Pole magnetyczne – powtórka do sprawdzianu

Magnesy i linie pola magnetycznego

• Linie pola magnetycznego są zamknięte – nie mają początku ani końca.
• Reguła prawej dłoni: dla przewodu kciuk – prąd, zagięte palce – linie pola; dla zwojnicy zagięte palce – prąd w zwojach, kciuk – biegun N.
• Biegunów nie da się rozdzielić: po przecięciu magnesu każdy kawałek ma znów biegun N i S. Bieguny jednoimienne się odpychają, różnoimienne przyciągają.

Indukcja magnetyczna (rozszerzenie)

• Przewód prostoliniowy: B = μ₀ · I przez 2π · r. Długa zwojnica (wewnątrz): B = μ₀ · n · I, gdzie n = N przez l.
• Indukcja magnetyczna B to wektor styczny do linii pola, o zwrocie zgodnym z ich zwrotem. Im gęstsze linie, tym większa wartość B. Jednostką jest tesla: 1 T = 1 N/(A·m).
• Oznaczenia: μ₀ — przenikalność magnetyczna próżni, μ₀ = 4π·10^−⁠7 T·m/A ≈ 1,26·10^−⁠6 T·m/A; I — natężenie prądu [A]; r — odległość od przewodu [m]; N — liczba zwojów; l — długość zwojnicy [m]; n = N przez l — liczba zwojów na jednostkę długości [1/m].

Siła magnetyczna na ładunek i przewodnik z prądem

• Reguła lewej dłoni (dla prądu i ładunku dodatniego): ułóż lewą dłoń tak, by linie pola wchodziły w nią od strony wnętrza, a wyprostowane palce wskazywały zwrot prądu (prędkości ładunku) – odchylony kciuk pokaże zwrot siły.
• Doświadczenie: zawieś przewód między biegunami magnesu podkowiastego i włącz prąd. Przewód wychyla się w bok, a po zmianie zwrotu prądu – w przeciwną stronę.
• Silnik elektryczny: na ramkę z prądem w polu magnesu działają siły o przeciwnych zwrotach, które ją obracają. Energia elektryczna zamienia się na mechaniczną.

Siła Lorentza i siła elektrodynamiczna (rozszerzenie)

• Siła Lorentza: F = ∣q∣ · v · B · sin α. Siła elektrodynamiczna (na przewodnik): F = B · I · l · sin α.
• Oznaczenia: F — wartość siły [N]; q — ładunek cząstki [C]; v — szybkość [m/s]; B — indukcja magnetyczna [T]; α — kąt między wektorem prędkości (lub kierunkiem prądu) a wektorem B; I — natężenie prądu [A]; l — długość odcinka przewodu w polu [m].
• Dane: q = 1,6·10^−⁠19 C, v = 10⁶ m/s, B = 0,1 T, α = 90°.

Tor cząstki, silnik i przewody równoległe (rozszerzenie)

• r = m · v przez ∣q∣ · B, T = 2π · r przez v = 2π · m przez ∣q∣ · B – okres nie zależy od v. Gdy v ma też składową wzdłuż B, tor jest linią śrubową.
• F = μ₀ · I₁ · I₂ · l przez 2π · d; prądy zgodne się przyciągają, przeciwne odpychają.
• Oznaczenia: r — promień toru [m]; m — masa cząstki [kg]; v — szybkość [m/s]; q — ładunek [C]; B — indukcja [T]; T — okres obiegu [s].

Ferromagnetyki i pole magnetyczne Ziemi (rozszerzenie)

• Ferromagnetyk w polu magnetycznym porządkuje domeny i silnie wzmacnia pole; po usunięciu pola może pozostać namagnesowany.
• Ferromagnetyki miękkie służą na rdzenie, twarde – na magnesy trwałe. Powyżej temperatury Curie ferromagnetyk traci swoje właściwości.
• Ferromagnetyki (żelazo, kobalt, nikiel i ich stopy, np. stal) mają domeny magnetyczne – mikroskopijne obszary, w których „atomowe magnesiki” są ustawione zgodnie. Bez pola zewnętrznego domeny są ułożone chaotycznie i ich pola się znoszą.