Orbis pictus 21. století Tato prezentace byla vytvořena v rámci projektu

Orbis pictus 21. století Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky Magnetické pole, Magnetické pole, vznik a veličiny magnetického pole Obor:Elektriář Ročník: 1. Vypracoval:Ing. Zbyněk Lukeš, Ph.D. OB21-OP-EL-ZEL-LUK-U-1-004

Úvod Magnetické pole je fyzikální pole, jehož zdrojem je pohybující se elektrický náboj (tedy elektrický proud). Magnetické pole lze tedy pozorovat kolem elektrických vodičů, kde je zdrojem volný elektrický proud, ale také kolem tzv. permanentních magnetů, kde jsou zdrojem pole vázané elektrické proudy. Magnetické pole může být také vyvoláno změnami elektrického pole. Magnetické pole je částí elektromagnetického pole. Vztah mezi magnetickým a elektrickým polem popisují Maxwellovy rovnice.

Historie V přírodě lze nalézt určité látky, mezi kterými působí určité síly, které se označují jako magnetické síly. Tyto síly lze (na makroskopické úrovni) pozorovat i tehdy, když u nich nelze pozorovat žádný makroskopický pohyb elektrických nábojů. Takové látky se označují jako magnetické látky. O tělesech, které vykazují magnetické vlastnosti, říkáme, že jsou zmagnetované, popř. je označujeme jako permanentní magnety. Tyto látky byly známy už ve starověku a bylo také známo působení (a existence) zemského magnetismu. Mnohé látky se mohou stát magnetickými vložením do magnetického pole - tento proces se označuje jako magnetizace. Později bylo zjištěno, že podobné síly se objevují také v okolí vodiče, kterým protéká elektrický proud. Především na základě experimentů Ampèrových a Oerstedových pak byl zaveden pojem magnetického pole. Další výzkumy ukázaly úzkou vazbu mezi pohybem elektrického náboje a existencí magnetického pole. Dalším krokem k pochopení magnetismu byla kompletní teorie elektromagnetického pole, která sjednocuje jevy elektrické a magnetické. Formuloval ji James Clerk Maxwell a je shrnuta v soustavě tzv. Maxwellových rovnic doplněných materiálovými vztahy. Z této teorie pak Albert Einstein vycházel při formulaci speciální teorie relativity. Ta chápe magnetické pole jako projev elektrického pole pohybujících se nabitých částic. S užitím relativistické kvantové teorie lze přibližně v tomto smyslu vysvětlit i pole permanentních magnetů.

Rozdělení – podle závislostí na čase Podle závislosti na čase lze magnetické pole (rozumí se zpravidla vektor magnetické indukce) pole rozdělit na: nestacionární magnetické pole - obecné, časově proměnné magnetické pole stacionární magnetické pole - časově neproměnné magnetické pole -magnetostatické pole - speciální případ stacionárního pole (tedy časově neměnného pole), v němž se nevyskytují volné elektrické proudy (zdrojem jsou zmagnetované látky)

Rozdělení – prostorové rozložení Podle prostorového rozložení magnetické indukce dělíme magnetické pole na homogenní a nehomogenní pole. Homogenní (stejnorodé) magnetické pole je v dané oblasti prostoru takové magnetické pole, jehož magnetická indukce je ve všech bodech této oblasti shodná velikostí i směrem. Lze znázornit přímými, rovnoběžnými, stejně od sebe vzdálenými indukčními čarami. V oblastech prostoru, kde toto není splněno, označujeme pole jako nehomogenní.

Magnetické indukční čáry magnetickými indukční čárami Tvar pole lze popsat magnetickými indukční čárami. Jsou to uzavřené neprotínající se orientované křivky, jejichž tečna v daném bodě má směr vektoru magnetické indukce a jejichž hustota (počet čar procházejících skrz jednotkový kolmý element plochy) je úměrná velikosti vektoru magnetické indukce. Volně otáčivá úzká magnetka (viz na obrázku vpravo) či cívka protékaná elektrickým proudem vložená do pole se tedy ustálí tak, že jejich osa bude tečnou k indukčním čárám magnetického pole v tomto bodě (za předpokladu, že jejich velikost není větší než oblast, ve které lze pole považovat za homogenní). Podle zvyklosti, vycházející z obdoby s magnetickým polem Země, se někdy oblast tělesa (magnetu), ze které směřuje vektor magnetické indukce ven z tělesa označuje jako severní pól (a značí anglickým N či méně často českým S) a oblast kde vektor magnetické indukce směřuje dovnitř tělesa jižní pól (a značí anglickým S či méně často českým J). Toto označení je založeno na zastaralé představě o magnetickém poli jako poli magnetických nábojů (monopólů).

