Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Magnetické pole Mgr. Antonín Procházka. Co nás dneska čeká?  Stacionární magnetické pole  Elektromagnetická indukce.  Látky v magnetickém poli, magnetické.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Magnetické pole Mgr. Antonín Procházka. Co nás dneska čeká?  Stacionární magnetické pole  Elektromagnetická indukce.  Látky v magnetickém poli, magnetické."— Transkript prezentace:

1 Magnetické pole Mgr. Antonín Procházka

2 Co nás dneska čeká?  Stacionární magnetické pole  Elektromagnetická indukce.  Látky v magnetickém poli, magnetické pole cívky, částice s nábojem v magnetickém poli

3 Magnetismus  V přírodě existují specifické látky, které jsou schopny přitahovat železné předměty a sebe navzájem. Jedná se o některé železné rudy.  Název podle naleziště těchto minerálů u Řeckého města Magnesie  Magnetické účinky pozorujeme i na dálku, tzn. že existují:  Magnetická síla  Magnetický moment  Magnetické pole (znázorněné magnetickými indukčními čarami)  Obecně vzato: pole mají svoji příčinu v primárních vlastnostech látky (u gravitačního pole je tato vlastnost hmotnost, u el. pole je to náboj. U magnetického pole je touto vlastností magnetický moment)

4 Zdroje magnetismu  Zdroje Magnetického pole:  Permanentní Magnet – látky, které:  Nepotřebují k vytváření magnetického pole vnější vlivy  Vyskytují se přirozeně v některých horninách, ale lze je také vyrobit  Feromagnetické látky  Elektromagnet  Obecně platí pro každý vodič, kterým protéká proud – cívka má však větší indukci, tzn. tvoří silnější mag. Pole  Cívka vykazuje magnetické vlastnosti pouze při průchodu elektrického proudu  Magnetismus se dlouho nespojoval s elektřinou.  Dnes víme, že magnetické pole vzniká všude tam, kde se přesouvá náboj, tzn. kde teče elektrický proud  1820 H.Ch. Oersted – Při práci s elektrickým obvodem si všiml, že se při sepnutí obvodu hýbe střelka kompasu.

5 Elektromagnet - cívka  Zesiluje se tzv. jádrem, což je feromagnetický předmět, který se umisťuje doprostřed cívky  Čím má látka tvořící jádro větší relativní permeabilitu, tím více zesiluje magnetické pole

6 Typy magnetických látek  Feromagnetické - μ r = 10 2 – 10 5, výrazně zesilují magnetické pole, jsou výrazně přitahovány k magnetu  Lze je zmagnetizovat – tzn. udělat z nich permanentní magnety  Železo, kobalt, nikl, některé slitiny  Curieova teplota – teplota, při které se z feromagnetické látky stává látka paramagnetická. Můžu tímto způsobem „zrušit“ permanentní magnet. Např. pro železo to je 770°C  Paramagnetické - μ r je nepatrně větší než 1, nepatrně zesilují mag. pole  Draslík, sodík, hliník, modrá skalice  Diamagnetické – μ r < 1 – tzn., že zeslabují mag. pole, odpuzují se od magnetu  Inertní plyny, zlato, voda, měď

7 Model magnetismu pomocí elementárních magnetů  Každá částice (Atom), která má spin, vykazuje magnetické vlastnosti. Veličinu popisující tyto vlastnosti nazýváme mag. moment  Např. atomová jádra s lichým počtem nukleonů  Pokud je látka diamagnetická, pak se magneticky projevuje pouze el. Obal Látka v silném magnetickém poli:  Součet seřazených m. momentů v části látky nazýváme magnetické domény  Pokud dáme látku do vnějšího magnetického pole, pak se všechny částice s mag. momentem srovnají ve směru vnějšího mag. Pole  Feromagnetické látky zůstanou srovnány i po odstranění mag. pole - stanou se z nich magnety  Paramagnetické látky se po odstranění pole vracejí zpátky do chaotického uspořádání m.momentů

8 Magnetická rezonance

9 Relativní permeabilita  Dnes víme, že každá látka má magnetické vlastnosti  Veličina relativní permeabilita μ r  Popisuje mag. vlastnosti látky - materiálu  Obecně platí: μ 0 … absolutní permeabilita vakua μ … absolutní permeabilita materiálu  Látky s vysokou permeabilitou zesilují magnetické pole (železo se například z tohoto důvodu dává dovnitř cívek (magnetů) - tzv. jádro cívky)  μ 0 … abs. permeabilita vakua  μ r vakua = 1

