Magnetické pole
   03. 03. 2023     Magnetické zajímavosti a pokusy    Comments 0
Magnetické pole

Magnetické pole, také nazývané vektorové pole, představuje magnetický vliv na pohybující se elektrické náboje, magnetické materiály a elektrické proudy.

Magnetická pole nutí elektricky nabité částice pohybovat se po kruhové nebo spirálové dráze a nabité částice působí silou kolmou na jejich vlastní rychlost a na magnetické pole. Magnetické pole lze vyjádřit jako oblast kolem magnetu, kde je pociťován účinek magnetismu.

Magnetické pole lze označit B nebo H. Matematicky se označuje veličinami známými jako vektory, které mají směr i velikost.

Dva různé vektory pomáhají reprezentovat magnetické pole: hustota magnetického toku (nebo magnetická indukce) a síla magnetického pole (nebo intenzita magnetického pole).

Jednotkou magnetického pole je Tesla a jeho základní jednotkou je (Newton.Second)/Coulomb. Je známo, že magnetické siločáry se navzájem nekříží. Ve skutečnosti magnetické čáry tvoří uzavřené smyčky, začínající od severního pólu a končící na jižním pólu. Hustota siločar obecně udává sílu pole.

Co je magnetické pole?

Magnetické pole je pole vytvořené pohybem elektrických nábojů.

Magnetické pole lze definovat jako oblast kolem magnetu, kde je pociťován účinek magnetismu.

Je to silové pole, které působí silou na materiály, jako je železo, když jsou umístěny v jeho blízkosti.

Magnetická pole nevyžadují médium k šíření; mohou se dokonce šířit ve vakuu.

Magnetické pole má větší kapacitu akumulace energie než elektrické pole, což jej odlišuje od elektrického pole a umožňuje jeho použití v každém elektromechanickém zařízení, jako jsou transformátory, motory a generátory.

·        

Magnetické pole

Magnetické pole je vektorové pole, které se obvykle nachází v blízkosti magnetu, elektrického proudu nebo měnícího se elektrického pole, kde jsou magnetické síly detekovatelné.

Magnetické pole a elektrické pole jsou obecně dva vzájemně související pojmy a jsou v zásadě součástí elektromagnetické síly.

Často kladené otázky

Jak znázorníte siločáry magnetického pole tyčového magnetu?

V případě tyčového magnetu siločáry stoupají ze severního pólu a vstupují do magnetu na jižním pólu. Tyto čáry pak pronikají magnetem k severnímu pólu, kde se znovu objeví.

Historie magnetického pole

Magnetické pole bylo poprvé studováno v roce 1269, kdy francouzský učenec Petrus Peregrinus de Maricourt použil železné jehly k mapování magnetického pole na povrchu kulového magnetu.

Viděl, že výsledné siločáry se protínají ve dvou bodech. Tyto body byly nazvány „póly“. Po tomto zjištění dospěl k závěru, že bez ohledu na to, jak jemně se magnet rozřeže, vždy má severní a jižní pól.

William Gilbert o tři století později tvrdil, že Země je magnet.

Podle Johna Mitchella, anglického kněze a filozofa se magnetické póly navzájem přitahují a odpuzují, s tímto tvrzením přišel v roce 1750.

Charles-Augustin de Coulomb experimentálně ověřil magnetické pole Země v roce 1785.

V návaznosti na to v devatenáctém století francouzský matematik a geometr Simeon Denis Poisson vyvinul první model magnetického pole, který publikoval v roce 1824.

V devatenáctém století nové objevy zpochybnily dříve přijímané názory.

Hans Christian Orsted, dánský fyzik a chemik, v roce 1819 objevil, že elektrický proud kolem sebe vytváří magnetické pole.

V roce 1825 navrhl André-Marie Ampère model magnetismu, ve kterém byla magnetická síla způsobena kontinuálně proudícími proudovými smyčkami spíše než dipóly magnetického náboje.

