3.7. Magnetické pole elektrického proudu



Podobné dokumenty
MAGNETICKÉ POLE ELEKTRICKÉHO PROUDU. r je vyjádřen vztahem

ELEKTRICKÝ NÁBOJ COULOMBŮV ZÁKON INTENZITA ELEKTRICKÉHO POLE

IV. Magnetické pole ve vakuu a v magnetiku. 1. Magnetické pole el. proudu 2. Vlastnosti mg. pole 3. Magnetikum

Příklady elektrostatických jevů - náboj

Magnetické pole najdeme kolem permanentního magnetu (i kolem Země) a zároveň kolem každého vodiče, kterým prochází elektrický proud.

MAGNETICKÉ POLE CÍVEK V HELMHOLTZOVĚ USPOŘÁDÁNÍ

I. Statické elektrické pole ve vakuu

1. Dvě stejné malé kuličky o hmotnosti m, jež jsou souhlasně nabité nábojem Q, jsou 3

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ GB02 FYZIKA II MODUL M01 ELEKTŘINA A MAGNETISMUS

Vlnovody. Obr. 7.1 Běžné příčné průřezy kovových vlnovodů: obdélníkový, kruhový, vlnovod, vlnovod H.

Hlavní body. Keplerovy zákony Newtonův gravitační zákon. Konzervativní pole. Gravitační pole v blízkosti Země Planetární pohyby

, F je síla působící mezi náboji, Q je velikost nábojů, r je jejich r vzdálenost, k je konstanta

Skalární a vektorový popis silového pole

Učební text k přednášce UFY102

STACIONÁRNÍ MAGNETICKÉ POLE. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Elektřina a magnetismus - 3. ročník

Elektřina a magnetismus Elektrostatické pole

Stacionární magnetické pole

Elektrický náboj [q] - základní vlastnost částic z hlediska EM pole - kladný (nositel proton), záporný (nositel elektron) 19

ε ε [ 8, N, 3, N ]

1.7.2 Moment síly vzhledem k ose otáčení

1. Dva dlouhé přímé rovnoběžné vodiče vzdálené od sebe 0,75 cm leží kolmo k rovine obrázku 1. Vodičem 1 protéká proud o velikosti 6,5A směrem od nás.

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Spojité rozložení náboje

Základy elektrotechniky

Základní vlastnosti elektrostatického pole, probrané v minulých hodinách, popisují dvě diferenciální rovnice : konzervativnost el.

v 1 = at 1, (1) t 1 = v 1

Elektrické a magnetické pole zdroje polí

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS

Úlohy krajského kola kategorie B

Elektromagnetické jevy, elektrické jevy 4. Elektrický náboj, elektrické pole

3.1. Magnetické pole ve vakuu a v látkovém prostředí Elektromagnetická indukce Energie a silové účinky magnetického pole...

6 Diferenciální operátory

ELEKTROMAGNETICKÉ VLNY VE VOLNÉM PROSTŘEDÍ

Diferenciální operátory vektorové analýzy verze 1.1

2.1 Shrnutí základních poznatků

Obr. 11.1: Rozdělení dipólu na dva náboje. Obr. 11.2: Rozdělení magnetu na dva magnety

Stacionární magnetické pole. Kolem trvalého magnetu existuje magnetické pole.

II. Statické elektrické pole v dielektriku. 2. Dielektrikum 3. Polarizace dielektrika 4. Jevy v dielektriku

ELEKTROSTATIKA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Elektřina a magnetismus - 2. ročník

Fyzika. Fyzikální veličina - je mírou fyzikální vlastnosti, kterou na základě měření vyjadřujeme ve zvolených jednotkách

Newtonův gravitační zákon Gravitační a tíhové zrychlení při povrchu Země Pohyby těles Gravitační pole Slunce

Gravitační a elektrické pole

Vzájemné silové působení

3.1 Magnetické pole ve vakuu a v látkovén prostředí

ČÁST V F Y Z I K Á L N Í P O L E. 18. Gravitační pole 19. Elektrostatické pole 20. Elektrický proud 21. Magnetické pole 22. Elektromagnetické pole

4. konference o matematice a fyzice na VŠT Brno, Fraktály ve fyzice. Oldřich Zmeškal

Stacionární magnetické pole Nestacionární magnetické pole

Magnetické pole - stacionární

Kinematika. Hmotný bod. Poloha bodu

Planimetrie. Přímka a její části

14. Základy elektrostatiky

DYNAMIKA HMOTNÉHO BODU

5. Světlo jako elektromagnetické vlnění

5.8 Jak se změní velikost elektrické síly mezi dvěma bodovými náboji v případě, že jejich vzdálenost a) zdvojnásobíme, b) ztrojnásobíme?

