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

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

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

Pole elektromagnetyczne

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

ŁADUNEK I MATERIA Ładunki elektryczne są ściśle związane z atomową budową materii. Materia składa się z trzech rodzajów cząstek elementarnych:

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

Fizyka 2 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

Podstawy fizyki sezon 2 5. Pole magnetyczne II

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

cz. 2. dr inż. Zbigniew Szklarski

FIZYKA 2. Janusz Andrzejewski

Pojęcie ładunku elektrycznego

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

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

Podstawy fizyki sezon 2 6. Indukcja magnetyczna

Krótka historia magnetyzmu

POLE MAGNETYCZNE W PRÓŻNI

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

Pole elektromagnetyczne. Równania Maxwella

MAGNETYZM, INDUKCJA ELEKTROMAGNETYCZNA. Zadania MODUŁ 11 FIZYKA ZAKRES ROZSZERZONY

Indukcja elektromagnetyczna Faradaya

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

Fizyka 2 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

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

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

Pole magnetyczne Wykład LO Zgorzelec

Ramka z prądem w jednorodnym polu magnetycznym

Elektryczne właściwości materii. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W10) Szkoły Policealnej Zawodowej.

Podstawy fizyki wykład 8

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

Elektrodynamika Część 6 Elektrodynamika Ryszard Tanaś Zakład Optyki Nieliniowej, UAM

Pole magnetyczne Ziemi. Pole magnetyczne przewodnika z prądem

Indukcja elektromagnetyczna

Momentem dipolowym ładunków +q i q oddalonych o 2a (dipola) nazwamy wektor skierowany od q do +q i o wartości:

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

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

POLE MAGNETYCZNE ŹRÓDŁA POLA MAGNETYCZNEGO

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

Wykłady z Fizyki. Elektromagnetyzm

Podstawy fizyki sezon 2 5. Pole magnetyczne II

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

Podstawy fizyki sezon 2 5. Indukcja Faradaya

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

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

Fale elektromagnetyczne

R o z d z i a ł 8 POLE MAGNETYCZNE

POLE MAGNETYCZNE. Magnetyczna siła Lorentza Prawo Ampere a

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

Ładunek elektryczny. Ładunek elektryczny jedna z własności cząstek elementarnych

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

Elektrostatyka. Prawo Coulomba Natężenie pola elektrycznego Energia potencjalna pola elektrycznego

Wykład 17 Izolatory i przewodniki

MAGNETYZM. 1. Pole magnetyczne Ziemi i magnesu stałego.

Wykład FIZYKA II. 5. Magnetyzm

Fizyka 2 Wróbel Wojciech

Elektrostatyka ŁADUNEK. Ładunek elektryczny. Dr PPotera wyklady fizyka dosw st podypl. n p. Cząstka α

Fizyka współczesna Co zazwyczaj obejmuje fizyka współczesna (modern physics)

Badanie transformatora

Wykład 14. Część IV. Elektryczność i magnetyzm

POLE MAGNETYCZNE Własności pola magnetycznego. Źródła pola magnetycznego

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

Wykład 8 ELEKTROMAGNETYZM

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

Ferromagnetyki, paramagnetyki, diamagnetyki.

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

Podstawy fizyki sezon 2 6. Równania Maxwella

Badanie transformatora

MAGNETYZM. PRĄD PRZEMIENNY

Księgarnia PWN: David J. Griffiths - Podstawy elektrodynamiki

Rozdział 6. Równania Maxwella. 6.1 Pierwsza para

Dielektryki polaryzację dielektryka Dipole trwałe Dipole indukowane Polaryzacja kryształów jonowych

Lekcja 40. Obraz graficzny pola elektrycznego.

Wykład 14: Indukcja cz.2.

