Stacionárne magnetické pole

Stacionárne magnetické pole - pole, ktorého zdrojom je nepohybujúci sa permanentný magnet s konštantným prúdom alebo nepohybujúci sa permanentný magnet. Z toho vyplýva, že v okolí vodičov s prúdom je magnetické pole.

N (north) - severný pól

S (south) - južný pól

Magnetické pole tyčového magnetu

Silové pôsobenie medzi permanentnými magnetmi a medzi permanentnými magnetmi a vodičmi s prúdom je vzájomné.

Magnetické pole pôsobí magnetickými silami na permanentné magnety a na vodiče s prúdom.

Magnetická indukčná čiara je priestorovo orientovaná krivka, ktorej dotyčnica v danom bode má smer osi veľmi malej magnetky umiestnenej v danom bode. Orientácia od južného k severnému pólu magnetky určuje smer indukčnej čiary.

Homogénne magnetické pole - magnetické pole, ktorého indukčné čiary sú rovnobežné priamky.

Každé reálne pole je nehomogénne.

Magnetické pole priameho vodiča

Ampérovo pravidlo pravej ruky - naznačíme uchopenie vodiča do pravej ruky tak, aby palec ukazoval dohodnutý smer prúdu vo vodiči. Potom prsty ukazujú orientáciu magnetických indukčných čiar.

Magnetické pole valcovej cievky – magnetické pole v strednej časti valcovej cievky môžeme považovať za homogénne.

Na kvalitatívny opis magnetického poľa v každom jeho bode zavádzame fyzikálnu veličinu magnetická indukcia. Aktívna dĺžka vodiča l. Silu pôsobiacu na vodič v magnetickom poli môžeme vyjadriť ako: F_m = B I l sin a , kde a=<0,180>. B je veličina charakterizujúca silové pôsobenie magnetického poľa na vodič s prúdom. B=F_m/I l sin a. Veličina B sa nazýva magnetická indukcia. [B]=N/(A.m)=T ; T- Tesla.

Magnetická indukcia má smer dotyčnice k indukčnej čiare. Flemingove pravidlo ľavej ruky: Keď položíme otvorenú ľavú ruku na priamy vodič tak, aby prsty ukazovali smer prúdu a indukčné čiary vstupovali do dlane, natiahnutý palec ukazuje smer sily, ktorou pôsobí magnetické pole na vodič s prúdom.

Na jeden úsek vodiča s dĺžkou Dl pôsobí sila DF veľkosti danej vzťahom DF = BI Dl sin a tento vzťah sa volá Ampérov zákon.

Dva priame rovnobežné vodiče s prúdmi súhlasných smerov sa priťahujú, ak sú prúdy nesúhlasných smerov, odpudzujú sa. Veľkosť sily pôsobiacej na úsek s dĺžkou l ktoréhokoľvek z oboch vodičov je daná vzťahom:

I₁I₂ I₁I₂ m₀

F_m = k ----- l = m₀ ----- k = ---

d 2pd 2p

Na základe tohoto vzťahu je definovaná jednotka prúdu v SI ampér, značka A.

Najčastejšie používanými cievkami, prstencová (toroidná) cievka a Helmholtzove cievky. Pre veľkosť magnetickej indukcie magnetického poľa dlhej valcovej cievky vo vákuu platí

NI

B₀ = m₀ ---- B = k I / d B = m B₀ m_r = m / m₀ I=|Q|/t

l

m_r – relatívna permeabilita, m₀ – permeabilita vákua m0=4p.10^-7 N.A^-2.

Ampér je stály prúd, ktorý pri prechode priamymi rovnobežnými nekonečne dlhými vodičmi zanedbateľného prierezu, umiestenými vo vákuu vo vzájomnej vzdialenosti 1 m, vyvolá medzi týmito vodičmi silu s veľkosťou 2.10^-7 newtona na 1 m dĺžky vodiča.

Na časticu s nábojom pohybujúcu sa v magnetickom poli pôsobí magnetická sila s veľkosťou F_m danej vzťahom F_m= |Q| v B sin a. Na voľný elektrón pôsobí sila: F_m = e v B sin a.

Sila F_m je v každom okamihu kolmá na magnetickú indukciu B a na rýchlosť častice v.

Ampérov magnetický moment m je vektorová veličina charakterizujúca všetky makroskopicé aj mikroskopicé objekty, ktoré v svojom okolí tvoria magnetické pole. Vonkajšie magnetické pole pôsobí na tieto objekty silami, ktorých moment má veľkosť M = m B sin a. m=IS => M = BIS sin a. – závit s prúdom v magnetickom poli.

Podľa správania sa v magnetickom poli rozdeľujeme látky na feromagnetické a neferomagnetické. Do neferomagnetických látok zaraďujeme diamagnetické (výsledný magnetický moment nulový) a paramagnetické látky (výsledný magnetický moment nenulový).

Príčinou vzniku feromagnetizmu sú výmenné sily, ktoré pôsobia medzi najbližšími susednými atómami s nenulovým magnetickým momentom a spôsobujú paralelné usporiadanie týchto momentov v malých oblastiach, ktoré sa nazývajú magnetické domény (spontánna magnetizácia).

Hysterézia vo feromagnetických látkach je spôsobená nevratnosťou zmien doménovej štruktúry látky pri jej magnetizovaní. Závislosť magnetickej indukcie od intenzity magnetického poľa pri cyklickom magnetizovaní je graficky znázornená hysteréznou slučkou. Používajú sa na výrobu permanentných magnetov. Magneticky mäkké materiály majú úzku hysteréznu slučku a strmú krivku prvotnej magnetizácie. Vyrábajú sa z nich jadrá rozličných cievok na zosilnenie ich magnetických polí. Intenzita magnetického poľa H, pre veľkosť platí: H = N I / l. Jednotkou je A.m^-1. B = m_r m₀ H= mH.

Keď sa častica s nábojom Q pohybuje súčasne v elektrickom a magnetickom poli, pôsobí na ňu sila F_L, ktorá je vektorovým súčtom elektrickej sily F_e s veľkosťou |Q|E a magnetickej sily F_m s veľkosťou: F_L = F_e + F_m. F_L sa volá Lorentzova sila.

Pri pohybe častice po kružnici je magnetická sila F_m dostredivou silou: |Q| v B sin 90⁰ = m v² / r. Pre polomer r trajektórie častice z predchádzajúceho vzťahu dostaneme r= mv /|Q|B.

Hallov jav – na bočných hranách plošného vodiča uloženého v magnetickom poli sa indukuje malé napätie U_H – volá sa Hallovo napätie. Príčinou jeho vzniku je magnetická sila F_m pôsobiaca na voľné nosiče náboja v platni, ktoré sa premiestňujú k jednej bočnej stene. U_H = k B.

Magnetické materiály vhodných vlastností sa využívajú v technike záznam zvuku, vo výpočtovej technike a v iných oblastiach modernej techniky.

B_r – remanentná magnetická indukcia

H_k – koercitívna intenzita MP

Využitie magnetických materiálov

Elektromagnetické relé: elektromagnet: cievka, jadro, rameno, kotva, kontakty pružné. Na spájanie alebo rozpájanie obvodov.

Merací prístroj s otočnou cievkou: magnet, pólové nástavce, valec, otočná cievka, rúčka, pružiny.