19. Stacionárne magnetické pole
19. Stacionárne magnetické pole
- magnetické pole môžeme číselne opísať veličinou magnetická
indukcia – vektorová fyzikálna veličina, ktorá udáva silové pôsobenie v danom mieste magnetického pola na vodič s
prúdom
B = F m / I . l . sin α [B] = T => Tesla
- smer
indukcie idúcej pred alebo za nákresňou naznačíme – pred nákresňou (kruh s bodkou)
– za
nákresňou (kruh s krížikom)
- graficky môžeme magnetické pole znázorniť magnetickými indukčnými
čiarami – priestorovo orientované krivky, ktorých dotyčnica v danom bode má smer vektora indukcie
- vlastnosti
MIČ – uzavreté krivky
– nikdy sa nepretínajú
– v okolí magnetu smerujú od N k S
– v
okolí vodiča s prúdom určíme ich orientáciu pomocou ampérovho pravidla pravej ruky – vodič chytíme do pravej ruky tak aby
vystretý palec ukazoval smer prúdu a potom zohnuté prsty ukazujú smer MIČ
homogénne magnetické pole – má
vektor indukcie v každom mieste rovnaký
– znázorňujeme ho navzájom rovnobežnými MIČ, ktoré sú od seba rovnako
vzdialené
- silové pôsobenie magnetov a vodičov s prúdom – homogénne magnetické pole pôsobí na vodič s prúdom
magnetickou silou
F m = B . I . l . sin α
smer sily pôsobiacej na vodič s
prúdom v homogénnom magnetickom poli určíme Flamingovým pravidlom ľavej ruky – ľavú ruku položíme na vodič tak aby
vystreté prsty ukazovali smer prúdu vo vodiči a MIČ vstupovali do dlane a natiahnutý palec potom ukazuje smer sily pôsobiacej na
vodič
- silové pôsobenie dvoch vodičov s prúdom – dva priame vodiče s prúdom na seba navzájom pôsobia
silou
F m = k . I 1 . I 2 . l / d
ak vodičmi prechádzajú prúdy
súhlasným smerom, vodiče sa priťahujú- ak prechádzajú opačným smerom
odpudzujú sa
- k = μ / 2π μ – permeabilita prostredia – veličina, ktorá
charakterizuje magnetické vlastnosti daného prostredia
- μ = μ 0 . μ r μ
0 –permeabilita vákua = 4π . 10 -7 N . A
-2
μ r –relatívna permeabilita – udáva koľko krát je
permeabilita daného prostredia väčšia ako μ 0
- 1 ampér – definovaný na základe magnetickej sily
pôsobiacej medzi dvomi vodičmi s prúdom takto :
- je to stály prúd, ktorý pri prechode priamymi 1m dlhými vodičmi, zanedbateľného
prierezu vo vzájomnej vzdialenosti 1m vo vákuu vyvolá medzi nimi magnetickú silu 2 . 10 -7 N
- veľkosť
indukcie v okolí každého s týchto vodičov je potom :
B = μ . I / 2π . d
- magnetické pole cievky
– v praxi sa najviac používa vodič navinutý na dlhom keramickom valci = Solenoid – jeho magnetické pole opíšeme
magnetickou indukciou B = μ . N . I / l
- N – počet závitov cievky
- N / l – hustota
závitov cievky (počet závitov na jeden meter)
- smer indukcie Solenoidu určíme ampérovým pravidlom
pravej ruky pre cievku – cievku chytíme do pravej ruky tak, aby zohnuté prsty ukazovali smer prúdu v jej závitoch a vystretý palec
ukazuje smer magnetickej indukcie
- častica s nábojom v magnetickom poli – keďže na vodič s prúdom pôsobí
magnetická sila, elektrický prúd vo vodiči je tvorený usporiadaným pohybom voľných elektrónov s celkovým nábojom Q = N .
e, ktoré sa pohybujú rýchlosťou a za čas prejdú vzdialenosť s = v . t a prúd, ktorý vytvoria môžeme vyjadriť
I = Q / t
- na každý jeden elektrón pôsobí magnetické pole magnetickou silou : F m = B . e . v . sin
α
- ak častica vletí do homogénneho magnetického pola kolmo na MIČ smer magnetickej sily, ktorá naň pôsobí, závisí od jej
náboja
F m = F d
r = m . v / B . e r = m . v / B .
