Stacionární magnetické pole

Magnetické pole vodiče s proudem
hist. pozn.: 1820 objevena souvislost magnetismu s el. proudem (Hans Christian Oersted, André Marie Ampére)
magn. pole popisují indukční čáry - prostorově orientované čáry, jejichž tečna v daném bodě má směr magnetky umístěné v tomto bodě

indukční čáry magn. pole magnetu

od severního (N) k jižnímu (S) pólu

indukční čáry magn. pole cívky s proudem


indukční čáry magn. pole přímého vodiče s proudem


Ampérovo pravidlo pravé ruky
a) pro určování směru indukčních čar kolem přímého vodiče s proudem:
Naznačíme uchopení vodiče do pravé ruky tak, aby palec ukazoval dohodnutý směr proudu ve vodiči, prsty pak ukazují orientaci magn. indukčních čar.

b) pro určování směru indukčních čar cívky s proudem:
Pravou ruku položíme na cívku (závit) tak, aby pokrčené prsty ukazovaly dohodnutý směr proudu v závitech cívky, a palec ukazuje orientaci magn. indukčních čar v dutině cívky.

Magnetická síla

na vodič působí magn. síla F_m, její směr leze určit pomocí Flemingova pravidla levé ruky:
Položíme-li otevřenou levou ruku k přímému vodiči tak, aby prsty ukazovaly směr proudu ve vodiči a indukční čáry magn. pole vstupovaly do dlaně, ukazuje odtažený palec směr síly, kterou magn. pole působí na vodič s proudem.


Vodič tvaru smyčky v magn. poli:
magn. síly uvádí smyčku do otáčivého pohybu


Magnetická indukce
magn. pole charakterizuje vektorová veličina magn. indukce
směr: stejný jako indukční čáry magn. pole
velikost: B=F_m/(Il)
l - délka vodiče v magn. poli, vodič je kolmý na indukční čáry
na vodič působí magn. síla o velikosti: F_m=BIl
Pokud vodič není kolmý na idukční čáry, působí na něj síla F_m=BIlsinα α<0,π>

Magnetické pole rovnoběžných vodičů s proudem

B=μI/(2πd)
μ - permeabilita prostředí
μ=μ_rμ₀
μ₀ - permeabilita vakua
μ_r - relativní permeabilita prostředí

magn. síla vzájemného působení rovnoběžných vodičů s proudem F_m=BI₂l=μI₁I₂l/(2πd)

Definice ampéru:
Ampér je stálý proud, který při průchodu dvěma přímými nekonečně dlouhými vodiči zanedbatelného průřezu umístěnými ve vakuu ve vzdálenosti 1 m od sebe vyvolá mezi vodiči sílu o velikosti 2.10^-7N na 1 m délky vodiče.

Magnetické pole cívky

B₀=μ₀NI/l
cívka s jádrem: B=μ_r0B₀
uvnitř 1 závitu: B=μI/(2r)

Částice s nábojem v magn. poli
na vodič s proudem působí magn. síla F_m=BIl
el. proud ve vodiči je usměrněný pohyb volných elektronů o rychlosti v
I=Q/t
t=l/v
Q=Ne
I=Nev/l
F_m=BIl=BNev

na 1 elektron působí magn. síla F_m=Bev (směr v je kolmý na směr B)
na částici s nábojem Q působí magn. síla F_m=BQv
směr F_m určíme pomocí Flemingova pravidla levé ruky (směr proudu=směr pohybu částic s klad. nábojem, pohyb částic se zápor. nábojem má opač. směr)

vektor F_m je kolmý na vektor v => F_m nekoná práci

Magnetické vlastnosti látek
μ_r je určena vlastnostmi atomů, z nichž je látka složena
jednotl. elektrony vytvářejí elementární magn. pole, která se skládají ve výsledné magn. pole atomů
1) diamagnetické látky
μ_r<1, výsledné magn. pole nulové
např. inertní plyny, AU, Cu, Hg
2) paramagnetické látky
μ_r>1
např. Na, K, Al
3) feromagnetické látky
μ_r řádově 10²-10⁵
např. Fe, Co, Ni
vnějším magn. polem vyvoláme takové uspořádání atomů, že se magn. pole zesílí - magnetizace
feromagnetismus se projevuje jen v krystalickém stavu a při teplotě menší než tzv. Curieova teplota