1. Doświadczalnie stwierdzono, że jeżeli w przewodzie, usytuowanym równolegle do ziemskiego południka magnetycznego, płynie prąd w kierunku jak na rys.2.1 i nad tym przewodem umieścić igłę magnetyczną, to biegun północny tej igły odchyli się w lewo.

Rys.2.1. Położenie igły magnetycznej umieszczonej nad przewodnikiem z prądem

Po zaniku prądu igła ustawi się w kierunku zgodnym z kierunkiem południka, a po zmianie kierunku prądu biegun północny igły odchyli się w prawo. Zależność kierunku wychylenia igły magnetycznej od kierunku prądu w przewodzie została sformułowana przez Ampère’a w postaci reguły, zwanej regułą Ampère’a lub regułą pływaka w postaci:

Biegun północny igły magnetycznej odchyla się ku lewej ręce człowieka płynącego w kierunku zgodnym z kierunkiem prądu elektrycznego i spoglądającego na igłę magnetyczną.

Z reguły tej wynika, że w przestrzeni otaczającej przewodnik z prądem, występują siły działające na igłę magnetyczną, która pod ich działaniem zajmuje ściśle określone położenia.

Stan przestrzeni, wewnątrz której na igłę magnetyczną oddziaływają siły, nazywa się polem magnetycznym.

3. Pole magnetyczne jest wielkością fizyczną, posiadającą w każdym punkcie określoną wartość i kierunek. Wielkości te można graficznie przedstawić za pomocą linii sił. W obszarze gdzie pole jest silniejsze, gęstość linii będzie większa i na odwrót. Kierunek pola oznacza się za pomocą naniesionych na linie strzałek o kierunku określonym według wcześniej omówionych zasad. Na razie jako silniejsze pole magnetyczne będzie przyjmowane takie pole, które z większą siłą oddziałuje na igłę magnetyczną. Pole magnetyczne, które w każdym punkcie rozpatrywanego obszaru ma tę samą wartość i kierunek nazywa się polem jednorodnym. Linie sił takiego pola rysuje się jako równo odległe od siebie proste równoległe. Doświadczalnie wykazano, że jeżeli w takim polu umieścić prostoliniowy przewodnik z prądem I, to na ten przewodnik będzie działała siła mechaniczna F, skierowana prostopadle do kierunku linii sił pola magnetycznego.

4.

Rys.2.10. Pętla histerezy ferromagnetyka

Aby zmniejszyć indukcję magnetyczną do zera, należy odwrócić kierunek prądu magnesującego w cewce. Powoduje to zmianę kierunku natężenia pola magnetycznego na przeciwny. Przy natężeniu pola, odpowiadającym odciętej 0-3, indukcja magnetyczna jest ponownie równa zeru. Mówi się wtedy, że ferromagnetyk został rozmagnesowany. Natężenie pola likwidujące magnetyzm szczątkowy nazywa się natężeniem powściągającym lub koercją.

Zwiększając dalej ujemne natężenie pola do wartości –H_max, zwiększa się indukcję magnetyczną do wartości –B_max, przy czym zmiany indukcji zachodzą według krzywej 3-4. Przy zmniejszaniu ujemnego natężenia pola magnetycznego do zera, przemagnesowanie odbywa się według krzywej 4-5 i kończy uzyskaniem ujemnej wartości indukcji szczątkowej -B_sz .

Jeżeli teraz ponownie zmienić kierunek prądu i zwiększać natężenie pola magnetycznego do wartości H_max, to proces magnesowania będzie przebiegał według krzywej 5-6- indukcja ponownie osiągnie wartość B_max.

Z przytoczonych rozważań wynika, że przemagnesowywanie ferromagnetyków, przy zmianie natężenia pola magnetycznego od H_max do –H_max i z powrotem do H_max odbywa się według zamkniętej krzywej 1-2-3-4-5-6-1, zwanej pętlą histerezy magnetycznej. Pętla ta odpowiada jednemu cyklowi przemagnesowania ferromagnetyka.