Q
- použitie v hmotnostnom spektrometri – určuje hmotnosti rôznych častíc na základe polomera ich
trajektórie
- ďalšie využitie v cyklotróne – pri urýchlovaní častíc je potrebné ich udržať na kružnicovej
trajektórii pomocou magnetického pola
- v televíznej obrazovke
- Hallov jav -
na
elektróny pohybujúce sa vo vodiči pôsobí vonkajšie magnetické pole silou, ktorá zakrivuje ich trajektóriu k jednej strane platne, čím
vzniká medzi stranami platne elektrické pole, ktoré zoslabuje magnetickú silu, ak sa elektrická a magnetická sila vyrovnajú trajektória
elektrónov sa už nebude zakrivovať, budú sa pohybovať priamo, prechádza ustálený elektrický prúd- Hallov jav sa využíva v
teslametri – prístroj na meranie magnetickej indukcie (skladá sa z Hallovej sondy a upraveného milivoltmera)
- závit s
prúdom v magnetickom poli – ak do homogénneho magnetického pola zavesíme závit s prúdom na jednotlivé jeho časti budú pôsobiť
magnetické sily (rovnako veľké, opačne orientované, pôsobia na rôzne strany) => na závit teda pôsobí dvojica síl s
momentom
na strany s dĺžkou a magnetická sila nepôsobí lebo α = 0
M = B . I .
S . sin α
- závit sa otáča vplyvom dvojice síl až dovtedy kým sa vektor magnetického indukčného vlastného magnetického
pola nenatočí do rovnakého smeru ako vektor magnetického indukčného vonkajšieho magnetického pola = rovnovážna
poloha
- každé teleso, ktoré si vo svojom okolí vytvára vlastné magnetické pole charakterizujeme fyzikálnou veličinou
ampérov magnetický moment – m = I . S smer rovnaký ako B S
- látky v
magnetickom poli – všetky látky sa skladajú z atómov, v ktorých sa elektróny pohybujú po kružniciach => vytvárajú kruhové
závity s vlastným ampérovým magnetickým momentom
- pri vložení týchto látok do vonkajšieho magnetického pola sa vlastné ampérové
magnetické momenty natáčajú rovnakým smerom ako ovplyvnené vonkajšie magnetické pole => látky delíme na :
1)
paramagnetické – nepatrne zosilňujú magnetické pole
– časť m sa natočí do smeru vonkajšieho magnetického pola
–
μ r – je o málo väčšia ako 1
2) feromagnetické – výrazne zosilňujú vonkajšie
magnetické pole
– všetky m sa natočia do smeru vonkajšieho magnetického pola = látka dosiahne stav magnetického
nasýtenia
– μ r – oveľa väčšia ako 1
– ak nie sú vo vonkajšom magnetickom poli,
obsadené časti, ktorých m sú natočené rovnakým smerom = domény
– niektoré feromagnetické látky zostanú aj po
vybratí z vonkajšieho magnetického pola zmagnetizované ( m domén sa nevrátia do pôvodného smeru)
3) diamagnetické –
nepatrne zoslabujú magnetické pole
– časť m sa natočí proti smeru vonkajšieho magnetického pola
– μ r –
o niečomenšia ako 1
- magnetická hysterézia – je to jav, ku ktorému dochádza vo
feromagnetických látkach
– ukazuje, že magnetizačné procesy vo feromagnetických látkach sú nezvratné
- ak látku
vyberieme z vonkajšieho magnetického pola, zostáva aspoň čiastočne zmagnetizovaná => už nikdy sa látka nevráti do začiatočného
stavu
- látky sa od seba líšia tvarom svojej hysteréznej slučky
1) látky so širšou slučkou sú magneticky
tvrdé – trvalé magnety
2) látky s užšou slučkou sú magneticky mäkké – jadrá
cievok
- H – intenzita magnetického pola – vektorová fyzikálna veličina opisujúca magnetické pole bez
ohľadu na prostredie, v ktorom sa nachádza magnetické pole
H = N . I / l [H] = A . m -1
- smer H
je rovnaký ako smer B
B = μ . H
Zones.sk – Zóny pre každého študenta