Magnetno polje

Struja koja teče kroz provodnik stvara magnetno polje oko provodnika. Polje je orijentisano na osnovupravila desne ruke.

Elektromagnetizam

Ključne stavke

Elektricitet•Magnetizam

Elektrostatika

Električni naboj• Coulombov zakon• Električno polje• Električni fluks• Gaussov zakon• Električni potencijal• Elektrostatična indukcija• Električni dipolni moment

Magnetostatika

Ampèreov zakon• Električna struja• Magnetno polje• Magnetni fluks• Biot–Savartov zakon• Magnetni dipolni moment• Gaussov zakon za magnetizam

Elektrodinamika

Vakuum• Lorentzova sila• EMS• Elektromagnetska indukcija• Faradayjev zakon• Lenzov zakon• Struja pomaka• Maxwellove jednačine• EM polje• Elektromagnetna radijacija• Liénard-Wiechertov potencijal• Maxwellov tenzor• Vrtložne struje

Električna mreža

Električna provodljivost• Električni otpor• Kapacitivnost• Induktivnost• Impedanca• Resonantne šupljine• Talasovod

Kovarijantna formulacija

Elektromagnetni tenzor• EM tenzor napon-energija• Četiri-tok• Elektromagnetni četiri-potencijal

Naučnici Ampère• Coulomb• Faraday• Heaviside• Henry• Hertz• Lorentz• Maxwell• Tesla• Weber ·Ostali

Magnetsko polje jeprostoroko prirodnih i umjetnihmagnetai unutar njih u kojem djelujumagnetskesile.

Pojednostavljeni uporedni pregledmagnetske permeabilnosti:feromagnetika(μ_f),paramagnetika(μ_p),vakuuma(μ₀) idijamagnetika(μ_d).

Magnetsko polje prstenastog magneta.

Magnetsko poljejeprostoroko prirodnih i umjetnihmagnetai unutar njih u kojem djelujumagnetskesile.Magnetsko polje postoji također u prostoru oko tokaelektrične struje,pa se najčešće obrađuje kaoelektromagnetsko polje.Razlikuju semagnetostatičko polje,na primjer u okolini stalnoga magneta, imagnetodinamičko polje,na primjer kodasinkronog električnoga motora.Općenito, magnetsko polje slično jeelektričnom poljus obzirom namatematičku obradu,ali je bitna razlika u tome što ne postoje slobodni magnetski naboji kao što postoje slobodnielektroni.Magnetsko polje nastaje oko nizaelektričnih nabojaugibanju,to jest okoelektričnog vodičakojim tečeelektrična struja.Magnetsko polje stvaraju ielementarne česticekoje posjedujumagnetski moment.

Jakost magnetskog polja

Jakost magnetskog polja(oznakaH) jevektorskafizikalna veličinakoja opisuje uzroke nastanka magnetskoga polja, jednaka jemagnetskoj indukcijiBpodijeljenoj smagnetskom permeabilnošćuμsredstva:

$\mathbf {H} ={\mathbf {B} \over \mu }$

Mjerna jedinicajakosti magnetskoga polja jeamperpometru(A/m).

Magnetsko polje i magnetska permeabilnost

Ako stavimo namagnettvrdipapiri pospemo sa sitnomželjeznompiljevinom, vidjet ćemo da će se piljevina najviše skupiti na krajevima magnetima i poređati u obliku crta koje idu od jednogpolaprema drugome. Te se crte nazivaju magnetskesilnice.Ako pak postavimo vrlo blizu istoimene polove dvaju magneta i prekrijemo ih tvrdim papirom sa željeznom piljevinom, vidjet ćemo da će magnetske silnice ići u stranu kao da se odbijaju.

Ako se protivni polovi dvaju magneta postave blizu, a između njih se stavi manji komad željeza, opazit ćemo da su silnice na tom mjestu gdje se nalazi manji komad željeza mnogo gušće. Iz toga vidimo da željezo upija magnetske silnice.Sposobnost sredstva da magnetske silnice propušta u većem ili manjem broju zove semagnetska permeabilnostμ.Budući da svetvariosimferomagnetskihimaju isti permeabilitet, uzima se da jepermeabilnostsvih tvari, pa ivakuumajednak jedinici, to jestμ= 1. Permeabilitet željeza je mnogo puta veći od 1. On može biti od 300 do 2 500. To znači da kroz1 m²presjeka željeza prolazi od 300 do 2 500 više magnetskih silnica nego kroz 1 m²zraka.

Prostor u kojem se javlja privlačna i odbojna sila magneta zove se magnetsko polje.Magnetsko polje je to jače što je magnet jači. Smjer magnetskog polja je onaj koji ide od sjevernog pola prema južnom. U magnetu silnice teku od južnog pola prema sjevernom.

Magnetsko polje može biti homogeno ili nehomogeno. Homogeno magnetsko polje je ono gdje je jakost polja u svim točkama polja ista, to jestkonstantna.U takvom su polju magnetske silnice svuda paralelne, kao što je na primjer u prostoru između dva raznoimena pola magneta čije su plohe međusobno paralelne. Nehomogeno magnetsko polje je ono kod kojeg silnice nisu paralelne.

