA. PRAWO COULOMBA.

= ± Ne N - liczba całkowita.

Fizyka elektryczność i magnetyzm

Pole magnetyczne prąd elektryczny

Wykład: praca siły, pojęcie energii potencjalnej. Zasada zachowania energii.

Pola elektryczne i magnetyczne

MECHANIKA OGÓLNA (II)

dr inż. Zbigniew Szklarski

cz. 1. dr inż. Zbigniew Szklarski

XIX. PRAWO COULOMBA Prawo Coulomba

magnetyzm cd. ver

XXXVII OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP III Zadanie doświadczalne

1. Ciało sztywne, na które nie działa moment siły pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem obrotowym jednostajnym.

Oddziaływania fundamentalne

3b. ELEKTROSTATYKA. r r. 4πε. 3.4 Podstawowe pojęcia. kqq0 E =

ε = dw dq. (25.1) Rys Obwód o jednym oczku

Podstawy elektrotechniki

FIZYKA 2. Janusz Andrzejewski

Przygotowanie do Egzaminu Potwierdzającego Kwalifikacje Zawodowe

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

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

Pole grawitacyjne. Definicje. Rodzaje pól. Rodzaje pól... Notatki. Notatki. Notatki. Notatki. dr inż. Ireneusz Owczarek.

E4. BADANIE POLA ELEKTRYCZNEGO W POBLIŻU NAŁADOWANYCH PRZEWODNIKÓW

23 PRĄD STAŁY. CZĘŚĆ 2

11. DYNAMIKA RUCHU DRGAJĄCEGO

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

dr inż. Zbigniew Szklarski

Ramka z prądem w jednorodnym polu magnetycznym

Ruch obrotowy. Wykład 6. Wrocław University of Technology

Podstawy fizyki subatomowej

BRYŁA SZTYWNA. Umowy. Aby uprościć rozważania w tym dziale będziemy przyjmować następujące umowy:

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

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

cz.2 dr inż. Zbigniew Szklarski

Wykład 14: Indukcja cz.2.

Grzegorz Kornaś. Powtórka z fizyki

podsumowanie (E) E l Eds 0 V jds

Fizyka 2 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

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

Elektrostatyka. A. Sieradzki IF PWr. Ogień Świętego Elma

Wybrane zagadnienia z elektryczności

Atom (cząsteczka niepolarna) w polu elektrycznym

Magnetyzm i elektromagnetyzm

ROZDZIAŁ 2. Elektrotechnika podstawowa 23

Elementarne przepływy potencjalne (ciąg dalszy)

Plan wykładu. Rodzaje pól

POLE MAGNETYCZNE W PRÓŻNI - CD. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej polega na powstawaniu prądu elektrycznego w

INDUKCJA ELEKTROMAGNETYCZNA; PRAWO FARADAYA

Energia kulombowska jądra atomowego

Wykład 15. Reinhard Kulessa 1

Pole elektromagnetyczne

ROZWIĄZUJEMY PROBLEM RÓWNOWAŻNOŚCI MASY BEZWŁADNEJ I MASY GRAWITACYJNEJ.

Podstawy fizyki sezon 2 5. Pole magnetyczne II

Fizyka 2 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

( ) 2. 4πε. Prawo Coulomba

Zasady dynamiki ruchu obrotowego

Fizyka 1- Mechanika. Wykład 10 7.XII Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

Modelowanie przepływu cieczy przez ośrodki porowate Wykład III

Teoria Względności. Czarne Dziury

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

dr inż. Zbigniew Szklarski

Badanie siły elektromotorycznej Faraday a

II.6. Wahadło proste.

a fale świetlne Powtórzenie; operatory róŝniczkowe Wektorowe równanie falowe (3D) Fale wyraŝone przez zespolone amplitudy r r r 2 r r r r E E E 1 E

KURS CAŁKI WIELOKROTNE

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

WYKŁAD 1. W przypadku zbiornika zawierającego gaz, stan układu jako całości jest opisany przez: temperaturę, ciśnienie i objętość.

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

1. Prawo Ampera i jego uzupełnienie przez Maxwella

Transkrypt:

POLE MAGNETYZNE ŹRÓDŁA POLA MAGNETYZNEGO Wykład lato 01 1 Definicja wektoa indukcji pola magnetycznego F = q( v B) Jednostką indukcji pola B jest 1T (tesla) 1T=1N/Am Pole magnetyczne zakzywia to uchu ładunku elektycznego. Wykład lato 01 1

Siła Loentza Siła działająca na ładunek w obszaze, w któym występują jednocześnie pole elektyczne i magnetyczne F = q( v B + E) B E Ruch w skzyżowanych polach, tj. gdy jeżeli v B = E to F = 0 to cząstki i jej pędkość nie ulegną zmianie Wykład lato 01 3 Doświadczenie Thomsona 1897. J.J. Thomson, ambidge, wyznaczył q/m dla elektonu, odkycie elektonu q = 17,56 10 10 m kg Wykład lato 01 4

