Magnetické pole Podmínky používání prezentace Stažení, instalace na jednom počítači a použití pro soukromou potřebu jednoho uživatele je zdarma. Použití pro výuku jako podpůrný nástroj pro učitele či materiál pro samostudium žáka, rovněž tak použití jakýchkoli výstupů (obrázků, grafů atd.) pro výuku je podmíněno zakoupením licence pro užívání software E-učitel příslušnou školou. Cena licence je 250,- Kč ročně a opravňuje příslušnou školu k používání všech aplikací pro výuku zveřejněných na stránkách www.eucitel.cz. Na těchto stránkách je rovněž podrobné znění licenčních podmínek a formulář pro objednání licence. Pro jiný typ použití, zejména pro výdělečnou činnost, publikaci výstupů z programu atd., je třeba sjednat jiný typ licence. V tom případě kontaktujte autora (info@eucitel.cz) pro dojednání podmínek a smluvní ceny. OK © RNDr. Jiří Kocourek 2013
Magnetické pole © RNDr. Jiří Kocourek 2013
Některá tělesa působí na jiná tělesa ve svém okolí magnetickou silou: Příklady: nerost magnetit přitahuje železné předměty
Některá tělesa působí na jiná tělesa ve svém okolí magnetickou silou: Příklady: střelka kompasu se orientuje vždy v severojižním směru
Některá tělesa působí na jiná tělesa ve svém okolí magnetickou silou: Příklady: železné piliny vytvářejí pravidelné obrazce v okolí tyčového magnetu
Magnetické pole – oblast, v níž se projevují účinky magnetického působení Při zkoumání magnetického pole používáme malý volně otočný tyčový magnet – magnetku.
Magnetické pole – oblast, v níž se projevují účinky magnetického působení Při zkoumání magnetického pole používáme malý volně otočný tyčový magnet – magnetku. N S Nejsou-li poblíž magnetky žádná zmagnetizovaná tělesa, natočí se vždy tak, že jeden její konec míří k severu (severní pól magnetky – označení „N“) a druhý k jihu (jižní pól magnetky – označení „S“). Důvodem je zemské magnetické pole.
Magnetické pole v okolí tyčového magnetu: S N
Magnetické pole v okolí tyčového magnetu: S N
Magnetické pole v okolí tyčového magnetu: S N
Magnetické pole v okolí tyčového magnetu: S N
Magnetické pole v okolí tyčového magnetu: S N
Magnetické pole v okolí tyčového magnetu: S N
Magnetické pole v okolí tyčového magnetu: S N
Magnetické pole v okolí tyčového magnetu: S N
Magnetické pole v okolí tyčového magnetu: S N
Magnetické pole v okolí tyčového magnetu: S N
Magnetické pole v okolí tyčového magnetu: S N
Magnetické pole v okolí tyčového magnetu: S N
Magnetické pole v okolí tyčového magnetu: S N Magnetky se orientují podél jistých křivek.
Magnetické pole v okolí tyčového magnetu: S N Magnetické indukční čáry: Myšlené prostorové orientované křivky, jejichž tečna v každém bodě má směr velmi malé magnetky, která je v tomto bodě umístěna.
Magnetické pole v okolí tyčového magnetu: S N Magnetické indukční čáry: Myšlené prostorové orientované křivky, jejichž tečna v každém bodě má směr velmi malé magnetky, která je v tomto bodě umístěna. Orientaci udává vždy směr od jižního k severnímu pólu této magnetky.
Magnetické pole v okolí tyčového magnetu: S N Magnetické indukční čáry jsou vždy uzavřené křivky.
Magnetické pole v okolí tyčového magnetu: S N Magnetické indukční čáry jsou vždy uzavřené křivky. Poznámka: Tato vlastnost souvisí s tím, že každý magnet má vždy dva póly. Neexistují tedy izolované magnetické „náboje“ jako v elektrickém poli.
Magnetické pole v okolí tyčového magnetu: S N S N Magnetické indukční čáry jsou vždy uzavřené křivky. Poznámka: Tato vlastnost souvisí s tím, že každý magnet má vždy dva póly. Neexistují tedy izolované magnetické „náboje“ jako v elektrickém poli.