Aby wyjaśnić taki przebieg przemagnesowania, należy zauważyć, że podczas każdego cyklu przemagnesowania wykonywana jest pewna praca. Ponieważ ferromagnetyki są ciałami zbudowanymi z cząsteczek, będących elementarnych magnesami zwanymi dipolami, to podczas cyklu przemagnesowania dipola nieustannie zmieniają swoje położenie, Występujące przy tym tarcie międzycząsteczkowe, powoduje wydzielanie się ciepła w ferromagnetyku, odpowiadające pracy zużytej na przemagnesowanie. Można wykazać, że praca zużyta na przemagnesowanie zależy od powściągającego natężenia pola magnetycznego, czyli od szerokości pętli histerezy, a pole ograniczone tą pętlą jest wprost proporcjonalne do pracy zużytej na przemagnesowanie.

5. Rezystancja przewodników zależy od rodzaju materiału i jego wymiarów. Dla przewodu o długości l i powierzchni o przekroju S jest ona wprost proporcjonalna do jego długości i odwrotnie proporcjonalna do powierzchni przekroju, tj.

(1.7)

przy czym ρ jest współczynnikiem proporcjonalności, który dla każdego materiału ma określoną wartość. Współczynnik ten nazywa się rezystywnością lub rezystancją właściwą. Jednostkę rezystywności można określić z zależności (1.7)

Jednostką rezystywności w układzie jednostek SI jest .

6. Zależność

(2.17)

jest nazywana prawem Ohma dla obwodów magnetycznych. Dla przypomnienia, prawo Ohma dla obwodów elektrycznych ma postać , przy czym napięcie U jest wymuszeniem, powodującym przepływ prądu elektrycznego, a R wielkością charakteryzująca własności drogi (rezystancję), po której płynie prąd elektryczny. W zależności (2.17) wymuszeniem, powodującym przepływ strumienia magnetycznego, jest przepływ , zwany również amperozwojami lub siłą magnetomotoryczną (jednostką jest 1A), a strumień Φ jest analogiem prądu elektrycznego I w prawie Ohma dla obwodów elektrycznych.

7. Badania wykazały, że wartość ładunku Q zgromadzonego na każdej z okładzin kondensatora, jest wprost proporcjonalna do przyłożonego napięcia U, czyli

(3.16)

Współczynnik proporcjonalności C jest dla danego kondensatora wielkością stałą i nazywa się pojemnością elektryczną kondensatora. Wartość tego współczynnika, a więc pojemność kondensatora, zależy od powierzchni okładzin, ich kształtu i wzajemnego usytuowania oraz rodzaju zastosowanego dielektryka. Im większa przenikalność dielektryczna dielektryka między okładzinami, tym większa pojemność kondensatora.

8.

9. Źródłami energii elektrycznej są urządzenia pobierające z zewnątrz energię mechaniczną, chemiczną, cieplną itp., i przetwarzające ją na energię elektryczną (generatory elektromaszynowe, akumulatory, ogniwa galwaniczne itp.).

Obwód elektryczny w najprostszym przypadku składa się ze źródła energii elektrycznej, przewodów łączeniowych i odbiornika (rys.1.1). Bardziej złożone obwody elektryczne składają się z większej liczby źródeł, przewodów i odbiorników.

Rys.1.1. Schemat najprostszego obwodu elektrycznego

Przewody łączeniowe służą do przenoszenia energii elektrycznej od źródła do odbiornika. Jako materiały na przewody używane są prawie wyłącznie materiały o przewodnictwie elektronowym, czyli metale.

Odbiornikami nazywane są urządzenia, które pobierają energię elektryczną i przetwarzają ją na inne rodzaje energii, takie jak energia cieplna (grzejniki), mechaniczna (silniki elektryczne), świetlną (źródła światła), chemiczną itp. przetworzona energia jest wydzielana poza obwodem elektrycznym.

Kierunek prądu, zgodnie z konwencją Maxwella, przyjmuje się jako zgodny z kierunkiem przepływu elektryczności dodatniej, tj. przeciwny do kierunku ruchu ładunków ujemnych (elektronów) tak, jak to przedstawiono na rysunku 1.2.

10.