Zadanie.1 Wiązka elektonów pzechodzi bez odchylenia pzez lampę oscyloskopową kiedy natężenie pola elektycznego wynosi 3000 V/m, a indukcja skzyżowanego z nim pola magnetycznego wynosi 1,4 Gs; 1Gs (gauss) = 10-4 T. Długość płytek odchylających wynosi 4 cm, a odległość od końca płytek do ekanu wynosi 30 cm. Znajdź odchylenie wiązki na ekanie pzy wyłączonym polu magnetycznym Wykład lato 01 5 Zadanie. Na podstawie podęcznika HRW, t.3 lub innych źódeł opacować dwa tematy: cykloton i synchoton zjawisko Halla Podać pzykłady paktycznego wykozystania Wykład lato 01 6 3

Definicja natężenia pądu i = dq dt Natężenie pądu jest skalaem Jednostką natężenia pądu jest 1A=1/s (ale to nie jest definicja tej jednostki!) Umownie pzyjmuje się, że pąd płynie tak jakby był to uch ładunków dodatnich. W zeczywistości pąd w metalu stanowią elektony pzewodnictwa Wykład lato 01 7 Siła elektodynamiczna Siła działająca na pzewodnik, pzez któy płynie pąd F = i( l B) l Wykład lato 01 8 4

Zastosowania siły elektodynamicznej Silnik elektyczny amka z pądem w polu magnetycznym Analogowe mieniki woltomiez, ampeomiez, galwanomet Na amkę z pądem w zewnętznym polu magnetycznym działa moment siły τ μ B μ = moment magnetyczny Pzypomnienie: dla dipola elektycznego τ = p E Wykład lato 01 9 Moment magnetyczny Pod wpływem momentu siły amka ustawia się postopadle do kieunku wektoa indukcji pola magnetycznego, tak aby μ B Moment magnetyczny definiowany jest dla każdego zamkniętego obwodu, pzez któy płynie pąd I: μ = NIAnˆ liczba zwojów pole wekto jednostkowy postopadły do powiezchni A Wykład powiezchni lato 01 10 5

Dipol magnetyczny Moment magnetyczny chaakteyzuje każdy dipol magnetyczny. Dipolem magnetycznym jest nie tylko amka (pętla, cewka), pzez któy płynie pąd lecz ównież: magnes sztabkowy (μ 5J/T) Ziemia (w pzybliżeniu) μ 8,0 10 J/T większość cząstek elementanych, np. elekton (μ 9,3 10-4 J/T), poton (μ 1,4 10-6 J/T), neuton Wykład lato 01 11 Enegia potencjalna E p dipola magnetycznego z zewnętznym polu magnetycznym: E = μ o B p najwyższa enegia E p najniższa enegia E p Pzypomnienie: dla dipola elektycznego w zewnętznym polu elektycznym E = p o E p Wykład lato 01 1 6

Pąd elektyczny jako źódło pola magnetycznego - doświadczenie Oesteda (1819-180) Kiedy pzez pzewodnik nie płynie pąd, igła ustawia się wzdłuż kieunku pola magnetycznego ziemskiego I=0 I 0 Kiedy pzez pzewodnik płynie pąd, igła odchyla się od kieunku pola magnetycznego Ziemi. Dlaczego? Wykład lato 01 13 PRAWO BIOTA-SAVARTA μo I d l d B = 3 4 π Pawo Biota-Savata Zasada supepozycji Rozkład ładunku Pawo oulomba Zasada supepozycji Wykład lato 01 14 7

Pzykład.1 Znaleźć wekto indukcji pola magnetycznego w śodku pętli o pomieniu R, pzez któą płynie pąd o natężeniu I. Z pawa Biota-Savata μo I dlsinθ db = 4 π R o θ = 90 μo I dl μo I = db = = dl 4 π R 4 π R B B = μoi R πr Wykład lato 01 15 Zadanie domowe.3 Pokazać, że (a) watość wektoa indukcji pola magnetycznego w punkcie P na osi pętli z pądem wynosi B x μo = IR ( x + R ) 3 (b) a w dużej odległości od śodka pętli x>>r μo B x = π μ x 3 Wykład lato 01 16 8

Pętla z pądem zachowuje się jak dipol magnetyczny wniosek z zadania.3 Pętla z pądem wytwaza pole magnetyczne jak dipol magnetyczny w dużych odległościach (pole magnetyczne zanika z odległością jak x -3, podobnie jak dla dipola elektycznego) Wykład lato 01 17 Zadanie domowe.4 Pętla kołowa o pomieniu =5 cm ma 1 zwojów. Pzez pętlę płynie pąd o natężeniu 4A. Układ odniesienia wybano tak, że pętla leży w płaszczyźnie YZ (x=0) a początek układu odniesienia leży w śodku pętli. Znaleźć watość indukcji pola magnetycznego na osi x dla: (a) x=0 (b) x=3 cm (c) x=15 cm (d) x=3 cm w pzybliżeniu dipolowym Wykład lato 01 18 9

