Magnetno polje - podsjetnik

Магнетно поље – осми разред

Стални магнети

Пре више од 25 векова стари Грци су открили један оксид гвожђа, минерал магнетит, који привлачи гвоздене предмете. Данас је познато да тела израђена од челика и легура гвожђа са кобалтом и никлом могу под одређеним условима да привлаче гвоздене предмете. Око тих тела, која зовемо магнетима, постоји магнетно поље.

Стални (перманентни) магнети се обично праве у облику шипке, потковице или игле. Места на којима је привлачење најјаче називају се полови магнета.

Магнетни полови се не могу раздвојити што значи да је сваки магнет  дипол.

Сваки магнет има два пола северни – N и јужни – S, јер се слободно обешена магнетна шипка покреће и усмерава у географском правцу север – југ. Полови магнета су различити и њихово узајамно деловање експериментално утврђено исказано је законом о узајамном деловању магнетних полова: Истоимени магнетни полови се одбијају, а разноимени се привлаче.

Магнетно поље Земље

Игла компаса заузима одређен правац у магнетном пољу Земље, што значи да се Земља понаша као велики магнет. Оса Земљиног магнета која пролази кроз магнетне полове није паралелна са осом ротације Земље већ са њом заклапа угао од 17°. Зато игла компаса не показује правац географског меридијана већ са њим заклапа угао деклинације који се временом мења, тако да треба водити рачуна о корекцији његове вредности, при навигацији.

Магнетно поље електричне струје

Заслугу у проучавању магнетних појава има дански физичар Ерстед који је 1821. године први извео огледе са електричном струјом. Ако изнад магнетне игле поставимо праволинијски проводник и кроз њега пропустимо струју магнетна игла скреће са првобитног правца, што значи да око проводника постоји магнетно поље услед чијег деловања магнетна игла скреће.

Ако се промени поларитет извора струје игла поново скреће што значи да су и магнетне силе промениле смер.

За одређивање смера скретања важи правило десне руке:

Ако се шака десне руке држи изнад проводника са прстима испруженим у смеру протицања електричне струјe тако да је длан окренут према проводнику, палац показује смер кретања северног пола магнетне игле.

При коришћењу правила рука је увек са оне стране магнетне игле са које је и проводник.

Око наелектрисаних честица које мирују постоји електрично поље, а ако се крећу око њих се ствара магнетно поље. Магнетно поље се приказује линијама сила магнетног поља.

Линије сила магнетног поља праволинијског струјног проводника су концентричне кружнице са центрима у проводнику. Налазе се у равнима које су нормалне на проводник. Магнетно поље праволинијског проводника зависи од јачине струје (јача струја јаче поље) и растојања од проводника (веће растојање слабије поље).

Магнетне игле показују смер линија магнетног поља. Смер северних полова магнетних игала је по договору узет за смер линија магнетног поља.

Смер магнетног поља праволинијског проводника одређује се правилом шаке десне руке:

Ако се праволинијски проводник обухвати руком тако да палац показује смер струје, линије сила магнетног поља имају правац и смер савијених прстију шаке десне руке.

Магнетно поље кружног изолованог проводника

Линије магнетног поља пролазе кроз замишљену површину обухваћену проводником. Страна кружног проводника из које излазе линије магнетног поља je северни магнетни пол.

Затворени кружни проводник кроз који пролази електрична струја је магнетни дипол.

Магнетни дипол има два магнетна пола и понаша се у магнетном пољу као и магнетна тела. Правац и смер магнетног дипола одређује се правилом десног завртња.

Проводник са струјом, савијен у облику завојнице има сличне особине као магнетни дипол и назива се соленоид.

Магнетно поље сталног магнета у облику шипке слично је магнетном пољу које формира соленоид.

У сталном магнету – сваки појединачни атом се због кретања електрона понаша као мали затворени проводник са струјом – мали магнетни дипол, атомски дипол.