10 Absolutní permeabilita  Jak se počítá a jaké má jednotky?  B … magnetická indukce  H … intenzita magnetického pole  Jednotky permeability jsou: H/m nebo N/A 2  Absolutní permeabilita pro vakuum se počítá z Biotova- Savartova zákona, vychází pak: μ 0 = 4 π. 10 − 7 N A − 2 = 1, N A − 2

11 Rozdíl mezi mag. Indukcí B a intenzitou mag. Pole H  Ze vztahu pro absolutní permeabilitu plyne:  B = μ. H  μ je konstanta prostředí – tzn. Vyjadřuje jaký vliv má prostředí na magnetické pole  Magnetická indukce B tedy zohledňuje vliv látky prostředí jímž se pole šíří

12 Stacionární magnetické pole  Takové pole, jehož charakteristické veličiny se časem nemění (konstantní magnetická indukce a magnetický tok)  Vyskytuje se v okolí  Nepohybujících se permanentních magnetů  V okolí vodiče s konstantním proudem

13 Stacionární pole u permanentních magnetů  Každý magnet je dipól  Tzn. že má severní a jižní pól, které jsou navzájem neoddělitelné  Stejné póly se odpuzují, kladné póly se přitahují  Magnetické indukční čáry se na základě dohody kreslí od severního pólu k jižnímu.  (!) Magnetické indukční siločáry nejsou analogií elektrických siločar, neříkají nám, jaký má směr magnetická síla. Ukazují směr magnetické indukce – tečna k mag. indukčním siločarám  Směr magnetické síly se musí určit pomocí fyzikálních pravidel

14 Magnetické indukční siločáry II

15 Magnetické indukční siločáry III

16 Stacionární mag. pole okolo vodiče s konstantním proudem  Tvar soustředných kružnic  Jaký je směr magnetických indukčních čar?  Vodič nemá sever ani jih  Ampérovo pravidlo pravé ruky „Naznačíme-li uchopení vodiče do pravé ruky tak, aby palec ukazoval dohodnutý směr elektrického proudu ve vodiči (od plus k mínus), zbývající prsty ukazují orientaci magnetických indukčních čar.“

17 Stacionární mag. pole okolo vodiče s konstantním proudem II  Magnetické indukční čáry mají tvar soustředných kružnic

18 Magnetické pole okolo vodiče s konstantním proudem III

19 Magnetická síla - směr  Jak působí pole podkovovitého magnetu na vodič s protékajícím proudem (magnet)  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.“

20 Směr magnetické síly  Magnetická síla působí do místa, kde odčítání indukčních čar zeslabuje magnetické pole

21 Magnetická síla - velikost  Velikost magnetické síly závisí na:  Velikosti protékajícího proudu vodičem (I)  Délce vodiče ( l )  Úhlu, který svírá vodič s indukčními čarami magnetu ( α)  „Na magnetu,“ tzn. na síle vnějšího magnetického pole (B)  Síla magnetického pole se nazývá magnetická indukce B F m = B ⋅ I ⋅ l ⋅ sin α

22 Magnetická indukce  Vektorová veličina, značí se B  Udává sílu magnetického pole (analogie s intenzitou elektrického pole)  Směr magnetické indukce je shodný se směrem magnetických indukčních čar (tečna na siločáry)  Jednotka Tesla, zn. T T =

23 B Homogenní magnetické pole  Magnetické pole, jehož magnetická indukce je ve všech bodech této oblasti shodná velikostí i směrem  Lze znázornit přímými, rovnoběžnými, stejně od sebe vzdálenými indukčními siločarami

24 Pohyb v homogenním magnetickém poli  Magnetické pole působí na každou nabitou pohybující se částici magnetickou silou  Tato magnetická síla je kolmá ke směru pohybu i indukčním čarám magnetického pole

25 Samostatná částice v magnetickém poli  Vykonává kruhový pohyb

26 Výpočet magnetické síly působící na částice/částici N…počet elektronů e…elementární náboj elektronu l… vzdálenost, kt. urazí náboj ve vodiči v…rychlost pohybu náboje ve vodiči … vztah platný pro jednu částici s nábojem e, kt. vlétne kolmo do mag. pole … vztah platný pro jednu částici s nábojem e, kt. vlétne do mag. pole pod úhlem jiným než 90°

27 Výpočet magnetické síly působící na částice/částici II  Velikost magnetické síly je maximální v případě, kdy vektor rychlosti a vektor magnetické indukce svírá pravý úhel  Magnetická síla působící na částici bude rovná nule, když se bude částice pohybovat ve směru magnetické indukce