Zadanie domowe.5 Mały magnes sztabkowy o momencie magnetycznym μ jest umieszczony w śodku pętli z popzedniego zadania. Wekto momentu magnetycznego leży w płaszczyźnie XY i twozy kąt 30 o z osią OX. Znaleźć wekto momentu siły działającego na magnes. Zaniedbać efekty związane ze zmianami pola magnetycznego w obszaze zajmowanym pzez magnes. Wykład lato 01 19 Pole magnetyczne a elektyczne -podobieństwa i óżnice Linie pola elektycznego zaczynają się i kończą na ładunku elektycznym Linie pola magnetycznego twozą zamknięte pętle. Na niczym się nie zaczynają i nie kończą Wykład lato 01 0 10

PRAWO GAUSSA Istnieje pojedynczy ładunek punktowy monopol elektyczny E o d A = S div E = ρ ε o q ε 0 B o d A = 0 Wykład lato 01 1 S div B = 0 Bak monopoli magnetycznych. Magnes czy pętla z pądem stanowią dipol magnetyczny Pawo Gaussa dla pola magnetycznego jest jednym z ównań Maxwella. Jego teścią jest fakt, że pole magnetyczne jest bezźódłowe. Stumień pola magnetycznego pzez powiezchnię zamkniętą jest zawsze ówny zeu. Nie można wyodębnić pojedynczego bieguna magnetycznego nie istnieją monopole magnetyczne. ΦB = B o d A = 0 S div B = 0 Wykład lato 01 11

KRĄŻENIE POLA WEKTOROWEGO dl dl Kążenie (cykulacja) pola wektoowego F po kontuze zamkniętym jest zdefiniowane jako całka kzywoliniowa: Γ = element dogi całkowania ma kieunek styczny do kzywej w danym punkcie Jeżeli F jest siłą, to kążenie Γ ma sens fizyczny pacy. Wykład lato 01 3 F o dl Jeżeli F jest siłą zachowawczą (pole elektostatyczne, gawitacyjne), to Γ=0. Kzywa oganicza pewną powiezchnię zamkniętą ozpiętą na tej kzywej. dl ROTAJA POLA Γ = F o d l Powadząc kzywą B twozymy dwa zamknięte kontuy 1 i takie, że: F o d l F o d l = F o d l + 1 definicja opeatoa otacji F o d l i ( ot F) onˆ = lim ai 0 a i Wykład lato 01 4 1

Pytanie: Pole elektostatyczne jest polem bezwiowym (otacja pola jest ówna zeu w każdym jego punkcie). A co z otacją pola magnetycznego? d ls E Pzewodnik z pądem i E o d l = 0 ot E = 0 ot B 0 Odpowiedź: Istotnie, pole magnetyczne jest polem wiowym. To Wykład okeśla pawo Ampèe a. lato 01 5 B o d l 0 Pawo Ampèe a B o dl = μoi kążenie pola pąd wewnątz magnetycznego kontuu całkowania μ o - pzenikalność magnetyczna póżni, stała uniwesalna 7 μ = 4 π 10 T m / A kontu całkowania o dl I =i 1 -i Wykład lato 01 6 13

Twiedzenie Stokes a Wiąże kążenie wektoa po kzywej z otacją w punkcie, podobnie jak twiedzenie Gaussa- Ostogadskiego wiązało stumień pola pzez powiezchnię z dywegencją w punkcie F o dl ( ot F) o da = Wykład lato 01 7 gęstość pądu S całka powiezchniowa, po powiezchni S oganiczonej kzywą Pawo Ampèe a w postaci óżniczkowej ot B = μ o j Gęstość pądu Gęstość pądu jest to wekto, któego watość ówna jest natężeniu pądu pzepływającemu pzez element pola pzekoju powiezchni na jednostkę pola tej powiezchni j = di ds i j S 1 1 S j stumień = j o d S Watość natężenia pądu pozostaje stała, zmienia się gęstość pądu pawo ciągłości pzepływu, zasada zachowania ładunku Wykład lato 01 8 14