уобичајени услови

намагнетисано гвожђе

Магнетизам сталног магнета распоређен је по целој његовој запремини – не могуће је раздвојити полове.

 Магнетна индукција

је појава да се комад гвожђа или челика намагнетише у близини неког магнетног пола.

Гвожђе се привремено намагнетише (привремени магнет), челик трајно (стални магнет).

Магнетно поље се карактерише вектором магнетне индукције B.

Интезитет – већи где су линије поља гушће и обрнуто

Правац – поклапа се са правцем тангенте на линију магнетног поља

Смер – одређен смером магнетних линија

Јединица за магнетну индукцију је тесла [T].

Број линија магнетног поља које пролазе кроз неку површину S назива семагнетни флукс и означава се са Ф. Ако је магнетно поље хомогено и ако је његова индукција B, онда је магнетни флукс кроз површину S која је нормална на правац линија магнетног поља одређен са  Ф=B·S. Јединица за магнетни флукс је вебер [Wb].

B=Ф/S

Магнетна индукција хомогеног магнетног поља једнака је магнетном флуксу кроз нормално постављену јединичну површину (1m²).

На основу ове једначине дефинише се јединица тесла (види слику)

Магнетну индукцију од једног тесле има оно хомогено магнетно поље које ствара магнетни флукс од једног вебера кроз површину од 1m² нормалну на правац магнетне индукције.

Деловање магнетног поља на струјни проводник

Када се проводник кроз који протиче струја постави у магнетно поље, долази до интеракције између поља које производи струја у проводнику и сталног поља у које је проводник постављен. Јавља се сила која увлачи проводник у поље или га избацује у зависности од смера протицања струје и смера линија сила магнетног поља.

Зашто је то тако?

Постоје два магнетна поља:

-          магнетно поље сталног магнета у облику потковице;

-          магнетно поље проводника кроз који протиче електрична струја.

До померања проводника долази због узајамног деловања ова два магнетна поља.

Смер померања проводника може да се одреди правилом леве руке:

Ако длан леве руке поставимо тако да је окренут према северном полу, а прсти показују смер електричне струје  у проводнику, тада палац показује смер кретања проводника.

Правило леве руке можемо да заменимо и Флеминговим правилом леве руке

Ако поставите леви палац у смеру магнетног поља, а средњи прст у смеру протока струје, онда ће палац показивати правац и смер резултујуће силе.

Сила међусобног деловања ова два магнетна поља зависи од:

• јачине електричне струје, која протиче крпз проводник (I)
• дужине дела проводника који се налази у магнетном пољу сталног магнета (l)
• индукције магнетног поља сталног магнета (B)

F=IlB

Када смо радили деловање електричне струје дали смо пример за механичко деловање померање 2 паралелна проводника кроз који протиче струја. Сада ћемо видети шта се дешава?

Струје стварају магнетна поља која ће интераговати.
Два струјна проводника кроз које протичу струје у истом смеру, међусобно ће се привлачити. Док ће се два струјна проводника кроз које протичу струје у супротним смеровима, међусобно одбијати.

Када се рам кроз који протиче струја нађе у магнетном пољу сталног магнета он тежи да се обрне. Магнетна сила врши рад над проводником са струјом који се обрће, а проводник, тај рад може да пренесе на околна тела. Рам се зауставља када се раван рама (који представља магнетни дипол) постави нормално на линије поља магнета.

Да би се наставило обртање рама потребно је променити смер електричне струје кроз њега. То се постиже комутатором (два полупрстена спојена са рамом). На њега належу две четкице повезане са извором сталне струје. При обртању четкице додирују комутатор и мењају два пута смер електричне струје кроз рам за сваки његов обртај. Смер се мења када је раван нормална на линије магнетног поља тако да рам непрекидно ротира у истом смеру.

Рам са више намотаја назива се ротор, а стални магнет који може бити и електромагнет (уређај који се састоји од соленоида и гвозденог језгра) назива сестатор електромотора.