Faraday, anglický vědec, v roce 1831 prokázal, že měnící se magnetické pole vytváří elektrické pole. Objevil elektromagnetickou indukci.

James Clerk Maxwell publikoval teorie o elektřině a magnetismu mezi lety 1861 a 1865. byla vytvořeny Maxwellovy rovnice. Tyto rovnice podrobně popsaly interakci elektřiny a magnetismu.

Ilustrace magnetického pole

Typicky může být magnetické pole prezentováno dvěma způsoby.

Magnetické pole vektor

Čáry magnetického pole

Magnetické pole vektor

Magnetické pole je matematicky popsáno jako vektorové pole. Předpokládá se, že magnetické pole má velikost i směr. Vektorové pole může být reprezentováno jako mřížka vektorů. Délka vektoru je určena silou magnetického tahu.

Čáry magnetického pole


Magnetické siločáry jsou imaginární čáry, které obklopují magnet. Hustota čar pole udává jeho velikost. Magnetické pole je nejsilnější kolem jižního a severního pólu magnetu a slábne, jak se vzdaluje od pólů.

Experiment s čarami magnetického pole

Obvykle je magnetické pole nejsilnější kolem severního a jižního pólu a síla slábne, pokud se od něj vzdálíte. Níže uvedený experiment:

Co potřebujete

List bílého papíru, tyčový magnet, železné piliny

Experiment

·         Položte list bílého papíru na stůl a pod něj do středu položte tyčový magnet.

·         Kolem magnetu rozsypte železné piliny.

·         Jemně poklepejte na papír.

·         Je vidět, že železné piliny se vyrovnávají do přesného vzoru, který kopíruje pole magnetu.

·         Když se na tyto piliny dobře podíváte, uvidíte, že se železné piliny shromažďují okolo magnetu nejvíce v oblasti pólů, ale koncentrace se snižuje, čím více jsou od pólů vzdálené.

Zdroj: QuantumBoffin

Vlastnosti čar magnetického pole

Některé z důležitých vlastností magnetických siločar zahrnují:

Magnetické siločáry se nikdy nekříží.

Pohybuje so po cestě s nejmenším odporem mezi protilehlými magnetickými póly. Magnetické siločáry tyčového magnetu se pohybují v uzavřených smyčkách od jednoho pólu k druhému.

Magnetické siločáry budou mít stejnou délku.

Hustota siločar se snižuje, když přecházejí z oblasti s vyšší permeabilitou do oblasti s nižší permeabilitou.

Linky se pohybují od jižního pólu k severnímu pólu v hmotném magnetickém poli, zatímco ve vzduchu proudí ze severního pólu k jižnímu pólu.

Hustota magnetického pole se mění se vzdáleností od pólu. Jejich hustota se snižuje, jak se vzdaluje od pólu.

 Protože má magnetické pole jak velikost, tak směr, je to vektorová veličina.

Jak nakreslit čáry magnetického pole?

Magnetické siločáry lze kreslit pomocí kompasu, tyčového magnetu a kousku papíru.

 Nejprve položte papír na kreslící prkno. Umístěte tyčový magnet do středu a označte jej tužkou.

Udržujte kompas blízko jednoho z pólů magnetu. Ujistěte se, že v blízkosti není žádný jiný magnetický materiál.

Lze vidět, jak šipku kompasu ukazuje do mnoha směrů. Udělejte v tomto směru značku tečkou.

Odsuňte kompas od tohoto místa a umístěte jej na tečku tak, aby základna šipky byla v tečce.

Udělejte novou tečku ve směru, kterým nyní ukazuje šipka kompasu.

Tuto metodu opakujte, dokud kompas nenarazí na opačný pól magnetu. Spojte tečky. Vraťte se na předchozí pozici a opakujte postup od nového místa.

Po nakreslení několika čar je jasné, že čáry tvoří uzavřenou smyčku, která vypadá, že začíná na jednom pólu magnetu a končí na druhém. Takto se kreslí siločáry magnetického pole.