Elektřina a magnetizmus magnetické pole

5. Elektromagnetické kmitání a vlnění

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS

2.1.2 Jaký náboj projde proudovodičem, klesá-li v něm proud z 18 A na nulu tak, že za každou sekundu klesne hodnota proudu na polovinu?

Trivium z optiky Vlnění

Fyzika 2 - rámcové příklady Magnetické pole - síla na vodič, moment na smyčku

Magnetické vlastnosti látek (magnetik) jsou důsledkem orbitálního a rotačního pohybu elektronů. Obíhající elektrony představují elementární proudové

Zapnutí a vypnutí proudu spínačem S.

Konstrukční a technologické koncentrátory napětí

F5 JEDNODUCHÁ KONZERVATIVNÍ POLE

Elektřina a magnetismus úlohy na porozumění

Magnetické pole se projevuje silovými účinky - magnety přitahují železné kovy.

Název: Měření magnetického pole solenoidu

5 Stacionární magnetické pole HRW 28, 29(29, 30)

GAUSSŮV ZÁKON ELEKTROSTATIKY

F r. Umístěme do P jinou elektricky nabitou částici. Síla na ni působící Elektromagnetická interakce

PODÉLNÁ STABILITA PLOVOUCÍHO TĚLESA VÁLCOVÉHO TVARU PLOVÁKŮ - 1. FÁZE LONGITUDINAL STABILITY OF THE FLOATING BODY BY CYLINDRICAL FORM OF FLOATS - 1

ELEKTROMAGNETICKÉ POLE

3.6. Magnetické pole a jeho vlastnosti

Geometrie. RNDr. Yvetta Bartáková. Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou

vzhledem k ose kolmé na osu geometrickou a procházející hmotným středem válce. c) kužel o poloměru R, výšce h, hmotnosti m

Elektrické pole vybuzené nábojem Q2 působí na náboj Q1 silou, která je stejně veliká a opačná: F 12 F 21

Newtonův gravitační zákon

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Posuvný proud a Poyntingův vektor

Moment síly, spojité zatížení

Zobrazení kružnice v pravoúhlé axonometrii. osy, která je normálou roviny dané kružnice; délka hlavní poloosy je rovna poloměru

Kinetická teorie ideálního plynu

Hlavní body - magnetismus

Technická univerzita v Liberci. Fakulta přírodovědně-humanitní a pedagogická Katedra matematiky a didaktiky matematiky KŘIVKY. Pomocný učební text

Přehled veličin elektrických obvodů

Cavendishův pokus: Určení gravitační konstanty,,vážení Země

Příklady: 31. Elektromagnetická indukce

Elektrostatické pole. Vznik a zobrazení elektrostatického pole

ELEKTRICKÝ NÁBOJ A ELEKTRICKÉ POLE

u = = B. l = B. l. v [V; T, m, m. s -1 ]

GE - Vyšší kvalita výuky CZ.1.07/1.5.00/

7 Gaussova věta 7 GAUSSOVA VĚTA. Použitím Gaussovy věty odvod te velikost vektorů elektrické indukce a elektrické intenzity pro

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS

Q N v místě r. Zobecnění Coulombova zákona Q 3 Q 4 Q 1 Q 2

1 Extrémy funkcí - slovní úlohy

ANALYTICKÁ GEOMETRIE V ROVINĚ

Hydraulika podzemních vod

Obecný Hookeův zákon a rovinná napjatost

2 Šíření elektromagnetických vln

Moment síly výpočet

Úlohy klauzurní části školního kola kategorie B

Elektrické a magnetické pole zdroje polí

Transkript:

