Magnetyzm

Magnetyzm i pole magnetyczne.

Pole magnetyczne jest to przestrzeń otaczająca magnes trwały lub przewodnik, w którym płynie prąd. Podobnie jak pole elektryczne, pole magnetyczne można przedstawić graficznie za pomocą linii sił pola . Są to linie, wzdłuż których ustawiają się igły magnetyczne umieszczone w polu magnetycznym.

Na rysunku tym przedstawiono dwie z wielu linii pola magnetycznego wytwarzanego przez sztabkowy magnes trwały. Jak widać, linie sił pola magnetycznego są liniami zamkniętymi. Reguła ta dotyczy dowolnej konfiguracji pola magnetycznego.
Każdy magnes ma dwa bieguny N i S . Linie sił pola magnetycznego biegną zawsze od bieguna N do bieguna S . Pole magnetyczne jest bezźródłowe, tzn. nie istnieją "ładunki" magnetyczne. Ruchome ładunki elektryczne wytwarzają pole magnetyczne.

Przeciwne bieguny magnesów się przyciągają a jednakowe odpychają.

Ziemskie pole magnetyczne – pole magnetyczne występujące naturalnie wokół Ziemi. Odpowiada ono w przybliżeniu polu dipola magnetycznego z jednym biegunem magnetycznym w pobliżu geograficznego bieguna północnego i z drugim biegunem magnetycznym w pobliżu bieguna południowego. Linia łącząca bieguny magnetyczne tworzy z osią obrotu Ziemi kąt 11,3°. Pole magnetyczne rozciąga się na kilkadziesiąt tysięcy kilometrów od Ziemi, a obszar w którym ono występuje nazywa się ziemską magnetosferą.

pole magnetyczne wytworzone przez nieskończenie długi prostoliniowy przewodnik, przez który płynie prąd elektryczny o natężeniu I .

Przewodnik taki wytwarza wirowe pole magnetyczne, którego linie sił pola są okręgami o wspólnym środku. Kierunek pola magnetycznego z kierunkiem prądu kojarzy reguła prawoskrętnej śruby :
Jeżeli wyprostowany kciuk prawej dłoni wskazuje kierunek prądu w przewodniku, to zgięte palce prawej dłoni wskazują zwrot linii sił pola wokół przewodnika prostoliniowego.

Drugim podstawowym przypadkiem jest pole magnetyczne przewodnika kołowego.

A- kierunek linii pola magnetycznego
B - kierunek przepływu prądu w przewodniku

Jeżeli we wnętrzu przewodnika umieścimy śrubę prawoskrętną i będziemy ją obracać w kierunku przepływu prądu B, to zauważymy, że będzie się ona wykręcać do góry tak jak układa się kierunek linii pola magnetycznego A. Po zmianie kierunku prądu w przewodniku analogicznie zmieni się kierunek linii pola magnetycznego.

Jak widać, pole magnetyczne wytworzone przez przewodnik kołowy ma konfigurację podobną do pola magnetycznego magnesu sztabkowego, dlatego też przewodnik kołowy z prądem traktujemy jako dipol magnetyczny. Kierunek pola magnetycznego wytworzonego przez przewodnik kołowy kojarzy się z kierunkiem prądu w przewodniku - reguła prawoskrętnej śruby.

Iloczyn I·S (S --> powierzchnia obejmowana przez przewodnik) nazywamy momentem magnetycznym przewodnika .

Pojedynczy przewodnik kołowy wytwarza stosunkowo słabe pole magnetyczne. Efekt ten można powiększyć, stosując układ przewodników kołowych połączonych w szereg. Uzyskujemy w ten sposób zwojnicę (solenoid) .

Zwojnica z prądem wytwarza ole takiego samego kształtu jak magnes sztabkowy. Silne pole wtwarza zwojnica, która ma wiele zwojów i rdzeń.

Pole magnetyczne zwojnicy jest tym większe im większe jest natężenie prądu i im więcej zwojów ma zwojnica. Pole poszczególnych zwojów się sumuje. By pole zwojnicy było jeszcze większe do jej wnętrza można wsunąć rdzeń z odpowiedniego materiału. Najlepiej ze stali miękkiej ponieważ szybko się magnesuje.

Prąd płynący przez przewodnik wytwarza wokół niego pole magnetyczne.

W fizyce druga forma reguły prawej dłoni określa regułę, w myśl której jeśli prawą dłonią obejmiemy przewodnik elektryczny tak, że kciuk wskazuje kierunek przepływu prądu elektrycznego I w przewodniku, to zgięte pozostałe palce wskażą kierunek i zwrot wektora indukcji magnetycznej B .

W przedstawionym przypadku ma zastosowanie reguła lewej dłoni, której istota brzmi: jeżeli lewą dłoń umieścimy we wnętrzu magnesu tak by jej cztery palece wskazywały kierunek przepływu prądu i w przewodniku, a linie pola magnetycznego B wchodziły do wnętrza dłoni, to odwiedziony kciuk wskaże kierunek F odchylenia ramki przewodnika.

Powyższy wzór przedstawia nam wartość siły działającej na ramkę przewodnika w którym płynie prąd, umieszczonego w polu magnetycznym. Kierunek odchylenia ramki zależy od kierunku przepływu prądu.

Na przewody umieszczone obok siebie w których płynie prąd również działają siły. Jeżeli prąd w przewodach płynie w przeciwnych kierunkach siły przewody odpychają, jeżeli zaś prąd płynie w przewodach w tym samym kierunku siły te przewody przyciągają.