28 Jak moc se bude částice stáčet?  Magnetická síla způsobuje pohyb nabité částice po kružnici – působí tedy jako dostředivá síla  Platí pro částici, co vlétla kolmo sin 90 = 1  Nejjednodušší případ důkazu je pohyb elektronů v tzv. Wehneltově trubici

29 Využití pohybu částic v magnetickém poli  Wehneltova trubice  Urychlovače částic - Cyklotron  Televizní obrazovka – CRT 1) Elektronové dělo (emitor) 2) Svazky elektronů 3) Zaostřovací cívky 4) Vychylovací cívky 5) Připojení anody 6) Maska pro oddělení paprsků pro červenou,zelenou a modrou část zobrazovaného obrazu 7) Luminoforová vrstva s červenými, zelenými a modrými oblastmi 8)Detail luminoforové vrstvy, nanesené z vnitřní strany obrazovky

30 Urychlovače částic - Cyklotron Využití v medicíně: - k výrobě radiofarmak – například 18 FDG pro PET vyšetření - k radioterapii v onkologické léčbě – ozařování urychlenými protony, či jinými částicemi

31 Cívka  Elektrotechnická součástka používaná v obvodech k vytvoření:  Elektromagnetu  K indukci elektrického proudu (napětí) proměnným magnetickým polem – cívka slouží jako tzv. induktor  Grafická značka v obvodech:  Značí se L  Intenzita magnetického pole H vytvářeného cívkou je: H = z. I z… počet závitů na jednotku délky (př. 3 závity na mm) I… proud protékající cívkou

32 Indukce elektromagnetického napětí  Jev, kt. se řídí se zákonem elektromagnetické indukce (1831 Michael Faraday)  Popisuje vznik elektrického napětí v uzavřeném elektrickém obvodu, který je způsoben změnou magnetického pole v okolí cívky  Změna magnetického pole se popisuje změnou veličiny nazvané magnetický indukční tok  Pole, které se mění se nazývá nestacionární pole

33 Magnetický indukční tok  Značka Φ (řecké fí)  Jednotkou je Weber, značka Wb  Říká nám, jak se magnetická indukce B promítá do určité plochy  Např. do plochy jednoho závitu cívky B … magnetická indukce S … plocha, na kterou magnetické pole působí α – úhel, který svírá normála plochy

34 Změna magnetického indukčního toku  Faradayův zákon  Indukované napětí se rovná časové změně indukčního toku  Směr indukovaného elektromotorického napětí a případně indukovaného proudu je vždy proti změně indukčního toku, která ho vyvolala.

35 Indukované napětí – jiný vztah  Pokud mám pouze vodič (drát) v měnícím se mag. poli:  Na síle magnetu: silnější magnet ⇒ větší indukované napětí  Na rychlosti pohybu: rychlejší pohyb ⇒ větší indukované napětí (ale indukuje se po kratší dobu)  Na délce vodiče: delší vodič ⇒ větší indukované napětí  Pokud se jedná o cívku:  Pak navíc také na počtu závitů cívky: více závitů ⇒ větší indukované napětí U c … celkové indukované napětí na cívce U iz … ind. napětí na jednom závitu ~ U ind

36 Indukčnost cívky  Fyzikální veličina, která vyjadřuje schopnost dané elektrické konfigurace (části obvodu) vytvářet ve svém okolí magnetické pole  Cívky jsou ty elektrotechnické součástky, které mají vysokou indukčnost  Značí se L  Jednotkou je Henry, značka H

37 Energie magnetického pole cívky  Značí se E m  Jednotku má jako každá jiná energie Joule  Vztah je podobný vztahu kinetické energie  Kde L je indukčnost cívky,  I je proud protékající cívkou  Uvedený vztah platí pouze pro cívku s otevřeným jádrem, či bez jádra. U cívek s uzavřeným jádrem není závislost lineární.

38 Příklady I

39 Příklady II

40 Příklady III

41 Reference  1. KRYNICKÝ, Martin. Elektronické učebnice matematiky a fyziky. [online] [cit ]. Dostupné z:  2. REICHL, Jaroslav, VŠETIČKA Martin. Encyklopedie fyziky [online]. [cit ]. Dostupné z: magnetismus magnetismus  3. Wikipedia [online]. [cit ]. Dostupné z:


Stáhnout ppt "Magnetické pole Mgr. Antonín Procházka. Co nás dneska čeká?  Stacionární magnetické pole  Elektromagnetická indukce.  Látky v magnetickém poli, magnetické."

Podobné prezentace


Reklamy Google