3.7. Magnetické pole elektického poudu 1. Znát Biotův-Savatův zákon a umět jej použít k výpočtu magnetické indukce v jednoduchých případech (okolí přímého vodiče, ve středu oblouku apod.).. Pochopit význam veličiny elativní pemeabilita postředí. 3. Umět fomulovat Ampéův zákon a naučit se jej aplikovat v úlohách s jednoduchou symetií. 4. Poznat vlastnosti ideálního solenoidu a tooidu. 5. Naučit se a pochopit odvození vztahu po sílu vzájemného působení dvou ovnoběžných poudovodičů s konstantním poudem. 3.7.1. Biotův-Savatův zákon Při výpočtu magnetické indukce pole v daném bodě A okolí vodiče potékaného stacionáním poudem, vektoově sečteme infinitezimální příspěvky db všech poudových elementů vodiče k celkové magnetické indukci. Platí Biotův-Savatův (-Laplaceův) zákon, kteý fomuloval P. S. Laplace na základě expeimentálních poznatků Biota a Savata: Idl db =. 3.7.-1 4 π Vodič je myšleně ozdělen na infinitezimální délkové elementy dl, kteé mají smě tečny vodiče a oientaci ve směu poudu. je jednotkový vekto s počátkem, kteý splývá s počátkem vektou dl a míří k bodu A (Ob. 3.7.-1), odpovídá vzdálenosti bodu A od poudového elementu Idl. Předpokládáme, že vodič obklopuje vakuum. Konstanta je tzv. pemeabilita vakua, jejíž hodnotu definujeme přesně: = 4π 1-7 T m A -1. Velikost vektou db je: Idl sinα db =. 3.7.- 4π Úhel α svíají vektoy dl a. Ob. 3.7.-1 459

a) b) Ob. 3.7.- a) Řez ovinou, kteá obsahuje bod A a vodič. b) Řez ovinou, kteá pochází bodem A a je kolmá k vodiči pohled "shoa". Uvažujme nekonečně dlouhý přímý vodič, jímž potéká poud I a hledejme magnetickou indukci v bodě A ve vzdálenosti od vodiče (Ob. 3.7.-). Po infinitezimální úhel dα přibližně platí: tg(dα) = dα. Z tojúhelníku, jehož vnitřní úhel je dα, dostaneme: x dα = x = dα. Podle Ob. 3.7.- je též dα sin α = =. dl Na základě platnosti (3.7.-1) můžeme tvdit, že příspěvky db od všech elementů vodiče jsou shodně oientované ve směu tečny ke kužnici, kteá leží v ovině kolmé k vodiči a pochází bodem A. Potože platí pincip supepozice, stačí, abychom učili vekto B, sečíst velikosti všech vektoů db integací. Pokusme se poto nalézt vhodné vyjádření db jako funkce jedné poměnné. Ve vzoci (3.7.-) jsou dvě poměnné ( a α), kteé jsou však na sobě závislé a tak jednu z nich můžeme vyjádřit pomocí duhé: dl dα dα = =. sinα d dl Dosaďme za v (3.7.-): α Idα db = sinα 4π a integujme podle α: B π I I I = sinαdα [ cosα ] 4π = π =. 3.7.-3 4π π 46

Ob. 3.7.-3 Oientace magnetických indukčních ča pole vytvořeného poudem v dlouhém přímém vodiči. Indukční čáy mají tva soustředných kužnic se středy ve vodiči a leží v ovinách kolmých k vodiči. Znázoněna je poloha magnetky, kteá je v blízkosti vodiče umístěna. Vyslovili jsme dostatek důvodů poto, abychom vycházeje z Biotova-Savatova zákona mohli tvdit, že magnetické indukční čáy mají tva soustředných kužnic kolem vodiče (Ob. 3.7.-3) a jsou oientovány podle pavidla pavé uky: Přiložíme-li palec k vodiči ve směu poudu, zahnuté psty ukazují oientaci magnetických indukčních ča. Jestliže ve vakuu vytváří poud I magnetické pole o magnetické indukci B, pak stejný poud v homogenním, izotopním látkovém postředí o elativní pemeabilitě vytváří magnetické pole o indukci B = B. 3.7.-4 Relativní pemeabilita chaakteizuje magnetické vlastnosti postředí a udává, kolikát je pemeabilita učitého látkového postředí větší než pemeabilita vakua. Poto: = 3.7.-5 a je bezozměnou veličinou. Z ovnice (3.6.-7) vidíme, že magnetická síla, kteou působí magnetické pole na částici s nábojem Q, je -kát větší esp. menší podle toho, jestli je v daném postředí >1 esp. <1. KO 3.7.-1 Fomulujte Biotův-Savatův zákon. Popište veličiny v něm vystupující. KO 3.7.- Jaký tva mají magnetické indukční čáy pole přímého nekonečně dlouhého vodiče, kteým teče konstantní poud? Jak jsou tyto čáy oientovány? Liší se hodnota magnetické indukce v bodech jedné indukční čáy? Pokud se neliší, na čem závisí? KO 3.7.-3 Co vyjadřuje elativní pemeabilita postředí? Učete magnetickou indukci v bodě S, kteý je společným středem půlkuhových oblouků AB a CD (Ob. 3.7.-4). Oba oblouky jsou spojeny tak, že vytvářejí obvod ABCD, kteým teče poud I. 461

