IV. Magnetické pole ve vakuu a v magnetiku Osnova: 1. Magnetické pole el. poudu 2. Vlastnosti mg. pole 3. Magnetikum
1. Magnetické pole el. poudu histoický úvod podivné expeimenty ukazující neznámé silové působení: staověk: neost - neost (oxidy železa), neost - železo, magnetka - neost, magnetka - Země H. Ch. Oested (1820): vodič (potékaný poudem) - magnetka A. M. Ampée: vodič - vodič (potékaný poudem), vodič (s poudem) - cívka síla nazvána magnetickou silou, zavedeno magnetické pole vodiče potékané poudem, pohybující se náboje a zmagnetovaná tělesa vytvářejí mg. pole, kteé se pojevuje účinky na tytéž objekty veličina chaakteizující mg. pole magnetická indukce B, [B] = T = NA -1 m -1
1. Magnetické pole el. poudu magnetická síla F m působící na bodový náboj q pohybující se ychlostí v vzhledem ke zdoji mg. pole B se dá vyjádřit jako F = qv B m na náboj v el. i mg. poli působí tzv. Loentzova síla v F = q E + v B L ( ) tok magnetické indukce B v plochou S magnetický indukční tok je v Φ = B d S v s
2. Vlastnosti magnetického pole Síla mezi dvěmi ovnoběžnými přímými vodiči expeiment: - vekto mg. indukce má smě tečny ke kužnici se středem ve vodiči v ovině kolmé na vodič ( Ampéovo pavidlo pavé uky ) - B ~ 1, B ~ I, kde a je vzdálenost od vodiče, I pocházející poud, výsledek: a - do pole vodiče vložíme další vodič, kteým pochází poud I, potom B µ 0 = 2 π I a F µ II 0 = d 2 π a je velikost síly, kteou jeden vodič působí na délku d duhého vodiče
2. Vlastnosti magnetického pole Definice ampéu Ampé je poud, kteý při stálém půtoku dvěmi ovnoběžnými přímými nekonečně dlouhými vodiči zanedbatelného kuhového půřezu, umístěnými ve vakuu ve vzdálenosti 1 met, vyvolá mezi nimi sílu 2.10-7 N. Ampéův zákon Cikulace Γ vektou B podél libovolné uzavřené křivky a je ovna celkovému poudu (násobenému pemeabilitou vakua), kteý potéká plochou ohaničenou touto křivkou. Γ = µ 0 I c, (kde Γ = B d a ) mg. pole není potenciální a Další poznatek: Mg. indukční tok libovolnou uzavřenou plochou je nulový mg. indukční čáy jsou uzavřené, neexistuje mg. monopól S Bd S = 0
2. Vlastnosti magnetického pole Mg. pole závitu a cívky (solenoidu) Ampéovo pavidlo pavé uky, pole uvnitř dlouhé cívky délky d o N závitech NI B = µ 0 d Náboj v mg. poli Na náboj q v mg. poli působí síla Fm = qv B (F m = qvbsinα) Pokud je pole homogenní a v B tajektoie náboje q o hmotnosti m je kužnice o poloměu mv = qb využití: hmotnostní spektomet, cykloton (uychlovače)
3. Magnetikum Magnetikum = látkové postředí, soustředíme se na jeho magnetické vlastnosti Magnetický dipól - malá (tedy ovinná) smyčka plochy S potékaná poudem v mg. moment smyčky m = I S, kde S = S n je vekto ve směu nomály plochy oientace smyčky, sovnání pole el. a mg. dipólu Rozložení mg. dipólů mv - je popisováno vektoem magnetizace ( ) ( ) M =, tj. objemovou hustotou mg. dipólů, V vektoem magnetizace chaakteizuje mg. vlastnosti jednotlivých látek (magnetik)
vekto magnetické intenzity H = 3. Magnetikum B µ 0 - používá se k popisu magnetického pole v látce (magnetiku) místo mg. indukce - již zohledňuje mg. vlastnosti látky - po velkou skupinu látek (homogenní, izotopní lineání postředí) se dá převést na tva H = B µ, kde µ je pemeabilita postředí a µ je elativní pemeabilita postředí (udává kolikát zesílí látka pole) M Ampéův zákon po magnetikum Cikulace vektou mg. intenzity podél libovolné uzavřené křivky je ovna celkovému poudu, kteý potéká plochou ohaničenou touto křivkou. Γ = H da = I a c
3. Magnetikum Klasifikace magnetik 1) diamagnetické látky - µ < 1, zeslabují mg. pole - jejich stavební částice nemají vlastní dipólové mg. momenty - po vložení do mg. pole se indukované mg. momenty natočí poti směu pole - někteé kovy, nekovové pevné látky, kapaliny, plyny 2) paamagnetické látky C - µ > 1, míně zesilují mg. pole, platí Cuieho vztah µ = 1+ T - jejich stavební částice mají vlastní dipólové mg. momenty - po vložení do mg. pole se vlastní mg. momenty natočí ve směu pole (zesílení, oientační polaizace), indukované pole míně oslabují (účinek mnohem menší než u vlastních mg. momentů) - většina kovů, někteé plyny (vzduch,...)
3. Magnetikum 3) feomagnetické látky - µ >> 1, silně zesilují mg. pole - mg. dipóly jsou oientovány spontánně v celcích, tzv, Weissových doménách, ty se jako celky též natáčejí (do stavu nasycení) - nastává jev hysteeze