Ampérovo pravidlo pravé ruky Ampérovo pravidlo pravé ruky popisuje orientaci magnetických indukčních čar při průchodu elektrického proudu přímým vodičem, popřípadě cívkou. „Jestliže palec pravé ruky ukazuje směr elektrického proudu ve vodiči, pak pokrčené prsty ukazují orientaci magnetických indukčních čar.“ Z tohoto pravidla lze snadno odvodit Ampérovo pravidlo pravé ruky pro cívku, které zní následovně: „Cívku uchopíme do pravé ruky tak, že ohnuté prsty ukazují směr elektrického proudu v jejích závitech. Odtažený palec pak ukazuje severní pól cívky.“

Flemingovo pravidlo Flemingovo pravidlo levé ruky umožňuje určit směr síly, kterou působí magnetické pole na vodič, který se v tomto poli nachází. Toto pravidlo říká: „Pokud prsty ukazují směr proudu a indukční čáry vstupují do dlaně, pak palec ukazuje směr síly, kterou působí magnetické pole na vodič s proudem.“

Vlastnosti Makroskopické magnetické pole může existovat ve vakuu i v látce. Magnetické pole působí na vodiče protékané elektrickým proudem, na nabitá tělesa, která se pohybují, ale také na látky, které jsou v klidu. Magnetické pole se popisuje pomocí magnetické indukce a intenzity magnetického pole. Z hlediska teorie by zdrojem magnetického pole nemusel být pouze elektrický proud, ale mohl by jím být také tzv. magnetický náboj, který by kolem sebe vytvářel magnetické pole podobným způsobem jako kolem sebe elektrický náboj vytváří elektrické pole. Tyto magnetické náboje (tzv. magnetické monopóly) však nebyly nikdy pozorovány a předpokládá se, že v přírodě neexistují. Na částici, která se nachází v elektrickém i magnetickém poli působí tzv. Lorentzova síla. Magnetickou sílu působící mezi dvěma rovnoběžnými vodiči určuje Ampérův silový zákon.

Magnetická indukce Magnetická indukce je fyzikální veličina, která vyjadřuje silové účinky magnetického pole na částice s nábojem nebo magnetickým dipólovým momentem. Magnetická indukce je vektorová veličina. Značka veličiny: B Jednotka odvozená ze soustavy SI: tesla, značka T Magnetickou indukci si představujeme jako sílu, kterou magnetické pole působí na pohybující se elektrický náboj. Velikost magnetické indukce B v určitém místě magnetického pole je definována jako maximální síla Fmax, kterou působí pole na náboj Q, který se pohybuje rychlostí v, tzn.

Magnetický indukční tok Magnetický (indukční) tok (též tok magnetické indukce) slouží pro kvantitativní popis elektromagnetické indukce. Vyjadřuje úhrnný tok magnetické indukce procházející určitou plochou. * Symbol veličiny: Φ * Základní jednotka: Weber, značka jednotky Wb * Rozměr jednotky: Wb = m 2 ·kg·s -2 ·A -1 v soustavě SI, jinak také V·s nebo T·m 2. Magnetický indukční tok je definován jako součin velikosti magnetické indukce B a kolmého plošného obsahu S. Je-li plocha S, jejíž magnetický tok počítáme, rovinná a magnetické pole homogenní, pak lze psát kde B je velikost indukce magnetického pole, S je plocha, a α je úhel, který svírá normálový vektor plochy s vektorem magnetické indukce.

Děkuji Vám za pozornost Zbyněk Lukeš Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky Střední průmyslová škola Uherský Brod, 2010