Pzykład - Gęstość pądu w pzewodniku o kształcie walca o pomieniu R = mm jest jednakowa na całym pzekoju pzewodnika i ówna j= 10 5 A/m. Ile wynosi natężenie pądu, pzepływającego pzez zewnętzną wastwę pzewodnika, w obszaze pomiędzy R/ i R? Rozwiązanie: i = js' bo j=const na całym pzekoju walca R 3π S' = πr π = R 4 Odpowiedź: i =1,9 A R R/ j Wykład lato 01 9 Pzykład -3 Załóżmy, że gęstość pądu w pzewodniku o kształcie walca o pomieniu R = mm nie jest jednakowa na całym pzekoju pzewodnika i zmienia się z odległością od śodka walca zgodnie ze wzoem j = α, gdzie α=3 10 11 A/m 4. Ile wynosi natężenie pądu, pzepływającego pzez zewnętzną wastwę pzewodnika, w obszaze pomiędzy R/ i R? Rozwiązanie: i = j o ds = jds = R R / Wykład lato 01 30 R R/ α π d Odpowiedź: 15 4 i = πα R i = 7,1A 3 j 15

Zadanie domowe.6 ztey z pzedstawionych pól wektoowych mają znikającą dywegencję w pzedstawionym obszaze. Tzy z nich mają znikającą otację. zy możecie ocenić, któe z pól mają omawiane własności? Wykład lato 01 31 Zastosowania pawa Ampèe a pole magnetyczne wokół pzewodnika postoliniowego B d l B=const na kzywej (kontu całkowania jest okęgiem ) kążenie wektoa indukcji magnetycznej po okęgu o pomieniu kozystając z pawa Ampèe a B o d l = B dl = π B π B = μo i Wykład lato 01 3 B = dl Odpowiedź: μo i π 16

Zadanie domowe.7 Ten sam ezultat można otzymać popzez żmudne całkowanie, kozystając z pawa Biota-Savata. Poszę spóbować, aby móc docenić pawo Ampèe a. Odpowiednie obliczenia znajdziemy w Rozdz.30, &30.1 podęcznika HRW, t. 3. Wykład lato 01 33 Zastosowania pawa Ampèe a pole magnetyczne wewnątz pzewodnika o pomieniu R, pzez któy płynie pąd I (<R) kążenie wektoa indukcji magnetycznej po okęgu o pomieniu wyaża się tym samym wzoem dla <R i >R B o d l = π B tzeba znaleźć natężenie pądu I wewnątz kontuu gęstość pądu j jest stała I j = = π π R Wykład lato 01 34 I 17

I j = = π I π R z pawa Ampèe a I I = R B o dl = μoi Wykład lato 01 35 π B = Odpowiedź: B = μ o μ o I R I π R Zastosowania pawa Ampèe a pole magnetyczne wewnątz solenoidu Solenoid wytwaza jednoodne pole magnetyczne i pełni podobną olę jak kondensato płaski w elektostatyce solenoid magnes sztabkowy Wykład lato 01 36 18

c B o dl = B o dl + B o dl + B o dl + b a b d c a d B o dl dlaczego? Bh 0 0 0 B d l B dl B=0 B dl pole jednoodne Wykład lato 01 37 B o d l = Bh = μ o I I = (nh)i liczba zwojów na jednostkę długości natężenie pądu w uzwojeniu solenoidu solenoid idealny B = μ o ni Wykład lato 01 38 19

Zadanie domowe.8 Wykozystać pawo Ampèe a do znalezienia watości wektoa indukcji wewnątz tooidu, pzez któy płynie pąd o natężeniu I. Tooid a < < b a b B = μo NI π N - liczba zwojów tooidu Wykład lato 01 39 Siły działające między dwoma ównoległymi pzewodami z pądem Te pzewody się pzyciągają. Dlaczego? pole magnetyczne wytwozone pzez pąd i a μo ia π d Wykład lato 01 40 B a = siła działająca na pzewód z F pądem i b ba = ibl Ba Definicja ampea: 1A jest to natężenie pądu stałego, któy płynąc w dwóch ównoległych, postoliniowych, nieskończenie długich Fba = pzewodach o znikomo małym pzekoju popzecznym, umieszczonych w póżni w odległości 1m, wywołuje między tymi pzewodami siłę o watości 10-7 N na każdy met długości pzewodu μo Liai π d b 0

Podsumowanie Ruch ładunku w polach magnetycznym i elektycznym odbywa się pod wpływem siły Loentza. Pole magnetyczne nie zmienia enegii kinetycznej lecz zakzywia to ładunku. Różnice pomiędzy polem elektostatycznym i magnetycznym można pześledzić posługując się pawem Gaussa dla elektyczności i magnetyzmu. Nie istnieją monopole magnetyczne. Na pzewodnik z pądem w polu magnetycznym działa siła elektodynamiczna. Ładunek w spoczynku wytwaza pole elektostatyczne, ładunek w uchu (pąd elektyczny) jest źódłem pola magnetycznego Watość indukcji pola magnetycznego wytwozonego pzez pzewodnik z pądem można obliczyć kozystając z pawa Biota-Savata lub pawa Ampèe a, któe jednak stosujemy tylko do ozwiązywania poblemów o wysokiej symetii. Wykład lato 01 41 1