Magnetické pole
Stacionární magnetické pole Kolem trvalého magnetu existuje magnetické pole.
Stacionární magnetické pole
Pilinový obrazec magnetického pole tyčového magnetu
Stacionární magnetické pole
Magnetické pole tyčového magnetu
Stacionární magnetické pole
Magnetické indukční čáry tyčového magnetu
Magnetická indukční čára
Je prostorová orientovaná křivka. Její tečna v daném bodě má směr osy velmi malé magnetky umístěné v tomto bodě. Směr od jižního k severnímu pólu magnetky určuje orientaci indukční čáry. Je uzavřená křivka. Magnetické pole je pole vírové
Magnetické pole přímého vodiče s proudem
V okolí vodiče s proudem je magnetické pole.
Magnetické pole cívky s proudem
Magnetické pole
Ampérovo pravidlo pravé ruky (pro přímý vodič)
Naznačíme uchopení vodiče do prvé ruky tak, aby palec ukazoval dohodnutý směr proudu ve vodiči, prsty pak ukazují orientaci magnetických indukčních čar.
Magnetické síla Fm
Projevem pole je silové působení na vodič, kterým prochází elektrický proud.
Vzájemné působení magnetických polí magnetu a vodiče s proudem
Vodič ve tvaru smyčky v magnetickém poli
Magnetická síla
Fm = BIl sin α Velikost magnetické síly je přímo úměrná proudu I, délce vodiče l . B je magnetická indukce a charakterizuje magnetické pole. α je úhel mezi vodičem a indukčními čarami.
Magnetická indukce
Fm B= Il
N [ B] = =T A.m
Jednotkou magnetické indukce je tesla, značka T.
Flemingovo pravidlo levé ruky
Položíme-li otevřenou levou ruku k přímému vodiči tak, aby prsty ukazovaly směr proudu a indukční čáry vstupovaly do dlaně, ukazuje odtažený palec směr síly, kterou působí magnetické pole na vodič s proudem.
Flemingovo pravidlo levé ruky
Magnetická indukce pole přímého vodiče
I B= µ 2π d Veličina μ je permeabilita prostředí -charakterizuje prostředí, v němž elektrický proud vytváří magnetické pole. Veličina d je poloměr příslušné magnetické indukční čáry.
Permeabilita Konstanta µ uvedená ve vzorcích se nazývá permeabilita prostředí a charakterizuje magnetické vlastnosti prostředí. Permeabilita vakua µ0 = 4π ⋅ 10–7 N ⋅ A–2. Pro srovnání různých látkových prostředí využíváme relativní permeabilitu µr µ = µ0 ⋅ µr
Vzájemné působení rovnoběžných vodičů s proudem
Magnetická síla při vzájemném působení rovnoběžných vodičů s proudem
Magnetická síla při vzájemném působení rovnoběžných vodičů s proudem
Směry magnetických sil, kterými na sebe působí rovnoběžné vodiče s proudem, závisí na směrech proudů ve vodičích. Při souhlasných směrech proudů se vodiče přitahují a při nesouhlasných směrech proudů se odpuzují.
Magnetická síla při vzájemném působení rovnoběžných vodičů s proudem
µ I1 I 2 Fm = l 2π d I1 a I2 jsou proudy ve vodičích, l je délka vodiče, d je vzdálenost vodičů.
Definice jednotky proudu ampér (A)
Ampér je stálý proud, který při průchodu dvěma přímými rovnoběžnými nekonečně dlouhými vodiči zanedbatelného průřezu umístěnými ve vakuu ve vzdálenosti 1 m od sebe vyvolá mezi vodiči sílu o velikosti 2 ⋅ 10–7 N na 1 m délky vodiče.
Magnetické pole vodičů ve tvaru závitu
Magnetické pole vodičů ve tvaru cívky
Pravidlo pravé ruky pro cívku Pravou ruku položíme na cívku (závit) tak, aby pokrčené prsty ukazovaly dohodnutý směr proudu v závitech cívky. Palec ukazuje orientaci magnetických indukčních čar v dutině cívky.
