background image

1

Przykład 1:

Ruch ładunku w jednorodnym polu magnetycznym

Wektor siły 

F

jest prostopadły do wektora pr

ę

dko

ś

ci 

v

i wektora 

B

,

siła magnetyczna jest sił

ą

 do

ś

rodkow

ą

.

B

v

F

×

=

q

Siła magnetyczna zmienia tylko składow

ą

 pr

ę

dko

ś

ci 

prostopadł

ą

 do pola 

B

(

θ

= 90º) natomiast nie zmienia 

składowej równoległej do pola (

θ

= 0º) 

θ

B

q

F

sin

v

=

R

m

B

q

2

=

v

v

R

m

qB

2

)

sin

(

sin

θ

θ

v

v

=

lub

qB

m

R

θ

sin

v

=

lub

qB

m

R

=

v

qB

m

R

T

π

π

2

2

=

=

v

θ

π

cos

2

||

v

v

qB

m

T

l

=

=

oraz

Cz

ą

stka przemieszcza si

ę

 ze stał

ą

 pr

ę

dko

ś

ci

ą

 wzdłu

ż

 

pola 

B

równocze

ś

nie zataczaj

ą

c pod wpływem siły 

magnetycznej okr

ę

gi w płaszczy

ź

nie prostopadłej do pola.  

Cz

ą

steczka porusza si

ę

 po spirali.

qB

m

R

v

=

qU

m

=

2

2

v

q

mU

B

R

2

1

=

U

B

R

q

m

2

2

2

=

Przykład 3:

Spektrometr masowy 

widmo masowe 

background image

2

Przykładem akceleratora cyklicznego 
jest 

cyklotron

m

qB

T

f

π

2

=

=

1

qB

m

R

v

=

Generator cyklicznie zmienia kierunek pola 
elektrycznego przyspieszaj

ą

cego ładunki 

w szczelinie pomi

ę

dzy duantami. 

Cz

ą

stki (w polu B) poruszaj

ą

 si

ę

 po spirali. Po 

osi

ą

gni

ę

ciu maksymalnego promienia cz

ą

stki s

ą

 

wyprowadzane poza cyklotron za pomoc

ą

 elektrody 

nazywanej deflektorem. 

Przykład 3:

Akceleratory

Przykład 4:

Odchylanie wi

ą

zki elektronów w lampie kineskopu 

background image

3

Obwód z pr

ą

dem

siły działaj

ą

ce na ramk

ę

znosz

ą

 si

ę

 wzajemnie 

Siły 

F

a

działaj

ą

ce na boki tworz

ą

 

par

ę

 sił daj

ą

c

ą

 wypadkowy moment 

siły obracaj

ą

cy ramk

ę

 

θ

θ

θ

sin

sin

2

sin

2

b

F

b

F

b

F

M

a

a

a

=

+

=

IaB

F

a

=

θ

θ

sin

sin

ISB

IabB

M

=

=

B

S

M

×

=

I

S

jest wektorem powierzchni 

Pole magnetyczne działa na ramk

ę

 z pr

ą

dem momentem skr

ę

caj

ą

cym obracaj

ą

c j

ą

 tak jak 

igł

ę

 kompasu. Ramka zachowuje si

ę

 wi

ę

c tak jak igła kompasu czyli dipol magnetyczny.

S

µ

I

=

B

µ

M

×

=

magnetyczny moment dipolowy

B

µ

=

E

Energia potencjalna ramki

Obracaj

ą

c dipol magnetyczny pole 

magnetyczne wykonuje prac

ę

 i wobec tego 

dipol posiada energi

ę

 potencjaln

ą

 .

θ

θ

θ

θ

θ

θ

θ

cos

µ

'

'

sin

µ

)

'

(

0

0

0

0

0

0

B

d

B

E

Md

E

d

E

E

=

+

=

=

=

θ

'

M

B

E

µ

0

=

θ

cos

µ

B

E

=

„Kołow

ą

 ramk

ą

 

z pr

ą

dem" jest elektron 

kr

ążą

cy po orbicie 

w atomie.

background image

4

Efekt Halla

Na ładunki (pr

ą

d) działała siła odchylaj

ą

ca powoduj

ą

ca zakrzywienie ich torów w 

kierunku jednej ze 

ś

cianek bocznych płytki. 