Magnetska influencija

Pričvrstimo li na štapumagnet,a do njega na donjem kraju na malu udaljenost stavimo komad mekog željeza (feromagnetični materijal), onda će donji kraj mekog željeza držati dosta željezne piljevine, što znači da je meko željezo postalo magnetično i djelovanjem na daljinu. Odmaknemo li magnet, piljevina će pasti; meko željezo je, dakle, izgubilomagnetizam.Znaci da nije vise namagnetisano.

Meko željezo je magnetično dok se nalazi u magnetskom polju. Ova pojava da meko željezo postane magnetično u blizini drugog magneta zove semagnetska influencija.Učinimo li istipokussčelikom,vidjet ćemo da on ostaje magnetičan i nakon udaljenja magneta. Čelik, dakle, magnetskom influencijom postaje stalan ili permanentan magnet.

Energija magnetskog polja

Magnetsko polje u sebi sadržavaenergiju.Gustoćaenergije sadržane u magnetskom polju jest:

$u={\frac {1}{2}}\cdot {\frac {1}{\mu _{0}}}\cdot \mathbf {B} ^{2}$

gdje je:$\ u$- gustoća energije,$\mu _{0}$-permeabilnost vakuuma,$\ \mathbf {B}$-magnetska indukcijailigustoća magnetskog toka.Kvadrat magnetskog polja znači da se magnetsko poljeskalarno množisamo sa sobom, pa je on identički jednak kvadratu apsolutne vrijednosti magnetskog polja.

Ukupna energija magnetskog polja sadržana u volumenuVje stoga:

$U=\int _{V}{\frac {1}{2}}\cdot {\frac {1}{\mu _{0}}}\cdot \mathbf {B} ^{2}\,\mathrm {d} V$

gdje je:U- energija magnetskog polja, a dV- element volumena.

Magnetsko polje i elektricitet

Selektricitetomimaju veliku srodnost imagnetskepojave. Povijesno je proučavanje magnetskih pojava prethodilo električnim. U prirodi se pojavljuju stalni (permanentni) magneti, koji se lako mogu proračunati. Magneti djeluju međusobno privlačnim i odbojnim silama. Prema tome možemo, kao i kod elektriciteta, govoriti o negativnom i pozitivnom magnetskom naboju. Za odbijanje i privlačenje takvih magnetskih naboja vrijediCoulombov zakonkao i zaelektrične naboje.Iz Coulombove sile možemo, kao i uelektrostatici,odrediti jedinice magnetskog naboja. Magnetski naboj označit ćemo sam.Analizasilavodi nas opet do shvaćanja magnetskih polja, koja okružuju magnetske naboje. Sila na mali magnetski naboj može se prikazati umnoškom tog naboja i jednog fizikalnog čimbenika, magnetskog poljaH:

$F=m\cdot H$

U prirodi nikada ne dolazi sam pozitivni ili negativni magnetski naboj. Oni se pojavljuju uvijek kaopolovi magneta.Svaki magnet ima određenimagnetski moment.Magnetski moment jednak je umnošku udaljenosti obaju polova i veličine naboja. Salćemo označiti udaljenost između oba pola, a samnaboj na polu. Na jednom kraju magneta naboj je jednak +m,a na drugom -m.Magnetski momentμjednak je umnoškul∙m.Često je važno znati kolikupotencijalnu energijuima magnet u magnetskom polju. Ta potencijalna energija može se vrlo jednostavno izračunati. Sila na pozitivni pol jednaka jem∙H,a sila na negativni pol jednaka je -m∙H,gdje jeHvanjsko magnetsko polje koje djeluje na magnet. Saxoznačit ćemo udaljenost od neke okomite ravnine u smjeru vanjskog magnetskog poljaH.Negativni naboj ima na udaljenostix₁potencijalnu energiju jednakum∙H∙x₁,a pozitivni pol na udaljenostix₂negativnu potencijalnu energiju jednaku -m∙H∙x₂.Magnet ima, dakle, ukupnu potencijalnu energiju jednaku -m∙H∙(x₂-x₁).Smjermagneta uzima se od negativnog prema pozitivnom polu.Duljinax₂- x₁jednaka je projekciji duljinelmagneta u smjeru magnetskog polja, a prema tome je im∙(x₂- x₁) projekcija magnetskog momenta u smjeru magnetskog polja. Potencijalna energijaUmagneta u vanjskom polju je, prema tome, jednaka:

$F=-\,m\cdot H\cdot \cos({\vec {\mu }},\,{\vec {H}})$

Negativan predznak potencijalne energije je očigledan. Magnet ima najmanju potencijalnu energiju (-μ∙H) kada stoji svojim magnetskim momentom paralelno prema magnetskom polju, a najveću potencijalnu energiju (+μ∙H) kada stoji antiparalelno sa svojim momentom.

Između elektriciteta i magnetizma ne postoji tako savršena simetrija kako se čini u prvi trenutak. Činjenica je da semagnetizampojavljuje samo u obliku magneta, a nikada kao samo pozitivan ili samo negativan naboj. Ako magnetski štap presiječemo na polovini, tada nipošto ne dobivamo na jednoj polovini pozitivni, a na drugoj negativni magnetski naboj. Obje polovice magneta pokazuju opet i pozitivni i negativni pol na svojim krajevima. Ovo temeljno iskustvo uopće je vodilo do mišljenja da ne postoji neka magnetska tvar poput elektriciteta, već je pojava magneta prouzrokovanaelektričnim strujama.

Poveznice

• Elektromagnetsko polje
• Električno polje
• Maxwellove jednadžbe
• Vektorsko polje