I Magnetické pole vodiče s proudem: Magnetka se vychyluje i v blízkosti vodiče, kterým protéká elektrický proud. Vodič s proudem tedy rovněž vytváří magnetické pole. I
I Magnetické pole vodiče s proudem: Magnetka se vychyluje i v blízkosti vodiče, kterým protéká elektrický proud. Vodič s proudem tedy rovněž vytváří magnetické pole. I Magnetické indukční čáry přímého vodiče: soustředné kružnice ležící v rovinách kolmých k vodiči; průsečík těchto rovin s vodičem určuje jejich střed.
C I Magnetické pole vodiče s proudem: Magnetka se vychyluje i v blízkosti vodiče, kterým protéká elektrický proud. Vodič s proudem tedy rovněž vytváří magnetické pole. I C Magnetické indukční čáry přímého vodiče: soustředné kružnice ležící v rovinách kolmých k vodiči; průsečík těchto rovin s vodičem určuje jejich střed. Orientace indukčních čar závisí na směru proudu ve vodiči a dá se určit např. pomocí Ampèrova pravidla pravé ruky: Uchopíme-li vodič pravou rukou, ukazuje palec směr proudu a ohnuté prsty orientaci indukčních čar.
Magnetická síla: Magnetické pole se projevuje silovým působením (dva magnety, magnet a vodič s proudem atd.). Příklad: Vodič umístěný v homogenním magnetickém poli kolmo k jeho indukčním čarám (homogenní pole vzniká např. mezi póly podkovovitého magnetu): Na vodič působí magnetická síla, která je kolmá k indukčním čarám i k vodiči. Její velikost závisí na velikosti procházejícího proudu, na délce té části vodiče, která leží v magnetickém poli, a na magnetickém poli samotném: N I S
Magnetická síla: Magnetické pole se projevuje silovým působením (dva magnety, magnet a vodič s proudem atd.). Příklad: Vodič umístěný v homogenním magnetickém poli kolmo k jeho indukčním čarám (homogenní pole vzniká např. mezi póly podkovovitého magnetu): Na vodič působí magnetická síla, která je kolmá k indukčním čarám i k vodiči. Její velikost závisí na velikosti procházejícího proudu, na délce té části vodiče, která leží v magnetickém poli, a na magnetickém poli samotném: N I S Ampèrův zákon B ... magnetická indukce – vektorová veličina; má vždy směr tečny k indukčním čarám a orientaci shodnou s orientací čar Jednotka ... 1 tesla
Magnetická síla: Magnetické pole se projevuje silovým působením (dva magnety, magnet a vodič s proudem atd.). Příklad: Vodič umístěný v homogenním magnetickém poli kolmo k jeho indukčním čarám (homogenní pole vzniká např. mezi póly podkovovitého magnetu): Směr magnetické síly určíme např. pomocí Flemingova pravidla levé ruky: Fm N I Levou ruku položíme tak, aby indukční čáry vstupovaly do dlaně a prsty ukazovaly směr proudu. Palec pak ukazuje směr magnetické síly. B S
Magnetická síla: Magnetické pole se projevuje silovým působením (dva magnety, magnet a vodič s proudem atd.). Příklad: Vodič umístěný v homogenním magnetickém poli kolmo k jeho indukčním čarám (homogenní pole vzniká např. mezi póly podkovovitého magnetu): Směr magnetické síly určíme např. pomocí Flemingova pravidla levé ruky: Fm N I Magnetická síla je kolmá k indukčním čarám i k vodiči. B S
I d Vzájemné působení vodičů s proudem: Vodič, kterým prochází elektrický proud, vytváří ve svém okolí magnetické pole. I d B
Vzájemné působení vodičů s proudem: Vodič, kterým prochází elektrický proud, vytváří ve svém okolí magnetické pole. I Magnetická indukce má vždy směr tečny k indukční čáře (kružnici) a její velikost ve vzdálenosti r od vodiče je dána vztahem: d B m .... permeabilita prostředí – charakterizuje magnetické vlastnosti prostředí, v němž se vodič nachází
