Magnetické pole• Výukový materiál zpracován v rámci

projektu EU peníze školám

• Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/21. 0418• Číslo klíčové aktivity: III/2• Název klíčové aktivity: Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

Mgr. Andrea Cahelová

Magnetické pole cívky s proudem

N S směrproudu

Póly magnetické pole cívky s proudem najdeme pomocí Ampérova pravidlapravé ruky.Solenoid – dlouhá válcová cívka s velkým počtem závitů, jejichž průměr je mnohem menší než délka cívky.

Magnetická indukce Vektorová fyzikální veličina, která se používá k popisu

magnetického pole. Značka: B Jednotka: T (tesla … podle chorvatského elektrotechnika Nikoly

Tesly)

Magnetická síla je přímo úměrná délce vodiče a proudu procházejícím vodičem.

Fm I l

Fm = B I l B… magnetická indukce, konstanta úměrnosti

Vztah pro magnetickou sílu, platí pouze v případě, že je vodič kolmý k indukčním čárám.

Pokud vodič svírá s indukčními čárami úhel vypočítá se velikost magnetické síly podle vztahu:

Fm = B I l sin

Podle magnetické indukce dělíme pole na homogenní (B = konst., magnetické indukční čáry jsou rovnoběžné) a nehomogenní pole.

Velikost magnetické indukce v blízkosti trvalého magnetu – desítky až jednotky mT.

Magnetická indukce Země řádově – desítky T

Magnetická síla je kolmá na vodič s proudem a na vektor magnetické indukce.

K určení směru magnetické síly používáme Flemingovo pravidlo levé ruky:

Otevřenou ruku položíme k vodiči tak, aby prsty ukazovaly směr proudu a indukční čáry vstupovaly do dlaně, odtažený palec ukazuje směr magnetické síly.

Magnetické pole rovnoběžného vodiče s proudem

Magnetické pole dlouhého přímého vodiče s proudem. Vektor magnetické indukce má směr tečny k indukčním čárám, pro jeho velikost platí:

B = I 2d

… permeabilita prostředí … konstanta, která charakterizuje

magnetické prostředí = 0 r

0 … permeabilita vakua = 4 10-7 N/A2

r … relativní pemeabilita prostředí (bezrozměrná veličina)

I

BdB

Magnetické pole rovnoběžných vodičů s proudem

Pokud máme rovnoběžné vodiče s proudy budou na sebe navzájem působit svými magnetickými poli.

V případě, že mají proudy ve vodičích stejný směr – vodiče se přitahují, nemají stejný směr – vodiče se odpuzují.

I1 I2

BFm

I1 I2

B

Fm

d

Velikost magnetické síly dvou rovnoběžných vodičů vypočítáme podle vztahu:

Fm = I1 I2 l

2 d

Pomocí tohoto vzorce můžeme definovat jednotku proudu – Ampér:

- Ampér je stálý proud, který mezi dvěma přímými rovnoběžnými nekonečně dlouhými vodiči, zanedbatelného průřezu, ve vakuu, ve vzdálenosti 1 m od sebe vyvolá sílu o velikosti 2 * 10-7 N na jeden metr délky.

Částice s nábojem v magnetickém poli

Proud ve vodiči je tvořen volnými elektrony, na které rovněž působí magnetické pole.

Pro velikost magnetické síly působící na jeden elektron platí:

Fm = B I l = B e v

Pro určení směru magnetické síly použijeme Flemingovo pravidlo levé ruky – v případě kladné částice. V případě záporné částice použijeme pravou ruku.

Pokud se částice s nábojem pohybuje v elektrickém i magnetickém poli působí na ni tzv. Lorentzova síla, která je vektorovým součtem elektrické a magnetické síly.

FL = Fe + Fm

FL = E e + B e v = e ( E + B v )

Využití: vychylování elektronového paprsku v televizní obrazovce

Příklady k procvičení:1. Určete velikost magnetické indukce homogenního

magnetického pole, pokud vodič s aktivní délkou 12,5 cm a proudem 10 A svírá s indukčními čárami úhel 60°.

2. Vzdálenost vodičů v kabelu, kterým prochází proud 25 A, je 5 mm. Jak velkou silou je namáhána izolace mezi vodiči na každém desetimilimetrovém úseku. Relativní permeabilita izolace je 1,2.

3. Mezi dvěma rovnoběžnými vodiči silnoproudového vedení, jejichž vzájemná vzdálenost je 0,2 m, působí síla o velikosti 16 N na každý metr délky vodičů. Relativní permeabilita prostředí je 1. Určete velikost proudu ve vedení.

4. Jakou rychlostí se pohyboval proton v magnetickém poli, jestliže na něj působí pole silou 18*10-12 N a magnetická indukce měla velikost 2 T?

Hallův jev

Vodivou destičku z kovu nebo polovodiče, která je připojena ke zdroji napětí, vložíme do magnetického pole, tak aby vektor magnetické indukce byl na destičku kolmý.

Na destičce se vytvoří malé napětí tzv. Hallovo napětí, vlivem působení magnetické síly na volné elektrony.

Využití: měřící přístroje teslametry

Magnetické vlastnosti látek Elektrony v obalu atomu svým pohybem vytvářejí el. proud ,

tím elementární magnetická pole. Pokud jsou ve stejném směru navzájem skládají a vytvářejí magnetické domény.

Vznikem a následným zesílením vnějšího magnetického pole, se mění velikost magnetických domén, dochází k magnetování.

Při určité velikost magnetické indukce vnějšího magnetického pole, se doménová struktura ztrácí – látka je magneticky nasycená.

B = 0 B1B2

B1 >B2

Rozdělení látek podle magnetických vlastností

Diamagnetické:- nepatrně zeslabují magnetické pole- mají relativní pemeabilita je menší než jedna- př. inertní plyny, měď, rtuť

Paramagnetické:- nepatrně zesilují magnetické pole- mají relativní permeabilita je větší než jedna- př. Al, Pt, O…

Feromagnetické:

- silně zesilují magnetické pole- mají relativní permeabilitu značně větší než jedna, až

105

- př. ocel, kobalt, Ni …- využívají se jako jádra elektromagnetu- magneticky měkké materiály – snadno se zmagnetizují- nepatří zde plyny a kapaliny- Každá látka při určité teplotě ztrácí feromagnetické

vlastnosti, tzv. Curierova teplota (Fe 770 °C)

Ferimagnetické (ferity):

- značně zesilují magnetické pole, mají velký odpor- relativní permeabilita je až 103

- př. oxidy železa a jiných kovů- využití permanentní magnety, jádra cívek