1

MAGNETYZM

Pole magnetyczne jest to przestrzeń, w której na umieszczone w niej magnesy

i poruszające się ładunki elektryczne działają siły magnetyczne.

Źródłem pola magnetycznego jest:

• Ziemia i niektóre planety,

• magnes trwały,

• ruda Ŝelaza - magnetyt,

• Słońce i gwiazdy,

• prąd elektryczny (poruszający się ładunek elektryczny).

KaŜdy magnes posiada dwa bieguny: północny biegun magnetyczny (N)

i południowy biegun magnetyczny (S).

Biegunów tych nie moŜna od siebie oddzielić, po podziale jednego magnesu na

dwie części kaŜda z nich ma nadal dwa bieguny magnetyczne.

Domeny magnetyczne - bardzo małe obszary stałego namagnesowania.

Ferromagnetyk - ciało zbudowane z domen magnetycznych, wykazujące silne

właściwości magnetyczne.

Magnes trwały - ferromagnetyk po uporządkowaniu domen magnetycznych.

Namagnesowanie - proces polegający na uporządkowaniu domen magnetycznych

w ferromagnetykach.

Jednoimienne bieguny magnetyczne odpychają się, a róŜnoimienne

przyciągają się.

Pole magnetyczne moŜna przedstawić umownie za pomocą linii pola.

Umownie przyjęty zwrot linii pola magnetycznego to zwrot od bieguna

północnego do bieguna południowego.

2

Doświadczenie (Oersteda).

Prostoliniowy przewodnik umieszczamy nad igłą magnetyczną.

Obserwujemy, Ŝe w czasie przepływu prądu przez przewodnik igła magnetyczna

wychyla się z kierunku północ-południe, gdy zmienimy zwrot płynącego prądu igła

wychyla się w przeciwna stronę.

Z doświadczenia tego wynika, Ŝe wokół przewodnika przez który płynie prąd

elektryczny istnieje pole magnetyczne.

Linie pola magnetycznego prostoliniowego przewodnika z prądem.

Linie pola magnetycznego wytworzonego przez prostoliniowy przewodnik

z prądem mają kształt okręgów otaczających przewodnik i leŜą w płaszczyźnie

prostopadłej do przewodnika, a ich zwrot określamy regułą prawej dłoni.

Reguła prawej dłoni.

Jeśli prawą dłonią obejmujesz przewodnik, przez który płynie prąd, tak, Ŝe

kciuk wskaŜe kierunek i zwrot prądu płynącego w przewodnik, to cztery palce

obejmujące przewodnik wskaŜą zwrot linii pola magnetycznego.

3

Dwa równoległe przewodniki z prądem przyciągają się, jeśli zwroty płynących

w nich prądów są zgodne, a odpychają się, jeśli prądy maja przeciwne zwroty.

Kołowy przewodnik z prądem wytwarza pole magnetyczne podobne do pola

magnesu trwałego o kształcie cienkiego krąŜka, kierunek i zwrot linii tego pola moŜna wyznaczyć regułą śruby prawoskrętnej lub za pomocą stylizowanych liter N

i S.

Zwojnica (solenoid, cewka) to kilka, kilkadziesiąt (lub więcej) przewodników

kołowych nawiniętych szeregowo.

Pole magnetyczne zwojnicy jest tym silniejsze im więcej posiada ona zwojów i im

większe jest natęŜenie prądu, który przez nią płynie

4

Pole magnetyczne zwojnicy.

Pole magnetyczne zwojnicy jest podobne do pola magnesu sztabkowego. Na

zewnątrz linie tego pola układają się tak jak wokół magnesu sztabkowego.

Wewnątrz zaś linie pola przebiegają równolegle, tworząc jednorodne pole

magnetyczne, które jest w kaŜdym miejscu jednakowo silne. (W kaŜdym punkcie

takiego pola wartość indukcji jest jednakowa).

Elektromagnes to zwojnica z umieszczonym wewnątrz niej rdzeniem ze stali

miękkiej.