Vzájemné působení vodičů s proudem: Vodič, kterým prochází elektrický proud, vytváří ve svém okolí magnetické pole. I Magnetická indukce má vždy směr tečny k indukční čáře (kružnici) a její velikost ve vzdálenosti r od vodiče je dána vztahem: d B m .... permeabilita prostředí – charakterizuje magnetické vlastnosti prostředí, v němž se vodič nachází Poznámka: Podobně jako permitivitu (která charakterizuje prostředí z hlediska elektrostatických sil) vyjadřujeme i permeabilitu daného prostředí jako násobek permeability vakua: ... permeabilita vakua (mr... relativní permeabilita prostředí)
I1 I2 d Vzájemné působení vodičů s proudem: Vložíme-li do magnetického pole vytvořeného vodičem druhý vodič, bude na něj působit magnetická síla. I1 I2 d
I1 I2 Fm d Vzájemné působení vodičů s proudem: Vložíme-li do magnetického pole vytvořeného vodičem druhý vodič, bude na něj působit magnetická síla. I1 I2 Směr působící síly určíme podle Flemingova pravidla a velikost podle Ampèrova zákona. Fm d
I1 I2 Fm d Vzájemné působení vodičů s proudem: Vložíme-li do magnetického pole vytvořeného vodičem druhý vodič, bude na něj působit magnetická síla. I1 I2 Směr působící síly určíme podle Flemingova pravidla a velikost podle Ampèrova zákona. Fm d
I1 I2 – Fm Fm d Vzájemné působení vodičů s proudem: Vložíme-li do magnetického pole vytvořeného vodičem druhý vodič, bude na něj působit magnetická síla. I1 I2 Směr působící síly určíme podle Flemingova pravidla a velikost podle Ampèrova zákona. – Fm Fm d K obdobnému výsledku bychom dospěli i při opačné úvaze – tedy že magnetické pole vytváří vodič 2 a na vodič 1 tedy působí magnetická síla.
I1 I2 – Fm Fm d Vzájemné působení vodičů s proudem: Vložíme-li do magnetického pole vytvořeného vodičem druhý vodič, bude na něj působit magnetická síla. I1 I2 Směr působící síly určíme podle Flemingova pravidla a velikost podle Ampèrova zákona. – Fm Fm d Při změně směru proudu v některém vodiči se změní směr magnetických sil (jsou-li směry souhlasné vodiče se přitahují, jsou-li nesouhlasné, vodiče se odpuzují).
I1 I2 – Fm Fm d Vzájemné působení vodičů s proudem: Poznámka: Na základě vzájemného silového působení dvou vodičů s proudem je definována základní jednotka soustavy SI – ampér: – Fm Fm d Ampér je proud, který při průchodu dvěma přímými rovnoběžnými velmi dlouhými vodiči zanedbatelného průřezu umístěnými ve vakuu ve vzdálenosti 1 m od sebe mezi nimi vyvolá magnetickou sílu o velikosti 2·10-7 N na každý metr délky vodiče.
I Magnetické pole cívky: Stočíme-li vodič do závitu, míří magnetické indukční čáry uvnitř závitu stejným směrem – pole se zesiluje. I
I Magnetické pole cívky: Cívka: dlouhý vodič stočený do velkého množství závitů. Magnetické pole uvnitř cívky výrazně zesílí. I
I Magnetické pole cívky: Cívka: dlouhý vodič stočený do velkého množství závitů. Magnetické pole uvnitř cívky výrazně zesílí. I
Magnetické pole cívky: Tvar magnetického pole cívky je velmi podobný magnetickému poli tyčového magnetu.
Magnetické pole cívky: Tvar magnetického pole cívky je velmi podobný magnetickému poli tyčového magnetu. Uvnitř cívky v blízkosti její osy je přibližně homogenní magnetické pole o velikosti: N ... počet závitů, l ... délka cívky
Magnetické vlastnosti látek: Elektron při svém pohybu okolo atomového jádra vytváří magnetické pole. Každý atom se tak chová jako elementární magnet.
Magnetické vlastnosti látek: Elektron při svém pohybu okolo atomového jádra vytváří magnetické pole. Každý atom se tak chová jako elementární magnet. U většiny látek jsou tyto elementární magnety uspořádány náhodně; navenek se jejich magnetické vlastnosti neprojevují. Pokud látku vložíme do vnějšího magnetického pole, jsou elementární magnety jeho působením ovlivněny a mohou změnit své uspořádání v látce.