Gromadzenie si

ę

 ładunków na 

ś

ciance 

bocznej powoduje powstanie 
poprzecznego pola elektrycznego Halla

E

H

E

B

F

F

=

u

H

e

B

eE

=

v

H

u

E

B

=

v

ne

j

neS

I

u

=

=

v

d

V

E

LP

H

=

H

eE

jB

n

=

gdzie:

Prawo Ampère'a

Zwi

ą

zek pomi

ę

dzy pr

ą

dem (

ź

ródłem pola magnetycznego 

ź

ródłem)  a wektorem indukcji magnetycznej jest 

wyra

ż

ony poprzez prawo Ampère'a:

=

I

0

d

µ

l

B

Linie pole magnetycznego wokół przewodnika z pr

ą

dem stanowi

ą

 

zamkni

ę

te okr

ę

gi st

ą

d w prawie Ampère'a sumujemy (całkujemy) po 

zamkni

ę

tym konturze (liczymy całk

ę

 krzywoliniow

ą

).

Kr

ąż

enie wektora 

B

po dowolnym zamkni

ę

tym 

konturze jest proporcjonalne do nat

ęż

enia pr

ą

du 

obj

ę

tego konturem. 

background image

5

=

I

0

d

µ

l

B

Stała

µ

0

= 4

π

·10

-7

Tm/A, jest tzw. 

przenikalno

ś

ci

ą

 magnetyczn

ą

 pró

ż

ni

0

d

r

I

µ µ

=

B

l

Gdy pole magnetyczne jest wytworzone nie w pró

ż

ni ale w jakim

ś

 

o

ś

rodku to fakt ten uwzgl

ę

dniamy wprowadzaj

ą

c stał

ą

 materiałow

ą

 

µ

r

zwan

ą

 wzgl

ę

dn

ą

 przenikalno

ś

ci

ą

 magnetyczn

ą

 o

ś

rodka 

=

I

r

µ

µ

0

l

B

Dla o

ś

rodka jednorodnego:

0

/

r

µ µ

=

H

B

Definiujemy wektor nat

ęż

enia pola magnetycznego :

Prawo Gaussa

wektor indukcji elektrycznej
wektor nat

ęż

enia pola elektrycznego

0

r

ε ε

=

D

E

0

d

r

q

ε ε

=

E S

d

q

=

D S

Podsumujmy:

Prawo Ampera

wektor indukcji magnetycznej
wektor nat

ęż

enia pola magnetycznego

0

r

µ µ

=

B

H

0

d

r

I

µ µ

=

B

l

d

I

=

H l

d

I

=

H l

Prawo Ampera niezale

ż

ne od o

ś

rodka

2

2

R

r

I

i

π

π

=

2

0

R

Ir

B

π

µ

=

Je

ż

eli chcemy obliczy

ć

 pole wewn

ą

trz przewodnika to 

wybieramy kontur kołowy o promieniu R, gdzie jest 
promieniem przewodnika. 

Wewn

ą

trz konturu przepływa pr

ą

b

ę

d

ą

cy cz

ęś

ci

ą

 

całkowitego pr

ą

du I

Przykład 1

- prostoliniowy przewodnik

0

2

r

B

r

I

π

µ µ

=

W ka

ż

dym punkcie naszego konturu pole jest do 

niego styczne (równoległe do elementu konturu d

0

2

r

I

B

r

µ µ

π

=

0

d

r

I

µ µ

=

B l

background image

6

Przykład 3

-

Cewka (solenoid)

Je

ż

eli mamy do czynienia z solenoidem to pole magnetyczne wewn

ą

trz solenoidu jest 

jednorodne, a na zewn

ą

trz równe zeru. 

0

d

d

d

d

d

b

c

d

a

a

b

c

d

Inh

µ

=

+

+

+

=

B l

B l

B l

B l

B l

=

b

a

h

B

l

d

Inh

I

całk

=

.

0

Bh

Inh

µ

=

n – g

ę

sto

ść

 zwojów (ilo

ść

 zwojów na jednostk

ę

 długo

ś

ci)

nI

B

0

µ

=

nI

B

r

0

µ

µ

=

lub

Przykład – przewodnik kołowy

α

dB

dB

z

cos

=

2

0

4

cos

πr

dl

α

I

µ

dB

z

=

2

2

cos

z

R

R

r

R

+

=

=

α

dl

)

z

(R

π

IR

µ

dB

z

2

3

2

2

0

4

+

=

2

0

2

0

4

90

sin

4

r

dl

π

I

µ

r

dl

π

I

µ

dB

o

=

=

prawo Biota-Savarta

2

3

2

2

2

0

2

0

2

3

2

2

0

)

(

2

)

(

4

d

z

R

IR

dl

z

R

IR

B

B

R

z

+

=

+

=

=

µ

π

µ

π