Elektromagnetyzm. pole magnetyczne prądu elektrycznego

Indukcja elektromagnetyczna

Ruch ładunków w polu magnetycznym

1.6. Ruch po okręgu. ω =

Indukcyjność. Autorzy: Zbigniew Kąkol Kamil Kutorasiński

FIZYKA 2. Janusz Andrzejewski

Wykłady z Fizyki. Magnetyzm

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

Fale elektromagnetyczne

Podstawy fizyki sezon 2 4. Pole magnetyczne 1

Elektrodynamika Część 4 Magnetostatyka Ryszard Tanaś Zakład Optyki Nieliniowej, UAM

Elektrodynamika Część 1 Elektrostatyka Ryszard Tanaś Zakład Optyki Nieliniowej, UAM

Pole elektrostatyczne

Plan Zajęć. Ćwiczenia rachunkowe

Fizyka. dr Bohdan Bieg p. 36A. wykład ćwiczenia laboratoryjne ćwiczenia rachunkowe

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

ver magnetyzm

Elektrodynamika Część 1 Elektrostatyka Ryszard Tanaś Zakład Optyki Nieliniowej, UAM

Widmo fal elektromagnetycznych

Podstawy elektromagnetyzmu. Wykład 2. Równania Maxwella

Prądy wirowe (ang. eddy currents)

Electromagnetic interactions. Oddziaływania elektromagnetyczne

Dielektryki. właściwości makroskopowe. Ryszard J. Barczyński, 2016 Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego

POLE ELEKTRYCZNE PRAWO COULOMBA

Transkrypt:

POLE MAGNETYCZNE Magnetyzm. Pole magnetyczne. Indukcja magnetyczna. Siła Lorentza. Prawo iota-savarta. Prawo Ampère a. Prawo Gaussa a pola magnetycznego. Prawo indukcji Faradaya. Reguła Lenza. Równania Maxwella. Pole elektromagnetyczne.

MAGNETYZM Magnetyzm - pojęcie wywodzące się od nazwy okręgu Magnesia w Azji Mniejszej, gdzie już w starożytności odkryto kamienie (magnetyki - magnetyt, piryt, itp ) przyciągające kawałki żelaza. Innym naturalnym magnesem jest sama Ziemia, której działanie orientujące igłę magnetyczną kompasu znane jest już od starożytności. W przyrodzie istnieją dwa rodzaje ładunków, nazywane dodatnimi i ujemnymi. W zależności od budowy atomowej ciała umownie dzielimy na trzy grupy: przewodniki - swobodny ruch ładunków elektrycznych (metale - ładunkami swobodnymi są elektrony, roztwory kwasów, soli i zasad - ładunkami swobodnymi są jony), dielektryki (izolatory) - unieruchomione ładunki elektryczne (bursztyn, szkło, papier, oleje, siarka, mika, ebonit i gazy w zwykłych warunkach) półprzewodniki, które pod względem właściwości elektrycznych zajmują miejsce pośrednie pomiędzy przewodnikami a izolatorami (np. german, krzem).

MAGNETYZM W przyrodzie nie występują pojedyncze bieguny magnetyczne (nie istnieje monopol magnetyczny), każdy (nawet najmniejszy) magnes posiada zawsze dwa bieguny magnetyczne (północny N i południowy S). Jednoimienne bieguny magnetyczne odpychają się, różnoimienne bieguny magnetyczne - przyciągają się.

POLE MAGNETYCZNE Każdy ruch ładunków elektrycznych wywołuje pole magnetyczne, a zatem istnieje związek pomiędzy zjawiskami magnetycznymi i elektrycznymi (Oersted, 1820 r.). Polem magnetycznym nazywamy przestrzeń otaczającą magnes albo przewodnik z prądem. Pole magnetyczne jest reprezentowane przez linie indukcji (linie pola magnetycznego). Linie indukcji magnetycznej zaczynają się na biegunie północnym (N), a kończą na biegunie południowym (S) i są krzywymi zamkniętymi.

