Stacionární magnetické pole. Kolem trvalého magnetu existuje magnetické pole.

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