Do określania biegunów zwojnicy i elektromagnesu stasujemy regułę prawej

dłoni

5

Siła elektrodynamiczna (magnetyczna) to siła, z którą pole magnetyczne działa

na umieszczony w nim przewodnik z prądem elektrycznym.

Wartość siły elektrodynamicznej zaleŜy od:

a)

natęŜenia prądu (I) płynącego w przewodniku,

b)

długości przewodnika (l) znajdującego się w polu magnetycznym magnesu,

c)

właściwości pola magnetycznego magnesu (indukcji magnetycznej pola B).

Wartość siły elektrodynamicznej obliczmy stosując wzór:

F = B ⋅ I ⋅l

B - indukcja magnetyczna w teslach

N

tesla

1

= T

1 = 1

A ⋅ m

Kierunek i zwrot działania siły elektrodynamicznej zaleŜy od zwrotu prądu

płynącego w przewodniku i od kierunku i zwrotu linii pola magnetycznego

magnesu.

Kierunek i zwrot tej siły określamy regułą lewej dłoni.

Reguła lewej dłoni:

Jeśli lewą dłoń ustawisz tak, aby linie pola magnetycznego "przebijały"

wewnętrzną stronę dłoni, a wszystkie palce (z wyjątkiem kciuka) wskazywały

kierunek i zwrot prądu, to odchylony kciuk wskaŜe kierunek i zwrot działania

siły magnetycznej (elektrodynamicznej)

Silniki elektryczne i mierniki działają dzięki istnieniu siły magnetycznej.

W silniku oddziałują na siebie pola magnetyczne wirnika i nieruchomego stojana.

6

Indukcja elektromagnetyczna to zjawisko wzbudzania prądu elektrycznego

w obwodzie wskutek zmian pola magnetycznego przenikającego przez

powierzchnię ograniczoną tym obwodem.

Prąd wzbudzony przez indukcję elektromagnetyczną nazywamy prądem

indukcyjnym.

Warunek wzbudzania prądu indukcyjnego w przewodniku: pole magnetyczne

przenikające przez powierzchnię objętą przewodnikiem musi ulegać zmianie.

Kierunek prądu indukcyjnego określa reguła Lenza.

Prąd indukcyjny ma zawsze taki kierunek, Ŝe wytworzone przez niego pole

magnetyczne, przeciwdziała przyczynie, która go wywołała (np. hamuje ruch

magnesu).

Prąd indukcyjny otrzymywany w prądnicy prądu przemiennego jest prądem

przemiennym, tzn. jego kierunek i zwrot zmieniają się cyklicznie - ze stałą częstotliwością.

Zjawisko indukcji elektromagnetycznej wykorzystuje się między innymi

w transformatorach, prądnicach, silnikach prądu przemiennego.

Transformator - urządzenie słuŜące do przekazywania energii elektrycznej z

jednego obwodu prądu przemiennego (przy stałej częstotliwości) do innego

obwodu, z jednoczesną zmianą napięcia i natęŜenia prądu.

7

Dla transformatora obowiązują następujące zaleŜności:

U

n

w

w

=

U

n

p

p

I p

nw

=

I

n

w

p

U

I

p

W =

U

I

p

w

gdzie:

Uw - napięcie na uzwojeniu wtórnym,

Up - napięcie na uzwojeniu pierwotnym,

Iw - natęŜenie prądu elektrycznego w uzwojeniu wtórnym,

Ip - natęŜenie prądu elektrycznego w uzwojeniu pierwotnym,

nw - liczba zwojów uzwojenia wtórnego,

np - liczba zwojów uzwojenia wtórnego.

Pole elektromagnetyczne:- przenikające się nawzajem zmienne pola magnetyczne

i zmienne pola elektryczne.

Wokół zmiennego pola elektrycznego powstaje zawsze zmienne pole

magnetyczne, a wokół zmiennego pola magnetycznego wytwarza się zmienne

pole elektryczne.

Fala elektromagnetyczna - zmiany pola elektrycznego i magnetycznego

rozchodzące się w postaci fali w przestrzeni.