Ob. 3.7.-4 Řešme užitím Biotova-Savatova zákona: Idl db =. 3.7.-1 4 π Nejpve odvodíme magnetickou indukci ve středu kuhového oblouku (Ob. 3.7-5). Je zřejmé, že jsou navzájem kolmé vektoy dl a. Navíc příspěvky k celkové indukci v bodě S od všech poudových elementů oblouku jsou shodně oientovány. Poto ϕmax I I B = dl ϕ MAX 4π =. 4π Vaťme se k našemu zadání. Příspěvek k celkové indukci v bodě S od úseku AB poudovodiče je oientován za nákesnu ( ) a má velikost I I BAB = π =, 4πR1 4R1 příspěvek úseku CD je oientován opačně ( ) a má velikost I BCD =. 4R Úseky DA a BC k celkové indukci nepřispívají, neboť po všechny oientované délkové elementy z nich vybané platí, že odchylka vektoů dl a je nebo 18, což znamená, že je po ně d l = o. Potože R 1 < R a tedy B AB >B CD, bude indukce v bodě S oientovaná shodně s vektoem B AB a mít velikost: I 1 1 B = B = AB BCD. 4 R1 R Ob. 3.7.-5 46

3.7.. Ampéův zákon Z Coulombova zákona jsme byli schopni vypočítat vektoovou chaakteistiku elektického pole E tak, že jsme v souladu s pincipem supepozice vektoově sečetli příspěvky od všech nábojů dq. K témuž cíli slouží Gaussův zákon elektostatiky, kteý je jedním z nejobecnějších příodních zákonu a ve speciálním případě statických bodových nábojů z něj plyne zákon Coulombův. Ampéův zákon (zákon celkového poudu) má podobný význam po pole magnetické jako Gaussův zákon po pole elektické. Pomáhá při řešení úloh, kdy hledáme vztah mezi elektickým poudem a magnetickou indukcí a ozložení poudů v postou má jednoduchou symetii. Uvažme nekonečně dlouhý, přímý vodič s poudem I a spočtěme cikulaci vektou magnetické indukce podél kužnice (křivka C) se středem ve vodiči a v ovině kolmé na vodič: π I I B ds = ds ds I C = = C π π. 3.7.-6 Všimněte si, že odchylka vektoů B a ds je podél celé kužnice vždy, poto platí Bds = Bds (Ob. 3.7.-6). Ob. 3.7.-6 Zobecnění výsledku (3.7.-6) na libovolnou uzavřenou křivku a libovolné ozložení poudů pocházejících skz plochu ohaničenou křivkou C, je podstatou Ampéova zákona, kteý má matematickou fomulaci B ds = I c 3.7.-7 C a slovní: Cikulace magnetické indukce podél libovolné uzavřené, tzv. Ampéovy, křivky je vždy ovna -násobku poudu, jež potéká plochou ohaničenou touto křivkou. Vekto ds je infinitezimální element Ampéovy křivky a je oientován shodně s libovolně zvolenou oientací křivky, poud Ic je algebaickým součtem poudů ohaničených křivkou.poté, kdy se zvolí oientace křivky, použije se na učení znaménka poudů pavidlo pavé uky: Ob. 3.7.-7 463 Přiložte psty pavé uky k Ampéové křivce tak, aby ukazovaly její oientaci, pak poudům tekoucím ve směu vztyčeného palce přísluší kladné znaménko, poudům opačným záponé (Ob. 3.7.-7). Solenoid je dlouhá, válcová cívka, jejíž všechny závity jsou stejně velké, přesně kuhové a po celé délce l ozloženy se stejnou hustotou. Cívka obecně je velmi častým zdojem magnetického pole v technické paxi. Magnetické indukční čáy řídce vinutého solenoidu jsou na Ob. 3.7.-8. Všimněte si, že magnetické indukční čáy jsou v blízkosti osy solenoidu (osa spojuje středy kuhových závitů) přibližně ovnoběžné, v bodech vně solenoidu jsou příspěvky k celkové magnetické indukci

