Stacionární magnetické pole

Magnetické pole je druh silového pole, které vytváří vodič s proudem, je to prostor, na který působí magnetické síly
Magnetické pole je neoddělitelnou součástí elektromagnetického pole
Projevuje se silovými magnetickými účinky
Stacionární mag. pole = charakteristické veličiny pro magnetické pole se nemění s časem
Stacionární (časově neproměnné) magnetické pole vzniká:
- rovnoměrným přímočarým pohybem elektrického náboje
- nepohybujícím se vodičem s konstantním proudem
- nepohybujícím se magnetem

Magnetické pole

Kolem magnetu existuje magnetické pole, které ovlivňuje např. ocelové předměty – ty jsou k magnetu přitahovány magnetickou silou
Existenci magnetického pole prokážeme magnetkou – permanentní (trvale zmagnetován) magnet tvaru kosočtverce, který se může volně otáčet, má dva póly: N a S (z angličtiny), severní pól N je zbarven tmavě
V blízkosti tyčového magnetu se magnetka natočí tak, že severním pólem míří k jižnímu pólu magnetu, značení: N - severní pól, S - jižní pól .
Země má vlastnosti magnetu, proto se používá magnetka jako kompas k orientaci (v blízkosti severního geografického pólu leží jižní magnetický pól)
Severní mag. pól Země je v blízkosti jižního geografického pólu a naopak

Magnetické pole vodiče s proudem

Magnetické vlastnosti látek byly známy už od starověku, ale teprve v roce 1820 si dánský fyzik, chemik a filosof Hans Christian Oersted (1777 - 1851) všiml souvislosti magnetismu a elektrického proudu
Zjistil, že magnetka umístěná v blízkosti vodiče se vychýlí, začne-li vodičem protékat proud. S výsledky jeho bádání se seznámil francouzský fyzik André Marie Ampére (1775 - 1836), který poté zjistil, že na sebe vzájemně působí silami i vodiče, kterými prochází elektrický proud
Těmito pokusy byla prokázána přítomnost magnetického pole v okolí vodičů s proudem. Jeho příčinou je pohyb nositelů elektrického náboje (elektronů) ve vodiči.
Magnetické pole působí jen na pohybující se částice,popř. tělesa s elektrickým nábojem.
Na zmagnetovaná tělesa působí bez ohledu na jejich pohyb.

Velikost síly je:

I…velikost proudu ve vodiči

l…délka té části vodiče, kt. zasahuje do mag. pole

Magnetická indukce je fyzikální veličina, která vyjadřuje silové účinky magnetického pole na částice s nábojem. Magnetická indukce je vektorová veličina.
V homogenním magnetickém poli je velikost B konstantní a můžeme ji určit ze vztahu pro magnetickou sílu
Jednotkou je T, tesla
homogenní pole:
- Pole, které je možné modelovat pomocí dvou nesouhlasných rozlehlých pólů magnetu v malé vzdálenosti od sebe. Vektory magnetické indukce jsou navzájem rovnoběžné
- Lze znázornit přímými, rovnoběžnými, stejně od sebe vzdálenými indukčními čarami

Pro znázornění magnetického pole používáme obdobně jako pro elektrické pole siločáry. V případě magnetického pole je nazýváme magnetické indukční čáry.
Magnetické indukční čáry tvoří na rozdíl od elektrických siločar vždy uzavřené křivky. Rovina magnetických indukčních křivek je kolmá ke směru proudu (pohybujícího se náboje). Magnetické čáry vždy směřují od severu N k jihu S – odvozeno z kompasu
Magnetické indukční čáry přímého vodiče s proudem mají tvar soustředných kružnic rozložených v rovinách kolmých k vodiči
Orientaci mag. indukčních čas určujeme pomocí Ampérova pravidla pravé ruky

Tyčový magnet a jeho magnetické pole (magnet, siločáry vytvořené pomocí železných pilin a náčrt siločar)