INDUKCJA MAGNETYCZNA Pole magnetyczne charakteryzuje wielkość wektorowa nazywana indukcją magnetyczną. Wektor pola magnetycznego jest związany z liniami indukcji w następujący sposób: styczna do linii indukcji w dowolnym punkcie wyznacza kierunek wektora w danym obszarze przestrzeni; liczba linii indukcji przechodzących przez jednostkową powierzchnię przekroju poprzecznego jest proporcjonalna do wartości. I

SIŁA LORENTZA Pole magnetyczne (w odróżnieniu od pola elektrycznego) powstaje tylko wokół poruszających się ładunków elektrycznych. Na poruszające się w polu magnetycznym ładunki działa odchylająca siła magnetyczna F (nazywana siłą Lorentza). V Siła Lorentza nie zwiększa prędkości ładunku, a jedynie zmienia jej kierunek; nie zwiększa też jego energii kinetycznej i nie wykonuje pracy.

Skierowana prostopae do płaszczyzny, w której leżą wektory υ i siła Lorentza (F ) jest proporcjonalna do wielkości ładunku q 0, prędkości υ oraz indukcji magnetycznej. F ( υ ) q0 iloczyn wektorowy Kierunek i zwrot siły Lorentza określa reguła prawej dłoni lub śruby prawoskrętnej. F = q 0 υ sinθ *θ - kąt pomiędzy wektorami υ i F znika, jeśli υ 0; F = q 0 υ a θ = 90 o (F max ); F = 0 a θ = 0 lub 180 o. SIŁA LORENTZA [] 1T Wb 1 2 m 1N C(m s) 1N A m * 10 4 Gs

SIŁA LORENTZA Wzór określający siłę Lorentza jest również słuszny w przypadku, gdy wzdłuż prostoliniowego przewodnika o długości l prąd o natężeniu I (porusza się n ładunków). prąd (ruch ładunków) pole prąd (ładunki w ruchu) df dq dt df υ dt dq( υ dq dt ( ) ) I( ) υ co po scałkowaniu ostatecznie daje: F I ( l ) iloczyn wektorowy

PRAWO IOTA-SAVARTA W przypadku pola magnetycznego, wytworzonego przez dowolny rozkład prądów (przewodnik dowolnego kształtu) indukcję magnetyczną w dowolnym punkcie pola P obliczamy z prawa iota-savarta. Działanie magnetyczne prądu rozpatrujemy wtedy jako sumę działań pochodzących od poszczególnych elementów przewodnika i obliczamy wkłady d, dawane w rozważanym punkcie przez każdy z tych elementów: μ0i r d d 3 4π r μ I 4π r 3 r ~ 0 1 c. po długości przewodnika θ - kąt pomiędzy promieniem wodzącym r i elementem przewodu, ř - wektor jednostkowy wektora r (wersor). przenikalność magnetyczna próżni μ 0 = 4π 10-7 [T m /A] lub [H/m] r I d r

PRAWO AMPÈRE A Wartość indukcji magnetycznej wokół nieskończenie długiego, prostoliniowego przewodnika z prądem (z prawa iota-savarta): μ I 2πr 0 μ0i (2πr) μ0i 2πr c. po krzywej zamkniętej (okręgu)

PRAWO AMPÈRE A Związek pomiędzy natężeniem prądu elektrycznego I płynącego w przewodniku a wektorem indukcji a dowolnego przypadku w polu magnetycznym wyraża prawo Ampère a. PRAWO AMPÈRE A Całka liniowa po dowolnej krzywej zamkniętej z wyrażenia jest równa iloczynowi μ 0 I, gdzie I jest całkowitym prądem przepływającym dowolną powierzchnię ograniczoną konturem całkowania. Wynik w prawie Ampère a nie zależy od kształtu zamkniętego konturu. μ0 Liczba linii indukcji przechodzących przez powierzchnię S określa strumień indukcji Φ. Jednostką strumienia indukcji Φ jest weber [1Wb = 1T 1m 2 ]. I Φ S ds c. po powierzchni otwartej lub zamkniętej