Ob. 3.7.-8 potichůdné, poto je hustota siloča malá a pole slabé. Aplikujme Ampéův zákon na výpočet magnetického pole ideálního solenoidu. Závity takového solenoidu jsou vinuty těsně vedle sebe, pole uvnitř je homogenní a vně nulové, půmě solenoidu je zanedbatelný vzhledem k jeho délce. Vybeme na cívce Ampéovu křivku ve tvau obdélníka s vcholy ABCD a přisuďme ji takovou oientaci, aby uvnitř solenoidu souhlasila s oientací indukčních ča (Ob. 3.7.-9). Cikulace magnetické indukce podél zvolené Ob. 3.7.-9 Volba Ampéovy křivky po výpočet indukce magnetického pole uvnitř ideálního solenoidu. Ampéovy křivky ozdělme do čtyř částí: B C B s = Bds + Bds + Bds + B D C A d Bds. 3.7.-8 A D Skalání součiny Bds jsou nenulové jen na úseku CD a pole uvnitř ideálního solenoidu homogenní a vektoy B a ds ovnoběžné, tudíž: ds = B ds = l B Bl. 3.7.-9 Jestliže je na délce l cívky N závitů, je celkový poud I c = NI. 3.7.-1 Pak podle (3.7..) s přihlédnutím k (3.7..4) a (3.7.-1) platí po indukci magnetického pole uvnitř ideálního solenoidu: NI B =. 3.7.-11 l Tooid lze považovat za solenoid stočený do pstence, jehož ozměy chaakteizují vnitřní a vnější polomě R 1 a R. Pole uvnitř není homogenní, na duhé staně nepojevují se u něj okajové efekty. Tva tooidu naznačuje, že indukční čáy magnetického pole jsou uvnitř soustředné kužnice (Ob. 3.7.-1). Zvolme Ampéovu křivku tak, aby espektovala symetii úlohy (Ob. 3.7.-11). Bude jí kužnice s poloměem R 1, R. Podle Ampéova zákona snadno zjistíme, že platí π B = I N. Odtud 464

I N B =. 3.7.-1 π Vidíme, že velikost magnetické indukce je uvnitř tooidu nepřímo úměná vzdálenosti od středu tooidu. Opět podle Ampéova zákona lze dokázat, že vně ideálního tooidu je indukce nulová. Je-li ozdíl mezi vnitřním a vnějším poloměem tooidu malý, bude v něm pole přibližně homogenní. Odvozené výsledky po solenoid a tooid nezávisejí na tvau jejich půřezu. Ob. 3.7.-1 Ob. 3.7.-11 Volba Ampéovy křivky po výpočet indukce magnetického pole uvnitř tooidu. R 1 a R jsou vnitřní a vnější poloměy tooidu, polomě vybané Ampéovy křivky. KO 3.7.-4 Matematicky a slovně fomulujte Ampéův zákon. KO 3.7.-5 Učete celkový poud I C, kteý je uzavřen Ampéovou křivkou (Ob. 3.7.-7). KO 3.7.-6 Na čem závisí velikost magnetické indukce uvnitř a) ideálního solenoidu, b) tooidu? Dlouhý koaxiální kabel je tvořen dvěma koncentickými vodiči, jejichž ozměy jsou na obázku (Ob. 3.7.-1). Předpokládejme, že poudová hustota je v půřezu každého vodiče homogenní. a) Učete magnetickou indukci B v bodech < a uvnitř vnitřního vodiče. b) Učete B po a < < b v postou mezi vodiči. c) Učete B v bodech b < < c uvnitř vnějšího vodiče. 465