Podobně jako je možné znázornit magnetické pole přímého vodiče s proudem, je možné znázornit i magnetické pole vodičů s proudem ve tvaru závitu nebo cívky
Dlouhá válcová cívka s velkým počtem závitů, jejichž průměr je mnohem menší než délka cívky, se nazývá solenoid
Stočíme-li solenoid do prstence, dostaneme toroid.
Pomocí pokusu s pilinami je možné zjistit, že uvnitř solenoidu (v jeho střední části) jsou magnetické indukční čáry rovnoběžné s jeho osou - jedná se tedy o homogenní magnetické pole.
Orientaci mag. indukčních čar určíme pomocí Ampérova pravidla pravé ruky
Pro velikost magnetické indukce uvnitř velmi dlouhého solenoidu navinutého hustě tenkým vodičem umístěného v prostředí s permeabilitou μ platí vztah:
kde I je proud v cívce a N počet závitů části cívky o délce l. Podíl počtu závitů a délky udává počet závitů na jednotku délky a označuje se jako hustota závitů.

Ampérovo pravidlo pravé ruky

Naznačíme-li uchopení vodiče do pravé ruky* tak, aby *palec ukazoval dohodnutý směr proudu ve vodiči, prsty pak ukazují orientaci magnetických indukčních čar. *

Flemingovo pravidlo

V homogenním magnetickém poli působí na přímý vodič o aktivní délce l, svírající s indukčními čarami úhel α, kterým prochází proud I, síla o velikosti

Směr síly Fm určíme Flemingovým pravidlem levé ruky:
Položíme-li levou ruku* k vodiči tak, aby *prsty ukazovaly směr proudu* a *indukční čáry vstupovaly do dlaně, ukazuje *odtažený palec směr síly Fm působící na vodič.

Působí na sebe magnetickými silami
Při souhlasných směrech proudů se vodiče přitahují, při nesouhlasných se odpuzují
Při souhlasném směru jsou v prostoru mezi vodiči vektory magnetické indukce opačné a mag. indukce výsledného pole je menší (|B|=|B1-B2|), při nesouhlasném směru proudy mají naopak vektory obou mag. indukcí směr souhlasný a indukce výsledného pole se zvětší (|B|=|B1+B2|)
APPR si určíme indukční čáry jednoho vodiče
V bodě ,,dotyku’’ s druhým vodičem uděláme tečnu ve směru indukčních čar
Podle FPLR pak určíme Fm u toho vodiče, u kterého jsme určili tuto ,,tečnu”
Ampérův zákon je obdobou Newtonova zákona pro gravitační pole (závisí na hmotnosti) a Coulombova zákona pro el. pole (závisí na náboji).
Vyjadřuje velikost síly mezi dvěma vodiči s proudem. Pro dva rovnoběžné vodiče s proudy I1 a I2 ve vzdálenosti d a délce l odvodil Ampére pro magnetickou sílu tento vzorec:

Ampér je stálý elektrický proud,* který při průchodu dvěma přímými rovnoběžnými nekonečně dlouhými vodiči zanedbatelného kruhového průřezu umístěnými ve vakuu ve vzájemné vzdálenosti *1 metr* vyvolá mezi nimi stálou* sílu o velikosti 2 .10-7 N na 1 metr délky vodiče. *

Lorentzova síla je síla působící na náboj (příp. vodič v elektromagnetickém poli).
Lorentzova síla způsobená magnetickým polem mění směr náboje, bez toho, aby působila změnu jeho rychlosti
Jestliže se částice s nábojem pohybuje současně v elektrickém a magnetickém poli, působí na ni jak síla elektrická Fe, tak síla magnetická Fm. Výslednice obou sil je Lorentzova síla

kde q - elektrický náboj; v - rychlost částice; E - intenzita elektrického pole;

B - magnetická indukce

Ilustrace: Lorentzova síla Q – náboj; v - rychlost pohybu částice; B – magnet. indukce; α - úhel, který svírá směr v a B