Magnetické siločáry se budou měnit v závislosti na typu použitých magnetů.

Zdroj: vt.physics

Jak vzniká magnetické pole?

Magnetické pole může být vytvářeno nejen magnetem, ale také pohybujícím se nábojem nebo elektrickými proudy. Všichni víme, že hmota se skládá z malých kousků známých jako atomy. Jádro atomu se skládá z protonů a neutronů a kolem něj obíhají elektrony.

Magnetické pole vzniká rotací a kroužením protonů a neutronů nebo jádra atomu. Směr magnetického pole je určen směry oběžné dráhy a rotace. Magnetické pole je matematicky znázorněno písmenem 'B.' Tesla je název její jednotky (T).

Intenzita magnetického pole

Intenzitu magnetického pole lze také definovat jako intenzitu magnetického pole nebo jako magnetickou intenzitu.

Intenzitu magnetického pole můžeme označit vektorem H.

Intenzitu magnetického pole lze definovat jako poměr potřebný k vytvoření určité hustoty toku (B) v rámci konkrétního materiálu na jednotku délky daného materiálu.

Intenzitu magnetického pole lze měřit v jednotkách ampér/metr.

Vzorec intenzity magnetického pole může být reprezentován jako:

H = B/μ − M

Kde:

B = hustota magnetického toku

M = magnetizace

μ = magnetická permeabilita

Tesla je jednotka intenzity magnetického pole. Jedna Tesla (1 T) může být vyjádřena jako intenzita pole produkující jeden newton síly na ampér proudu na metr vodiče.

Jak dále může vzniknout magnetické pole?

Magnetické pole se může vyvinout, když je náboj v pohybu. Existují další dva způsoby, jak uspořádat náboj tak, aby byl v pohybu a dále generovat užitečné magnetické pole.

1. Magnetické pole může být generováno vždy, když je elektrický náboj v pohybu.

2. Permanentní magnety fungují na základě pohybu elektronů kolem jader. Pouze z některých materiálů lze vyrobit magnety a některé jsou mnohem pevnější než jiné.

Magnetické pole Země

Sir William Gilbert zmapoval zemské magnetické pole poprvé v roce 1600. Na základě svých testů zjistil, že Země má magnetické vlastnosti a magnetické pole. Pokud je magnet volně zavěšen a nechá se otáčet v horizontální poloze, automaticky se vyrovná a zastaví se ve směru sever-jih.

Magnet bude zarovnán tak, že severní pól bude přitahován ke geografickému jihu a jižní pól ke geografickému severu.

Hypotéza o zdroji magnetického pole Země

1.  Zemské jádro je horká roztavená kapalina, která obsahuje ionty. Tyto ionty cirkulují uvnitř kapaliny ve formě proudových smyček a vytvářejí magnetické pole.

2.  Země se otáčí kolem své osy a hmota na planetě se skládá z nabitých částic. Tyto nabité částice ve formě proudových smyček také rotují kolem zemské osy a jsou zodpovědné za vytváření magnetického pole.

3.  Ionizované plyny tvoří vnější vrstvu Země. Když se Země otáčí, pohyb iontů generuje elektrický proud, který má za následek vytvoření magnetického pole.

Ale více se o magnetickém poli Země můžete dozvědět v samostatném článku.

Zdroje: 

Fyzika magnetického pole na stránkách Fyzikální fakulty UK: https://physics.mff.cuni.cz/kfpp/prednasky/fmp/

Články o magnetickém poli na stránkách Vesmír.cz: https://vesmir.cz/tag/magneticke-pole/

Magnetické pole na serveru Wikipedie: https://cs.wikipedia.org/wiki/Magnetick%C3%A9_pole

Online přednáška o magnetickém poli od Michela van Biezena na YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=TKTNZBGD22w

Comments

Log in or register to post comments