Ob. 3.7.-1 a) Zvolme Ampéovu křivku uvnitř vodiče poloměu a. Jelikož je poud ovnoměně ozložen v celém půřezu vodiče, bude vodičem vytvořené magnetické pole mít válcovou symetii. Poud ve vnějším vodiči nemá na magnetické pole ve vnitřním vodiči vliv. Budiž Ampéovou křivkou kužnice o poloměu (Ob. 3.7.-13). V bodech Ampéovy křivky s přihlédnutím k symetii má indukce stejnou velikost. Můžeme zjednodušit levou stanu matematické fomulace Ampéova zákona takto: B d s = B ds = Bπ C. C Hustota poudu je ve vodiči konstantní, takže po celkový poud dostaneme: di I I C I j 1 = konst. = = = I C =. ds πa π a Ob. 3.7.-13 Dosazením do (3.7.-6) získáme řešení: I B =. πa b) Tentokát se bude nacházet Ampéova křivka mezi vodiči (Ob. 3.7.-14). Poud, kteý Ampéova křivka obepíná, je I. Řešení je v tomto případě velmi jednoduché: π = I Ob. 3.7.-14 B I B =. π c) Polomě Ampéovy křivky samozřejmě splňuje neovnosti b < < c. Z toho důvodu, že poudy ve vnitřním a vnějším vodiči jsou opačně oientované, dostaneme celkový poud tak, že od poudu I ve vnitřním vodiči odečteme poud, kteý pochází ve vodiči vnějším skz plochu ohaničenou kužnicemi o poloměech b a (viz. pavidlo pavé 466

uky a Ob. 3.7.-15). Všimněte si, že vnějšímu poudovodiči přísluší jiná poudová hustota než vnitřnímu. Na půřezu vnějšího vodiče má však j také stejnou hodnotu: di I VNC I j = = konst. = =. ds π ( b ) π ( c b ) Odtud ( b ) I I VNC =. c b Levá stana matematické fomulace Ampéova zákona je opět upavena do tvau Bπ. Ampéův zákon lze přepsat do tvau Bπ = ( I I VNC ). a vyjádřit magnetickou indukci I b I c B = 1 = c b. π π c b Ob. 3.7.-15 3.7.3. Vzájemné silové působení dvou poudovodičů Ob. 3.7.-16 Jak již bylo zmíněno v úvodu, silové působení mezi vodiči, jimiž teče poud, expeimentálně pokázal A. M. Ampèe. Každý vodič s poudem vytváří ve svém okolí magnetické pole, kteé silově působí na ostatní poudovodiče. Uvažme nejpve dva ovnoběžné vodiče X a Y se souhlasnými poudy I 1 a I vzdálené od sebe o R (Ob. 3.7.-16). Magnetická indukční čáa magnetického pole vodiče Y, kteá potíná vodič X, je oientovaná podle pavidla pavé uky (viz. odstavec 3.7.1). Na vodič X bude působit magnetická síla, kteá bude podle Flemingova pavidla levé uky směřovat k vodiči Y (Ob. 3.7.-17). Jsou splněny podmínky platnosti vztahu (3.6.-11), takže na část vodiče X délky L působí magnetická síla o velikosti B I L. 3.7.-13 FY X = 1 Když přihlédneme k platnosti vztahu (3.7.-3), obdžíme I1I L FY X =. 3.7.-14 πr Sami si můžete ověřit, že magnetické pole geneované vodičem X působí na část vodiče Y délky L silou téže velikosti jako v (3.7.-14), směřující tentokát k vodiči X. Dva ovnoběžné vodiče potékané souhlasně oientovanými poudy se přitahují, zatímco vodiče potékané nesouhlasně oientovanými poudy se odpuzují. 467