Částice s nábojem v magnetickém poli
Na částici s nábojem, která se pohybuje v magnetickém poli, působí magnetická síla Fm, která je v každém okamžiku kolmá k magnetické indukci B i k rychlosti částice v.
Fm = Q vB sin α
Částice s nábojem v magnetickém poli se pohybuje po kruhové trajektorii
2
v Fm = Bev = m r mv r= e B
Demonstrace pohybu elektronu v magnetickém poli
Lorentzova síla Jestliže se částice s nábojem pohybuje současně v elektrickém a v magnetickém poli, působí na ni jak síla elektrická Fe, tak síla magnetická Fm. Výslednicí obou těchto sil je Lorentzova síla.
FL = Fe + Fm
Lorentzova síla Jestliže se částice s nábojem pohybuje současně v elektrickém a v magnetickém poli, působí na ni jak síla elektrická Fe, tak síla magnetická Fm. Výslednicí obou těchto sil je Lorentzova síla.
FL = Fe + Fm
Využití v praxi (televizní obrazovka)
Hallův jev
Podle chování látek v magnet. poli rozdělujeme látky do tří základních skupin: 1) látky diamagnetické - µr nepatrně menší než 1 (mírně zeslabují magnetické pole) 2) látky paramagnetické - µr nepatrně větší než 1 (mírně zesilují magnetické pole) Atomy paramagnetických látek mají vlastní magnetické pole. 3) látky feromagnetické - µr má velkou hodnotu (102 - 105) (značně zesilují magnetické pole) - ferimagnetické látky - ferity (sloučeniny oxidů železa s oxidy jiných prvků)
Magnetické materiály v technické praxi
Elektromagnetické relé Magnetický záznam signálů
Nestacionární magnetické pole
je charakterizováno magnetickou indukcí B, která nemá stálý směr nebo velikost. Zdrojem může být: a) pohybující se permanentní magnet nebo elektromagnet b) pohybující se vodič s elektrickým proudem c) nepohybující se vodič s proměnným proudem
Elektromagnetická indukce
Elektromagnetická indukce
Nestacionární magnetické pole je příčinou vzniku indukovaného elektrického pole a tento jev nazýváme elektromagnetická indukce. Na koncích cívky vzniká elektromotorické napětí Ui a uzavřeným obvodem prochází indukovaný proud Ii.
Elektromagnetická indukce
Magnetický indukční tok
Φ = BS cos α
Magnetický indukční tok
Φ = BS cos α B je magnetická indukce S je obsah rovinné plochy α je úhel, který svírá normála na plochu a magnetická indukce B
Magnetický indukční tok
Φ = BS cos α
[ Φ ] = [ B ][ S ] = T .m
2
= Wb
Jednotkou indukčního toku je weber.
Magnetický indukční tok
Φ = BS cos ω t
Faradayův zákon elektromagnetická indukce
Jestliže magnetický indukční tok plochou ohraničenou vodičem se za dobu ∆t změní o ∆Φ, indukuje se ve vodiči elektromotorické napětí.
∆Φ Ui = − ∆t
Indukovaný proud Lenzův zákon
Indukovaný elektrický proud v uzavřeném obvodu má takový směr, že svým magnetickým polem působí proti změně magnetického indukčního toku, která je jeho příčinou.
Indukovaný proud
Volný pád magnetu
Indukovaný proud
Vlastní indukce Indukované elektrické pole vzniká ve vodiči i při změnách magnetického pole, které vytváří proud procházející vlastním vodičem.
Φ = LI
Vlastní indukce L závisí na vlastnostech cívky a nazývá se indukčnost cívky. Φ = LI
∆Φ ∆I Ui = − = −L ∆t ∆t
[ U i ][ ∆ t ] [ ∆ Φ ] [ L] = = = [∆ I ] [∆ I ]
V .s Wb = = H A A
Přechodný děj
Při přechodném ději se proud v obvodu s cívkou zvětšuje pomaleji než v obvodu bez cívky. Příčinou je vznik indukovaného napětí opačné polarity, než je napětí zdroje. Při přerušení proudu se indukuje napětí stejné polarity, jako má zdroj, ale značně větší velikosti.
Energie magnetického pole
1 2 Em = LI 2
Solenoid
Magnetické pole Země