Magnetické vlastnosti látek: 1. Diamagnetické látky Elementární magnety se orientují tak, že mírně zeslabují vnější magnetické pole. B
Magnetické vlastnosti látek: 1. Diamagnetické látky Elementární magnety se orientují tak, že mírně zeslabují vnější magnetické pole. Příklady diamagnetických látek: zlato, měď, rtuť, sklo, organické látky ... B
Magnetické vlastnosti látek: 2. Paramagnetické látky Elementární magnety se orientují tak, že mírně zesilují vnější magnetické pole. B
Magnetické vlastnosti látek: 2. Paramagnetické látky Elementární magnety se orientují tak, že mírně zesilují vnější magnetické pole. Příklady paramagnetických látek: sodík, draslík, platina, hliník, soli, ... B
Magnetické vlastnosti látek: 3. Feromagnetické látky Atomy jsou podobné paramagnetickým látkám, jsou však uspořádány jiným způsobem. Látka je rozdělena na malé (10-3 – 10 mm3) oblasti – magnetické domény. Uvnitř domén jsou elementární magnety uspořádány souhlasně; jednotlivé domény jsou navzájem orientovány náhodně.
Magnetické vlastnosti látek: 3. Feromagnetické látky Atomy jsou podobné paramagnetickým látkám, jsou však uspořádány jiným způsobem. Látka je rozdělena na malé (10-3 – 10 mm3) oblasti – magnetické domény. Uvnitř domén jsou elementární magnety uspořádány souhlasně; jednotlivé domény jsou navzájem orientovány náhodně. Působením vnějšího magnetického pole se zvětšují domény se shodnou orientací a zmenšují domény s opačnou orientací; magnetické pole výrazně zesiluje. B
Magnetické vlastnosti látek: 3. Feromagnetické látky Atomy jsou podobné paramagnetickým látkám, jsou však uspořádány jiným způsobem. Látka je rozdělena na malé (10-3 – 10 mm3) oblasti – magnetické domény. Uvnitř domén jsou elementární magnety uspořádány souhlasně; jednotlivé domény jsou navzájem orientovány náhodně. Působením vnějšího magnetického pole se zvětšují domény se shodnou orientací a zmenšují domény s opačnou orientací; magnetické pole výrazně zesiluje. B
Magnetické vlastnosti látek: 3. Feromagnetické látky Atomy jsou podobné paramagnetickým látkám, jsou však uspořádány jiným způsobem. Látka je rozdělena na malé (10-3 – 10 mm3) oblasti – magnetické domény. Uvnitř domén jsou elementární magnety uspořádány souhlasně; jednotlivé domény jsou navzájem orientovány náhodně. V dostatečně silném vnějším poli se shodně orientovaná doména rozšíří na celý objem látky. B Příklady feromagnetických látek: železo, kobalt, nikl, ...
Magnetické vlastnosti látek: 3. Feromagnetické látky Po vypnutí vnějšího magnetického pole se některé feromagnetické látky vrátí k původnímu uspořádání („odmagnetují“ se) – látky magneticky měkké.
Magnetické vlastnosti látek: 3. Feromagnetické látky Po vypnutí vnějšího magnetického pole se některé feromagnetické látky vrátí k původnímu uspořádání („odmagnetují“ se) – látky magneticky měkké. Praktické využití: jádra transformátorů,elektromagnety, relé, jističe, ....
Magnetické vlastnosti látek: 3. Feromagnetické látky Jiné látky (např. ocel s přísadou uhlíku) zůstanou zmagnetované i po vypnutí vnějšího magnetického pole – látky magneticky tvrdé.
Magnetické vlastnosti látek: 3. Feromagnetické látky Jiné látky (např. ocel s přísadou uhlíku) zůstanou zmagnetované i po vypnutí vnějšího magnetického pole – látky magneticky tvrdé. Praktické využití: permanentní magnety, elektromotory ...
Magnetické vlastnosti látek: 3. Feromagnetické látky Při zahřátí feromagnetické látky na jistou teplotu (Curieova teplota – např. pro železo asi 770°C) se látka změní na paramagnetickou.
Magnetické vlastnosti látek: 3. Feromagnetické látky Při zahřátí feromagnetické látky na jistou teplotu (Curieova teplota – např. pro železo asi 770°C) se látka změní na paramagnetickou.
Magnetické vlastnosti látek: 3. Feromagnetické látky Při zahřátí feromagnetické látky na jistou teplotu (Curieova teplota – např. pro železo asi 770°C) se látka změní na paramagnetickou. Když teplota poklesne, látka se opět stane feromagnetickou a obnoví se doménové uspořádání.
Obrázky, animace a videa použité v prezentacích E-učitel jsou buď originálním dílem autora, nebo byly převzaty z volně dostupných internetových stránek.