Ve všech případech počítáme velikost magnetické síly na délku L vodiče působící podle vzoce (3.7.-14). Ob. 3.7.-17 KO 3.7.-7 Dva ovnoběžné vodiče potékané souhlasně oientovanými poudy se přitahují nebo odpuzují? Jak velkou silou na sebe působí? viz text podkapitoly 3.7.3. Dlouhým přímým vodičem teče poud I 1 a obvodem v podobě pavoúhelníku o stanách a a b teče poud I. Přímý vodič a obvod leží v jedné ovině, stana délky b je ovnoběžná s vodičem a nejmenší vzdálenost stany pavoúhelníku od vodiče je (Ob. 3.7.-18). Jaká síla působí na obvod a jaká na vodič? Ob. 3.7.-18 Poud tekoucí vodiči, jež tvoří stany obdélníka o velikostech a, nevyvolává magnetické pole, kteé by působilo na přímý vodič magnetickou silou. Siločáy magnetického pole od spodního a honího vodiče obvodu jsou podle Biotova-Savatova zákona v místech výskytu přímého vodiče opačně oientované. Když použijeme Flemingovo pavidlo levé uky, snadno zjistíme, že síla od vodiče spodního je odpudivá, od vodiče honího přitažlivá. Jistě bližší vodič působí silou větší velikosti, takže přímý vodič je obvodem odpuzován s přihlédnutím k (3.7.-14) silou o velikosti: I1I b 1 1 I1I ab FV = =. π + a π( + a) 468

Biotův-Savatův zákon Biotův-Savatův (-Laplaceův) zákon, kteý fomuloval P. S. Laplace na základě expeimentálních poznatků Biota a Savata: Idl db =. 3.7.-1 4 π Vodič je myšleně ozdělen na infinitezimální délkové elementy dl, kteé mají smě tečny vodiče a oientaci ve směu poudu. je jednotkový vekto s počátkem, kteý splývá s počátkem vektou dl a míří k bodu A (Ob. 3.7.-1), odpovídá vzdálenosti bodu A od poudového elementu Idl. Předpokládáme, že vodič obklopuje vakuum. Konstanta je tzv. pemeabilita vakua, jejíž hodnotu definujeme přesně: = 4π 1-7 T m A -1. Velikost vektou db je: Idl sinα db =. 3.7.- 4π Úhel α svíají vektoy dl a. Magnetické pole nekonečně dlouhého přímého vodiče Velikost magnetické indukce pole nekonečně dlouhého přímého vodiče ve vzdálenosti od něj je: I B =. 3.7.-3 π Magnetické indukční čáy mají tva soustředných kužnic kolem vodiče (Ob. 3.7.-3) a jsou oientovány podle pavidla pavé uky: Přiložíme-li palec k vodiči ve směu poudu, zahnuté psty ukazují oientaci magnetických indukčních ča. Ampéův zákon Ampéův zákon (zákon celkového poudu) má podobný význam po pole magnetické jako Gaussův zákon po pole elektické. Po libovolnou uzavřenou křivku a libovolné ozložení poudů pocházejících skz plochu ohaničenou křivkou C platí Ampéův zákon v matematické fomulaci B ds = I c 3.7.-7 C a slovní: Cikulace magnetické indukce podél libovolné uzavřené, tzv. Ampéovy, křivky je vždy ovna -násobku poudu, kteý potéká plochou ohaničenou touto křivkou. I c je algebaickým součtem poudů ohaničených křivkou C. Magnetické pole solenoidu Solenoid je dlouhá, válcová cívka, jejíž všechny závity jsou stejně velké, přesně kuhové a po celé délce l ozloženy se stejnou hustotou. Závity ideálního solenoidu jsou vinuty těsně vedle sebe, pole uvnitř je homogenní a vně nulové, půmě solenoidu je zanedbatelný vzhledem k jeho délce. Po indukci magnetického pole uvnitř ideálního solenoidu s N závity platí NI B =. 3.7.-11 l 469

Magnetické pole tooidu Tooid lze považovat za solenoid stočený do pstence, jehož ozměy chaakteizují vnitřní a vnější polomě R 1 a R. Podle Ampéova zákona snadno zjistíme, že ve vzdálenosti R 1, R od středu tooidu nabývá magnetické indukce hodnotu: I N B =. 3.7.-1 π Vně tooidu je B = T. Vzájemné silové působení dvou ovnoběžných poudovodičů Dva ovnoběžné vodiče potékané souhlasně oientovanými poudy se přitahují, zatímco vodiče potékané nesouhlasně oientovanými poudy se odpuzují. Ve všech případech počítáme velikost magnetické síly na délku L vodiče působící podle vzoce: I1I L FY X =. 3.7.-14 πr Klíč KO 3.7.- kužnice; podle pavidla pavé uky (viz text podkapitoly 3.7.1.); neliší; na vzdálenosti od vodiče a pemeabilitě postředí v okolí vodiče KO 3.7.-5 I C = I 4 + I 5 I 6 I 47