UOGÓLNIONE PRAWO AMPÈRE A Uogólnione prawo Ampère a (prawo Maxwella - Ampère a) to prawo Ampère a uzupełnione o prąd przesunięcia. μ ( I I ) μ I μ 0 p 0 0 0 dφ dt E prąd przewodzenia ( płynący przez przewodnik ) prąd przesunięcia Prąd przesunięcia można traktować jako kontynuację prądu przewodzenia płynącego przez przewodnik (I p = I). Prawo Ampère a obowiązuje tylko a stałego w czasie pola elektrycznego. Prawo Ampère a w postaci uogólnionej obowiązuje zarówno a stałego jak i zmiennego w czasie pola elektrycznego. kontur całkowania E

PRAWO GAUSSA a pola magnetycznego Prawo Gaussa a pola magnetycznego jest jednym z podstawowych równań teorii elektromagnetyzmu (II równanie Maxwella). Φ ds 0 Prawo Gaussa a magnetyzmu jest formalnym stwierdzeniem wniosku o nieistnieniu izolowanych biegunów magnetycznych, ponieważ linie pola magnetycznego są zawsze krzywymi zamkniętymi. PRAWO GAUSSA Strumień indukcji magnetycznej Φ przez dowolną zamkniętą powierzchnię gaussowską jest równy zeru.

PRAWO INDUKCJI FARADAYA Indukowana w obwodzie (konturze) siła elektromotoryczna (SEM) jest proporcjonalna do szybkości zmian strumienia pola magnetycznego Φ. ZMIENNE POLE MAGNETYCZNE klucz ξ dφ dt galwanometr WZGLĘDNY RUCH bateria uzwojenie pierwotne uzwojenie wtórne Prąd powstający pod wpływem indukowanej SEM nazywamy prądem indukowanym. Zmienne w czasie pole magnetyczne wytwarza (indukuje) pole elektryczne. E ξ dφ dt (a) (b)

REGUŁA LENZA Prąd indukowany ma taki kierunek, że wytwarzane przez ten prąd pole magnetyczne przeciwdziała zmianie strumienia magnetycznego, która go wywołuje (znak minus w prawie Faradaya).

RÓWNANIA MAXWELLA NUMER NAZWA RÓWNANIE SENS RÓWNANIA I Prawo Gaussa a elektryczności EdS q ε 0 Źródłem pola elektrycznego są ładunki elektryczne. II Prawo Gaussa a magnetyzmu ds 0 Pole magnetyczne jest bezźródłowe. Linie pola magnetycznego są zamknięte. III Prawo indukcji Faradaya (uogólnione) E dφ dt Zmienne w czasie pole magnetyczne wytwarza pole elektryczne IV Prawo Ampère a (rozszerzone przez Maxwella) μ 0 ε 0 μ 0 I dφ dt E Prąd elektryczny i zmienne w czasie pole elektryczne wytwarza pole magnetyczne.

POLE ELEKTROMAGNETYCZNE Jeśli naładowana cząstka porusza się w obszarze, w którym występuje zarówno pole elektryczne E jak i magnetyczne, to działającą na tę cząstkę wypadkową siłę opisuje równanie Lorentza. F q E 0 q0 ( υ ) iloczyn wektorowy Wykorzystuje się to w wielu urządzeniach, takich jak telewizor, mikroskop elektronowy, czujniki położenia i przemieszczenia, napęd okrętów podwodnych (MHD), spektrometry masowe czy akceleratory cząstek. H. A. Lorentz (1853 1928) Równanie Lorentza wraz z podstawowymi równaniami elektromagnetyzmu (cztery równania Maxwella) opisują wszystkie zjawiska w elektrodynamice (właściwości i oddziaływania cząstek obdarzonych ładunkiem oraz pól elektrycznego i magnetycznego wraz zależnościami między tymi polami).